【正文】 手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。其它部門，如輕工業(yè)，建筑業(yè)，國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用 。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 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 動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 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)，使勞動條件得以改善。因此，在自動化機(jī)床和綜合加工自動線上，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)。 第二種方案 ： CK1463車削單元中的 NJS100型龍門式自動上下料機(jī)械手 ： 圖 4 龍門式上下式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖 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 :20xxmm； 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)動方式； 第一種方案由于要用 減速器驅(qū)動齒輪，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。 參數(shù) ： 長度： 500mm 重量： 30kg 一般選 45 號 鋼，材料密度 310?? （ kg/cm179。 主要依據(jù)是 考慮對位置精度 的 要 求 不高并且要在惡劣的 環(huán)境 中工作 。 機(jī)械手移動范圍 ： Z 軸 800mm， 最大移動速度 max? =10m/min； X 軸 20xxmm， 最大移動速度 max? =18m/min。在此機(jī)架形狀選用方形。安全系數(shù) K = 1K 2K 3K 式中： 1K 為基本安全系數(shù)，取 1K =； 2K 為運(yùn)動沖擊系數(shù)，取 2K =； 3K 為夾持器誤差系數(shù)，取 3K =； 所以 F? = TFK? =? ? ? 304=652(N) 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 ? =45176。當(dāng)壓縮空氣單位壓力 p= 時(shí)，氣缸推力為 1005N。廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 21 龍門式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 22 第 四 章 懸臂 （ Z 軸） 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動比的選定 對于步進(jìn)電機(jī)，脈沖當(dāng)量 P? （ mm/脈沖）確定，初步選定滾珠絲杠導(dǎo)程 0L (mm)和電機(jī)步距角 ?b [( 176。具有精度高、壽命長、效率高、磨損小、通用性強(qiáng)結(jié)構(gòu)緊湊美觀等特點(diǎn)。 機(jī)械手重量 2M 機(jī)械手材料為 45 號鋼， 質(zhì)量 為 45kg。 龍門式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 26 有效行程 Lu=L1Le 公稱導(dǎo)航 Lo 3 4 5 6 8 10 12 16 20 余程 Le 10 12 16 20 24 32 40 45 50 60 絲杠螺紋長度不得小于 800mm 加上螺母總長一半 64mm(從 “ FDG 法蘭式雙螺母表”查得 螺母總長 128mm)。 已知 maxn ＝ 1000r/min，在此先假 kn ＝ maxn ； kn ＝ 1000r/min 絲桿底 徑722nk2 10Lnd ??? ?? 7 8001000?? ? 式中： 2? 為安裝系數(shù)，在“安裝方法圖”中查找，安裝方式為“固定－支承”。 (2)允許的軸向載荷 21LIEKP ????＝ 2425 9 0 ?? ???? d＝ ＝ 42305(N) 2k FPn?＝＝ 163642305 8 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。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對運(yùn)動時(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，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。與 V 型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約 40 倍。 成對使用導(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。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 33 額定壽命 及壽命時(shí)間 的計(jì)算 （選擇導(dǎo)軌型號為 RHD20B） 額定壽命 3cwacthe PCf ffff50L ）（＝ ? ?????? 30 . 0 61 6 3 61 4 5 01 . 5 ）（＝ 23818Km 式中：除 cP 為計(jì)算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。 2. 預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 fM 龍門式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 38 fM = iL????2 kF p0ao =i??? ?2 = 式中： pk 為 預(yù)緊螺母內(nèi)的摩擦系數(shù)（ ～ ） 在此 取 3. 由負(fù)載產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩 ZM ZM ＝ i?????2 LF 02a ＝ i??? ? ＝ 式中： ； η為電機(jī) 傳遞效率 為 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM mM = aM + fM ZM = 電機(jī)接線圖與外形圖 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 39 龍門式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 40 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量 tJ 以及等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM 的值，初選電機(jī)型號為 110BYG2502 步進(jìn)電動機(jī)的校核 根據(jù)已選出的電機(jī) 110BYG2502，查出其轉(zhuǎn)動慣量 23m ?? －＝ 以及最大靜轉(zhuǎn)矩Nm6t＝M 。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 41 第五章 橫梁（ X 軸）傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動比的選定 對于步進(jìn)電機(jī)，脈沖當(dāng)量 P? （ mm/脈沖）確定，初步選定滾珠絲杠導(dǎo)程 0L (mm)和電機(jī)步距角 ?b [(3 176。 絲桿 摩擦系數(shù) μ ＝ 龍門式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 42 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 maxn ＝ 1500 （ r/min） ；加速度 ? ＝ 2/s 支承方式為 (固定 — 固定 ) W = 125kg＋ 45kg＋ 50kg （工作臺 質(zhì) 量 +機(jī)械手質(zhì) 量 ＋托板重量 ） g=(重力加速度 ) I=1 (電機(jī)至絲杠的傳動比 ) 摩擦阻力 Fw=μW g = 220 ? 216(N) 絲桿工作時(shí)受到的軸向載荷： 無夾工件時(shí) wa FFF ＋＝ ＝ ( 1M + 2M + 3M )? (g+? ) wF＋ ＝ (125+45+50) ? (+)+216＝ 2504(N) 夾工件時(shí) wa FFF ＋＝ ＝ ( 1M + 2M + 3M + jM )? (g+? ) wF＋ ＝ (125+45+50+30) ? (+)+216＝ 2816(N) 運(yùn)轉(zhuǎn)方式 軸向載荷 Fa=F+Fw （ N） 進(jìn)給速度 (mm/min) 工作時(shí)間比例 無夾工件時(shí)上下移動 1aF =2504 V1=18000 q1=50 夾工件時(shí)上下移動 2aF =2816 V2=15000 q2=50 運(yùn)轉(zhuǎn)方式 進(jìn)給速度 (mm/min) 進(jìn)給 轉(zhuǎn)速 (r/min) 無夾工件時(shí)上下移動 V1=18000 n1=1500 夾工件時(shí)上下移動 V2=15000 n2=1200 型號和計(jì)算 (1)導(dǎo)程的計(jì)算： 0LinVmaxmax??＝ 18000/1500＝ 12mm (2)平均速度的計(jì)算： 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 43 2211m n1 0 0qn1 0 0qn ?? ＋＝ 120010050150010050 ?? ＋＝＝ 1350r/min (3)平均載荷的計(jì)算： 3 2m23 21m13 1 100qnnF100qnnF ????? ??＝mF 3 33 1005013501200( 2 8 1 6 )1005013501500( 2 5 0 4 ) ?????＝ ? 2652(N) (4)絲桿時(shí)間壽命的 計(jì)算： 60nLR mh ??＝ ＝ 24000135060＝ 1944000000 轉(zhuǎn)次 (5)額定動載荷的 計(jì)算： 36wm 10RfFC ??＝? 3610194 400 2 ??＝ ?43027(N) 其中 wf 為絲桿在普通運(yùn)動中的摩擦系數(shù)取 得到：額定動載荷 ??C 43027(N)。在此取絲杠螺紋長度 L1=2100mm 則軸承之間的距離 ?L =2100mm (7)絲桿公稱直徑的 計(jì)算： 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。結(jié)合上邊求得的 0L ＝ 12mm 以及 額定動載荷 ??C 43027(N)查 “ FDG 法蘭式雙螺母 表 ” 得 到絲桿的型號為： FDG4012R–2200 (8)預(yù)緊載荷的 計(jì)算： aoF 的確定 ?32 8 1 63FF m a xao ＝＝939(N) C 和拉伸力 tF 的確定 C＝ 3u0 10Lt －????? 336 ????? －＝ ? m? 式中： C 行程補(bǔ)償值（ m? ）； t? 溫度變化值 C3C2 00 ～ ； uL 最大行程； 0? 膨脹系數(shù) 0? ＝ －? /度 E4dtF 22t ???? ??＝＝ ??? ＝ 4482(N) 式中： tF 行程內(nèi)預(yù)拉伸力； E 彈性模量 E＝ ? (N/ 2mm )； 2d 為絲桿底徑。 允許工作轉(zhuǎn)速： Lk ?? ＝ ? 2100＝ 1680r/min 1000max ?n /min 小于允許工作轉(zhuǎn)速 kn ，故絲桿可以正常工作。 直線導(dǎo)軌副型號 特點(diǎn) 滾動直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅(qū)動信號與機(jī)械動作滯后的時(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。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。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。 等效轉(zhuǎn)動慣量 tJ 的計(jì)算： wLst JJJJ ＋＋＝ ＝ mkg?? ? (3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM 的計(jì)算 1. 加速度力矩 aM = ）＋（ td JJ 2m a x ???tn = ）＋（ 33 ?? ?? ??? ＝ .27Nm0 式中 Ma 電機(jī)啟動加速力矩（ Nm) ， dJ 、 tJ 電機(jī)自身慣量 （在下表查得 與負(fù)載慣量 (Kg 2m? .) 。 在 2MMmt ?及 4JJmt ?時(shí)能使電機(jī)正常工作。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。 功率放大電路是就將單片機(jī)并行口輸出的控制脈沖信號進(jìn)行電流和電壓放大，驅(qū)動電機(jī)，使電機(jī)隨著不同的控制脈沖信號做各種運(yùn)轉(zhuǎn)。 不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于 小組的各位成員 的認(rèn)真負(fù)責(zé) 的工作態(tài)度 ，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計(jì)中