【正文】 ? ? ? ? (2— 9) ① 豎直方向最大工作載荷為： 0 670 10 768mzF F G N? ? ? ? ? ? （ 2— 10) ② 折算到滾珠絲杠上的最大工作載荷： 0 1205c o s 5 6mm FFN??? (2— 11) 圖 25 幾何圖 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 選用滾珠絲杠副的直徑 d 時(shí)，必須保證在一定軸向載荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn) 100萬(wàn)轉(zhuǎn)（ 106轉(zhuǎn)）后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 15 最大工作載荷的計(jì)算 根據(jù) 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》第 37頁(yè)滾珠絲杠副的計(jì)算與選型，最大工作載荷是指滾珠絲杠在驅(qū)動(dòng)時(shí)所承受的的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引 [6]。由于 max 91XZ? ?? ，這使得滑塊上所受 Z方向的力與刀頭點(diǎn)處受力出現(xiàn)巨大波動(dòng)，并且參考的劃分越細(xì)可能出現(xiàn)的波動(dòng)越大，此處取平均值予以計(jì)算： m a x10 6 .70 .1 1 0 .1 6 4 .3 5 4 .3 2 1 .2 4 1 .2 16XZ? ??? ? ? ? ?? 代入數(shù)值計(jì)算得： m a x m a x m a x 1 0 0 6 .7 6 7 0 ( )ZX XF F NZ?? ? ? ? ?? m a x m a x m a x 1 0 0 0 .8 6 3 8 .6 3 / 5 1 7 8 / m inZX ZV V m m s m mX?? ? ? ? ? ?? ㈡ 以刀頭點(diǎn)沿 Y方向從 0到 100mm每移動(dòng) 10mm 為參考時(shí)，相關(guān)計(jì)算與沿 X 方向的計(jì)算方法相同并且結(jié)果相差不大，可取 X方向計(jì)算結(jié)果。 ㈠ 以刀頭點(diǎn)沿 X方向從 0到 100mm每移動(dòng) 10mm 為參考，即 =10mm；據(jù)此計(jì)算機(jī)床每根軸上滑塊的移動(dòng)量，記為（同 中的計(jì)算）。 綜上計(jì)算結(jié)果可知，滑塊的最大位移量為 ,圓整為 195mm；據(jù)此可知滾珠絲杠螺紋的有效行程不得低于 195mm。39。 39。Pi 到 iB 的距離 CiS ： 同上， 39。6 ( 2 1 . 5 9 , 1 0 5 . 0 2 , 1 3 0 . 7 6 )P ②求 39。4 ( 3 9 .4 4 , 3 .0 0 , 1 1 0 .7 9 )P ?? 39。2 ( 4 4 6 9 , 1 9 7 . 9 7 , 5 8 . 4 6 )P ? ? 39。 ， 同理可以計(jì)算得 ： 39。 2 2 2( ) ( ) ( )i i i ii i iC i i B B BP P PS P B X X Y Y Z Z? ? ? ? ? ? ? (2— 4) 代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得： 1 ? ； 2 ? ； 3 ? ； 4 ? ； 5 ? ； 6 ? ③ 求各軸上滑塊的移動(dòng)量： iii C BS S S? ? ? (2— 5) 代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得： 1 5 6 3 .9 9 5 0 9 .7 2 5 4 .7 2S? ? ? ? 2 5 8 1 .2 7 5 0 9 .7 2 7 2S? ? ? ? 11 3 6 9 1 .4 6 5 0 9 .7 2 1 8 2 .1 3S? ? ? ? 4 3 5 2 .5 1 5 0 9 .7 2 1 5 6 .7 6S? ? ? ? ? 5 4 4 5 .8 5 0 9 .7 2 6 3 .4 7S? ? ? ? ? 6 5 3 6 .8 2 5 0 9 .7 2 2 7 .5 5S? ? ? ? 以上計(jì)算結(jié)果 ,“ ”值表示沿 Z 軸負(fù)方向移動(dòng)；反之則表示沿 Z 軸正方向移動(dòng)。 39。iP 到 iC 得距離為上下虎克鉸中心的距離，此距離不變所以： 1 2 3 4 5 6 5 0 9 . 2 7B B B B B BS S S S S S? ? ? ? ? ? 由于 39。 10 圖 24 計(jì)算幾何圖 于是， 39。i iD PXX? ， 39。Z 軸，所以 iD 與 39。i i iBPD ，由于 39。iiPP是與 Z軸平行且經(jīng)過(guò) iD 點(diǎn)的直線(xiàn)， iiBD垂直于 39。Pi 到 iC 的距離 BiS ， 39。5P (3 9 .4 4 ,1 9 4 .6 6 ,1 4 2 .2 1) 39。3P ( 2 1 5 .8 6 ,1 1 1 .0 9 , 7 0 .7 6 ) 39。1P ( 4 9 , 5 , 8 7 .0 4 )? 39。11 100 100 100 0 0 0 0 1 1 1P T P??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? (2— 2) 其中01??????????以及1?????????????分別表示和的齊次坐標(biāo)， 參考《工業(yè)機(jī)器人》第二版22[9]。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)技術(shù)參數(shù)中機(jī)床運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)作范圍，不妨假定運(yùn)動(dòng)平臺(tái)處于其中一極限位置時(shí)有 mmZYX PPP 100??? 且 ?15??? ??? ； 于是計(jì)算可得： 0 0 0 1PPPC C C S S XS S C S C C S S S S C YTS S C S C C S S S C C C Z? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ? ?? ???? 100 100 1000 0 0 1??????? ??? 假定運(yùn)動(dòng)平臺(tái)處于另一極限位置時(shí)有 mmZYX PPP 100??? 且 ?15??? ??? ； 此時(shí)： 0 0 0 1PPPC C C S S XS S C S C C S S S S C YTS S C S C C S S S C C C Z? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ? ?? ???? 100 100 1000 0 0 1????????? ???? 9 新坐標(biāo)及各軸滑塊移動(dòng)量的計(jì)算 ㈠ 當(dāng) 100 100 1000 0 0 1T??????? ???計(jì)算滑塊的移動(dòng)量 ①計(jì)算新坐標(biāo)： 根據(jù)上述計(jì)算方法 39。 隨著滑塊的移動(dòng)，活動(dòng)平臺(tái)各鉸點(diǎn) 也隨之到達(dá)新的 位置，設(shè)為到達(dá)新位置時(shí)的坐標(biāo)值，則有 ii TPP?39。 初始條件的確立 當(dāng)已知機(jī)構(gòu)的基本尺寸，在所建立的坐標(biāo)系上，由于上、下平臺(tái)的各個(gè)鉸點(diǎn)和 (i=l，2? 6)對(duì)于坐標(biāo)系的幾何關(guān)系已確定 (如各鉸點(diǎn)與原點(diǎn)的連線(xiàn)和 X 軸的夾角為定值 )，通過(guò)幾何關(guān)系就可計(jì)算出各鉸點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，即各個(gè)鉸點(diǎn)和的坐標(biāo)值可計(jì)算出來(lái)而成為已知條件。 且關(guān)于 下虎克鉸幾何中心所構(gòu)成圖形的外接圓成分布、 對(duì)稱(chēng)。 ?40139。 ?40539。下虎克鉸中心 ?40339。5 ?? BOB 。3 ?? BOB 。1 ?? BOB 。 圖 23 坐標(biāo)系示意圖 1 2 3 4 5 6 6SPS 并聯(lián)機(jī)器人的工作原理是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，帶動(dòng)絲桿上滑塊與連桿并行的移動(dòng)，滑塊又通過(guò)虎克鉸帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，從而使活動(dòng)平臺(tái)變化在空間的位置和姿態(tài)。位于下平臺(tái)中心，各軸指向如圖所示，動(dòng)靜平臺(tái)坐標(biāo)系方向保持一致，坐標(biāo)系如圖 23所示。 6 6SPS 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 該類(lèi)型并聯(lián)機(jī)器人采用 6SPS 結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)圖如圖 22 所示，其中 1：固定支； 2：運(yùn)動(dòng)滑塊； 3：連桿； 4：活動(dòng)平臺(tái)。 5 第二章 并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算 此部分主要包括 6SPS伸縮式并聯(lián)機(jī)床位置逆解的相關(guān)計(jì)算與分析，滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型，滾動(dòng)軸承的選用，步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型，聯(lián)軸器的選用與校核的選用等。 二．滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 三．步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型 四．其他主要零部件的計(jì)算與選用 各零部件的三維建模、裝配與二維圖的轉(zhuǎn)化 為了較為直觀的看出并聯(lián)機(jī)床空間結(jié)構(gòu)的特征，采用 PRO/E 軟件對(duì)并聯(lián)機(jī)床各零部件進(jìn)行三維建模并裝配，以達(dá)到預(yù)期效果。 此類(lèi)型并聯(lián)機(jī)床主要零部件包括步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠螺母副、連桿、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、底座、立柱、頂蓋、運(yùn)動(dòng)鉸鏈等，在研究過(guò)程中必須加強(qiáng)了解，使得并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更加合理。 6SPS 伸縮式并聯(lián)機(jī)構(gòu)是將 6 套驅(qū)動(dòng)模塊固定在連桿上，每套驅(qū)動(dòng)模塊連接 1 套連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)末端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母副，使絲母滑座做傾斜（與連桿平行）方向的運(yùn)動(dòng)，然后通過(guò)連桿聯(lián)動(dòng)，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生 運(yùn)動(dòng)。 并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)類(lèi)型的選定 6自由度并聯(lián)機(jī)器人有很多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，如 6SPS型、 6PTRT 型、 6PSS 型等等。從完全并聯(lián)的角度出發(fā)，這類(lèi)機(jī)構(gòu)必須具有 6 個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈。 二．并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 并聯(lián)機(jī)構(gòu) 主要具有以下 特點(diǎn)： （ 1）與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比剛度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定； （ 2）承載能力大 ； （ 3）微動(dòng)精度高 ； （ 4）運(yùn)動(dòng)負(fù)荷小 ； （ 5）在位置求解上，串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，但反解十分困難，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難反解卻非常容易。第四、利用 CAXA、 PRO/E 軟件建立零件圖、裝配模型，完善整機(jī)結(jié)構(gòu)。第二、完善機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成傳動(dòng)零部件的設(shè)計(jì)、選型。提高學(xué)生的工程素質(zhì)、創(chuàng)新能力、綜合實(shí)踐及應(yīng)用能力。 本課題結(jié)合本院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，設(shè)六自由度并聯(lián)機(jī)床機(jī)構(gòu)，使其能根據(jù)工藝要求進(jìn)行加工。并聯(lián)機(jī)床是集機(jī)械、氣動(dòng)（液 壓）、控制技 術(shù)于一體的典型的機(jī)電一體化設(shè)備。由并聯(lián)、串聯(lián)同時(shí)組成的混聯(lián)式數(shù)控機(jī)床，不但具有并聯(lián)機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，而且在使用上更具實(shí)用價(jià)值。另外，由于其進(jìn)給速度的提高，從而使高速、超高速加工更容易實(shí)現(xiàn)。 整體而言，傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床，是屬于數(shù)學(xué)簡(jiǎn)單而機(jī)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)床，而相對(duì)的，并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床則機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單而數(shù)學(xué)復(fù)雜，整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)牽涉到相當(dāng)龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此虛擬軸并聯(lián)機(jī)床是一種知識(shí)密集型機(jī)構(gòu)。部分高校還將并聯(lián)機(jī)床的研發(fā)納入教育部 211 工程重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，并得到地方政府部門(mén)的支持且吸引了機(jī)床骨干企業(yè)的參與。1994～ 1999 年期間，在歷次大型國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上均有這類(lèi)新型機(jī)床參展，并認(rèn)為可望成為 21 世紀(jì)高速輕型數(shù)控加工的主力裝備。近年來(lái)，與并聯(lián)機(jī)床和并聯(lián)機(jī)器人操作機(jī)有關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議層出不窮，例如第 47～ 49 屆 CIRP年會(huì)、 1998～ 1999 2 年 CIRA 大會(huì)、 ASME 第 25 屆機(jī)構(gòu)學(xué)雙年會(huì)、第 10屆 TMM 世界大會(huì)均有大量文章涉及這一領(lǐng)域。此后，英國(guó)Geodetic 公司，俄羅斯 Lapik 公司，挪威 Multicraft 公司，日本豐田、日立、三菱等公司 , 瑞士 ETZH 和 IFW1研究所，德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)、漢諾威大學(xué)和斯圖加特大學(xué)等單位也研制出不同結(jié)構(gòu)形式的數(shù)控銑床、激光加工和水射流機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和加工中心。 1994 年在芝加哥國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上，美國(guó)Ingersoll 銑床公司、 Giddings amp。 ④ 技術(shù)附加值高：并聯(lián)機(jī)床具有 “ 硬件 ” 簡(jiǎn)單， “ 軟件 ” 復(fù)雜的特點(diǎn)，是一種技 術(shù) 附加 值很 高的 機(jī) 電一 體化 產(chǎn)品 ，因 此 可望 獲得 高額 的 經(jīng)濟(jì) 回報(bào) 。在動(dòng)平臺(tái)上安裝刀具可進(jìn)行多坐標(biāo)銑、鉆、磨、拋光，以及異型刀具刃磨等加工。與實(shí)現(xiàn)等同功能的傳統(tǒng)五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床相比，并聯(lián)機(jī)床具有如下優(yōu)點(diǎn)： ① 剛度重量比大：因采用并聯(lián)閉環(huán)靜定或非靜定桿系結(jié)構(gòu)，且在準(zhǔn)靜態(tài)情況下，傳動(dòng)構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿，故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的單位重量具有很高的承載能 ② 響應(yīng)速度快：運(yùn)動(dòng)部件慣性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，允許動(dòng)平臺(tái)獲得很高的進(jìn)給速度和加速度，因而特別適于各種高速數(shù)控作業(yè)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 第一章 總體方案的確定 課題的研究背景 為了提高對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)