【正文】 工作臺(tái)，機(jī)械手的 質(zhì) 量 ： 工作臺(tái)的型號(hào)及重量 工作臺(tái) 基礎(chǔ)構(gòu)件采用優(yōu)質(zhì)鋁合金、鑄鐵、鋼材、及大理石等材料，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)可以采用直導(dǎo)軌、直線圓導(dǎo)軌、滾珠絲杠、同步帶及氣缸等多種組合形式，滿足各種行業(yè)、不同場(chǎng)合的需要。 下面是鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架的對(duì)比： 由于零件的抗彎，抗扭強(qiáng)度和剛度除了與其截面面積有關(guān)外，還取決與截面形狀 ，合理改變截面的形狀，增大其慣性距和截面系數(shù)，可提高機(jī)架零件的強(qiáng)度和剛度， 從而充分發(fā)揮材料的作用。 現(xiàn)推薦兩種較好的方案： 第一種方案： 如圖所示： 圖 3 機(jī)器手外觀圖 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 15 主要技術(shù)參數(shù) ： 其中搬運(yùn)零件重量 40kg； X 軸最大工作行程 :2500mm； Z 軸最大工作行程 :500mm X 、 Z 軸的直線運(yùn)動(dòng)皆為電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)齒輪與 X 軸橫梁、 Z 軸滑柱上固定 的齒條作滾動(dòng) , 驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件沿淬硬鑲鋼導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。 在機(jī)械工業(yè)中，鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其中，非金屬材料有尼龍、聚乙烯（ PEH）和碳素纖維等；金屬材料以輕合金（特別是鋁合金）為主。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“ Mechanical hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣 ，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù) 機(jī)械手的概述 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 論文題目 作者姓名 二 OO 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 論文題目 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 所在系別 所學(xué)專業(yè) 指導(dǎo)教師 教 研 室 二 OO 年 月 日 畢業(yè) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 指導(dǎo)教師姓名 專業(yè) 數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù) 聯(lián)系電話 課題名稱 龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求） 內(nèi)容簡(jiǎn)要： 現(xiàn)在隨著我國(guó)制造企業(yè)的告訴發(fā)展，生產(chǎn)裝備向自動(dòng)化和柔性化發(fā)展，在市場(chǎng)上大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床都配置有自動(dòng)上下料裝置或機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率。本文介紹的機(jī)械手是由 PLC 輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳給 PLC 主機(jī)；直流電機(jī)拖動(dòng)手爪和底盤(pán)旋轉(zhuǎn)，位置信號(hào)由旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)和接近開(kāi)關(guān)反饋給 PLC 主機(jī)；電磁閥控制氣開(kāi)閥的開(kāi)關(guān)來(lái)控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決 機(jī)床上下料和工件傳送。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的材料做手臂。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率 。由于本次設(shè)計(jì)是專門(mén)為數(shù)控機(jī)床上下料的，專用化的程度高，考慮到實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，建議選擇直線式為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式。 機(jī)架通常分為鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架兩類，焊接結(jié)構(gòu)較之鑄造結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度和剛度高，重量輕，生產(chǎn)周期短以及施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。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。結(jié)合上邊求得的 0L ＝ 10mm 以及 額定動(dòng)載荷 ??C 21030(N)查“ FDG 法蘭式雙螺母 表 ” 得到絲桿的型號(hào)為： FDG3210R – 900 (8)預(yù)緊載荷的 計(jì)算： aoF 的確定 ?31 6 3 63FF m a xao ＝＝545(N) C和拉伸力 tF 的確定 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 27 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 ???? ??＝＝ ??? ＝ 2864(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。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。 有效行程 Lu=L1Le 公稱導(dǎo)航 Lo 3 4 5 6 8 10 12 16 20 龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 44 余程 Le 10 12 16 20 24 32 40 45 50 60 絲杠螺紋長(zhǎng)度不得小于 20xxmm 加上螺母總長(zhǎng)一半 89mm(從 “ FDG 法蘭式雙螺母 表 ”查得 螺母總長(zhǎng) 178mm)。與 V 型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約 40 倍。 龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 52 第六章 控制方案設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的功能要求 ： (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。感謝他們 三 年來(lái)的辛勤栽培。 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 龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 50 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 = 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 51 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 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 。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)。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。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。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。所以 故由氣缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為： NF =i 1005? = 1005? =836（ N） (34) 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 19 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。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)。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。 ，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。這樣不僅節(jié)省材料，減少加工量，又使整體質(zhì)量減輕。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。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。 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。該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制。 (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(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。 ⑷ 大型機(jī)械手：臂力大于 30公斤。 ，減少連接件，增加了傳遞剛度。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)保障廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 13 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。 、 夾持工件 加工工件為 圓軸類。 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)。 質(zhì)量 為 1M ＝ 75kg。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 31 龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì) 32 直線導(dǎo)軌副的型號(hào)的選擇及額定壽命的計(jì)算 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。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） 。 得到絲桿底徑 ? 。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提 高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 單片機(jī)負(fù)責(zé)接收來(lái)自 IPC 的命令，并將其轉(zhuǎn)換成控制脈沖信號(hào)，從并行口輸出，去控制電機(jī)的運(yùn)行；在脫離 IPC 控制時(shí)，還要保證系統(tǒng)能按一定的程序自動(dòng)運(yùn)行。 電機(jī)是執(zhí)行動(dòng)作的設(shè)備，當(dāng)脈沖按一定順序輸入電機(jī)各個(gè)相時(shí)，它就能實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而帶動(dòng)固定在其他的其他設(shè)備如攝像頭等做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 45 的校核 (1)絲桿剛度及其彈性變形量 2kw0s )L (165 －??R 2)2 0 0 0 0 (1 6 5 ??? － ＝ 53N/ m? s1RF ??? 5