【正文】 滾珠絲桿的選定 選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為： 磨制絲杠 (右旋 ) 軸承到螺母間距離 (臨界 轉(zhuǎn)速 )nL ＝ 2021mm 固定端軸承到螺母間距離 (容許軸向載荷 ) kL ＝ 2021mm 設(shè)計(jì)后絲杠總長(zhǎng) L ＝ 2200mm 最大行程 （有效行程） ＝uL 2021mm 工作臺(tái)最高移動(dòng)速度 maxV ＝ 18（ m/min） 壽命定為 hL ＝ 24000工作小時(shí)。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） 。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(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 30 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 31 直線導(dǎo)軌副型號(hào) 結(jié)構(gòu) 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。 臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速 的關(guān)系為 ： Ln ? 其中 Ln 為臨界轉(zhuǎn)速， kn 為 允許 工作轉(zhuǎn)速。 質(zhì)量 為 1M ＝ 75kg。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 19 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 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(shí)產(chǎn)生的慣性力 yaF = jM a=30 ? 10(N) 圖 31工件受力分析 機(jī)械手夾緊力計(jì)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(jì)算夾緊力時(shí)必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 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 ，脈沖當(dāng)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(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。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 12 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，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。 ，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(jiǎn)單，減輕了質(zhì) 量。 ⑷ 大型機(jī)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(jī)。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。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(lái)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)。 (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)。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。該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)微機(jī) 控制。通過(guò)大量查閱資料確定設(shè)計(jì)總體方案；根據(jù)加工工件的特點(diǎn)，機(jī)械手手爪確定為連桿杠桿式夾持機(jī)構(gòu)；通過(guò)對(duì)壓桿的剛度和穩(wěn)壓性驗(yàn)算選定滾珠絲桿螺母副；同時(shí)完成對(duì)橫梁以及其上的傳動(dòng)系統(tǒng)和其他零部件的設(shè)計(jì)任務(wù)。 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。 (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(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)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(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。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。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。 ⑶ 中型機(jī)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(jié)構(gòu)尺寸，減輕質(zhì)量。 ，調(diào)整齒輪間隙機(jī)構(gòu)，彈性萬(wàn)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。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。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。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。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)。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 31所示。所以 故由氣缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為： NF =i 1005? = 1005? =836（ N） (34) 18 此時(shí) NF 已大于所需的 678N的夾緊力，故本機(jī)械手可安全工作。行程 800mm，總長(zhǎng) 1120mm。在此取絲杠螺紋長(zhǎng)度 L1=900mm 則軸承之間的距離 ?L =900mm (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(lái)得出。 允許工作轉(zhuǎn)速： Lk ?? ＝ ? 3712＝ 2970r/min 1000max ?n /min 小于允許工作轉(zhuǎn)速 kn ，故絲桿可以正常工作。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 等效轉(zhuǎn)動(dòng)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 ?? ?? ??? ＝ 2?? 式中 Ma 電機(jī)啟動(dòng)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? .) 。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。 已知 maxn ＝ 1500r/min，在此先假 kn ＝ maxn ； kn ＝ 1500r/min 絲桿底徑722nk2 10Lnd ??? ??7 00202151 ?? ? 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(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(guò)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(guò)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)。 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。 2. 預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 fM 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 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 49 ZM ＝ i?????2 LF 02a ＝i??? ? ??2 ＝ 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 = 50 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 tJ 以及等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM 的值，初選電機(jī)型號(hào)為 Y112M4 該電機(jī)的軸徑為mm28? ；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 23m ?? －＝ （在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第五版第四卷） ； 最大靜轉(zhuǎn)矩egt n9550P＝M ＝ 150049550? ＝ 25Nm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的校核 根據(jù)已選出的電機(jī) Y112M4，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 23m ?? －＝ 以及最大靜轉(zhuǎn)矩 Nm25t＝M 。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 53 通過(guò)接口電路實(shí)現(xiàn) IPC串行口信號(hào)與單片機(jī) TTL 信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn) IPC 與單片機(jī)的正常通信。感謝他們 三 年來(lái)的辛勤栽培。 控制電路 電機(jī)控制系統(tǒng)的電路原理如 下 圖 ： 54 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 55 參考文獻(xiàn) 《機(jī)械設(shè)計(jì)大師手 冊(cè) 》第五版第四卷 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2021 年 4月 《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)大師手 冊(cè) 》 第二版 毛謙德 李振清主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 1月 《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手 冊(cè) 》第二版 吳宗澤主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2021 年 1月 《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手 冊(cè) 》機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)編委會(huì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 4 月 《機(jī)械設(shè)計(jì)大師手 冊(cè) 》上冊(cè) 吳宗澤主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 9月 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手 冊(cè) 》第二版 吳宗澤 羅圣國(guó)主編 高等教育出版社 1998 《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 》 馮辛安主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 《機(jī)器人學(xué) 》 張鐵 謝存禧主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 》 鄭提 唐可洪主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 《數(shù)控機(jī)床》 吳祖育 秦鵬飛主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2021 56 致 謝 本設(shè)計(jì)在 李冬梅 老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)和調(diào)試，無(wú)不凝聚著 李 老師的心血和汗水 。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 51 第六章 控制方案設(shè)計(jì) ： (1)電機(jī) 1 和電機(jī) 2 采用進(jìn)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(bào)警急停、復(fù)位等。 46 額定壽命及壽命時(shí)間的計(jì)算 （選擇導(dǎo)軌型號(hào)為 RHD30A） 額定壽命 3cwacthe PCf ffff50L ）（＝ ? ?????? 30 . 0 62816 29801 . 5 ）（＝ 44702Km 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。與 V 型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約 40 倍。 (2)允許的軸向載荷