【正文】 我知道自己的水平有限，在歷時三十六周的時間里，只能設計這么一個作品，所以本文一定會有許多的不足之處，懇請各位指出不足之處，本人不勝感激。也感謝這大學四年里，曾經(jīng)幫助過我的老師和同學們，如果沒有他們曾經(jīng)的幫助和鼓勵，自己也不會學到那么多知識，學不到那么多專業(yè)知識，更不用說能自己做畢業(yè)設計了。也感謝我們學校有一個很好的圖書館，各類資料十分齊全，特別是圖書館的那個數(shù)據(jù)庫，里面可以查到我所有設計所需要的資料。在圖紙方面，老師更是幫我指出圖紙的錯誤和細節(jié)的不足。 謝 辭這篇設計說明書是在畢業(yè)設計導師張旭老師細心指導下完成的，老師認真，負責，嚴謹?shù)闹笇В屛覍W到了很多的東西。如果三個電機的配合控制得當，機械手還可以在空間做相應的曲線運動。其有效工作空間為長250mm，寬180mm，高150mm。設計兩軸的連接件滑塊來連接兩個運動模塊。Z軸運動模塊固定在X軸上，X軸運動模塊固定在Y軸上。機械結(jié)構(gòu)設計，首先要考慮的就是要設計一個什么樣子的結(jié)構(gòu)，確定好結(jié)構(gòu)后，就可以根據(jù)要求選擇所需的零件。因為沒有涉及的經(jīng)驗和基礎，也就需要借鑒前人的設計經(jīng)驗。要完成設計，首先要有足夠的理論基礎。通過大學四年的學習，查找資料，和老師同學共同探討，完成本次設計。完成了三個直線運動模塊的選型與設計，并使其能組裝成為一個完整的機械手結(jié)構(gòu)。零件熱處理：進行滲碳處理，滲碳之后進行淬火，低溫回火，最后再進行調(diào)制處理，因為機械運動有往復運動，最好再進行人工時效[16]。加工好后，在拿到倒圓角機上，對需要倒圓角的地方進行倒圓角，圓角直徑選擇R=。尺寸的加工：把毛坯拿到立式銑床去進行切削加工，每個端面切削掉1mm，最終加工到的尺寸為978161。經(jīng)過鑄造得出99*83*63的長方體（含有類工字型貫穿的）毛坯。其基本尺寸長寬高為：96mm，80mm,25mm,加工后圖如下：圖51 加工連接件圖毛坯的設計：選擇45鋼為毛坯的材料。故在設計時，在導軌與固定板之間，每邊加兩個加固零件。本部分的連接架包括整個機械手的支撐架。電機安裝座也兼做聯(lián)軸器的保護座。安裝座的選擇設計要做到結(jié)構(gòu)簡約，剛度強度要達到，質(zhì)量也不能太重。機械手LM滾動導軌潤滑油的選擇，參考上章表614，決定選用精密設備所用的導軌油來進行潤滑。對潤滑油最基本的要求就是要有良好的潤滑性能[11]。滾動圓柱形導軌的潤滑很是方便，所以工作時，應該要每天潤滑兩次，早上進行一次潤滑，晚上再進行另一次潤滑。根據(jù)公式m3 (437)實際有重量的體積可按m3所以質(zhì)量kg (446)計算得鏈接件的質(zhì)量為kg長期工作的導軌，會有磨損，從而影響工作的精度和穩(wěn)定性。表47 所選的導軌的參數(shù)品牌滾動體列數(shù)材料型號重量THK4列碳素鋼HSR15R1C11kg/m下圖為詳細信息圖圖44滾動導軌詳細信息圖表48 設計參數(shù)滑座上負載F滑座個數(shù)單方向行程每分鐘往復20N2 360mm 2每天工作時長一年工作量壽命24h300天 10年N （443）h根據(jù)公式 (544)其中式中為單行程長度為額定行程長度壽命n 為往復數(shù)每小時求得km (445)此導軌的結(jié)構(gòu)相當于簡支梁，經(jīng)過計算，其彎曲強度符合要求，故設計合理。所設計的導軌可以選用標準件，所以直接可以選擇一定的型號的導軌，只要符合尺寸和壽命，剛度強度，精度要求的導軌都可以選用。每種截面形狀又可以分為凸形與凹形。把滾珠、滾柱、或者滾針等等的滾動體，放置在相互匹配的兩導軌之間，使兩導軌由滑動摩擦變成為滾動摩擦，就成為了滾動導軌[12]。本次設計為小型通用的機械手，要求定位迅速，移動精度高，定位精度高，結(jié)構(gòu)輕巧，工作效率高。直線導軌目前有兩種選擇，一是滑動直線導軌，兩一種是滾動直線導軌。mm （442）上網(wǎng)查詢有關(guān)混合式步進電機的相關(guān)資料，經(jīng)過分析，*m即可。m=m （440）i=1. 折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量： Jm，=(1/i2)(l0/2π)因為Z軸運動模塊的運動速度曲線為矩形，最大速度為20mm/s，所以按最大運動速度計算。設計的零件圖如下：圖41 Y軸軸承座由上兩章的分析可知，需要用彈性聯(lián)軸器，根據(jù)設計想法，可以選擇單膜片聯(lián)軸器，其實物圖下圖110，其型號為SFC030SA210B10BM。 A為軸承支座為能能安裝上軸承所留的軸向?qū)挾取? 為軸承座側(cè)端面到軸承左端面的距離。滾動軸承與軸承座的配合使用基軸制，配合公差選用 。滾動軸承支座也兼做絲杠的支撐。mm/s2 （434）所以徑向外載荷NN 查機械設計課本，并計算得：N因 則N N附表： 表43 軸承參數(shù)基本尺寸/mm基本額定載荷/KN極線轉(zhuǎn)速/r*min1安裝尺寸/mmd D BCrCor脂油daminDamaxramax10 26 8190002800026 81900028000 30 918000260001525 30 918000260001525查詢機械設計表135，得出以下表格表44 軸承70000AC的計算參數(shù)因軸承工作時有往復運動，故而有沖擊，經(jīng)過查機械設計手冊表載荷系數(shù)為，因 （435） （436）所以中軸承所受到的當量載荷 （437）N （438） 軸承預期計算壽命，h 壽命指數(shù)，當h時fh= Ft： 溫度系數(shù)，ft =表45 軸承溫度系數(shù)工作溫度/℃120125150175200ft根據(jù)基本額定載荷C，查找機械手冊表5522，最后決定選70000AC型號額的角接觸軸承。滾動軸承與絲杠的配合，配合采用基孔制配合，配合公差選用。由上一章X軸的滾動軸承的選擇分析，可知，應該選用角接觸軸承。所以絲杠在工作行程長度上所會引起的導程誤差為um （429）本次設計的絲杠的傳動精度為5mm。傳動效率：由螺旋運動變?yōu)橹本€運動時， λ：螺紋升角因為存在工作負載F，也存在轉(zhuǎn)矩T，所以絲桿的導程會產(chǎn)生變形量。在選擇固定—固定安裝方式中，Lc為絲桿計算長度，指F和T作用處到固定軸承端的距離，Lc=360mm。 （421）a：安全系數(shù)，a=E：彈性模量， I：絲桿剖面最小慣性矩， （422） d2: 螺紋底徑，這里設計為13mm?？紤]到連接的穩(wěn)定和設計要求的精度，故選擇固定——固定的安裝方式 （413）其中Lj——絲桿兩個支撐之間的距離，L——絲桿計算長度， mmE——絲桿材料的彈性模量 查表可知：鋼—— A——絲桿的計算截面積 mm2 （414）轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的軸向變形量δTmm （415）其中IP——絲桿的計算截面積的極慣性矩 （416）G——絲桿材料切變模量鋼材料取：軸向載荷F使鋼球與螺旋滾道間產(chǎn)生的軸向變形δa當時，且滾動螺桿兩邊有預緊，則：mm （417）參數(shù)如下：△Z——工作螺母中的鋼球總數(shù) （418）Z——一圈螺母中的鋼球數(shù) FP——預緊力，一般取KZ——載荷分布不均勻系數(shù)，一般取KZ=因溫度升高引起的軸向位移δa的計算表42 材料線膨脹系數(shù)at（表內(nèi)數(shù)值*106/OC）材料 溫度范圍（OC） 20201002020020300工業(yè)用銅（）（）黃銅 碳鋼（）（）（）鑄鐵（）（）（）鎳鉻合金由上表綜合考慮取 mm （419）其中at——線性膨脹系數(shù) △t——絲桿溫度，一般取值為35 lo——螺紋有效長度 lo =360mm絲桿軸向總變形量δmm （420）絲桿的軸向剛度剛度條件[Kδ]—絲桿允許軸向剛度 小于 所以設計符合條件重復定位度 Kδ：軸向剛度 Fst：導軌間最大靜摩擦力△ 小于[△]==50181。mm （411）——當量摩擦角，當運動件由旋動運動轉(zhuǎn)變到直線運動時取當量應力σMPa （412） mm e滾到圓弧偏心距mm表41 許用應力表牌號 鑄件預計抗拉強度單鑄試棒最小抗拉強度（Mp）用途舉例 鑄件壁厚（mm）抗拉強度σb≥（Mp）大于小于等于HT100102030102030401301009080 100適于對強度無要求的零件（外罩、底板）HT15010203010203040175145130120 150適于對強度要求不高的零件（機床底架、軸承座）HT20010203010203040220195170160 200適用于對強度、耐磨性要求較高的零件（氣缸、齒輪）由上表易知：鑄鐵抗拉強度最小為100Mp，而且剛的抗拉強度較之更大，所以σ小于[σ]，設計符合要求。4）基本靜載荷計算 N （49） F ——軸向載荷 N5）基本額定靜載荷N （410） 當a=45 o時， 結(jié)果為Coa′小于Coa，所以設計的參數(shù)符合要求。轉(zhuǎn)速系數(shù) ，其中n是絲桿轉(zhuǎn)速； 短行程系數(shù)Kl=，精度為五級，故選擇所以 （47）螺旋導程角λ 3）基本額定載荷校核Ca N N （48）式中fc為與滾珠絲桿副滾道的幾何形狀制造精度和材料有關(guān)的系數(shù)，一圈螺紋滾道內(nèi)的鋼球數(shù)量；鋼球滾道切面在接觸點處的公法線與螺紋軸線的垂直線之間的夾角[12]。根據(jù)要求，設計絲杠最長長度mm最大行程mm 螺紋公稱直徑——mm 鋼球直徑——mm圈數(shù)列數(shù)——螺桿滾道曲率——設定轉(zhuǎn)速r/min （44）初算其導程 mm所以導程選擇mm2)計算動載荷 （45） 壽命系數(shù) （46）工作壽命查上章表42 得：由于是精密絲桿傳動，選。 導軌摩擦力 N （41）其中（，為了保證各種強度足夠，此處按7kg計算）——移動負載；u=——導軌與支撐之間的摩擦系數(shù)由方案已確定使用圓柱形滾動導軌，故u的值可由上章表41得。因為滾動絲杠及滾動導軌摩擦阻力小，傳動效率高，經(jīng)過預緊之后，可以得到很好地定位精度和重復定位精度，是本次直線運動模塊設計的最合理選擇。4 Y軸運動模塊的的設計對于Y軸直線運動模塊的設計，依然是采用電機驅(qū)動絲杠副，絲杠轉(zhuǎn)動帶動螺母移動，再加上導向機構(gòu)進行運動導向，完成Y軸運動模塊的設計。所以，F(xiàn)=70N，由設計，橫梁長度L=，直徑D=。根據(jù)結(jié)構(gòu)，只要校核它的彎曲強度即可。其外觀圖如下圖所示：圖38 X軸機架其X軸的伺服電機安裝在其左端。本次設計選擇如下圖所示的安裝架：圖37 電機安裝座示意圖。根據(jù)前面所選擇的混合式的步進電機，其外形大概為一個圓柱體，所以設計一個合適的點擊安裝座，來安裝固定電機。對于本次精密運動機械手導軌，我覺得應該要根據(jù)導軌的使用特點，還有導軌的各種性能特點來合理選用潤滑油。對于潤滑，