【導(dǎo)讀】上大多數(shù)的數(shù)控機床都配置有自動上下料裝置或機械手，以提高生產(chǎn)效率。過不同的編程以完成各種任務(wù)的設(shè)備。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。通過大量查閱資料確定設(shè)計總體方案；根據(jù)加工工件的特點，珠絲桿螺母副；同時完成對橫梁以及其上的傳動系統(tǒng)和其他零部件的設(shè)計任務(wù)。該設(shè)計可以實現(xiàn)微機控制。并可很方便地與數(shù)控機床組成車削柔性制造單元。掛部分、手爪部分等。PLC、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識。體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危機生命。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。本文介紹的機械手是由PLC輸出兩路脈沖，分。爪的張合，從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。

　　

【正文】 )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。 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 ??? 535042? ? m? 21? 定位精度（即 ） 式中： sR 為絲桿剛度， wD 為球徑， ? 為彈性變形量。 (2)允許的軸向載荷 21LIEKP ????＝ 2425 ?? ???? d＝ ＝ 20978(N) 2k FPn?＝＝ 281620978 7 最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷 ， 絲桿可以正常工作。 (3)臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速： 72112L 10Ldn ???＝ 72 102 0 0 03 8 . ??＝ ＝ 2100r/min 式中： 1d 為絲桿軸底徑， 2? 為安裝系數(shù)。 允許工作轉(zhuǎn)速： Lk ?? ＝ ? 2100＝ 1680r/min 1000max ?n /min 小于允許工作轉(zhuǎn)速 kn ，故絲桿可以正常工作。 直線導(dǎo)軌副 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) 龍門式上下料機械手設(shè)計 46 滾動直線導(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。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(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。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。 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。驅(qū)動功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機械的十分之一。與 V 型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約 40 倍。適應(yīng)高速直線運動，其瞬時速度比滑動導(dǎo)軌提高約 10 倍。能實現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得：能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 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。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接觸時大大提 高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。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。簡化了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 47 額定壽命及壽命時間的計算 （選擇導(dǎo)軌型號為 RHD30A） 額定壽命 3cwacthe PCf ffff50L ）（＝ ? ?????? 30 . 0 62816 29801 . 5 ）（＝ 44702Km 式中：除 cP 為計算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。 壽命 時間60nL2 LL u eh ???＝ 60422 1023818 3??? ?＝ ＝ 46378(h)? 5(年 ) 龍門式上下料機械手設(shè)計 48 電機的選型及計算 步進(jìn)電動機的型號的選擇 (1)脈沖當(dāng)量、步距角的確定及傳動比的計算 脈沖當(dāng)量： 一個脈沖使步進(jìn)電動機驅(qū)動拖動的移動距離 ?P =步進(jìn)電動機的步距角 ?b ＝ 03 /脈沖 ，其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù) S=003360 =120 p/r 步進(jìn)電動機與滾珠絲桿間的傳動比 i ?i sL? = 12? =1 (2)等效轉(zhuǎn)動慣量 tJ 的計算 1．滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量 Js Js= 33440 )( ????????lpd? 2．聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量LJ （查第四章聯(lián)軸器圖） 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 49 在下表中選出聯(lián)軸器的型號為： LK5－ C82－ 2840 其轉(zhuǎn)動慣量 LJ ＝ mkg?? ? 3．工作臺 、 機械手 及托板 的轉(zhuǎn)動慣量 wJ 3220 )( 62 1 5)L(J ????? ??gww 式中： w 為工作臺及機械手重量。 等效轉(zhuǎn)動慣量 tJ 的計算： wLst JJJJ ＋＋＝ ＝ mkg?? ? (3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM 的計算 1. 加速度力矩 aM = ）＋（ td JJ 2m a x ???tn = ）＋（ 33 ?? ?? ??? ＝ .27Nm0 式中 Ma 電機啟動加速力矩（ Nm) ， dJ 、 tJ 電機自身慣量 （在下表查得 與負(fù)載慣量 (Kg 2m? .) 。n電機所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（ r/min） ， T電機升速時間 為 1（ s） 。 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 龍門式上下料機械手設(shè)計 50 ZM ＝ i?????2 LF 02a ＝i??? ? ??2 ＝ 式中： η為電機 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)動慣量 tJ 以及等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM 的值，初選電機型號為 Y112M4 該電機的軸徑為mm28? ；轉(zhuǎn)動慣量為 23m ?? －＝ （在機械設(shè)計手冊 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 Y112M4，其轉(zhuǎn)動慣量 23m ?? －＝ 以及最大靜轉(zhuǎn)矩 Nm25t＝M 。電機正常工作時負(fù)載慣量 tJ ＝ mkg?? ? ，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM ＝ 。 在 2MMmt ?及 4JJmt ?時能使電機正常工作。 2 ?＝ 4 33mt ??? －－＝ 選擇電機 110 BYG2502 滿足此條件，電機能夠正常運轉(zhuǎn)。 龍門式上下料機械手設(shè)計 52 第六章 控制方案設(shè)計 控制系統(tǒng)的功能要求 ： (1)電機 1 和電機 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、報警急停、復(fù)位等。 控制 電 機及控制原理框圖 ： 電機 1 和電機 2 的驅(qū)動器 電機 1 的驅(qū)動器 ： 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 53 電機 2 的驅(qū)動器 系統(tǒng)運行原理 電機控制系統(tǒng)的工作原理如下圖所示 ： IPC（工業(yè)控制計算機）是電機控制系統(tǒng)的主機，負(fù)責(zé)從鍵盤接收外部命令，通過串行口發(fā)送到單片機，然后接收單片機回送的相同數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)數(shù)據(jù)的情況控制電路。如果相同，表明單片機正確接收命令；如果不相同，則在屏幕上顯示錯誤信息。 IPC 的控制結(jié)束后，可做其他處理工作。 龍門式上下料機械手設(shè)計 54 通過接口電路實現(xiàn) IPC 串行口信號與單片機 TTL 信號之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn) IPC 與單片機的正常通信。 單片機負(fù)責(zé)接收來自 IPC 的命令，并將其轉(zhuǎn)換成控制脈沖信號，從并行口輸出，去控制電機的運行；在脫離 IPC 控制時，還要保證系統(tǒng)能按一定的程序自動運行。 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(jìn)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各種運轉(zhuǎn)。 電機是執(zhí)行動作的設(shè)備，當(dāng)脈沖按一定順序輸入電機各個相時，它就能實現(xiàn)不同的運動狀態(tài)，從而帶動固定在其他的其他設(shè)備如攝像頭等做相應(yīng)的運動。 控制電路 電機控制系統(tǒng)的電路原理如 下 圖 ： 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 55 龍門式上下料機械手設(shè)計 56 參考文獻(xiàn) 《機械設(shè)計大師手 冊 》第五版第四卷 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社 20xx 年 4月 《袖珍機械設(shè)計大師手 冊 》 第二版 毛謙德 李振清主編 機械工業(yè)出版社 20xx 年 1 月 《機械設(shè)計實用手 冊 》第二版 吳宗澤主編 化學(xué)工業(yè)出版社 20xx 年 1 月 《機械設(shè)計實用手 冊 》機械設(shè)計實用手冊編委會 機械工業(yè)出版社 20xx 年 4 月 《機械設(shè)計大師手 冊 》上冊 吳宗澤主編 機械工業(yè)出版社 20xx 年 9月 《機械設(shè)計課程設(shè)計手 冊 》第二版 吳宗澤 羅圣國主編 高等教育出版社 1998 《機械制造裝備設(shè)計 》 馮辛安主編 機械工業(yè)出版社 1999 《機器人學(xué) 》 張鐵 謝存禧主編 機械工業(yè)出版社 20xx 《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ) 》 鄭提 唐可洪主編 機械工業(yè)出版社 1997 《數(shù)控機床》 吳祖育 秦鵬飛主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 20xx 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 57 致 謝 本設(shè)計在 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)計和調(diào)試，無不凝聚著 李 老師的心血和汗水 。 無論是在專業(yè)知識方面、專業(yè)技巧還是經(jīng)驗，李 老師都給予了我很大的幫助； 在此向 李冬梅 老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 不積跬步何以至千里，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于 小組的各位成員 的認(rèn)真負(fù)責(zé) 的工作態(tài)度 ，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ， 機械系 的全體 老師表示由衷的謝意。感謝他們 三 年來的辛勤栽培。 在此， 將簡短的一句話送給我們和藹可親的老師：“老師 們 ，謝謝您 們 ，您 們 辛苦拉！”