畢業(yè)設(shè)計(jì)--龍門式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文</p><p><b>　　論文題目</b></p><p><b>　　作者姓名 </b></p><p>　　二OO 年 月 日</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文</p><p><b>　

2、　論文題目 </b></p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué)生學(xué)號(hào) </p><p>　　所在系別 </p><p><b>　　所學(xué)專業(yè) </b></p><p>　　指導(dǎo)教師 </p

3、><p>　　教 研 室 </p><p>　　二OO 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要………………………………………………………

4、…………………</p><p>　　第一章 緒論 …………………………………………………………………</p><p>　　1.1 機(jī)械手的概述…………………………………………………………………</p><p>　　1.2機(jī)械手的組成…………………………………………………………… </p><p>　　1.3機(jī)械手的分類…………………………

5、…………………………………</p><p>　　1.4械手的意義與作用………………………………………………………………</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)……………………………………………………</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)方案…………………………………………………………</p><p>　　2.2機(jī)械手工作場(chǎng)所時(shí)的要求………………………

6、………………………………</p><p>　　2.2.1夾持工件………………………………………………………</p><p>　　2.3總體方案設(shè)計(jì)………………………………………… </p><p>　　2.4 立柱設(shè)計(jì)…………………………………………</p><p>　　第三章 上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)…………………………………………

7、 </p><p>　　3.1機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………</p><p>　　3.1.1 工件設(shè)計(jì)分析…………………………………………</p><p>　　3.1.2機(jī)械手夾緊力計(jì)算…………………………………………</p><p>　　3.2氣缸設(shè)計(jì)…………………………………………

8、</p><p>　　第四章 懸臂（Z軸）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………</p><p>　　4.1傳動(dòng)比的選定…………………………………………</p><p>　　4.2工作臺(tái)，機(jī)械手的質(zhì)量…………………………………………</p><p>　　4.2.1工作臺(tái)的型號(hào)及重量…………………………………………</p>

9、<p>　　4.2.2機(jī)械手重量…………………………………………</p><p>　　4.3滾珠絲桿的選定…………………………………………</p><p>　　4.3.1選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)…………………………………………</p><p>　　4.3.2選取的滾珠絲杠型號(hào)和計(jì)算…………………………………………</p><p>

10、　　4.3.3滾珠絲杠的校核…………………………………………</p><p>　　4.4直線導(dǎo)軌副型號(hào)的選擇及額定壽命的計(jì)算………………………………………</p><p>　　4.4.1直線導(dǎo)軌副型號(hào)結(jié)構(gòu)…………………………………………</p><p>　　4.4.2直線導(dǎo)軌副型號(hào)特點(diǎn)…………………………………………</p><p>　　4.

11、4.3額定壽命及壽命時(shí)間的計(jì)算…………………………………………</p><p>　　4.5電機(jī)的選型及計(jì)算…………………………………………</p><p>　　4.5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)的選擇…………………………………………</p><p>　　4.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的校核…………………………………………</p><p>　　第五章 橫梁（X

12、軸）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………</p><p>　　5.1傳動(dòng)比的選定…………………………………………</p><p>　　5.2滾珠絲桿的選定…………………………………………</p><p>　　5.2.1選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)…………………………………………</p><p>　　5.2.2選取的滾珠絲杠型號(hào)和計(jì)算………

13、…………………………………</p><p>　　5.3.3滾珠絲杠的校核…………………………………………</p><p>　　5.4直線導(dǎo)軌副的型號(hào)的選擇及額定壽命的計(jì)算……………………………………</p><p>　　5.4.1直線導(dǎo)軌副型號(hào)結(jié)構(gòu)…………………………………………</p><p>　　5.4.2直線導(dǎo)軌副型號(hào)特點(diǎn)…………………

14、………………………</p><p>　　5.4.3額定壽命及壽命時(shí)間的計(jì)算…………………………………………</p><p>　　5.5電機(jī)的選型及計(jì)算…………………………………………</p><p>　　5.5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)的選擇…………………………………………</p><p>　　5.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的校核……………………………………

15、……</p><p>　　第六章 控制方案設(shè)計(jì)………………………………………………</p><p>　　6.1控制系統(tǒng)的功能要求…………………………………………</p><p>　　6.2控制電機(jī)及控制原理框圖…………………………………………</p><p>　　6.2.1系統(tǒng)運(yùn)行原理…………………………………………</p>

16、<p>　　6.2.2 控制電路…………………………………………</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………</p><p>　　致謝 ………………………………………………………………………………</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　工業(yè)

17、機(jī)械手的設(shè)計(jì)涉及：機(jī)械設(shè)計(jì)原理、液壓、氣壓、電氣傳動(dòng)及單片機(jī)、PLC、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識(shí)。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。機(jī)械手就在這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機(jī)械器件組成；電器方面有步進(jìn)電機(jī)

18、、驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開關(guān)將位置信號(hào)傳給PLC主機(jī)；直流電機(jī)拖動(dòng)手爪和底盤旋轉(zhuǎn)，位置信號(hào)由旋轉(zhuǎn)碼盤和接近開關(guān)反饋給PLC主機(jī)；電磁閥控制氣開閥的開關(guān)來控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。

19、本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)</p><p>　　機(jī)械手的概述機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自

20、動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：</p><p>　　(1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。</p><p>　　(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它

21、可以用來組裝零部件。 (3)可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。</p><p>　?。?）可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。(5）宇宙及海洋的開發(fā)。(6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。</p><p>　　機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，</p><p><b>　　如圖1所示：</b&g

22、t;</p><p>　　圖1 機(jī)械手傳送示意及操作面板圖</p><p>　　第一章 緒 論</p><p>　　1.1 機(jī)械手的概述</p><p>　　機(jī)械手是一種能按給定的程序或要求，自動(dòng)地完成物件（如材料、工件、零件或工具等）傳送或操作作業(yè)地機(jī)械裝置，它能部分地代替人地手工勞動(dòng)。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以

23、變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用于夾持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有

24、6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。對(duì)于機(jī)械手，它能模仿人手和手臂的某些動(dòng)作功能，用于按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手技術(shù)涉</p><p>　　機(jī)械手的組

25、成及其相互間的關(guān)系如圖1－1所示。</p><p>　　手部（或稱抓取機(jī)構(gòu)）； 2、傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部）； 3、驅(qū)動(dòng)部分；4、控制部分；5、其它部分（如機(jī)體、檢測(cè)裝置等）。 </p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)部分</b></p><p>　　傳送機(jī)構(gòu) 控制部分 行程檢測(cè)裝置</p>

26、<p>　　機(jī)體 手部 傳感裝置</p><p><b>　　被傳送物件</b></p><p>　　圖1－1 機(jī)械手的組成及其相互間關(guān)系</p><p><b>　　1.3機(jī)械手的分類</b></p><p><b>　　1、

27、按使用范圍分類</b></p><p>　　機(jī)械手分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手，具體一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電

28、訊號(hào)操作機(jī)械手來進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“Mechanical hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。</p><p><b>　　2、按驅(qū)動(dòng)方式分類</b></p><p>　?、乓簤候?qū)動(dòng)

29、機(jī)械手； ⑵氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手； ⑶電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手；⑷機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手；</p><p>　　3、按機(jī)械手的臂力大小分類</p><p>　?、盼⑿蜋C(jī)械手：臂力小于1公斤。</p><p>　　⑵小型機(jī)械手：臂力為1～10公斤。</p><p>　　⑶中型機(jī)械手：臂力為10～30公斤。</p><p>　?、却笮蜋C(jī)械手：臂力

30、大于30公斤。</p><p>　　4、按傳送的運(yùn)動(dòng)軌跡不同分為：</p><p><b>　?、胖本€運(yùn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　?、苹剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)</b></p><p>　?、菙[動(dòng)（或轉(zhuǎn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)。</p><p>　　5、按照機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式

31、來分類</p><p>　　機(jī)械手可分為關(guān)節(jié)型機(jī)械手和非關(guān)節(jié)型機(jī)械手。其中關(guān)節(jié)型機(jī)械手的機(jī)械本體部分一般為由各種關(guān)節(jié)串接起若干連桿組成的開鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)。</p><p>　　其中，本設(shè)計(jì)（論文）題目限定為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂的機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而關(guān)節(jié)型機(jī)械臂有如下特點(diǎn)：</p><p>　　a.大、小臂均采用薄壁與正題骨架構(gòu)成的結(jié)構(gòu)型式，有利于提高剛度，減輕質(zhì)量。內(nèi)部鋁鑄件形狀

32、復(fù)雜，既用作內(nèi)部齒輪安裝殼體與軸的支承座，又兼作承力骨架，傳遞集中載荷。這樣不僅節(jié)省材料，減少加工量，又使整體質(zhì)量減輕。手臂外壁與鑄件骨架采用膠接，使連接件減少，工藝簡(jiǎn)單，減輕了質(zhì)量。機(jī)器人手臂材料首先應(yīng)是結(jié)構(gòu)材料。既要具有一定的強(qiáng)度，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的材料做手臂。其中，非金屬材料有尼龍、聚乙烯（PEH）和碳素纖維等；金屬材料以輕合金（特別是鋁合金）為主。</p>

33、;<p>　　b.軸承外形環(huán)定位簡(jiǎn)單。一般在無軸向載荷處，軸承外環(huán)采用端面打沖定位的方法。</p><p>　　c.采用薄壁軸承與滑動(dòng)銅襯套，以減少結(jié)構(gòu)尺寸，減輕質(zhì)量。</p><p>　　d.有些小尺寸齒輪與軸加工成一體，減少連接件，增加了傳遞剛度。</p><p>　　e.大、小臂，手腕部結(jié)構(gòu)密度大，很少有多余空隙。如電機(jī)與臂的外壁僅有0.5mm間

34、隙，手腕內(nèi)部齒輪傳動(dòng)安排亦是緊密無間。這樣使總的尺寸減少，質(zhì)量減輕。</p><p>　　f.工作范圍大，適應(yīng)性廣。工作空間幾乎是它的手臂長(zhǎng)度所能達(dá)到的全球空間。工作時(shí)位姿的適應(yīng)性很強(qiáng)。</p><p>　　g.由于結(jié)構(gòu)上采取了剛性齒輪傳動(dòng)，調(diào)整齒輪間隙機(jī)構(gòu)，彈性萬向聯(lián)軸器，工藝上加工精密，多用整體鑄件，使得重復(fù)定位精度較高。</p><p>　　1.4機(jī)械手的意義

35、與作用</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。在機(jī)械

36、工業(yè)中，鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其它部門，如輕工業(yè)，建筑業(yè)，國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

37、，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：</p><p>　　1、可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度</p><p>　　應(yīng)用機(jī)械手，有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。</p><p>　　2、可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故&l

38、t;/p><p>　　在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。又如在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。在此情況下機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。</p><p>　　可在勞動(dòng)

39、條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。如在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重地操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成地人身事故。</p><p>　　3、可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)</p><p>　　應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力地一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工

40、自動(dòng)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p><b>　　第二章 總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　題目確定以后，參觀實(shí)物和上網(wǎng)查找資料，獲知龍門式上下料機(jī)械手有兩種形式：直線式和平面式；</p>

41、<p>　　圖1 直 線 龍 門 式 圖2 平 面 龍 門 式 </p>

42、<p>　　其中，直線式占用面積少、活動(dòng)范圍小、剛度差，但是精度較高；平面式則是工作范圍大、剛度較高、靈活性好，但精度不高。由于本次設(shè)計(jì)是專門為數(shù)控機(jī)床上下料的，專用化的程度高，考慮到實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，建議選擇直線式為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　現(xiàn)推薦兩種較好的方案：</p><p>　　第一種方案：如圖所示：</p><p>　　圖3　機(jī)器手外觀

43、圖 </p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　其中搬運(yùn)零件重量40kg；X 軸最大工作行程:2500mm；Z 軸最大工作行程:500mm</p><p>　　X 、Z 軸的直線運(yùn)動(dòng)皆為電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)齒輪與X 軸橫梁、Z 軸滑柱上固定的齒條作滾動(dòng), 驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件沿淬硬鑲鋼導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。</p>&l

44、t;p>　　第二種方案：CK1463車削單元中的NJS100型龍門式自動(dòng)上下料機(jī)械手：</p><p>　　圖4 龍門式上下式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　主要技術(shù)參數(shù)：其中搬運(yùn)零件重量30kg；X 軸最大工作行程:2000mm；Z 軸最大工作行程:600mm；X、Y軸都采用步進(jìn)電機(jī)和絲杠配合的驅(qū)動(dòng)方式；</p><p>　　第一種方案由于要用減速器驅(qū)動(dòng)

45、齒輪，結(jié)構(gòu)比較大，設(shè)計(jì)起來比較復(fù)雜，實(shí)用性不如第二種方案，而且第二種方案機(jī)械手制造簡(jiǎn)單造價(jià)便宜，在此以第二種機(jī)械手為本次設(shè)計(jì)的方案。</p><p>　　2 機(jī)械手工作場(chǎng)所時(shí)的要求</p><p>　　龍門式上下料機(jī)械手可用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心等自動(dòng)單機(jī)和自動(dòng)線。機(jī)械手可從輥道上夾持工件準(zhǔn)確的送到機(jī)床的裝夾部位，然后退出，加工完后，機(jī)械手進(jìn)入，夾持工件放到輥道上。<

46、;/p><p><b>　　2.1、夾持工件</b></p><p><b>　　加工工件為圓軸類。</b></p><p>　　參數(shù)：長(zhǎng)度：500mm 重量：30kg</p><p>　　一般選45號(hào)鋼，材料密度 7.8（kg/cm³）</p><p><b&

47、gt;　　計(jì)算其平均半徑:</b></p><p>　　===4.95(cm) (2-1)</p><p>　　設(shè)計(jì)機(jī)械手鉗爪時(shí)取r=5(cm)</p><p>　　上下料時(shí)間：小于15S</p><p><b>　　3 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p

48、>　　本設(shè)計(jì)中龍門式上下料機(jī)械手總體控制方式為兩軸伺服控制（其中手爪的豎直移動(dòng)方向?yàn)閆軸方向、水平移動(dòng)方向?yàn)閄軸方向，龍門框架為固定式。動(dòng)作時(shí)機(jī)械手沿橫梁左右移動(dòng)。</p><p>　　手爪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：手爪采用連桿杠桿式，驅(qū)動(dòng)方式為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。主要依據(jù)是考慮對(duì)位置精度的要求不高并且要在惡劣的環(huán)境中工作。</p><p>　　傳動(dòng)方案：由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度

49、、位置的精確控制，并且考慮經(jīng)濟(jì)和結(jié)構(gòu)的要求，建議采用步進(jìn)電機(jī)和絲桿配合的驅(qū)動(dòng)方式。X軸采用滾珠絲桿傳動(dòng)，方形直線導(dǎo)軌，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。Y軸采用滾珠絲桿傳動(dòng)，法蘭型直線導(dǎo)軌，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手定位精度為0.1mm，脈沖當(dāng)量為＝0.05mm/脈沖。</p><p>　　機(jī)械手移動(dòng)范圍：Z軸800mm，最大移動(dòng)速度=10m/min；X軸2000mm，最大移動(dòng)速度=18m/min。</p><p&

50、gt;<b>　　4立柱設(shè)計(jì)</b></p><p>　　機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證剛度，強(qiáng)度及穩(wěn)定性。 </p><p>　　機(jī)架通常分為鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架兩類，焊接結(jié)構(gòu)較之鑄造結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度和剛度高，重量輕，生產(chǎn)周期短以及施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　下面是鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架的對(duì)比：</p><p>　

51、　由于零件的抗彎，抗扭強(qiáng)度和剛度除了與其截面面積有關(guān)外，還取決與截面形狀，合理改變截面的形狀，增大其慣性距和截面系數(shù)，可提高機(jī)架零件的強(qiáng)度和剛度，從而充分發(fā)揮材料的作用。在此機(jī)架形狀選用方形。</p><p>　　第三章 上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 工件受力分析</p><p>

52、;　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，機(jī)械手所夾工件為=30kg，長(zhǎng)度為500mm。當(dāng)工件被夾緊后機(jī)械手加速起動(dòng)時(shí)所受力最大，受力分析如圖3-1所示。</p><p>　　圖中：F1、F2、F3、F4為夾緊力 加速度＝0.32m </p><p>　　G為工件所受重力 </p><p&g

53、t;　　G=g=30×9.8=294(N) </p><p>　　為沿軸方向加速時(shí)產(chǎn)生的慣性力 </p><p>　　=a=30×0.3210(N) </p><p>　　圖3-1工件受力分析

54、 </p><p>　　3.1.2 機(jī)械手夾緊力計(jì)算</p><p>　　夾緊力所要產(chǎn)生的豎直方向的分力=+G=294+10=304(N)</p><p>　　計(jì)算夾緊力時(shí)必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)=</p><p>　　式中：為基本安全系數(shù)，取=1.5；為運(yùn)動(dòng)沖擊系數(shù)，取=1.1；為夾持器誤差系數(shù)，取=1.3；<

55、;/p><p>　　所以 ==1.51.11.3304=652(N)</p><p>　　在夾緊狀態(tài)下夾持器體與工件接觸的平面與水平面夾角=45°，工件所受到向上的分力與夾緊力之間的計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中： 為工件所受到向上的分力(N)<

56、/p><p>　　只有當(dāng)大于等于時(shí)，即≥時(shí)，機(jī)械手才能把工件夾緊。</p><p>　　所以?shī)A緊力必需滿足：≥</p><p>　　選用能產(chǎn)生較在夾緊力的連桿杠桿式夾持器，如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 連桿杠桿式夾持器</p><p>　　當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿1上下移動(dòng)時(shí)，由桿1、連桿2、擺動(dòng)的鉗爪3和夾持器體4構(gòu)成

57、四桿機(jī)構(gòu)，迫使鉗爪完成夾緊和松開動(dòng)作。夾緊力和驅(qū)動(dòng)力之間的計(jì)算公式為： </p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　＝ =678N</b></p><p>　　式中：為夾緊力（N）；為驅(qū)動(dòng)力（N）；c＝200mm；b＝180mm；=</p><p><b>

58、;　　擴(kuò)力比為：</b></p><p>　　= (3-3)</p><p><b>　　=1.04</b></p><p><b>　　3.2 氣缸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　氣缸選用80mm，管接式地腳結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓縮空氣單位壓力p=

59、0.2Mpa時(shí)，氣缸推力為1005N。由于已知鉸鏈杠桿機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比為=1.04，因?yàn)樵趯?shí)際選用中應(yīng)根據(jù)不同情況對(duì)表中數(shù)值乘以0.6-0.8系數(shù)后，再選取。所以故由氣缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為：</p><p>　　=×10050.8=1.04×10050.8=836（N） (3-4)</p><p>　　此時(shí)已大于所需的678N的夾緊力，故

60、本機(jī)械手可安全工作。</p><p>　　此表中的數(shù)據(jù)是理論輸出力，在實(shí)際選用中應(yīng)根據(jù)不同情況對(duì)表中數(shù)值乘以0.6-0.8系數(shù)后，再選取。</p><p>　　第四章 懸臂（Z軸）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1傳動(dòng)比的選定</b></p><p>　　對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）確定，初步選定

61、滾珠絲杠導(dǎo)程(mm)和電機(jī)步距角[(1.8 °)/脈沖]后，則可用下式來計(jì)算該軸伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比</p><p>　　==1 (4-1)</p><p>　　其中， 為步進(jìn)電機(jī)的步距角 ＝，為滾珠絲杠導(dǎo)程 ＝10mm，為系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 ＝0.05mm/脈沖。使i=1，使步進(jìn)電機(jī)直接與絲杠用聯(lián)軸器聯(lián)接，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度

62、。</p><p>　　4.2工作臺(tái)，機(jī)械手的質(zhì)量：</p><p>　　4.2.1工作臺(tái)的型號(hào)及重量</p><p>　　工作臺(tái)基礎(chǔ)構(gòu)件采用優(yōu)質(zhì)鋁合金、鑄鐵、鋼材、及大理石等材料，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)可以采用直導(dǎo)軌、直線圓導(dǎo)軌、滾珠絲杠、同步帶及氣缸等多種組合形式，滿足各種行業(yè)、不同場(chǎng)合的需要。具有精度高、壽命長(zhǎng)、效率高、磨損小、通用性強(qiáng)結(jié)構(gòu)緊湊美觀等特點(diǎn)。</p>

63、;<p>　　在此選用型號(hào)為RHDZ-080的工作臺(tái)，工作臺(tái)采用雙滑軌、滾珠絲桿的組合形式。行程800mm，總長(zhǎng)1120mm。質(zhì)量為＝75kg。</p><p>　　4.2.2機(jī)械手重量</p><p>　　機(jī)械手材料為45號(hào)鋼，質(zhì)量為45kg。</p><p>　　4.3滾珠絲桿的選定</p><p>　　4.3.1選取的滾珠

64、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為： </p><p>　　磨制絲杠(右旋)軸承到螺母間距離(臨界長(zhǎng)度)＝800mm固定端軸承到螺母間距離 ＝800mm設(shè)計(jì)后絲杠總長(zhǎng) ＝1000mm</p><p>　　最大行程（有效行程）800mm工作臺(tái)最高移動(dòng)速度

65、＝10（m/min）壽命定為＝24000工作小時(shí)。絲桿摩擦系數(shù)μ＝ 0.1 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 ＝1000 （r/min）；加速度＝0.32m支承方式為(固定—支承)W = 75kg+45kg （工作臺(tái)托板質(zhì)量+機(jī)械手質(zhì)量） g=9.8m/sec2(重力加速度)I=1 (電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比)摩擦阻力Fw=μ×W ×g = 0.1×120×9.8118(N) </p><

66、;p>　　絲桿工作時(shí)受到的軸向載荷：</p><p>　　無夾工件時(shí)＝(+)(g+)＝(75+45) (9.8+0.32)+118＝1332(N)</p><p>　　夾工件時(shí)＝(++)(g+)＝(75+45+30) (9.8+0.32)+118＝1636(N) </p><p>　　4.3.2選取的滾珠絲杠型號(hào)和計(jì)算</p><p>

67、<b>　　(1)導(dǎo)程的計(jì)算：</b></p><p>　?。?0000/1000＝10mm</p><p>　　(2)平均速度的計(jì)算：</p><p>　?。?00r/min </p><p>　　(3)平均載荷的計(jì)算：</p><p><b>　　1483(N)</b>&

68、lt;/p><p>　　(4)絲桿時(shí)間壽命的計(jì)算：</p><p>　?。?4000×900×60＝1296000000轉(zhuǎn)次</p><p>　　(5)額定動(dòng)載荷的計(jì)算：</p><p><b>　　21030(N)</b></p><p>　　其中為絲桿在普通運(yùn)動(dòng)中的摩擦系數(shù)取1

69、.3</p><p>　　得到：額定動(dòng)載荷21030(N)。以值從“FDG法蘭式雙螺母表”中查出適合的類型：</p><p>　　公稱直徑： d0=32mm 絲杠底徑： d0=27.1mm 導(dǎo)程：Pho=10mm 循環(huán)圈數(shù)：3.5</p><p>　　額定動(dòng)載荷為：Ca＝25649N 額定靜載荷：＝66711 N 螺母總長(zhǎng)＝128mm</p>&l

70、t;p>　　(6)絲桿螺紋長(zhǎng)度的計(jì)算：</p><p>　　＝800＋2×40＝880mm </p><p>　　其中最大行程，為余程（由下表查到）。 </p><p><b>　　有效行程 </b></p><p>&

71、lt;b>　　Lu=L1-Le</b></p><p>　　絲杠螺紋長(zhǎng)度不得小于800mm加上螺母總長(zhǎng)一半64mm(從“FDG法蘭式雙螺母表”查得螺母總長(zhǎng)128mm)。得絲杠螺紋長(zhǎng)度 ≥ 864m。在此取絲杠螺紋長(zhǎng)度 L1=900mm則軸承之間的距離 =900mm</p><p>　　(7)絲桿公稱直徑的計(jì)算：</p><p>　　注：公稱直徑由

72、允許工作轉(zhuǎn)速與工作容許軸向載荷來得出。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速的關(guān)系為： 其中為臨界轉(zhuǎn)速，為允許工作轉(zhuǎn)速。</p><p>　　已知＝1000r/min，在此先假＝； ＝1000r/min </p><p><b>　　絲桿底徑6.6mm</b></p><p>　　式中：為安裝系數(shù)，在“安裝方法圖”

73、中查找，安裝方式為“固定－支承”。</p><p>　　得到絲桿底徑6.6mm。結(jié)合上邊求得的＝10mm以及額定動(dòng)載荷21030(N)查“FDG法蘭式雙螺母表”得到絲桿的型號(hào)為：FDG32×10R–P5-3.5-1000×900</p><p>　　(8)預(yù)緊載荷的計(jì)算：</p><p><b>　　1.預(yù)加負(fù)荷的確定</b>

74、;</p><p><b>　　545(N)</b></p><p>　　2.預(yù)拉伸滾珠絲桿副行程補(bǔ)償值C和拉伸力的確定</p><p><b>　　C＝</b></p><p><b>　　0.02</b></p><p>　　式中：C行程補(bǔ)償值（）；

75、溫度變化值；最大行程；</p><p><b>　　膨脹系數(shù) ＝/度</b></p><p><b>　?。剑?864(N)</b></p><p>　　式中：行程內(nèi)預(yù)拉伸力；E彈性模量 E＝(N/)；為絲桿底徑。</p><p>　　4.3.3滾珠絲杠的校核</p><p&g

76、t;　　(1)絲桿剛度及其彈性變形量</p><p><b>　?。?211N/</b></p><p>　　6.3定位精度（即0.05mm） </p><p>　　式中： 為絲桿剛度，為球徑，為彈性變形量。</p><p>　　(2)允許的軸向載荷</p><p><b>　　

77、＝42305(N)</b></p><p><b>　?。?gt;8</b></p><p>　　最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷，絲桿可以正常工作。</p><p>　　(3)臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　臨界轉(zhuǎn)速：</b></p><p&

78、gt;　?。?712r/min</p><p>　　式中：為絲桿軸底徑，為安裝系數(shù)。 </p><p>　　允許工作轉(zhuǎn)速：＝0.83712＝2970r/min</p><p>　　/min 小于允許工作轉(zhuǎn)速，故絲桿可以正常工作。</p><p>　　4.4直線導(dǎo)軌副的型號(hào)的選擇及額定壽命的計(jì)算</p><p>　　4.

79、4.1直線導(dǎo)軌副型號(hào)結(jié)構(gòu)</p><p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。4.4.2直線導(dǎo)軌副型號(hào)特點(diǎn)</p>

80、<p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉颍够瑝K與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從

81、而獲得：能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)械性能。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。</p><p>　　

82、4.4.3額定壽命及壽命時(shí)間的計(jì)算（選擇導(dǎo)軌型號(hào)為RHD20B）</p><p><b>　　額定壽命</b></p><p><b>　　23818Km</b></p><p>　　式中：除為計(jì)算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。</p><p><b>　　壽命時(shí)間</b>

83、;</p><p>　?。?1350(h)5(年) </p><p>　　4.5電機(jī)的選型及計(jì)算</p><p>　　4.5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)的選擇</p><p>　　(1)脈沖當(dāng)量、步距角的確定及傳動(dòng)比的計(jì)算</p><p>　　脈沖當(dāng)量：一個(gè)脈沖使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離=0.05mm/p</p&g

84、t;<p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角＝/脈沖，其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)S==200 p/r</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿間的傳動(dòng)比</p><p><b>　　= =1</b></p><p>　　(2)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p><p>　　1．滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js</p><p&

85、gt;<b>　　Js=Kg.m2</b></p><p>　　2．聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　在下表中選出聯(lián)軸器的型號(hào)為：LK5－C68－1930 </p><p><b>　　其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝</b></p><p>　　3．工作臺(tái)及機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>

86、;<b>　　kg.m2</b></p><p>　　式中：w為工作臺(tái)及機(jī)械手重量。</p><p>　　等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：</p><p><b>　　＝</b></p><p>　　(3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p><b>　　1. 加速度力矩<

87、/b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=＝</b></p><p>　　式中Ma ---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（Nm) ，、---電機(jī)自身慣量（在下表查得與負(fù)載慣量(Kg.) 。n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min）， T---電機(jī)升速時(shí)間為1（s）。</p>

88、<p>　　2. 預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　==0.156Nm</b></p><p>　　式中：為預(yù)緊螺母內(nèi)的摩擦系數(shù)（0.1～0.3）在此取0.18</p><p>　　3. 由負(fù)載產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩</p>&l

89、t;p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。剑?.2Nm</b></p><p>　　式中：； η為電機(jī)傳遞效率為0.8</p><p><b>　　等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　=+=0.38Nm </p><p>

90、　　電機(jī)接線圖與外形圖 </p><p>　　根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值，初選電機(jī)型號(hào)為110BYG2502 </p><p>　　4.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的校核</p><p>　　根據(jù)已選出的電機(jī)110BYG2502，查出其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及最大靜轉(zhuǎn)矩。電機(jī)正常工作時(shí)負(fù)載慣量＝，負(fù)載轉(zhuǎn)矩＝0.38Nm。</p><p>

91、　　在及時(shí)能使電機(jī)正常工作。</p><p>　　選擇電機(jī)110 BYG2502滿足此條件，電機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　第五章 橫梁（X軸）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1傳動(dòng)比的選定</b></p><p>　　對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）確定，初步選定滾珠絲杠導(dǎo)程(mm)和電機(jī)步

92、距角[(3 °)/脈沖]后，則可用下式來計(jì)算該軸伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比</p><p>　　==1 (4-1)</p><p>　　其中， 為步進(jìn)電機(jī)的步距角 ＝，為滾珠絲杠導(dǎo)程 ＝12mm，為系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 ＝0.1mm/脈沖。使i=1，使步進(jìn)電機(jī)直接與絲杠用聯(lián)軸器聯(lián)接，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。</p><

93、p>　　5.2滾珠絲桿的選定</p><p>　　5.2.1選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為： </p><p>　　磨制絲杠(右旋)軸承到螺母間距離(臨界轉(zhuǎn)速)＝2000mm固定端軸承到螺母間距離(容許軸向載荷) ＝2000mm設(shè)計(jì)后絲

94、杠總長(zhǎng) ＝2200mm</p><p>　　最大行程（有效行程）2000mm工作臺(tái)最高移動(dòng)速度 ＝18（m/min）壽命定為＝24000工作小時(shí)。絲桿摩擦系數(shù)μ＝ 0.1 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 ＝1500 （r/min）；加速度＝0.6m支承方式為(固定—固定)W = 125kg＋45kg＋50kg （工作臺(tái)質(zhì)量+機(jī)械手質(zhì)量＋托板重量） g=9.8m/sec2(重力加速度)I=1 (電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比)

95、摩擦阻力Fw=μ×W ×g = 0.1×220×9.8216(N) </p><p>　　絲桿工作時(shí)受到的軸向載荷：</p><p>　　無夾工件時(shí)＝(++)(g+) </p><p>　?。?125+45+50) (9.8+0.6)+216＝2504(N)</p><p>　　夾工件時(shí)＝(+++)(g

96、+)</p><p>　?。?125+45+50+30) (9.8+0.6)+216＝2816(N) </p><p>　　5.2.2選取的滾珠絲杠型號(hào)和計(jì)算</p><p><b>　　(1)導(dǎo)程的計(jì)算：</b></p><p>　　＝18000/1500＝12mm</p><p>　　(2)平

97、均速度的計(jì)算：</p><p>　　＝1350r/min </p><p>　　(3)平均載荷的計(jì)算：</p><p><b>　　2652(N)</b></p><p>　　(4)絲桿時(shí)間壽命的計(jì)算：</p><p>　?。?4000×1350×60＝1944000000轉(zhuǎn)次

98、</p><p>　　(5)額定動(dòng)載荷的計(jì)算：</p><p><b>　　43027(N)</b></p><p>　　其中為絲桿在普通運(yùn)動(dòng)中的摩擦系數(shù)取1.3</p><p>　　得到：額定動(dòng)載荷43027(N)。以值從“FDG法蘭式雙螺母表”中查出適合的類型：</p><p>　　公稱直徑：

99、 d0=40mm 絲杠底徑： d0=33.9mm 導(dǎo)程：Pho=12mm 循環(huán)圈數(shù)：4.5</p><p>　　額定動(dòng)載荷為：Ca＝47016N 額定靜載荷：＝132278 N 螺母總長(zhǎng)＝178mm</p><p>　　(6)絲桿螺紋長(zhǎng)度的計(jì)算：</p><p>　?。?000＋2×45＝2090mm </p><p>　　其中

100、最大行程，為余程（由下表查到）。 </p><p><b>　　有效行程 </b></p><p><b>　　Lu=L1-Le</b></p><p>　　絲杠螺紋長(zhǎng)度不得小于2000mm加上螺母總長(zhǎng)一半89mm(從“FDG法蘭式雙螺母

101、表”查得螺母總長(zhǎng)178mm)。得絲杠螺紋長(zhǎng)度 ≥ 2090m。在此取絲杠螺紋長(zhǎng)度 L1=2100mm則軸承之間的距離 =2100mm</p><p>　　(7)絲桿公稱直徑的計(jì)算：</p><p>　　注：公稱直徑由允許工作轉(zhuǎn)速與工作容許軸向載荷來得出。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速的關(guān)系為： 其中為臨界轉(zhuǎn)速，為允許工作轉(zhuǎn)速。</p>

102、<p>　　已知＝1500r/min，在此先假＝； ＝1500r/min </p><p>　　絲桿底徑27.3mm</p><p>　　式中：為安裝系數(shù)，在“安裝方法圖”中查找，安裝方式為“固定－固定”。</p><p>　　得到絲桿底徑27.3mm。結(jié)合上邊求得的＝12mm以及額定動(dòng)載荷43027(N)查“FDG法蘭式雙螺母表”得到絲桿的型號(hào)為：FDG

103、40×12R–P5-4.5-2500×2200</p><p>　　(8)預(yù)緊載荷的計(jì)算：</p><p><b>　　1.預(yù)加負(fù)荷的確定</b></p><p><b>　　939(N)</b></p><p>　　2.預(yù)拉伸滾珠絲桿副行程補(bǔ)償值C和拉伸力的確定</p&g

104、t;<p><b>　　C＝</b></p><p><b>　　0.05</b></p><p>　　式中：C行程補(bǔ)償值（）；溫度變化值；最大行程；</p><p><b>　　膨脹系數(shù) ＝/度</b></p><p><b>　?。剑?482(N)

105、</b></p><p>　　式中：行程內(nèi)預(yù)拉伸力；E彈性模量 E＝(N/)；為絲桿底徑。</p><p>　　5.3.3滾珠絲杠的校核</p><p>　　(1)絲桿剛度及其彈性變形量</p><p><b>　?。?53N/</b></p><p>　　47.2定位精度（即0.05

106、mm） </p><p>　　式中： 為絲桿剛度，為球徑，為彈性變形量。</p><p>　　(2)允許的軸向載荷</p><p><b>　?。?0978(N)</b></p><p><b>　　＝>7</b></p><p>　　最大軸向載荷小于絲杠工作容

107、許軸向載荷，絲桿可以正常工作。</p><p>　　(3)臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　臨界轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　?。?100r/min</p><p>　　式中：為絲桿軸底徑，為安裝系數(shù)。 </p><p>　　允許工作轉(zhuǎn)速：＝0.82100＝1680r/min

108、</p><p>　　/min 小于允許工作轉(zhuǎn)速，故絲桿可以正常工作。</p><p>　　5.4直線導(dǎo)軌副型號(hào)的選擇及額定壽命的計(jì)算</p><p>　　5.4.1直線導(dǎo)軌副型號(hào)結(jié)構(gòu)</p><p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加

109、工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。5.4.2直線導(dǎo)軌副型號(hào)特點(diǎn)</p><p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉颍够瑝K與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈

110、敏度。驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得：能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接

111、觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機(jī)械性能。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。</p><p>　　5.4.3額定壽命及壽命時(shí)間的計(jì)算（選擇導(dǎo)軌型號(hào)為RHD30A）</p><p><b>　　額定壽命</b></p><p><b

112、>　　44702Km</b></p><p>　　式中：除為計(jì)算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。</p><p><b>　　壽命時(shí)間</b></p><p>　?。?6378(h)5(年) </p><p>　　5.5電機(jī)的選型及計(jì)算</p><p>　　5.5.1步進(jìn)電

113、動(dòng)機(jī)的型號(hào)的選擇</p><p>　　(1)脈沖當(dāng)量、步距角的確定及傳動(dòng)比的計(jì)算</p><p>　　脈沖當(dāng)量：一個(gè)脈沖使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離=0.1mm/p</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角＝/脈沖，其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)S==120 p/r</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿間的傳動(dòng)比</p><p>

114、<b>　　= =1</b></p><p>　　(2)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p><p>　　1．滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js</p><p><b>　　Js=Kg.m2</b></p><p>　　2．聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（查第四章聯(lián)軸器圖）</p><p>　　在下表中選出聯(lián)軸

115、器的型號(hào)為：LK5－C82－2840 </p><p><b>　　其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝</b></p><p>　　3．工作臺(tái)、機(jī)械手及托板的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　kg.m2</b></p><p>　　式中：w為工作臺(tái)及機(jī)械手重量。</p><p>　　等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣

116、量的計(jì)算：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　(3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p><b>　　1. 加速度力矩</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=＝</

117、b></p><p>　　式中Ma ---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（Nm) ，、---電機(jī)自身慣量（在下表查得與負(fù)載慣量(Kg.) 。n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min）， T---電機(jī)升速時(shí)間為1（s）。</p><p>　　2. 預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　=</b></p><p><

118、b>　　==0.323Nm</b></p><p>　　式中：為預(yù)緊螺母內(nèi)的摩擦系數(shù)（0.1～0.3）在此取0.18</p><p>　　3. 由負(fù)載產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　＝</b></p><p><b>　?。剑?.7Nm</b></p><

119、;p>　　式中： η為電機(jī)傳遞效率為0.8</p><p><b>　　等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　=+=7.3Nm </p><p>　　根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值，初選電機(jī)型號(hào)為Y112M-4 該電機(jī)的軸徑為；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為（在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)

120、第五版第四卷）；最大靜轉(zhuǎn)矩＝＝25Nm</p><p>　　5.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的校核</p><p>　　根據(jù)已選出的電機(jī)Y112M-4，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及最大靜轉(zhuǎn)矩。電機(jī)正常工作時(shí)負(fù)載慣量＝，負(fù)載轉(zhuǎn)矩＝7.3Nm。</p><p>　　在及時(shí)能使電機(jī)正常工作。</p><p>　　選擇電機(jī)110 BYG2502滿足此條件，電機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。&

121、lt;/p><p>　　第六章 控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1控制系統(tǒng)的功能要求：</p><p>　　(1)電機(jī)1和電機(jī)2采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制</p><p><b>　　(2)行程控制</b></p><p><b>　　(3)面板管理</b></p>

122、<p>　　(4)其他功能：光電隔離、功率放大、報(bào)警急停、復(fù)位等。</p><p>　　6.2控制電機(jī)及控制原理框圖：</p><p>　　6.2.1電機(jī)1和電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)器</p><p><b>　　電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)器：</b></p><p><b>　　電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)器</b><

123、/p><p>　　6.2.1系統(tǒng)運(yùn)行原理</p><p>　　電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理如下圖所示：</p><p>　　IPC（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）是電機(jī)控制系統(tǒng)的主機(jī)，負(fù)責(zé)從鍵盤接收外部命令，通過串行口發(fā)送到單片機(jī)，然后接收單片機(jī)回送的相同數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)數(shù)據(jù)的情況控制電路。如果相同，表明單片機(jī)正確接收命令；如果不相同，則在屏幕上顯示錯(cuò)誤信息。IPC的控制結(jié)束后，可做其他