【正文】 由于時(shí)間問(wèn)題，對(duì)于本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)還存在許多問(wèn)題，許多地方都還有待改進(jìn)和提高，希望各位專(zhuān)家評(píng)審多多指教。在本次設(shè)計(jì)中，前前后后遇到了不少困難，例如對(duì)絲杠軸傳動(dòng)、 Z 軸傳動(dòng)的自行設(shè)計(jì)，絲杠軸的如何擺放等等問(wèn)題。 課題已經(jīng)接近尾聲，一切似乎已將要結(jié)束，而我卻感覺(jué)這一切似乎才剛剛開(kāi)始。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我不斷探索、不斷學(xué)習(xí)和修改。 雖然我設(shè)計(jì)的只是個(gè)簡(jiǎn)單的搬運(yùn)機(jī)械手，但需要完成伸縮、回轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等功能，對(duì)應(yīng)分別要對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，以及對(duì)油路及其部件的選擇。這次設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，使我們了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程和設(shè)計(jì)的方法以及理念。 初步說(shuō)明了設(shè)計(jì)的合理性和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性。 表 51 減速步進(jìn)電機(jī)參數(shù) Slow step motor parameters 型號(hào) 保持轉(zhuǎn)矩 減速比 分辨率 容許轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 容許速度 ARL98N36 37Nm 50 度 37Nm 60Nm 060r /min 小結(jié) 物料搬運(yùn)機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 30 本章主要物料搬運(yùn)機(jī)械手的底座及第一關(guān)節(jié)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和說(shuō)明。 減速步進(jìn)電機(jī) 本設(shè)計(jì)中選用減速步進(jìn)電機(jī)，主要原因是步進(jìn)電機(jī)控制容易，而且減速步進(jìn)電機(jī)可以減少設(shè)計(jì)的工作量，下圖為減速步進(jìn)電機(jī)的模型圖。的 V 型溝槽滾動(dòng)面上通過(guò)間隔保持器被相互垂直排列，這種設(shè)計(jì)使交叉滾子軸承就可以承受較大的徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷及力矩負(fù)荷等所有方向的負(fù)荷。 （ 2） 操作安裝簡(jiǎn)化 被分割成 2 部分 的外環(huán)或者內(nèi)環(huán)，在裝入滾子和保持器后，被固定在一起，青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 所以安裝時(shí)操作非常簡(jiǎn)單。相互垂直交叉排列， 滾子之間裝有間隔保持器或者隔離塊，可以防止?jié)L子的傾斜所滾子之間相互磨察，有效防止了旋轉(zhuǎn)扭矩的增加。同時(shí)，因交叉滾子軸承內(nèi)圈或外圈是兩分割的構(gòu)造，軸承間隙可調(diào)整，即使被施加預(yù)載，也能獲得高精度地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 交叉滾子軸承，因被分割的內(nèi)環(huán)或外環(huán)，在裝入滾柱和間隔保持器后，與交叉滾柱軸環(huán)固定在一起，以防止互相分離，故安裝交叉滾柱軸環(huán)時(shí)操作簡(jiǎn)單。 的 V 形溝槽滾動(dòng)面上通 過(guò)間隔保持器被相互垂直地排列，所以 1 個(gè)交叉滾子軸承就可承受徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷及力矩負(fù)荷等所有方向的負(fù)荷。此型軸承廣泛運(yùn)用在如工業(yè)自動(dòng)機(jī)械人、工作機(jī)械及醫(yī)療設(shè)施等，需要?jiǎng)傂愿?、緊密及高轉(zhuǎn)速下仍能確保精確之場(chǎng)合下。它們能同時(shí)承受來(lái)自各方向荷重 ( 如軸向、推力或動(dòng)量荷重等 ) 。 圖 51 底座部分 The base part 交叉滾子軸承 對(duì)于本設(shè)計(jì)中底座處因?yàn)樾”蹫閼冶坌问?，并且要用電機(jī)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此在此處應(yīng) 使用特殊的軸承 ， 本設(shè)計(jì)中選用交叉滾子軸承。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 5 底座及第一關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 第一關(guān)節(jié)是整個(gè)機(jī)械手設(shè)計(jì)部分承載重量最大的部分，因此這個(gè)設(shè)計(jì)的合理性決定了整個(gè)機(jī)械手的穩(wěn)定性。 物料搬運(yùn)機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 26 （ 1） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ： m i n/3 0 0m i n/603 6 0/1 0 0 6 0/ rrfbn ??????? ? 其中 ?b? 為 步進(jìn)電機(jī)的步距角 （度） ， 1000?f 為 脈沖頻率（脈沖 /秒 ） （ 2） 每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 轉(zhuǎn)脈沖 /??? bS ? 其中 S 為 每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) ， TSP 為導(dǎo)程 取 10mm。 （ 8） 壽命長(zhǎng) ,性能安全可靠 。 （ 6） 容許大的徑向和軸向 ，角向 偏差 。 （ 4） 主體軸套采用鋁合金 ,體積輕巧 。 （ 2） 主體中間用十字滑塊聯(lián)接，安裝方便，免維護(hù) 。因此選用時(shí)應(yīng)注意其工作轉(zhuǎn)速不得大于規(guī)定值。 因?yàn)榘肼?lián)軸器與中間盤(pán)組成移動(dòng) 副，不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的角速度應(yīng)相等。 這種聯(lián)軸器零件的材料可用 45 鋼，工作表面需要進(jìn)行熱處理，以提高其硬度；要求較低時(shí)也可用 Q275 鋼，不進(jìn)行熱處理。 圖 42 T3060步進(jìn)電機(jī) T3060 stepping motor 表 42 本設(shè)計(jì)選用電機(jī)的基本參數(shù) 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 The design chooses the basic parameters of motor 名稱(chēng) 類(lèi)型 安 裝尺寸 軸型 步距 角 最大靜止轉(zhuǎn) 矩 額定電 流 保持轉(zhuǎn) 矩 2 相步進(jìn)電機(jī) 高轉(zhuǎn)矩 60mm 單軸 度 Nm 2A/相 Nm 聯(lián)軸器 的選用 十字滑塊聯(lián)軸器由兩個(gè)在端面上開(kāi)有凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)兩面帶有凸牙的中間盤(pán)組成。 高效率型、高轉(zhuǎn)矩型、標(biāo)準(zhǔn)型、標(biāo)準(zhǔn)型保護(hù)等級(jí)IP65 規(guī)格、高分辨率型、 SH 減速機(jī)型等產(chǎn)品種類(lèi)。驅(qū)動(dòng)本系列時(shí)需另購(gòu)驅(qū)動(dòng)器。 低振動(dòng)型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。 （ 3） 步進(jìn)電機(jī)的選用原則 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、 控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)受輸入脈沖控制，其位移量是斷續(xù)的，總的位移量嚴(yán)格等于輸入的指令脈沖數(shù)或其平均轉(zhuǎn)速?lài)?yán)格正比于數(shù)量輸入指令脈沖的頻率 [10]。環(huán)行分配器，功率放大器以及其它輔助電路統(tǒng)稱(chēng)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)是由一系列電脈沖控制，脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖型號(hào)，通過(guò)環(huán)行分配 器按一定的順序加到電動(dòng)機(jī)的各個(gè)繞組上。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。 （ 3） 本設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌特性 矩形導(dǎo)軌的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造，檢驗(yàn)和修理方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高，但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，須有調(diào)整間隙的裝置，但 一個(gè)方向青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 上的調(diào)整不會(huì)影響到另一個(gè)方向上的位移，因此安裝調(diào)整比較方便，在相同情況下，摩擦阻力與接觸變性都比較小。 運(yùn)動(dòng)輕便和低速平穩(wěn)性 要使導(dǎo)軌的阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便，低速運(yùn)行時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。因此可選用合適的耐磨涂料，潤(rùn)滑方法和保護(hù)裝置，使導(dǎo)軌具有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。導(dǎo)軌及其支撐部件的剛度和熱變形，對(duì)靜壓導(dǎo)軌還有油膜的剛度等。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支撐導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)軌的選用 （ 1） 導(dǎo)軌的作用 導(dǎo)軌的作用是使運(yùn)動(dòng)部件能沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)（導(dǎo)向），并承受運(yùn)動(dòng)部件及工件的重量和切削力（承載）。 （ 2） 滾珠絲杠傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 具有軸向剛度高（通過(guò)預(yù)緊可消除絲杠與滾珠之間的軸向間隙），運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，不易磨損，使用壽命長(zhǎng)。 表 41 絲杠螺母基本參數(shù) Basic parameters of the lead screw nut 螺帽種類(lèi) 精度 直徑 （ mm） 長(zhǎng)度 （ mm） 額定載荷 （動(dòng)） 額定載荷（靜） 單螺帽 C10 16 1172 （ 1） 滾珠絲杠的工作原理 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝物料搬運(yùn)機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 22 有中間傳動(dòng)原件 —— 滾珠，它由絲杠，螺母，滾珠，反向器組成。 本設(shè)計(jì)使用絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)的傳動(dòng)方式?；瑒?dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力 矩大、傳動(dòng)效率低（ 30%~40%）。還要克服慣性力（力矩）及摩擦阻力。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是對(duì)運(yùn)動(dòng)的變換，主要是其形式，行程，方向，速度。機(jī)械傳動(dòng)部件對(duì)伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大的影響，特別是其傳動(dòng)類(lèi)型， 傳動(dòng)方式，傳動(dòng)剛度以及傳動(dòng)可靠性對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有重大影響。其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，機(jī)械傳動(dòng)部件主要是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變換器。通過(guò)校核， 所選擇的氣缸和設(shè)計(jì)均符合 設(shè)計(jì)要求和安全準(zhǔn)則。 圖 36 第三臂氣缸 及其底座 The third arm cylinder and its base 小結(jié) 本章主要完成了物料搬運(yùn)機(jī)械手的末端執(zhí)行器 和第三臂上下移動(dòng)的 設(shè)計(jì)工作。 ??? FFn 因此此設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求和安全準(zhǔn)則。 表 32 氣缸的主要選型參數(shù) Main parameter selection of air cylinder 物料搬運(yùn)機(jī)械手 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 20 項(xiàng)目 參數(shù) 公司 SMC 系列 MB 系列 型號(hào) MDB100350 缸徑 100mm 行程 350mm 最高使用壓力 1MPa 根據(jù)氣缸的以上參數(shù)，我們可以計(jì)算氣缸的推拉