【正文】 磨制絲杠 (右旋 ) 軸承到螺母間距離 (臨界 轉速 ) nL ＝ 20xxmm 固定端軸承到螺母間距離 (容許軸向載荷 ) kL ＝ 20xxmm 設計后絲杠總長 L ＝ 2200mm 最大行程 （有效行程） ＝uL 20xxmm 工作臺最高移動速度 maxV ＝ 18（ m/min） 壽命定為 hL ＝ 24000 工作小時。n電機所需達到的轉速（ r/min） ， T電機升速時間 為 1（ s） 。動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得：能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 廣東水利電力職業(yè)技術學院 31 龍門式上下料機械手設計 32 直線導軌副的型號的選擇及額定壽命的計算 直線導軌副型號 結構 滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。 臨界轉速及允許工作轉速 的關系為 ： Ln ? 其中 Ln 為臨界轉速， kn 為 允許 工作轉速。 質(zhì)量 為 1M ＝ 75kg。 龍門式上下料機械手設計 20 此表中的數(shù)據(jù)是理論輸出力，在實際選用中應根據(jù)不同情況對表中數(shù)值乘以 系數(shù)后， 再 選取。 圖中： F F F F4為夾緊力 加速度 ? ＝ 2/s G 為工件所受重力 G= jM g=30 =294(N) yaF 為沿軸方向加速時產(chǎn)生的慣性力 yaF = jM a=30 ? 10(N) 圖 31 工件受力分析 機械手夾緊力計算 夾緊力所要產(chǎn)生的豎直方向的分力 TF? = YaF +G=294+10=304(N) 計算夾緊力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 Y 軸采用滾珠絲桿傳動，法蘭型直線導軌，由步進電機驅(qū)動，機械手定位精度為 ，脈沖當量為 ?? ＝。 、 夾持工件 加工工件為 圓軸類。 可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力地一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側面。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障廣東水利電力職業(yè)技術學院 13 人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，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。 機械手的意義與作用 在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(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，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。 ，減少連接件，增加了傳遞剛度。手臂外 壁與鑄件骨架采用膠接，使連接件減少，工藝簡單，減輕了質(zhì)量。 ⑷ 大型機械手：臂力大于 30公斤。第二類是需要人工操作的，稱為操作機。 機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。運動機 構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。 (3)可在勞動條件差，單調(diào)重復易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。機械手就在這樣誕生了 ,機械手是工 業(yè)機器人 系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件之一。該設計可以實現(xiàn)微機控制。通過大量查閱資料確定設計總體方案；根據(jù)加工工件的特點，機械手手爪確定為連桿杠桿式夾持機構；通過對壓桿的剛度和穩(wěn)壓性驗算選定滾珠絲桿螺母副；同時完成對橫梁以及其上的傳動系統(tǒng)和其他零部件的設計任務。 工業(yè) 生產(chǎn)和其他領域內(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，增加了工人的勞動強度，甚至于危機生命。 (2)在裝配作業(yè)中應用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。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)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全， 因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。它的特點是具備普通機械的物理性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。 ⑶ 中型機械手：臂力為 10～ 30 公斤。這樣不僅節(jié)省材料，減少加工量，又使整體質(zhì)量減輕。 ，以減少結構尺寸，減輕質(zhì)量。 ，調(diào)整齒輪間隙機構，彈性萬向聯(lián)軸器，工藝上加工精密，多用整體鑄件，使得重復定位精度較高。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。如 在一些簡單、重 復，特別是較笨重地操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成地人身事故。機械手可從輥道上夾持工件準確的送到機床的裝夾部位，然后退出，加工完后，機械手進入，夾持工件放到輥道上。X 軸采用滾珠絲桿傳動，方形直線導軌，由步進電機驅(qū)動。當工件被夾緊后機械手加速起動時所受力最大，受力分析如圖 31 所示。所以 故由氣缸產(chǎn)生的實際夾緊力為： NF =i 1005? = 1005? =836（ N） (34) 廣東水利電力職業(yè)技術學院 19 此時 NF 已大于所需的 678N的夾緊力，故本機械手可安全工作。行程 800mm，總長 1120mm。在此取絲杠螺紋長度 L1=900mm 則軸承之間的距離 ?L =900mm (7)絲桿公稱直徑的 計算： 注： 公稱直徑由允許工作轉速與工作容許軸向載荷來得出。 允許工作轉速： Lk ?? ＝ ? 3712＝ 2970r/min 1000max ?n /min 小于允許工作轉速 kn ，故絲桿可以正常工作。能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度。 等效轉動慣量 tJ 的計算 ： wLst JJJJ ＋＋＝ ＝ mkg?? ? (3)等效負載轉矩 mM 的計算 1. 加速度力矩 aM = ）＋（ td JJ 2m a x ???tn = ）＋（ 33 ?? ?? ??? ＝ 2?? 式中 Ma 電機啟動加速力矩（ Nm) ， dJ 、 tJ 電機自身慣量 （在下表查得 與負載慣量 (Kg 2m? .) 。使 i=1，使步進電機直接與絲杠用聯(lián)軸器聯(lián)接，有利于簡化結構，提高精度。 已知 maxn ＝ 1500r/min，在此先假 kn ＝ maxn ； kn ＝ 1500r/min 絲桿底徑722nk2 10Lnd ??? ?? 7 0020xx51 ?? ? 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－ 固定 ”。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經(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）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動。 成對使用導軌副時，具有 “ 誤差均化效應 ” ，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。 2. 預加載荷而產(chǎn)生的轉矩 fM fM = iL????2 kF p0ao = i? ?? ?2 = 式中： pk 為 預緊螺母內(nèi)的摩擦系數(shù)（ ～ ） 在此取 3. 由負載產(chǎn)生 的轉矩 ZM 龍門式上下料機械手設計 50 ZM ＝ i?????2 LF 02a ＝i??? ? ??2 ＝ 式中： η為電機 傳遞效率 為 等效負載轉矩 mM mM = aM + fM ZM = 廣東水利電力職業(yè)技術學院 51 根據(jù)等效轉動慣量 tJ 以及等效負載轉矩 mM 的值，初選電機型號為 Y112M4 該電機的軸徑為mm28? ；轉動慣量為 23m ?? －＝ （在機械設計手冊 第五版第四卷） ； 最大靜轉矩egt n9550P＝M ＝ 150049550? ＝ 25Nm 根據(jù)已選出的電機 Y112M4，其轉動慣量 23m ?? －＝ 以及最大靜轉矩 Nm25t＝M 。 龍門式上下料機械手設計 54 通過接口電路實現(xiàn) IPC 串行口信號與單片機 TTL 信號之間的轉換，實現(xiàn) IPC 與單片機的正常通信。感謝他們 三 年來的辛勤栽培。 控制電路 電機控制系統(tǒng)的電路原理如 下 圖 ： 廣東水利電力職業(yè)技術學院 55 龍門式上下料機械手設計 56 參考文獻 《機械設計大師手 冊 》第五版第四卷 成大先主編 化學工業(yè)出版社 20xx 年 4月 《袖珍機械設計大師手 冊 》 第二版 毛謙德 李振清主編 機械工業(yè)出版社 20xx 年 1 月 《機械設計實用手 冊 》第二版 吳宗澤主編 化學工業(yè)出版社 20xx 年 1 月 《機械設計實用手 冊 》機械設計實用手冊編委會 機械工業(yè)出版社 20xx 年 4 月 《機械設計大師手 冊 》上冊 吳宗澤主編 機械工業(yè)出版社 20xx 年 9月 《機械設計課程設計手 冊 》第二版 吳宗澤 羅圣國主編 高等教育出版社 1998 《機械制造裝備設計 》 馮辛安主編 機械工業(yè)出版社 1999 《機器人學 》 張鐵 謝存禧主編 機械工業(yè)出版社 20xx 《機電一體化設計基礎 》 鄭提 唐可洪主編 機械工業(yè)出版社 1997 《數(shù)控機床》 吳祖育 秦鵬飛主編 上?？茖W技術出版社 20xx 廣東水利電力職業(yè)技術學院 57 致 謝 本設計在 李冬梅 老師的悉心指導和嚴格要求下業(yè)已完成，從課題選擇、方案論證到具體設計和調(diào)試，無不凝聚著 李 老師的心血和汗水 。 龍門式上下料機械手設計 52 第六章 控制方案設計 控制系統(tǒng)的功能要求 ： (1)電機 1 和電機 2 采用進給伺服系統(tǒng)控制 (2)行程控制 (3)面板管理 (4)其他功能：光電隔離、功率放大、報警急停、復位等。 廣東水利電力職業(yè)技術學院 47 額定壽命及壽命時間的計算 （選擇導軌型號為 RHD30A） 額定壽命 3cwacthe PCf ffff50L ）（＝ ? ?????? 30 . 0 62816 29801 . 5 ）（＝ 44702Km 式中：除 cP 為計算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。與 V 型十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約 40 倍。 (2)允許的軸向載荷 21LIEKP ????＝ 2425 ?? ???? d＝ ＝ 20978(N) 2k FPn?＝＝ 281620978 7 最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載