【導(dǎo)讀】①氣動(dòng)元件完成機(jī)械手上下料要求；①機(jī)械手裝配圖一份；③畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份；到工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過程。主要采用氣動(dòng)元件，用氣爪，擺動(dòng)氣缸等實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓取和翻。轉(zhuǎn)功能，用伺服電機(jī)和滾珠絲桿實(shí)現(xiàn)機(jī)械手橫移，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方案。的機(jī)械手，并且對(duì)氣缸的結(jié)構(gòu)和工作原理全面的掌握。

　　

【正文】 上所要承受的有兩個(gè)氣爪的重力，連接旋轉(zhuǎn)氣缸和氣爪的支座的重力，旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，通氣和排氣時(shí)所受到的沖擊力?？紤]到該機(jī)械手主要是傳遞運(yùn)動(dòng)，所傳遞的動(dòng)力很小，工件的質(zhì)量也很小，所以主要計(jì)算其所受的重力，將結(jié)果乘以 倍為負(fù)載的大小。 兩個(gè)氣爪質(zhì)量總計(jì)： m1 = 4 kg 連接支座的質(zhì)量為 m2 = 2 kg 所受重力 f =(m1+m2)*g=（ 4+2） *= （ 320） f= 負(fù)載力 F=*f= *= （ 321） F= 負(fù)載率 ? ： 該轉(zhuǎn)動(dòng)過程對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度要求不高，所以取 ? = 理論輸出力 F1： F1=F? （ 322） = = 齒條受力 F2： 因?yàn)檩敵隽κ怯捎邶X條傳遞給齒輪軸，齒輪軸受到圓周力和軸向力，輸出力為圓周力，這里齒條受力估算為 倍圓周力。 即 2F = 1F （ 323） 2F =212N 氣缸的表面積 S 根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸確定 S= 214 D? (324) 第三章 各部分詳細(xì)設(shè)計(jì) 22 =961mm 氣缸的壓強(qiáng) p p= 2FS (325) =212961 = 實(shí)際所選氣缸壓強(qiáng) P： 計(jì)算值為所選值的 70% P= 連接座的設(shè)計(jì) 連接座整體設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)支座主要起到連接回轉(zhuǎn)氣缸軸和兩個(gè)氣爪的作用，用來傳遞由回轉(zhuǎn)氣缸輸出的轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)兩個(gè)氣爪旋轉(zhuǎn) 90 度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手上下料交替的過程。根據(jù)回轉(zhuǎn)氣缸輸出軸的尺寸和氣缸的大小尺寸，以及機(jī)械手上下料時(shí)相對(duì)工作臺(tái)的空間位置，設(shè)計(jì)出旋轉(zhuǎn)支座為下圖所示： 圖 37 支座 材料的選擇：因?yàn)樵摿慵皇瞧鸬竭B接和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，對(duì)強(qiáng)度要求不大，所以選擇材料為 HT200，零件通過鑄造而成。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 氣爪和連接座螺釘?shù)暮?jiǎn)單校核 兩個(gè)氣爪用沉頭螺釘連接在連接座上，保證足夠的精度。 螺釘?shù)倪x?。焊鶕?jù)《畫法幾 何及工程制圖》 附錄表 8 選擇內(nèi)六角頭螺釘（ GB/T ） 螺釘為 M6 12 全螺紋，數(shù)量為 8 個(gè)。螺釘?shù)燃?jí)為 級(jí)的中碳鋼。 圖 38 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 螺釘安全校核的簡(jiǎn)單計(jì)算： 由螺釘受力可以知道，螺釘主要受的是剪應(yīng)力，所以做剪切應(yīng)力的校核。螺釘連接氣缸與連接座，所受剪力為氣缸和氣缸的重力， 1sF mg? = (41) 其強(qiáng)度條件為： ? ?24 SFdm ?? ? (42) d— 螺釘抗剪面直徑； m— 螺釘抗剪面數(shù)目，這里一個(gè)連接面螺釘數(shù)為 4，所以 m=4； ??? — 螺釘?shù)男栌们袘?yīng)力； ??? 的值由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 6— 4得： ??? =??ss? ??s = (43) s? 的計(jì)算： 根據(jù)螺釘?shù)燃?jí)為 級(jí)，即可得 m in 4 100 400B M Pa? ? ? ?， (44) 且： minmin10 8sB?? ? (45) ? min Bmin??? 第三章 各部分詳細(xì)設(shè)計(jì) 24 ? mins? ? 320MPa 所以，螺釘強(qiáng)度條件： ? ?24 SFdm ?? ? (46) ? ? ?24 1 9 . 6 0 . 1 73 . 1 4 6 4 ??? ? ??? 所以，滿足要求！ 上下移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 上下移動(dòng)裝置的選擇 這里上下移動(dòng)裝置仍舊考慮用氣缸來完成，主要是帶動(dòng)回轉(zhuǎn)氣缸和氣爪沿 Z 軸上下移動(dòng)，移動(dòng)距離為 200mm。 雙軸氣缸的原理：雙軸氣缸和一般的氣缸的區(qū)別在于其上加了一根導(dǎo)桿，主要用于長(zhǎng)行程的場(chǎng)合，由于行程比一般的氣缸的行程長(zhǎng)，所以必須加一根導(dǎo)桿做導(dǎo)向作用，這樣就能是活塞桿在長(zhǎng)行程的過程不會(huì)發(fā)生偏移 ，使導(dǎo)向精度更高，同時(shí)也增強(qiáng)了氣缸的強(qiáng)度，能夠承受較大的橫向力矩和負(fù)載。 在雙軸氣缸的原理基礎(chǔ)上，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體要求，對(duì)雙軸氣缸做了一點(diǎn)改進(jìn)，將導(dǎo)桿放在中間，兩邊分別為活塞桿，在雙軸氣缸的原理上增加了一個(gè)活塞桿。因?yàn)檫@里氣缸主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)，考慮到行程略長(zhǎng)，所以參考雙軸氣缸的原理，上下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候需要保證足夠的導(dǎo)向，使活塞桿不發(fā)生偏移，所以在中間設(shè)計(jì)一個(gè)導(dǎo)桿，這樣就能保證活塞不偏移，提高精度。為了使氣缸在運(yùn)動(dòng)的過程中保證足夠的強(qiáng)度，在另一端增加一個(gè)活塞桿，這樣兩個(gè)活塞桿在導(dǎo)桿的導(dǎo)向作用下 做來回長(zhǎng)行程的運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生偏移，保證了工作的需要設(shè)計(jì)的氣缸形狀和原理如下圖所示： 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 鐵 16 端蓋 17. O型環(huán) 18擋塊 圖 39 上下移動(dòng)裝置 該裝置作用原理為氣孔通氣，氣體進(jìn)入缸體后推動(dòng)活塞 10 向下移動(dòng)，導(dǎo)桿 5 給活塞提供導(dǎo)向作用，活塞桿 12連接在活塞 10上隨其一起向下移動(dòng)，活塞桿 12連接工件，從而工件被活塞桿 12 推動(dòng)做向下的運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)氣孔通氣時(shí)活塞桿 12 帶動(dòng)工件做反向運(yùn)動(dòng)，擋塊 18起到做定位作用，調(diào)節(jié)螺栓 14 調(diào)節(jié)工件上下移動(dòng)的行程。 雙軸氣缸的計(jì)算 負(fù)載力的計(jì)算：主要受到各物體的重力和氣缸翻轉(zhuǎn)時(shí)受到的離心力，該氣缸所受的重力為前面各元件質(zhì)量的總和： G= 1 2 3(2 )m m m g?? (327) =98N 負(fù)載力大小為： f==147N (328) 負(fù)載率 ? ： 該轉(zhuǎn)動(dòng)過程對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度要求不高，所以取 ? = 理論輸出力 F： F=f? (329) 第三章 各部分詳細(xì)設(shè)計(jì) 26 = =294N 氣缸的行程 l ： l =200mm 設(shè)計(jì)缸體內(nèi)表面直徑 D： D=56mm 設(shè)計(jì)導(dǎo)桿直徑為 1d ： 1d =16mm 設(shè)計(jì)活塞桿直徑 2d ： 2d =12mm 氣缸壓力 p： P=2 2 24( 76 12 * 2 16 )F? ?? (330) = 所選氣缸壓力值 P ： P=2p (331) = 水平移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 移動(dòng)裝置的選擇 水平移動(dòng)裝置的作用是完成機(jī)械手在送料過程，將機(jī)械手從生產(chǎn)線上抓取的工件送到車床操作臺(tái)上加工，水平移動(dòng)距離為 1000mm。并且保證機(jī)械手在上下料的時(shí)候有微小的移動(dòng)，所以要求必須有較高的精度，同時(shí)在送料的過程中保證有足夠的速度，這樣盡可能提高機(jī)床加工的效率，所以在選擇采用哪種方法完成設(shè)計(jì)要求的時(shí)候要綜合考慮 方案一：采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶，將機(jī)械手用 傳送帶傳送： 實(shí)現(xiàn)方法：選擇合適的電機(jī)，帶動(dòng)傳動(dòng)帶，設(shè)計(jì)一個(gè)連接器連接傳送帶和機(jī)械手裝置，這樣既可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求。 方案評(píng)估：由于帶傳動(dòng)具有中間繞性件的一種傳動(dòng)，能夠緩和載荷沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲，并且如果發(fā)生過載的情況將會(huì)引起帶在帶輪上打滑，可以防止其他零件的損壞，也可以增加帶長(zhǎng)以適應(yīng)中心距較大的工作條件。但是帶傳動(dòng)有彈性滑動(dòng)和打滑，使效率降低和不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，并且?guī)У膲勖^短。同時(shí)本設(shè)計(jì)要求保證較高的精度，四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 帶傳動(dòng)沒有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，這對(duì)工件在上下料時(shí)具體的位置要求得不到保證，所以該方案不能滿足設(shè)計(jì)要求 。 方案二：為保證其精度選擇伺服電機(jī)和滾珠絲桿的組合，并且也有很高的速度，保證車床加工效率。 實(shí)現(xiàn)法案：采用已有的雅馬哈機(jī)械手的原理，模仿雅馬哈結(jié)構(gòu)，由伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器和滾珠絲桿軸連接，帶動(dòng)滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，再設(shè)計(jì)一個(gè)連接器套在滾珠絲桿上并時(shí)另一端和機(jī)械手連接，滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連接器水平移動(dòng)，這樣就將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成機(jī)械手的水平移動(dòng)！ 圖 310 雅馬哈機(jī)械手 方案評(píng)估：采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將 電壓 信號(hào)轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象 ，動(dòng)作反應(yīng)快，過載能力大，調(diào)速范圍寬，低速力 矩大，波動(dòng)小，運(yùn)行平穩(wěn)。滾珠絲桿 由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器 ， 兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。 所以這里用到伺服電機(jī)和滾珠絲桿的結(jié)合，能夠保證上下料的精度要求，同時(shí)也能保證速度快的要求。 滾珠絲桿的選擇 滾珠絲桿是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠 被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 常用第三章 各部分詳細(xì)設(shè)計(jì) 28 的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。 與傳送帶相比，還有以下特點(diǎn)： 1/3： 由于 滾珠絲桿副 的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1/3 以下 ,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3。 ： 滾珠絲杠副是一般是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序 的工廠環(huán)境方面 ,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 ： 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng) ,所以啟動(dòng)力矩極小 ,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 、剛性高 ： 滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使 軸向間隙 達(dá)到負(fù)值 ,進(jìn)而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力 ,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí) ,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng) )。 所以，滾珠絲桿采用的是 THK 精密滾珠絲桿，其總長(zhǎng)為 1160mm，外徑為 40mm，精度可達(dá)到 m?5? 伺服電機(jī)的選型 伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 對(duì)于機(jī)械 手的抓取操作及其在上料和卸料的時(shí)候，考慮到其工作的精準(zhǔn)性，所以提供的動(dòng)力源也要運(yùn)行精確，保證加工的產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在保證其質(zhì)量的情況下，快速的完成，為工人師傅們節(jié)約更多的時(shí)間。 本次設(shè)計(jì)主要采用的是 FANUC 系統(tǒng)伺服電機(jī)，從驅(qū)動(dòng)電壓上看可以分為低壓（ 200V）與電機(jī)與高壓（ 400V）電機(jī)。本次設(shè)計(jì)選用低壓 200V 電壓。工作臺(tái)包括氣缸、氣爪、零件基座等為 KgM 1501 ? ，最大進(jìn)給速度取 8m/min，摩擦系數(shù)為 ，機(jī)械效率為 ，最大加速度是 2m/ ，則電機(jī)的轉(zhuǎn)移量為