【正文】 .0 3 ,2 1 6 .1 3 ,1 3 0 .2 8 ) 39。 。4 ?? POP 。 ?30439。所 設(shè)計(jì)的 6SPS伸縮式并聯(lián)機(jī)床實(shí)物圖如圖 21所示 ： 圖 21 6SPS伸縮式并聯(lián)機(jī)床模型 6SPS 伸縮式并聯(lián)機(jī)床位置逆解計(jì)算與分析 該部分根據(jù) 劉國(guó)平、李建武等《 6SPS 并聯(lián)機(jī)器人一種逆解算法研究》主要 介紹了 6SPS 并聯(lián)機(jī)器人位置逆解的一種求解方法，該方法采用坐標(biāo)變換原理，求得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的任意點(diǎn)經(jīng)過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)后的新坐標(biāo)，再根據(jù) 6SPS 機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過(guò)幾何方法求出各軸滑塊的移動(dòng)距離，從而實(shí)現(xiàn)逆解的求，并根據(jù)張曙的《并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床》加以分析處 [10]。 4 根據(jù)導(dǎo)師提供的參考資料以及畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，選定 6SPS型并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三、對(duì)并聯(lián)機(jī)床工作原理及運(yùn)行情況做簡(jiǎn)單分析、計(jì)算。 課題研究的意義 并聯(lián)機(jī)床 對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、 保障生產(chǎn)安全具有重要意義。 我國(guó)已將并聯(lián)機(jī)床的研究與開(kāi)發(fā)列入國(guó)家 “ 九五 ” 攻關(guān)計(jì)劃和 863 高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，相關(guān)基礎(chǔ)理論研究連續(xù)得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家攀登計(jì)劃的資助。 目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)研究與開(kāi)發(fā)并聯(lián)機(jī)床非常重視，并于 90年代中期相繼推出結(jié)構(gòu)形式各異的產(chǎn)品化樣機(jī)。 謝 辭 ........................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 CAXA 電子圖版概述 ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 本課題結(jié)合本院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，設(shè)六自由度并聯(lián)機(jī)床機(jī)構(gòu)，使其能根據(jù)工藝要求進(jìn)行加工。但其也不足之處，其中位置正解復(fù)雜就是關(guān)鍵的一條。 Pro/E 的功能 ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 并聯(lián)機(jī)床未來(lái)研究方 ......................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。在動(dòng)平臺(tái)上安裝刀具可進(jìn)行多坐標(biāo)銑、鉆、磨、拋光，以及異型刀具刃磨等加工。近年來(lái)，與并聯(lián)機(jī)床和并聯(lián)機(jī)器人操作機(jī)有關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議層出不窮，例如第 47～ 49 屆 CIRP年會(huì)、 1998～ 1999 2 年 CIRA 大會(huì)、 ASME 第 25 屆機(jī)構(gòu)學(xué)雙年會(huì)、第 10屆 TMM 世界大會(huì)均有大量文章涉及這一領(lǐng)域。另外，由于其進(jìn)給速度的提高，從而使高速、超高速加工更容易實(shí)現(xiàn)。提高學(xué)生的工程素質(zhì)、創(chuàng)新能力、綜合實(shí)踐及應(yīng)用能力。從完全并聯(lián)的角度出發(fā)，這類機(jī)構(gòu)必須具有 6 個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈。 二．滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 三．步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型 四．其他主要零部件的計(jì)算與選用 各零部件的三維建模、裝配與二維圖的轉(zhuǎn)化 為了較為直觀的看出并聯(lián)機(jī)床空間結(jié)構(gòu)的特征，采用 PRO/E 軟件對(duì)并聯(lián)機(jī)床各零部件進(jìn)行三維建模并裝配，以達(dá)到預(yù)期效果。 圖 23 坐標(biāo)系示意圖 1 2 3 4 5 6 6SPS 并聯(lián)機(jī)器人的工作原理是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，帶動(dòng)絲桿上滑塊與連桿并行的移動(dòng)，滑塊又通過(guò)虎克鉸帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，從而使活動(dòng)平臺(tái)變化在空間的位置和姿態(tài)。下虎克鉸中心 ?40339。 初始條件的確立 當(dāng)已知機(jī)構(gòu)的基本尺寸，在所建立的坐標(biāo)系上，由于上、下平臺(tái)的各個(gè)鉸點(diǎn)和 (i=l，2? 6)對(duì)于坐標(biāo)系的幾何關(guān)系已確定 (如各鉸點(diǎn)與原點(diǎn)的連線和 X 軸的夾角為定值 )，通過(guò)幾何關(guān)系就可計(jì)算出各鉸點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，即各個(gè)鉸點(diǎn)和的坐標(biāo)值可計(jì)算出來(lái)而成為已知條件。1P ( 4 9 , 5 , 8 7 .0 4 )? 39。iiPP是與 Z軸平行且經(jīng)過(guò) iD 點(diǎn)的直線， iiBD垂直于 39。 10 圖 24 計(jì)算幾何圖 于是， 39。 ， 同理可以計(jì)算得 ： 39。Pi 到 iB 的距離 CiS ： 同上， 39。 ㈠ 以刀頭點(diǎn)沿 X方向從 0到 100mm每移動(dòng) 10mm 為參考，即 =10mm；據(jù)此計(jì)算機(jī)床每根軸上滑塊的移動(dòng)量，記為（同 中的計(jì)算）。 傳動(dòng)效率的計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 ?由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》 324 式可 [6]： ? ?tantan ?? ??? ? (2— 15) 式中 :? 絲杠螺旋升角 ? 摩擦角，其摩擦角約等于 39。 穩(wěn)定性的校驗(yàn) 滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，如果軸向負(fù)載過(guò)大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。 L—— 絲杠總長(zhǎng)， L=356mm=； 0d —— 絲杠的公稱直徑，取 0d =32mm=； 代入公式計(jì)算得 ： 4 344 20 3 . 1 4 3 5 . 6 7 . 8 5 1 0 3 . 2 2 . 8 62 2 1 6 2 1 6s dLRJ L kg cm? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? 控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)，調(diào)速靈活，可不用減速齒輪直接通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)直接連接，絲杠折算到電機(jī) 軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 21 2 .8 6SJ J kg cm?? (2— 27) ⑵ 、滑塊等部件折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 根據(jù) 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》 41表公式 [6]： 22 24 h iPJm?? (2— 28) 式中： hP —— 絲杠導(dǎo)程，取 5 mm cm??； im —— 分配到每根軸移動(dòng)部件的平均質(zhì)量，取為 3kg； 代入公式計(jì) 算得： 2 2 22 220 . 5 3 0 . 0 1 9 .4 4 3 . 1 4h iPJ m k g c m? ?? ? ?? ⑶ 、傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 由于絲杠是通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)直接進(jìn)行連接的，所以，絲杠傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 212 6 19 79eJ J J k g c m? ? ? ? ? (2— 29) 根據(jù)《機(jī)電裝備設(shè)計(jì)》課本第 244[8]，為使步進(jìn)電機(jī)具有良好的起到性能及較快的響應(yīng)速度，所選電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)滿足，由此可知所選電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不小于 2cmg? 。 ③ 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率的校核： 由 ② 的計(jì)算可知 m a xm a x 40 4 0 0 0 40 . 0 1ff z zvf H K H?? ? ? ?，顯然未超出所選電機(jī)的極限空載頻率。即所選聯(lián)軸器的型號(hào)：鋼性聯(lián)軸器型號(hào) LS92588。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3tnGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkum amp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)尺寸 所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具體尺寸參數(shù)圖如 210 所示： 圖 210 步進(jìn)電機(jī) 圖 211 型號(hào)說(shuō)明 28 圖 212 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)外形尺寸圖 聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器是一種常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置，主要用來(lái)連接軸（或連接軸與其它回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的，通?？紤]兩種情況：一種是快速空載起（工作負(fù)載為 0）時(shí)所需要的力矩，另一種是承受最大工作負(fù)載時(shí)所需要的力矩，以下分別進(jìn)行計(jì)算： ⑴ 、快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 0m ax1 TTTT faeq ??? (2— 30) 式中 ： 1eqT —— 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ()Nm maxaT —— 快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 ()Nm fT —— 移動(dòng)部件折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ()Nm 0T —— 絲杠預(yù)緊后折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩 ()Nm ① 快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 m ax 2 60 eq ma aJnT t? ??? ? (2— 31) 式中： eqJ —— 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2()kgm ； at —— 電機(jī)加速到最快進(jìn)給速度所需時(shí)間 )(s ，取 sta ? ； mn —— 電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速（ r/min）， 650 / minmnr? ； 由于 20 . 7 5 2 . 8 7 9 3 . 6 3 9eq m eJ J J kg cm? ? ? ? ? (2— 32) 代入公式計(jì)算得 ： 4m a x 2 2 3 . 1 4 3 . 6 2 9 6 5 0 1 0 0 . 0 8 2 36 0 6 0 0 . 3e q ma aJnT N mt???? ? ? ? ?? ? ??? 25 ② 移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 fT 2 hf FPT i??? 摩 (2— 33) = ZF ?摩 （ F +G） (2— 34) 式中： F摩 —— 導(dǎo)軌的摩擦力（ N） hP —— 滾珠絲杠導(dǎo)程（ m） ? —— 傳動(dòng)鏈總效率，取 =? i —— 總傳動(dòng)比， i =1 ZF —— 垂直方向工作載荷， ZF =670N G —— 運(yùn)動(dòng)部件總重力， G =98N ? —— 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，取 ? = 代入上式得： = ( ) c os 56 19 8ZF F G N? ? ? ?摩 1 9 2 .7 8 0 .0 0 5= = 0 .1 82 2 3 .1 4 0 .8 5 1hf FPT N mi?? ?? ???摩 ③ 絲杠預(yù)緊后折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T 由于滾珠絲杠的傳動(dòng)效率很高，所以 0T 相對(duì)于 maxaT 很小，在這里也忽略不予計(jì)算。 20 滾珠絲杠總長(zhǎng)度的確定 圖 28 滾珠絲杠尺寸圖 總長(zhǎng)度： L=20+278++14+=356mm 滾動(dòng)軸承的選用 基本額定載荷 hranfCPf? (2— 23) 式中： nf —— 速度系數(shù)，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》查表 ，取nf =； hf —— 壽命系數(shù)，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》查表 ，取hf =； aP — — 當(dāng)量動(dòng)載荷，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》查表 ，取 1205amP F N?? ； 3 . 1 1 1 2 0 5 1 0 1 2 8 . 5 10 . 3 7hranfC P Nf? ? ? ? 滾動(dòng)軸承的選擇 滾珠絲桿的公稱直徑為 12mm，基本額定載荷 rC =，根據(jù)以上條件選擇（角接觸球軸承）。? ? ?? ? 代入公式計(jì)算得： ? ? ? ?ta n ta n ( 3 1 0 39。由于 max 91XZ? ?? ，這使得滑塊上所受 Z方向的力與刀頭點(diǎn)處受力出現(xiàn)巨大波動(dòng)，并且參考的劃分越細(xì)可能出現(xiàn)的波動(dòng)越大，此處取平均值予以計(jì)算： m a x10 6 .70 .1 1 0 .1 6 4 .3 5 4 .3 2 1 .2 4 1 .2 16XZ? ??? ? ? ? ?? 代入數(shù)值計(jì)算得： m a x m a x m a x 1 0 0 6 .7 6 7 0 ( )ZX XF F NZ?? ? ? ? ?? m a x m a x m a x 1 0 0 0 .8 6 3 8 .6 3 / 5 1 7 8 / m inZX ZV V m m s m mX?? ? ? ? ? ?? ㈡ 以刀頭點(diǎn)沿 Y方向從 0到 100mm每移動(dòng) 10mm 為參考時(shí)，相關(guān)計(jì)算與沿 X 方向的計(jì)算方法相同并且結(jié)果相差不大，可取 X方向計(jì)算結(jié)果。 39。2 ( 4 4 6 9 , 1 9 7 . 9 7 , 5 8 . 4