【正文】 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手，有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。在此情況下機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。如在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重地操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成地人身事故。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。由于本次設(shè)計(jì)是專(zhuān)門(mén)為數(shù)控機(jī)床上下料的，專(zhuān)用化的程度高，考慮到實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，建議選擇直線式為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式。第二種方案：CK1463車(chē)削單元中的NJS100型龍門(mén)式自動(dòng)上下料機(jī)械手：圖 4 龍門(mén)式上下式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖主要技術(shù)參數(shù)：其中搬運(yùn)零件重量30kg； X 軸最大工作行程:2022mm； Z 軸最大工作行程:600mm；X、Y軸都采用步進(jìn)電機(jī)和絲杠配合的驅(qū)動(dòng)方式； 第一種方案由于要用減速器驅(qū)動(dòng)齒輪，結(jié)構(gòu)比較大，設(shè)計(jì)起來(lái)比較復(fù)雜，實(shí)用性不如第二種方案，而且第二種方案機(jī)械手制造簡(jiǎn)單造價(jià)便宜，在此以第二種機(jī)械手為本次設(shè)計(jì)的方案。機(jī)械手可從輥道上夾持工件準(zhǔn)確的送到機(jī)床的裝夾部位，然后退出，加工完后，機(jī)械手進(jìn)入，夾持工件放到輥道上。參數(shù)：長(zhǎng)度：500mm 重量：30kg一般選 45 號(hào)鋼，材料密度 （kg/cm179。動(dòng)作時(shí)機(jī)械手沿橫梁左右移動(dòng)。主要依據(jù)是考慮對(duì)位置精度的要求不高并且要在惡劣的環(huán)境中工作。X 軸采用滾珠絲桿傳動(dòng)，方形直線導(dǎo)軌，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。??機(jī)械手移動(dòng)范圍：Z 軸 800mm，最大移動(dòng)速度 =10m/min；X 軸 2022mm，最大max?移動(dòng)速度 =18m/min。 機(jī)架通常分為鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架兩類(lèi)，焊接結(jié)構(gòu)較之鑄造結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度和剛度高，重量輕，生產(chǎn)周期短以及施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。在此機(jī)架形狀選用方形。當(dāng)工件被夾jM緊后機(jī)械手加速起動(dòng)時(shí)所受力最大，受力分析如圖 31 所示。安全系數(shù) =K123式中： 為基本安全系數(shù)，取 =； 為運(yùn)動(dòng)沖擊系數(shù)，取 =； 為夾持1K1K2 3K器誤差系數(shù)，取 =；3所以 = = 304=652(N)F?T?在夾緊狀態(tài)下夾持器體與工件接觸的平面與水平面夾角 =45176。?T?所以?shī)A緊力 必需滿(mǎn)足： ≥NNFtan選用能產(chǎn)生較在夾緊力的連桿杠桿式夾持器，如圖 32 所示：廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院15圖 32 連桿杠桿式夾持器當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿 1 上下移動(dòng)時(shí)，由桿 連桿 擺動(dòng)的鉗爪 3 和夾持器體 4 構(gòu)成四桿機(jī)構(gòu)，迫使鉗爪完成夾緊和松開(kāi)動(dòng)作。當(dāng)壓縮空氣單位壓力 p= 時(shí)，氣缸推?力為 1005N。所以故由氣缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為： = 1005 =1005 =836（N） (34)NFi??龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)16此時(shí) 已大于所需的 678N 的夾緊力，故本機(jī)械手可安全工作。龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)18廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院19第四章 懸臂（Z 軸）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)比的選定對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，脈沖當(dāng)量 （mm/脈沖）確定，初步選定滾珠絲杠導(dǎo)程 (mm)和P? 0L電機(jī)步距角 [( 176。使 i=1，使步進(jìn)電機(jī)直接與絲杠用聯(lián)軸器聯(lián)接，p?有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。具有精度高、壽命長(zhǎng)、效率高、磨損小、通用性強(qiáng)結(jié)構(gòu)緊湊美觀等特點(diǎn)。行程 800mm，總長(zhǎng) 1120mm。1M 機(jī)械手重量 2 機(jī)械手材料為 45 號(hào)鋼，質(zhì)量為 45kg。hL絲桿摩擦系數(shù) μ＝ 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 ＝1000 （r/min）；加速度 ＝?2/s支承方式為(固定—支承)W = 75kg+45kg （工作臺(tái)托板質(zhì)量+機(jī)械手質(zhì)量） g=(重力加速度)I=1 (電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比)摩擦阻力 Fw=μW g = 120 118(N) ?絲桿工作時(shí)受到的軸向載荷：無(wú)夾工件時(shí) ＝( + ) (g+ ) ＝ (75+45) (+)waF＋＝ 1M2??wF＋ ?+118＝1332(N)夾工件時(shí) ＝( + + ) (g+ ) ＝(75+45+30) (+)wa＋＝ 12j w＋+118＝1636(N) 運(yùn)轉(zhuǎn)方式 軸向載荷Fa=F+Fw （N）進(jìn)給速度(mm/min) 工作時(shí)間比例無(wú)夾工件時(shí)上下移動(dòng) =13321V1=10000 q1=50夾工件時(shí)上下移動(dòng) =16362aV2=8000 q2=50 運(yùn)轉(zhuǎn)方式 進(jìn)給速度(mm/min)進(jìn)給轉(zhuǎn)速(r/min)無(wú)夾工件時(shí)上下移動(dòng) V1=10000 n1=1000夾工件時(shí)上下移動(dòng) V2=8000 n2=800龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)22 選取的滾珠絲杠型號(hào)和計(jì)算(1)導(dǎo)程的計(jì)算： ＝10000/1000＝10mm0LinVmax??(2)平均速度的計(jì)算： 21mn0q＋＝ ＝900r/min 85?＋＝(3)平均載荷的計(jì)算： 3 2m321m1 10qnF0qnF????＝m 1483(N)3 33 598(6)59(2) ?＝ ?(4)絲桿時(shí)間壽命的計(jì)算： ＝2400090060＝1296000000 轉(zhuǎn)次60nLRmh?＝(5)額定動(dòng)載荷的計(jì)算： 36wm10fFC＝? 21030(N)?＝ ? 其中 為絲桿在普通運(yùn)動(dòng)中的摩擦系數(shù)取 得到：額定動(dòng)載荷 21030(N)。 uLe 有效行程 Lu=L1Le公稱(chēng)導(dǎo)航 Lo 3 4 5 6 8 10 12 16 20余程 L e 10 12 16 20 24 32 40 45 50 60 絲杠螺紋長(zhǎng)度不得小于 800mm 加上螺母總長(zhǎng)一半 64mm(從“FDG 法蘭式雙螺母表”查得螺母總長(zhǎng) 128mm)。在此取絲杠螺紋長(zhǎng)度 L 1=900mm則軸承之間的距離 =900mm?(7)絲桿公稱(chēng)直徑的計(jì)算：注：公稱(chēng)直徑由允許工作轉(zhuǎn)速與工作容許軸向載荷來(lái)得出。已知 ＝1000r/min，在此先假 ＝ ； ＝1000r/min maxnkmaxk 絲桿底徑 ???7? 式中： 為安裝系數(shù)，在“安裝方法圖”中查找，安裝方式為“固定－支承”。結(jié)合上邊求得的 ＝10mm 以及額定動(dòng)載荷 21030(N)查?0L??C“FDG 法蘭式雙螺母表”得到絲桿的型號(hào)為：FDG3210R–900(8)預(yù)緊載荷的計(jì)算： 的確定aoF 545(N)?316maxo＝＝ C 和拉伸力 的確定tF龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)24 C＝ 3u010Lt－??? －＝ ?m?式中：C 行程補(bǔ)償值（ ） ； 溫度變化值 ； 最大行程；m?t C20～ uL膨脹系數(shù) ＝ /度0?06.－? ＝ ＝2864(N)E4dtF2t???＝ ??式中： 行程內(nèi)預(yù)拉伸力；E 彈性模量 E＝ (N/ )； 為絲桿底徑。swD?(2)允許的軸向載荷 21LIEKP??＝ ＝42305(N)2＝ ＝ 82kFPn?＝ 13 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。 1d? 允許工作轉(zhuǎn)速： ＝ 3712＝2970r/??/min 小于允許工作轉(zhuǎn)速 ，故絲桿可以正常工作。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(guò)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(guò)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)。 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。與 V 型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約 40 倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 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。廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院31 額定壽命及壽命時(shí)間的計(jì)算（選擇導(dǎo)軌型號(hào)為 RHD20B） 額定壽命 3cwathePCf50L）（＝ ? 23818Km?）（＝ 式中：除 為計(jì)算載荷外，其他系數(shù)在上表和下表中找出。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的計(jì)算：tJ ＝wLstJ＋＋＝ ???(3)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 的計(jì)算mM 1. 加速度力矩 = a）＋（ tdJ2ax10.??n = ＝）＋（ .??210.???式中 Ma 電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（Nm) ， 、 電機(jī)自身慣量（在下表查得與負(fù)載慣量(Kg .) 。2. 預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 fM龍門(mén)式上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)36 =fMiL??2kFp0ao = = 式中： 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 Z＝Mi???2LF0a ＝ ＝式中：； η為電機(jī)傳遞效率為 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mM = + = afZ