本书选用西门子 UG NX 12.0软件，以工业机械手图册中的机械臂、通用气动机械手、送料机械手、扭尾机械手为载体，按照生产流程安排教学内容，重构知识结构体系。全书共 3 篇：第1篇是机械手三维建模，主要讲述三维实体建模、产品装配、工程图绘制等 UG NX 基础知识；第 2 篇是机械手运动仿真，主要讲述利用 UG/Motion 功能对三维实体模型各部件设立连接关系、赋予运动学特性，建立运动仿真模型；第 3 篇是机械手有限元分析，主要讲述通过前/后处理模块对机械手及其关键部件进行有限元分析，完成设计校核。
本书采用项目驱动方式编写，通过图样分析、部件建模、部件装配、知识技能点、实例演练及拓展等实现教、学、做的统一，培养机电一体化、机械电子工程技术等相关专业的学生对机电产品进行设计、三维建模、模拟仿真、机电概念设计和有限元分析的能力。
本书适合作为高等职业院校机电一体化及职业本科院校机械电子工程技术等专业学生的教材，也可作为工程技术人员的参考书和培训用书。

1.按图样分析部件建模部件装配知识和技能点实例演练和拓展的结构展开。
2.以机械手的三维建模和运动仿真为主线。
3.配有丰富的二维码视频资源和相应网络课程等资源。

传统制造业是建设现代化产业体系和支撑国计民生的重要基石。近年来，我国多措并举推动制造业高端化、智能化、绿色化转型取得明显成效。
为满足制造业转型升级对复合型技术技能人才的需求，本书按照十四五江苏省高等学校重点教材建设实施方案的要求，在总结高职及职业本科国家示范重点专业建设经验的基础上，结合江苏省高校品牌专业机电一体化和江苏省骨干专业机械制造与自动化建设要求进行编写。本书按照产品分析、三维建模、运动仿真和有限元分析的工作流程构建知识体系，把培养学生的职业素养、专业能力作为主要目标。
本次修订紧扣数字化设计与仿真职业本科专业核心课程标准，在原书机械手三维建模和运动仿真的基础上，介绍有限元技术应用，并以前期学习中用到的机械手为例，添加有限元动力学分析的相关内容，涵盖建模、仿真、分析多维度知识。由浅入深，循序渐进，培养机电一体化、机械电子工程技术等相关专业学生掌握三维设计软件UG NX 12.0的建模命令、工程图的绘制方法、工程图的输出技巧、运动仿真方法和有限元分析的能力。
本书的主要特色如下。
（1）思政元素融合，价值引领与知识传授如盐入水
本书将企业岗位要求、职业标准、工作过程、产品工艺等专业知识与思想政治理论同向同行，将政治认同、国家意识、文化自信和公民人格四方面融入其中，构建任务引领式教学单元，即图样分析部件建模部件装配知识技能点实例演练及拓展，体现手脑并用，双手万能的指导思想，融教、学、做于一体。
（2）技术能手参编，打造岗课赛证融通教材
本书编写团队具有扎实的理论知识和工程实践经验，主编是江苏省技术能手，具有丰富的大赛和企业经验，在编写过程中将最新的知识、技术和方法融入其中。本书以工业机械手为载体，按照企业生产流程安排教学内容，重构基于工作过程的知识结构体系，使学习过程与工作流程紧密结合，学生的专业技能和职业素养得到同步训练。
（3）利用信息化技术，提供多种类教学资源
本书配有电子课件、二维码教学资源视频及动画、机械手建模源文件、机械手运动仿真源文件、有限元分析源文件，使得复杂问题简单化、抽象内容形象化、动态内容可视化。
本书由南京工业职业技术大学洪晴、宋海潮担任主编，何延辉、邢乾坤担任副主编，栾云广、任盼、陈江参与编写。其中，洪晴负责全书构思、设计、统稿、第1篇的编写，宋海潮负责第2篇的编写（其中，任盼负责项目7的7.1小节和项目8的8.1小节的编写），何延辉和邢乾坤负责第3篇的编写，栾云广和陈江负责全书素养内容的设计和整理，王业方负责配套课件和视频资源的制作。本书在编写过程中得到了北京精雕科技有限公司的大力支持，该公司的任盼和张星宇提供了机械手企业应用案例以及相关内容的指导。在此对参与并支持本书出版的所有人员表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中难免存在错误和不足之处，敬请广大读者批评指正。

洪晴，工程师，现担任南京工业职业技术大学机械专业教师。2011年本硕毕业于南京航空航天大学航空宇航制造工程专业，在校即负责多个横向课题项目，合作方均为一线企事业单位，如飞机大部件自动对接控制技术、计算机辅助飞行器钣金设计等。 毕业至今，一直从事机电自动化技术开发，已有多年相关行业经验，积累了丰富的项目经验，具体从事工作包括：工业机器人控制系统开发、数控软件系统开发、数控机床本地化设计、五轴机床机械设计等，帮助企业实现技术突破、并推广到市场，实现经济效益，获得客户好评。 工作期间申请多项专利和软件著作，所在团队获""南京市321人才计划资助，本人获得南京市六合区""集聚985行动计划人才、南京市六合区第三届人民代表大会人大代表、2011年度六合区程桥街道""靠前青年等荣誉。 作为引进人才担任教师后，利用丰富的企业经历致力于职业技能等级证书推广，获得工业机器人应用编程""1+X证书制度试点专家称号，并承担多项省级科研课题，发表核心和SCI论文多篇。 于2020年参加全国人工智能应用技术大赛，获得全国三等奖，省级第二名的好成绩，并被人力资源社会保障厅授予""江苏省技术能手荣誉称号。

前言
第1篇 机械手三维建模

项目1 机械臂的建模与装配 2
1.1 机械臂部件三维建模 4
1.1.1 底座建模 4
1.1.2 手臂建模 8
1.1.3 销钉建模 10
1.1.4 手指建模 11
1.1.5 知识与技能点 14
1.2 机械臂二维图绘制 16
1.2.1 绘制底座工程图 16
1.2.2 绘制其他部件 17
1.3 机械臂整体结构装配 17
1.3.1 绝对原点和装配约束的设置 17
1.3.2 装配 18
项目2 通用气动机械手的建模与装配 21
2.1 机械手图样分析 21
2.2 部件建模过程 27
2.2.1 盖板建模 27
2.2.2 调整垫铁建模 28
2.2.3 轴建模 30
2.2.4 带轴齿轮建模 32
2.2.5 活塞建模 34
2.2.6 弹簧建模 35
2.2.7 夹紧缸体建模 35
2.2.8 法兰盘座建模 42
2.2.9 扇形齿轮建模 48
2.2.10 齿条活塞杆建模 54
2.2.11 手指建模 57
2.3 部件装配 61
2.3.1 装配图 61
2.3.2 装配过程 61
2.4 知识与技能点 67
2.4.1 约束命令的应用 67
2.4.2 约束实例1 71
2.4.3 约束实例2 75
2.5 实例演练及拓展 80
项目3 送料机械手的建模与装配 82
3.1 送料机械手图样分析 82
3.2 部件建模过程 89
3.2.1 定位手指建模 89
3.2.2 夹紧手指建模 93
3.2.3 滚轮建模 96
3.2.4 内套圈建模 97
3.2.5 销子建模 99
3.2.6 固定板建模 101
3.2.7 销轴建模 104
3.2.8 滚轮架（件5）建模 105
3.2.9 滚轮架（件4）建模 107
3.2.10 定位手指建模 108
3.2.11 螺钉建模 110
3.2.12 固定板建模 112
3.2.13 垫片建模 116
3.3 工程图出图 116
3.3.1 方孔支座出图过程 116
3.3.2 管道出图过程 120
3.4 实例演练及拓展 126
项目4 扭尾机械手的建模与装配 130
4.1 机械手图样分析 130
4.2 部件建模过程 133
4.2.1 销钉建模 133
4.2.2 齿条轴建模 133
4.2.3 滑动齿轮建模 136
4.2.4 钳爪建模 140
4.2.5 固定盘建模 146
4.2.6 圆柱销建模 147
4.3 机械手的装配 147
4.4 车轮建模与装配 149
4.4.1 车轮图纸分析 149
4.4.2 部件建模过程 151
4.4.3 装配 162
第2篇 机械手运动仿真

项目5 机械臂运动仿真 166
5.1 运动环境 166
5.2 固定连杆 166
5.3 装配导航器 167
5.4 定义运动副 168
项目6 通用气动机械手运动仿真 171
6.1 运动环境 171
6.2 指派连杆 172
6.3 定义运动副 174
6.4 定义耦合副 175
项目7 送料机械手运动仿真 178
7.1 运动环境 178
7.2 指派连杆 178
7.3 定义运动副 181
7.4 定义连接器 182
项目8 扭尾机械手运动仿真 185
8.1 运动环境 185
8.2 指派连杆 186
8.3 定义运动副 188
8.4 定义耦合副 190
项目9 转位钳糖机械手运动仿真 192
9.1 运动环境 192
9.2 指派连杆 192
9.3 定义运动副 194
9.4 定义连接器 196
第3篇 机械手有限元分析

项目10 通用气动机械手的有限元
分析 199
10.1 有限元分析流程 199
10.2 手指模型提升 201
10.3 FEM模型网格划分 204
10.4 仿真模型设置 206
10.5 解算方案求解 208
10.6 后处理 209
项目11 扭尾机械手的有限元分析 211
11.1 齿轮拆分 211
11.2 齿轮网格划分 213
11.3 齿轮仿真设置 216
11.4 求解及后处理 218
项目12 简单机械臂的有限元分析 221
12.1 设置装配体FEM 221
12.2 创建设置仿真模型 232
12.3 求解及后处理 237
参考文献 238