【導(dǎo)讀】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。過不同的編程以完成各種任務(wù)的設(shè)備。本設(shè)計(jì)可用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的龍門式自動(dòng)上、下料機(jī)械手裝置。通過大量查閱資料確定設(shè)計(jì)總體方案；根據(jù)加工工件的特點(diǎn)，珠絲桿螺母副；同時(shí)完成對(duì)橫梁以及其上的傳動(dòng)系統(tǒng)和其他零部件的設(shè)計(jì)任務(wù)。該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制。并可很方便地與數(shù)控機(jī)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(shí)。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。方面有步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出兩路脈沖，分。爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。

　　

【正文】 ?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(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 ???? ??＝＝ ??? ＝ 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。 44 滾珠絲杠 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。 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) 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 45 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。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)。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(hào) 特點(diǎn) 滾動(dòng)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(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)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(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)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(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約 10 倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得：能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，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(jī)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(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。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。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。 46 額定壽命及壽命時(shí)間的計(jì)算 （選擇導(dǎo)軌型號(hào)為 RHD30A） 額定壽命 3cwacthe PCf ffff50L ）（＝ ? ?????? 30 . 0 62816 29801 . 5 ）（＝ 44702Km 式中：除 cP 為計(jì)算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。 壽命 時(shí)間60nL2 LL u eh ???＝ 60422 1023818 3??? ?＝ ＝ 46378(h)? 5(年 ) 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 47 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)的選擇 (1)脈沖當(dāng)量、步距角的確定及傳動(dòng)比的計(jì)算 脈沖當(dāng)量： 一個(gè)脈沖使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離 ?P =步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)與滾珠絲桿間的傳動(dòng)比 i ?i sL? = 12? =1 (2)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 tJ 的計(jì)算 1．滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js Js= 33440 )( ????????lpd? 2．聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量LJ （查第四章聯(lián)軸器圖） 48 在下表中選出聯(lián)軸器的型號(hào)為： LK5－ C82－ 2840 其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 LJ ＝ mkg?? ? 3．工作臺(tái) 、 機(jī)械手 及托板 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 wJ 3220 )( 62 1 5)L(J ????? ??gww 式中： w 為工作臺(tái)及機(jī)械手重量。 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 tJ 的計(jì)算： wLst JJJJ ＋＋＝ ＝ mkg?? ? (3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM 的計(jì)算 1. 加速度力矩 aM = ）＋（ td JJ 2m a x ???tn = ）＋（ 33 ?? ?? ??? ＝ .27Nm0 式中 Ma 電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（ Nm) ， dJ 、 tJ 電機(jī)自身慣量 （在下表查得 與負(fù)載慣量 (Kg 2m? .) 。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） 。 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 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 49 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 = 50 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 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的校核 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 。電機(jī)正常工作時(shí)負(fù)載慣量 tJ ＝ mkg?? ? ，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM ＝ 。 在 2MMmt ?及 4JJmt ?時(shí)能使電機(jī)正常工作。 2 ?＝ 4 33mt ??? －－＝ 選擇電機(jī) 110 BYG2502 滿足此條件，電機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 51 第六章 控制方案設(shè)計(jì) ： (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。 電 機(jī)及控制原理框圖 ： 電機(jī) 1 和電機(jī) 2 的驅(qū)動(dòng)器 電機(jī) 1 的驅(qū)動(dòng)器 ： 52 電機(jī) 2 的驅(qū)動(dòng)器 系統(tǒng)運(yùn)行原理 電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理如下圖所示 ： IPC（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）是電機(jī)控制系統(tǒng)的主機(jī)，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(jī)，然后接收單片機(jī)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(jī)正確接收命令；如果不相同，則在屏幕上顯示錯(cuò)誤信息。 IPC 的控制結(jié)束后，可做其他處理工作。 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 53 通過接口電路實(shí)現(xiàn) IPC串行口信號(hào)與單片機(jī) TTL 信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn) IPC 與單片機(jī)的正常通信。 單片機(jī)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(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。 功率放大電路是就將單片機(jī)并行口輸出的控制脈沖信號(hào)進(jìn)行電流和電壓放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使電機(jī)隨著不同的控制脈沖信號(hào)做各種運(yùn)轉(zhuǎn)。 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)。 控制電路 電機(jī)控制系統(tǒng)的電路原理如 下 圖 ： 54 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 55 參考文獻(xiàn) 《機(jī)械設(shè)計(jì)大師手 冊(cè) 》第五版第四卷 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2021 年 4月 《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)大師手 冊(cè) 》 第二版 毛謙德 李振清主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 1月 《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手 冊(cè) 》第二版 吳宗澤主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2021 年 1月 《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手 冊(cè) 》機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)編委會(huì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 4 月 《機(jī)械設(shè)計(jì)大師手 冊(cè) 》上冊(cè) 吳宗澤主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 9月 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手 冊(cè) 》第二版 吳宗澤 羅圣國(guó)主編 高等教育出版社 1998 《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 》 馮辛安主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 《機(jī)器人學(xué) 》 張鐵 謝存禧主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 》 鄭提 唐可洪主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 《數(shù)控機(jī)床》 吳祖育 秦鵬飛主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2021 56 致 謝 本設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)方面、專業(yè)技巧還是經(jīng)驗(yàn)，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(jì)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(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)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(jī)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(jiǎn)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！”