【正文】 工作臺的型號及重量 ? ??????????????? 機械手重量 2M ? ??????????????? 滾珠絲桿的選定 ? ??????????????? 選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動系統(tǒng) ? ??????????????? 選取的滾珠絲杠 型號和計算 ? ??????????????? 滾珠絲杠 的校核 ? ??????????????? 型號的選擇及額定壽命的計算 ? ?????????????? 直線導(dǎo)軌副 型號 結(jié)構(gòu) ? ??????????????? 直線導(dǎo)軌副 型號 特點 ? ??????????????? 額定壽命及壽命時間的計算 ? ??????????????? 電機的選型及計算 ? ??????????????? 步進電動機的型號的選擇 ? ??????????????? 步進電動機的校核 ? ??????????????? 第五章 橫梁（ X軸）傳動系統(tǒng)設(shè)計 ????????????????? 傳動比的選定 ? ??????????????? 滾珠絲桿的選定 ? ??????????????? 選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動系統(tǒng) ? ??????????????? 選取的滾珠絲杠 型號和計算 ? ??????????????? 滾珠絲杠 的校核 ? ??????????????? ? ????????????? 直線導(dǎo)軌副型號 結(jié)構(gòu) ? ??????????????? 直線導(dǎo)軌副型號 特點 ? ??????????????? 額定壽命及壽命時間的計算 ? ??????????????? 電機的選型及計算 ? ??????????????? 步進電動機的型號的選擇 ? ??????????????? 步進電動機的校核 ? ??????????????? 第六章 控制方案設(shè)計 ?????????????????? 控制系統(tǒng)的功能要求 ? ??????????????? 控制電機及控制原理框圖 ? ??????????????? 系統(tǒng)運行原理 ? ??????????????? 控制電路 ? ??????????????? 參考文獻 ???????????????????????????? 致謝 ????????????????????????????? ?廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 摘要 工業(yè)機械手的設(shè)計涉及：機械設(shè)計原理、液壓、氣壓、電氣傳動及單片機、PLC、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識。本設(shè)計可用于工業(yè)現(xiàn)場的龍門 式自動上、下料機械手裝置。并可很方便地與數(shù)控機床組成車削柔性制造單元（ FMC） 夾持工件：圓軸類 長度： 500mm 重量： 30KG 上下料時間：小于 15s 要做如下工作： 了解機械手工作場所的要 求和分析機械手應(yīng)具備的功能。機械手的機械結(jié) 構(gòu) 采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機械器件組成； 電器方面有步進電機、驅(qū)動模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。 （ 4）可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。 隨著社會發(fā)展，這種技術(shù)逐漸發(fā)展并得到完善，形成了一門具有良好發(fā)展前景的學(xué)科！ 機械手的組成 機械手的組成及其相互間的關(guān)系如圖 1－ 1所示。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機械手來進行探測月球等。 按傳送的運動軌跡不同分為： ⑴ 直線運動傳送機構(gòu) 龍門式上下料機械手設(shè)計 12 ⑵ 回轉(zhuǎn)運動傳送機構(gòu) ⑶ 擺動（或轉(zhuǎn)動）運動傳送機構(gòu)。機器人手臂材料首先應(yīng)是結(jié)構(gòu)材料。 、小臂， 手腕部結(jié)構(gòu)密度大，很少有多余空隙。自從機 械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。 在機械工業(yè)中，應(yīng)用機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)用機械手，有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自 動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。因此，在自動化機床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設(shè)有機械手，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)奏地進行生產(chǎn)。 參數(shù) ： 長度： 500mm 重量： 30kg 一般選 45 號 鋼，材料密度 310?? （ kg/cm179。 機械手移動范圍 ： Z 軸 800mm， 最大移動速度 max? =10m/min； X 軸 20xxmm， 最大移動速度 max? =18m/min。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。廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 21 龍門式上下料機械手設(shè)計 22 第 四 章 懸臂 （ Z 軸） 傳動系統(tǒng)設(shè)計 傳動比的選定 對于步進電機，脈沖當(dāng)量 P? （ mm/脈沖）確定，初步選定滾珠絲杠導(dǎo)程 0L (mm)和電機步距角 ?b [( 176。 機械手重量 2M 機械手材料為 45 號鋼， 質(zhì)量 為 45kg。 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”。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對運動時，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）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進行滾動。 成對使用導(dǎo)軌 副時，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)件的機械制造成本與難度。 2. 預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 fM 龍門式上下料機械手設(shè)計 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. 由負載產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩 ZM ZM ＝ i?????2 LF 02a ＝ i??? ? ＝ 式中： ； η為電機 傳遞效率 為 等效負載轉(zhuǎn)矩 mM mM = aM + fM ZM = 電機接線圖與外形圖 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 39 龍門式上下料機械手設(shè)計 40 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量 tJ 以及等效負載轉(zhuǎn)矩 mM 的值，初選電機型號為 110BYG2502 步進電動機的校核 根據(jù)已選出的電機 110BYG2502，查出其轉(zhuǎn)動慣量 23m ?? －＝ 以及最大靜轉(zhuǎn)矩Nm6t＝M 。 絲桿 摩擦系數(shù) μ ＝ 龍門式上下料機械手設(shè)計 42 電機最高轉(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 +機械手質(zhì) 量 ＋托板重量 ） g=(重力加速度 ) I=1 (電機至絲杠的傳動比 ) 摩擦阻力 Fw=μW g = 220 ? 216(N) 絲桿工作時受到的軸向載荷： 無夾工件時 wa FFF ＋＝ ＝ ( 1M + 2M + 3M )? (g+? ) wF＋ ＝ (125+45+50) ? (+)+216＝ 2504(N) 夾工件時 wa FFF ＋＝ ＝ ( 1M + 2M + 3M + jM )? (g+? ) wF＋ ＝ (125+45+50+30) ? (+)+216＝ 2816(N) 運轉(zhuǎn)方式 軸向載荷 Fa=F+Fw （ N） 進給速度 (mm/min) 工作時間比例 無夾工件時上下移動 1aF =2504 V1=18000 q1=50 夾工件時上下移動 2aF =2816 V2=15000 q2=50 運轉(zhuǎn)方式 進給速度 (mm/min) 進給 轉(zhuǎn)速 (r/min) 無夾工件時上下移動 V1=18000 n1=1500 夾工件時上下移動 V2=15000 n2=1200 型號和計算 (1)導(dǎo)程的計算： 0LinVmaxmax??＝ 18000/1500＝ 12mm (2)平均速度的計算： 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)絲桿時間壽命的 計算： 60nLR mh ??＝ ＝ 24000135060＝ 1944000000 轉(zhuǎn)次 (5)額定動載荷的 計算： 36wm 10RfFC ??＝? 3610194 400 2 ??＝ ?43027(N) 其中 wf 為絲桿在普通運動中的摩擦系數(shù)取 得到：額定動載荷 ??C 43027(N)。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。 直線導(dǎo)軌副型號 特點 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)動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高 數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機械性能。 在 2MMmt ?及 4JJmt ?時能使電機正常工作。 功率放大電路是就將單片機并行口輸出的控制脈沖信號進行電流和電壓放大，驅(qū)動電機，使電機隨著不同的控制脈沖信號做