物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì)含開(kāi)題及8張CAD圖

物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì)含開(kāi)題及8張CAD圖,物流,搬運(yùn),直角坐標(biāo),機(jī)械,設(shè)計(jì),開(kāi)題,cad XXXXX XX設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名： 任務(wù)下達(dá)日期： 年 月 日 設(shè)計(jì)開(kāi)題日期： 年 月 日 設(shè)計(jì)開(kāi)始日期： 年 月 日 中期檢查日期： 年 月 日 設(shè)計(jì)完成日期： 年 月 日 一、設(shè)計(jì)題目：物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 在物流產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用程度已經(jīng)成為決定企業(yè)間相互競(jìng)爭(zhēng)和未來(lái)發(fā)展的重要衡量因素。目前，機(jī)器人技術(shù)在物流中的應(yīng)用主要集中在包裝碼垛、裝卸搬運(yùn)兩個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化程度、環(huán)保要求、衛(wèi)生規(guī)定、生產(chǎn)效率和人工費(fèi)用的提高，以及國(guó)內(nèi)外對(duì)直角坐標(biāo)機(jī)器人不斷研究，使其功能不斷完善，控制精度不斷提高，直角坐標(biāo)機(jī)器人必將在各行各業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 物流行業(yè)中機(jī)器人應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為擴(kuò)展機(jī)器人的工作空間，機(jī)械臂是必不可少的。而在械臂關(guān)節(jié)中，保證安全的設(shè)備主要是制動(dòng)器，其功能是在機(jī)械臂失電或者失去控制時(shí)，保證機(jī)械臂自身與末端負(fù)載不出現(xiàn)不可預(yù)知的碰撞。在機(jī)械臂不工作時(shí)，制動(dòng)器還能夠保持機(jī)械臂的位置與姿態(tài)。因此，在機(jī)械臂的設(shè)計(jì)工作中，制動(dòng)器的設(shè)計(jì)成為至關(guān)重要的一個(gè)組成部分。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：直角坐標(biāo)機(jī)械臂機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；機(jī)械臂各關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)及校核計(jì)算；機(jī)械臂制動(dòng)方案設(shè)計(jì)；制動(dòng)盤(pán)直徑的確定；摩擦盤(pán)設(shè)計(jì)；電磁線圈的設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)指標(biāo)、要求：制動(dòng)平均力矩：3Nm；供電電壓：28V；吸合功率：<10w；安裝要求：法蘭止口連接，均布m3螺釘孔。 三、設(shè)計(jì)目標(biāo)： 設(shè)計(jì)應(yīng)完成物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零部件的計(jì)算分析、設(shè)計(jì)圖紙的繪制等。 1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1套（1.5萬(wàn)字）； 2、總裝配圖1張（A0）,零件圖折合A0圖紙零2張。 指 導(dǎo) 教 師： 院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 XXXXX 設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名 分院 專業(yè)、班級(jí) 指導(dǎo)教師姓名 職稱 從事 專業(yè) 是否外聘 □是□否 題目名稱 物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì) 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義（可增頁(yè)） 1、選題目的及意義 現(xiàn)在的社會(huì)是自動(dòng)化的機(jī)械代替人工工作的時(shí)代，機(jī)械工作效率高，成本比人工工作低，已經(jīng)在大部分領(lǐng)域廣泛應(yīng)用推廣。一個(gè)操作工人可以控制3到6臺(tái)機(jī)器，工作安全性很高?，F(xiàn)在大部分的自動(dòng)化機(jī)構(gòu)都運(yùn)用到機(jī)械手結(jié)構(gòu)，比如摘果機(jī)械手，自動(dòng)上料機(jī)等等。直角坐標(biāo)機(jī)械手，現(xiàn)在基本上是應(yīng)用在自動(dòng)化設(shè)備上的，可精確定位，一般用在高速高精度的工作環(huán)境，用來(lái)重復(fù)搬運(yùn)；或者用來(lái)點(diǎn)膠，也可涂膠，也可焊接，甚至裝配、檢測(cè)、封裝、剁碼，鎖螺絲當(dāng)然也可以。在制造方面，它制造成本相當(dāng)?shù)牡?，它系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)和操作工具。使用靈活，功能多，根據(jù)操作工具的不同，使用功能不同?？煽啃愿摺⑺俣瓤?、精度高，可以代替人工，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。它可以24小時(shí)在高溫等惡劣環(huán)境下不停歇地工作，如果有故障，維修也很方便。 本設(shè)計(jì)根據(jù)所需的要求和實(shí)踐理論分析，設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三自由度機(jī)器人，使工件從一個(gè)位置運(yùn)送至指定位置，機(jī)械手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把工件沿指定路線搬運(yùn)到另一個(gè)位置。 目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)還有對(duì)它的工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比較起來(lái)還是有相當(dāng)大的距離。我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平相對(duì)很低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)從根本上會(huì)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平，故從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)都考慮要提高機(jī)械手的水平。因此，對(duì)機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有現(xiàn)實(shí)意義和未來(lái)展望的。 2、課題研究現(xiàn)狀 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司，專門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962年美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開(kāi)始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國(guó)產(chǎn)，一半是進(jìn)口。 目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 一般概況國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的機(jī)械手絕大部分為專用機(jī)械手，附屬于某一設(shè)備，其工作程序是固定的。通用機(jī)械手也有發(fā)展，目前應(yīng)用的都是開(kāi)關(guān)式點(diǎn)位控制型，伺服型已試制出數(shù)臺(tái)在調(diào)試中，連續(xù)軌跡控制型還沒(méi)有。 二、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題 1、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 ① 各方向的直線運(yùn)動(dòng)模塊執(zhí)行元件的選型，即電機(jī)的選擇計(jì)算； ② 各方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括：滾珠絲杠副設(shè)計(jì)選擇、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇、滾動(dòng)軸承的選擇、軸承的安裝座座的設(shè)計(jì)、絲杠支承的選擇設(shè)計(jì)、聯(lián)軸器的選擇、兩軸連接處零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、電機(jī)安裝座的設(shè)計(jì)、機(jī)架與三個(gè)運(yùn)動(dòng)模塊的鏈接設(shè)計(jì)； ③ 零件的各項(xiàng)參數(shù)的校核。 2、擬解決的主要問(wèn)題 如何選取直角坐標(biāo)機(jī)械臂各自由度動(dòng)力匹配及運(yùn)動(dòng)范圍、速度參數(shù)，如何選擇滾珠絲杠副、以及如何校核機(jī)械臂強(qiáng)度等。 三、技術(shù)路線 1、技術(shù)路線 本次設(shè)計(jì)采用如下方式層次推進(jìn)： （1）收集相關(guān)資料，并對(duì)現(xiàn)有的資料進(jìn)行研究，進(jìn)而分析自己完成本課題還存那方面的困難，除了現(xiàn)有的知識(shí)外還應(yīng)該具備哪些新的知識(shí)。 （2）對(duì)直角坐標(biāo)機(jī)械手進(jìn)行仔細(xì)的研究，了解工作的原理。 （3）機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析，根據(jù)要求設(shè)計(jì)出合理輕便的機(jī)械手。 （4）在相關(guān)的軟件中模擬機(jī)械手的工作狀態(tài)。 （5）在模擬調(diào)試后對(duì)整個(gè)機(jī)械手進(jìn)行完善。 （6）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 調(diào)研、資料收集、完成開(kāi)題報(bào)告 AutoCAD軟件完成機(jī)械臂總體布置設(shè)計(jì) 各零件結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計(jì)與校核計(jì)算 AutoCAD軟件分析結(jié)合結(jié)構(gòu)、尺寸分析 是否合理 AutoCAD軟件模擬機(jī)械手的工作狀態(tài) 是否合理 N Y N Y 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖1 技術(shù)路線方案圖 2、設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)的直角坐標(biāo)機(jī)械臂，采用XYZ直角坐標(biāo)形式，即有三個(gè)自由度。機(jī)械臂的XYZ三個(gè)軸的結(jié)構(gòu)均設(shè)計(jì)為執(zhí)行元件直接帶動(dòng)絲杠，并設(shè)計(jì)選擇合適的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： X軸 Y軸 Z軸 圖2 直角坐標(biāo)機(jī)械臂方案簡(jiǎn)圖 四、進(jìn)度安排 1月1日～3月9日．畢業(yè)實(shí)習(xí)階段。 畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱資料，到多個(gè)公司實(shí)踐，撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。 1月1日～3月15日．開(kāi)題階段。 提出總體設(shè)計(jì)方案及草圖，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，前期檢查。 3月15日～4月20日． 設(shè)計(jì)初稿階段。 完成總體設(shè)計(jì)圖、部件圖、零件圖，中期檢查。 4月21日～5月16日． 設(shè)計(jì)完善工作階段。 完善設(shè)計(jì)圖紙，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 5月17日～5月18日．畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯。 5月19日～5月28日．畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。 圖紙修改、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)修改、定稿，材料復(fù)查。 5月29日～5月30日．畢業(yè)設(shè)計(jì)材料評(píng)閱。 5月31日～6月1日．畢業(yè)答辯。 6月2日～6月15日．材料整理裝袋。 五、參考文獻(xiàn) [1] 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[11]?機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2016 [12]?黃錫愷，鄭文偉.機(jī)械原理.北京:人民教育出版社，2016 [13]?鄭洪生.氣壓傳動(dòng)及控制.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2017 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì) 摘 要 目前，由于勞動(dòng)力成本和技術(shù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)搬運(yùn)仍然多采用人工，不僅效率低、，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在操作者發(fā)生安全事故的隱患，因此，設(shè)計(jì)機(jī)械手以代替人工搬運(yùn)的操作就變得十分重要。 本文講述了搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì)。首先，通過(guò)對(duì)機(jī)械臂現(xiàn)狀進(jìn)行全方位調(diào)研，在此基礎(chǔ)上提出了機(jī)械臂方案；然后，設(shè)計(jì)計(jì)算了各主要構(gòu)成件的結(jié)構(gòu)尺寸；最后，通過(guò)AutoCAD制圖軟件繪制了搬運(yùn)機(jī)械臂裝配圖、主要零件圖。 最終就是要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)能升降運(yùn)動(dòng)，左右移動(dòng)，前后移動(dòng)的XYZ直角坐標(biāo)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要能滿足機(jī)械手的基本運(yùn)動(dòng)，還要能滿足機(jī)械手的高定位精度，高移動(dòng)精度。且其外形還要體積小，外形美觀。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了起重機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對(duì)今后的工作于生活具有極大意義。 關(guān)鍵字：搬運(yùn)，直角坐標(biāo)，機(jī)械臂，絲杠螺母副 Abstract At present, due to the labor cost and technical problems, the domestic transportation is still mostly manual, not only low efficiency, but also the labor intensity of workers, there is a hidden danger of safety accidents for operators. Therefore, it is very important to design a manipulator to replace manual transportation. This paper describes the design of the manipulator with Cartesian coordinates. First of all, through the comprehensive investigation of the current situation of the manipulator, on this basis, the scheme of the manipulator is proposed; then, the structural dimensions of the main components are designed and calculated; finally, the assembly drawing and the main parts drawing of the manipulator are drawn by AutoCAD drawing software. The final goal is to design a mechanical structure that can move up and down, left and right, back and forth. The design of the manipulator structure should not only meet the basic movement of the manipulator, but also meet the high positioning accuracy and moving accuracy of the manipulator. And its shape should be small and beautiful. Through this design, we have consolidated the professional knowledge learned by the University, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, etc.; we have mastered the design method of hoisting machinery products and can skillfully use AutoCAD drawing software, which is of great significance for the future work and life. Key words: Handling, Rectangular Coordinate, Mechanical Arm, Screw Nut Pair 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 研究背景及意義 1 1.2機(jī)械臂概述 1 1.2.1機(jī)械臂的組成 1 1.2.2機(jī)械臂的分類(lèi) 2 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.4機(jī)械臂發(fā)展趨勢(shì) 3 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 5 2.1設(shè)計(jì)要求 5 2.2方案擬定 5 2.2.1驅(qū)動(dòng)方案的選擇 5 2.2.2傳動(dòng)方案的選擇 5 2.3總體方案的確定 6 第3章 主要構(gòu)件的設(shè)計(jì) 8 3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 8 3.1.1參數(shù)計(jì)算 8 3.1.2電機(jī)型號(hào)的選擇 10 3.2絲桿螺母副的選型與計(jì)算 11 3.2.1受力分析 11 3.2.2設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 12 3.3導(dǎo)軌的選型與計(jì)算 15 3.3.1導(dǎo)軌的選型 15 3.3.2直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 15 3.3.3導(dǎo)軌副精度分析 17 3.4電磁制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 18 3.4.1電磁制動(dòng)器概述 18 3.4.2電磁制動(dòng)器原理設(shè)計(jì) 19 3.4.3主要零件的分析與設(shè)計(jì) 20 3.4.4電磁線圈的設(shè)計(jì) 23 3.5橫梁的設(shè)計(jì) 24 3.6框架的設(shè)計(jì) 25 3.6.1結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 25 3.6.2框架的校核 25 3.6.3框架連接螺栓的校核 26 總 結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 29 致 謝 30 IV 物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì) 第1章 緒 論 1.1 研究背景及意義 現(xiàn)在的社會(huì)是自動(dòng)化的機(jī)械代替人工工作的時(shí)代，機(jī)械工作效率高，成本比人工工作低，已經(jīng)在大部分領(lǐng)域廣泛應(yīng)用推廣。一個(gè)操作工人可以控制3到6臺(tái)機(jī)器，工作安全性很高?，F(xiàn)在大部分的自動(dòng)化機(jī)構(gòu)都運(yùn)用到機(jī)械手結(jié)構(gòu)，比如摘果機(jī)械手，自動(dòng)上料機(jī)等等。直角坐標(biāo)機(jī)械手，現(xiàn)在基本上是應(yīng)用在自動(dòng)化設(shè)備上的，可精確定位，一般用在高速高精度的工作環(huán)境，用來(lái)重復(fù)搬運(yùn)；或者用來(lái)點(diǎn)膠，也可涂膠，也可焊接，甚至裝配、檢測(cè)、封裝、剁碼，鎖螺絲當(dāng)然也可以。在制造方面，它制造成本相當(dāng)?shù)牡?，它系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)和操作工具。使用靈活，功能多，根據(jù)操作工具的不同，使用功能不同?？煽啃愿摺⑺俣瓤?、精度高，可以代替人工，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。它可以24小時(shí)在高溫等惡劣環(huán)境下不停歇地工作，如果有故障，維修也很方便。 本設(shè)計(jì)根據(jù)所需的要求和實(shí)踐理論分析，設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三自由度機(jī)械臂，使工件從一個(gè)位置運(yùn)送至指定位置，機(jī)械手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把工件沿指定路線搬運(yùn)到另一個(gè)位置。 目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)械臂技術(shù)還有對(duì)它的工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比較起來(lái)還是有相當(dāng)大的距離。我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平相對(duì)很低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)從根本上會(huì)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平，故從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)都考慮要提高機(jī)械手的水平。因此，對(duì)機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有現(xiàn)實(shí)意義和未來(lái)展望的。 1.2機(jī)械臂概述 機(jī)械臂也被稱為自動(dòng)手能模仿人手臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。隨著工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展以及液壓技術(shù)自身的一些優(yōu)點(diǎn)，液壓機(jī)械臂已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。 1.2.1機(jī)械臂的組成 機(jī)械臂主要由工件、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。工件是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使工件完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械臂的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械臂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械臂的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械臂有2～3個(gè)自由度。 1.2.2機(jī)械臂的分類(lèi) 機(jī)械臂的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、液壓式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械臂；按適用范圍可分為專用機(jī)械臂和通用機(jī)械臂兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械臂等。機(jī)械臂一般分為三類(lèi)：第一類(lèi)是不需要人工操作的通用機(jī)械臂。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類(lèi)是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電訊號(hào)操作機(jī)來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類(lèi)是用專用機(jī)械臂，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床搬運(yùn)和工件送。這種機(jī)械臂在國(guó)外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機(jī)械臂若以坐標(biāo)形式可分為下列四種： （1）直角坐標(biāo)式，手臂的運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組合而成。 （2）圓柱坐標(biāo)式，手臂的運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 （3）球坐標(biāo)式，手臂運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 （4）關(guān)節(jié)式，手臂運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司，專門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962年美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開(kāi)始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國(guó)產(chǎn)，一半是進(jìn)口。 目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 一般概況國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的機(jī)械手絕大部分為專用機(jī)械手，附屬于某一設(shè)備，其工作程序是固定的。通用機(jī)械手也有發(fā)展，目前應(yīng)用的都是開(kāi)關(guān)式點(diǎn)位控制型，伺服型已試制出數(shù)臺(tái)在調(diào)試中，連續(xù)軌跡控制型還沒(méi)有。 1.4機(jī)械臂發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)各行各業(yè)對(duì)機(jī)械臂的需求將越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將穩(wěn)步增長(zhǎng)，根據(jù)目前的現(xiàn)狀，我國(guó)機(jī)械臂近幾年發(fā)展的形式將會(huì)怎樣呢？根據(jù)我們的分析將會(huì)呈現(xiàn)如下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）從國(guó)際市場(chǎng)來(lái)看，機(jī)械臂工業(yè)是一種高投入低贏利的產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)極為激烈，機(jī)械臂工業(yè)必須上一定規(guī)模才有利潤(rùn)可言，才有必需的開(kāi)發(fā)投入，才能走上良性循環(huán)的發(fā)展道路。世界上機(jī)械臂產(chǎn)量最大的三家公司年產(chǎn)機(jī)械臂數(shù)均超千臺(tái)以上，其中ABB公司達(dá)到9000臺(tái)，安川電機(jī)公司近2500臺(tái)，KUKA公司近2000臺(tái)，從國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀來(lái)看，大公司、大企業(yè)通過(guò)與外國(guó)機(jī)械臂公司合資合作，引進(jìn)技術(shù)和資金，逐步規(guī)?；a(chǎn)機(jī)械臂，把國(guó)內(nèi)機(jī)械臂產(chǎn)業(yè)推向一個(gè)新的階段，其中有代表性的，如首鋼集團(tuán)公司與安川電機(jī)公司合資的首鋼莫托曼公司、唐山電子設(shè)備廠與松下電器公司合資的唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司、東風(fēng)汽車(chē)公司與德國(guó)KUKA公司合作、濟(jì)南二機(jī)床公司與美國(guó)ISI機(jī)械臂公司合作等等。這些合資合作的開(kāi)展，將會(huì)有效地推動(dòng)中國(guó)機(jī)械臂工業(yè)的進(jìn)步，全面促進(jìn)中國(guó)機(jī)械臂工業(yè)水平的提高，但是它也會(huì)和其他外國(guó)機(jī)械臂公司一樣，沖擊中國(guó)機(jī)械臂市場(chǎng)，影響具有自主開(kāi)發(fā)能力的中國(guó)機(jī)械臂產(chǎn)業(yè)的形成，也會(huì)使國(guó)內(nèi)其他的機(jī)械臂生產(chǎn)廠家面臨一種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 （2）由注重機(jī)械臂單機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)渡到成套開(kāi)發(fā)機(jī)械臂應(yīng)用系統(tǒng) 生產(chǎn)機(jī)械臂多的大型公司，可以憑借規(guī)模優(yōu)勢(shì)，占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，形成規(guī)模效益，而一些中小公司要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存，必須具有自己的特色。國(guó)外許多中小公司把自己的市場(chǎng)定位在機(jī)械臂系統(tǒng)集成或某些有特長(zhǎng)領(lǐng)域，從而形成自己的局部?jī)?yōu)勢(shì)，在市場(chǎng)中求得生存和發(fā)展，如奧地利IGM公司以向用戶提供大型機(jī)械臂焊接系統(tǒng)著稱，機(jī)械臂在系統(tǒng)中只占售價(jià)的1/3左右，賣(mài)單臺(tái)機(jī)械臂贏利甚微，而賣(mài)機(jī)械臂系統(tǒng)卻贏利可觀。意大利COMAU公司以承接壓機(jī)生產(chǎn)線見(jiàn)長(zhǎng)，在這里，機(jī)械臂系統(tǒng)是促銷(xiāo)售的關(guān)鍵。我國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)械臂生產(chǎn)廠家規(guī)模大都較小，甚至談不上規(guī)模，而國(guó)內(nèi)一般企業(yè)又沒(méi)有能力將機(jī)械臂有效地集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中去，因此，那些進(jìn)行系統(tǒng)集成并向用戶提供一條龍服務(wù)的公司，在機(jī)械臂市場(chǎng)中將有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)機(jī)械臂生產(chǎn)廠家中北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，以承接涂裝自動(dòng)化生產(chǎn)線見(jiàn)長(zhǎng)，累計(jì)產(chǎn)值近2000萬(wàn)元，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所承接焊接生產(chǎn)線，累計(jì)產(chǎn)值近5000萬(wàn)元，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械臂研究所的機(jī)械臂碼垛生產(chǎn)線正在產(chǎn)業(yè)化，累計(jì)產(chǎn)值超千萬(wàn)元。 （3）機(jī)械臂開(kāi)發(fā)走開(kāi)放型科研之路 國(guó)內(nèi)通過(guò)“七五”機(jī)械臂技術(shù)攻關(guān)，已具備了生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂的基礎(chǔ)，但國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂無(wú)論在技術(shù)上，還是可靠性上，都與國(guó)外機(jī)械臂差相當(dāng)一段距離，要盡快縮短這種距離，必須走一條開(kāi)放型的自主科研道路。 1）多方籌措開(kāi)發(fā)資金，通過(guò)政府部門(mén)投資、用戶單位投資、自我積累、外商投資、銀行貸款等形式，籌措國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂的開(kāi)發(fā)資金。 2）消化和利用國(guó)外機(jī)械臂技術(shù)、資料、樣機(jī)和關(guān)鍵元器件，為我所用。 3）選擇引進(jìn)國(guó)外質(zhì)量可靠的機(jī)械臂零部件和元器件。 4）大力開(kāi)展國(guó)內(nèi)合作，利用國(guó)內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)具有中國(guó)技術(shù)特色的國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂產(chǎn)品。 5）注意機(jī)械臂產(chǎn)品的高可靠性，使國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂的可靠性與國(guó)外機(jī)械臂具有可比性，同時(shí)要做到低成本、易操作。 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)要求 在物流產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，機(jī)械臂技術(shù)的應(yīng)用程度已經(jīng)成為決定企業(yè)間相互競(jìng)爭(zhēng)和未來(lái)發(fā)展的重要衡量因素。目前，機(jī)械臂技術(shù)在物流中的應(yīng)用主要集中在包裝碼垛、裝卸搬運(yùn)兩個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化程度、環(huán)保要求、衛(wèi)生規(guī)定、生產(chǎn)效率和人工費(fèi)用的提高，以及國(guó)內(nèi)外對(duì)直角坐標(biāo)機(jī)械臂不斷研究，使其功能不斷完善，控制精度不斷提高，直角坐標(biāo)機(jī)械臂必將在各行各業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 物流行業(yè)中機(jī)械臂應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為擴(kuò)展機(jī)械臂的工作空間，機(jī)械臂是必不可少的。而在械臂關(guān)節(jié)中，保證安全的設(shè)備主要是制動(dòng)器，其功能是在機(jī)械臂失電或者失去控制時(shí)，保證機(jī)械臂自身與末端負(fù)載不出現(xiàn)不可預(yù)知的碰撞。在機(jī)械臂不工作時(shí)，制動(dòng)器還能夠保持機(jī)械臂的位置與姿態(tài)。因此，在機(jī)械臂的設(shè)計(jì)工作中，制動(dòng)器的設(shè)計(jì)成為至關(guān)重要的一個(gè)組成部分。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為直角坐標(biāo)機(jī)械臂機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；機(jī)械臂各關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)及校核計(jì)算；機(jī)械臂制動(dòng)方案設(shè)計(jì)；制動(dòng)盤(pán)直徑的確定；摩擦盤(pán)設(shè)計(jì)；電磁線圈的設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)指標(biāo)、要求為：制動(dòng)平均力矩：3Nm；供電電壓：28V；吸合功率：<10w；安裝要求：法蘭止口連接，均布m3螺釘孔。 設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)應(yīng)完成物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零部件的計(jì)算分析、設(shè)計(jì)圖紙的繪制等。 2.2方案擬定 2.2.1驅(qū)動(dòng)方案的選擇 目前，這類(lèi)機(jī)械手的主要驅(qū)動(dòng)源有氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。 （1）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 氣動(dòng)壓是一種壓縮空氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，通常用空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力源。氣動(dòng)傳動(dòng)有很多優(yōu)點(diǎn)，如過(guò)載安全，比較簡(jiǎn)單，幾乎不會(huì)污染環(huán)境，花錢(qián)少，能夠變速，也有缺點(diǎn)，就是在大的設(shè)備上工作不是很穩(wěn)定，定位會(huì)有些誤差。 （2）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 它具有固有的效率高、響應(yīng)速度快、速度簡(jiǎn)單的特點(diǎn)?？稍诖蠓秶鷥?nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。適應(yīng)性比較強(qiáng)，能夠在許多種環(huán)境下工作。它能吸收沖擊力，實(shí)現(xiàn)更頻繁、穩(wěn)定的換相，但對(duì)漏油、污染、成本高。定位精度比氣動(dòng)低、電機(jī)高。流體溫度和粘度的變化影響傳動(dòng)性能。 （3）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 電驅(qū)動(dòng)方式有很多種，有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、力矩電機(jī)等驅(qū)動(dòng)方式。伺服電機(jī)動(dòng)態(tài)特性比較好，運(yùn)行精度比較高，速度可以非常大，也可以非常小，非常穩(wěn)定，非?？煽浚刂品矫嬉脖容^容易。 所以，我們這次選步進(jìn)電機(jī)。 2.2.2傳動(dòng)方案的選擇 坐標(biāo)機(jī)械臂各方向機(jī)械臂均做平移運(yùn)動(dòng)，常用的平移運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有以下幾種： （1）齒輪齒條傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞率可達(dá)到數(shù)十萬(wàn)千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。有以下特點(diǎn)： 1）效率高； 2）結(jié)構(gòu)緊湊； 3）工作可靠； 4）傳動(dòng)比穩(wěn)定。 但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過(guò)大的場(chǎng)合。 （2）渦輪渦桿傳動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，但軸向力大、易發(fā)熱、效率低。 （3）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；或者將滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡(jiǎn)單，加工方便，易于得到較高的制造精度等優(yōu)點(diǎn)，因而在包括煤礦機(jī)械在內(nèi)的各類(lèi)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮機(jī)等。 （4）絲桿螺母副 梯形螺桿、螺母的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)：梯形螺紋具有牙根強(qiáng)度高，工藝性好，螺紋對(duì)中性好但主要缺點(diǎn)是效率低。 滾珠絲杠螺母副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想產(chǎn)品。它是傳統(tǒng)滑動(dòng)性絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。滾珠絲杠螺母副因優(yōu)良的摩擦特性，并且可以消除方向間隙并施加預(yù)載，高精度和高靈敏度使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，要求滾珠絲杠副的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 所以，我們這次選絲桿螺母副傳動(dòng)。 2.3總體方案的確定 本次設(shè)計(jì)的直角坐標(biāo)機(jī)械臂，采用XYZ直角坐標(biāo)形式，即有三個(gè)自由度。機(jī)械臂的XYZ三個(gè)軸的結(jié)構(gòu)均設(shè)計(jì)為執(zhí)行元件直接帶動(dòng)絲杠，并設(shè)計(jì)選擇合適的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： X軸 Y軸 Z軸 圖2-1 直角坐標(biāo)機(jī)械臂方案簡(jiǎn)圖 第3章 主要構(gòu)件的設(shè)計(jì) 3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1.1參數(shù)計(jì)算 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(vR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.50或150；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為0.750或1.50，但有一定的噪聲和振動(dòng)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 綜合考慮技術(shù)難度、精度和資金等因素，結(jié)合所改造機(jī)床的負(fù)載較小，負(fù)載變化不大又是經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)易型的自動(dòng)控制設(shè)備，故采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)作為鋸片座磨削進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)源。 (1)旋轉(zhuǎn)力的計(jì)算 旋臂式機(jī)械手夾持工件時(shí)，很明顯承受著一定的旋臂力矩。由文獻(xiàn)1查得旋轉(zhuǎn)力的計(jì)算公式為： 一旋轉(zhuǎn)阻抗力(N)，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取其值為1989.9。 由文獻(xiàn)1查得： 取 ，則 (N) ，則(N) (2)步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)總的位移量是嚴(yán)格等于輸入的指令脈沖數(shù)，或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于輸入指令脈沖的頻率，因此能實(shí)現(xiàn)精確定位、精確位移。而且同時(shí)可在其工作頻段內(nèi)，從一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到另一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)有下列工作特點(diǎn)： ①變扭矩傳動(dòng)，扭矩受脈沖頻率的限制。頻率高，扭矩則小。能雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，有適量的阻尼。 ②只要避開(kāi)步進(jìn)電機(jī)本身的低頻振蕩區(qū)，就可能獲得平穩(wěn)的低速進(jìn)給。 ③改變指令脈沖頻率就能使步進(jìn)電機(jī)變速，從而改變進(jìn)給速度，可省去一部分機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)。 ④進(jìn)給速度變化范圍寬，從每秒幾個(gè)脈沖到幾千個(gè)脈沖。即能使進(jìn)給系統(tǒng)正調(diào)整時(shí)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，又能保證由粗加工到精加工的各項(xiàng)要求。 ⑤快速響應(yīng)性很強(qiáng)，只要有脈沖輸入或停止輸入，步進(jìn)電機(jī)就立即轉(zhuǎn)動(dòng)或停轉(zhuǎn)。 ⑥不通電時(shí)無(wú)定位力矩，轉(zhuǎn)子能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，每步有振蕩和過(guò)沖，但在使用中失步和過(guò)沖完全在零件的尺寸誤差之內(nèi)，對(duì)加工精度影響甚小。 (3)脈沖當(dāng)量和步距角 脈沖當(dāng)量小可提高加工精度，但使系統(tǒng)復(fù)雜。一般加工精度的自動(dòng)控制機(jī)床，脈沖當(dāng)量可選為0.01mm／step，初步確定步距角=0.75／step。 (4)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的計(jì)算 由文獻(xiàn)9查得啟動(dòng)力矩的計(jì)算公式為： 式中： 一電機(jī)啟動(dòng)力矩 ——旋轉(zhuǎn)進(jìn)給抗力(N)，= =1989.9(N) 一垂直分力，==795.9(N) ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，選用淬火鋼滾動(dòng)導(dǎo)軌，取=0.01 G-機(jī)器重量(N)，按圖紙粗估G=480N ——總機(jī)械效率，取=0.85 則 (5)確定步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和最高工作頻率 為滿足最小步距要求，電機(jī)選用三相六拍工作方式，由文獻(xiàn)9查得： =0．866 (3—6) 則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為： =180／0.866=207.8(Ncm) 最高工作頻率為： 3.1.2電機(jī)型號(hào)的選擇 （1）SL系列伺服電機(jī) 表3-1 SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 勵(lì)磁電壓V 控制電壓V 頻率 Hz 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩N·m 空載轉(zhuǎn)速r/min 輸出功率W 機(jī)電時(shí)間常數(shù)m·s 外形尺寸 mm 總長(zhǎng) 機(jī)殼外徑 軸徑 36SL5E2 36 36/18 50 110 2700 1 8 62 36 4 90SL55 220 220 50 3000 2700 25 30 140 90 14 圖3.1 36SL5E2伺服電動(dòng)機(jī) 圖3.2 90SL55伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是非線性的；不需要電刷和換向器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、沒(méi)有無(wú)線電干擾等優(yōu)點(diǎn)。 SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)是由籠子轉(zhuǎn)子和隱極式定子兩部分組成。定子槽內(nèi)嵌以二相繞組，一相為勵(lì)磁繞組，一相為控制繞組，控制繞組分為兩半，分別引出四根線，可接成串聯(lián)或并聯(lián)，以適用于兩種電壓。 （2）70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 表3-2 BF系列反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 相數(shù) 步距 （o） 電壓 V 靜態(tài) 電流 A 額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩μN(yùn)·m 靜態(tài)力矩μN(yùn)·m 空載起動(dòng)頻率步/s 額定負(fù)載起動(dòng)頻率 步/s 外形尺寸 mm 總長(zhǎng) 機(jī)殼外徑 軸徑 70BF1-3 3 3/1.5 27 3 1000 --- --- 1000 112 70 8 BF系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它是將脈沖指令轉(zhuǎn)換為角位移或轉(zhuǎn)速的控制電動(dòng)機(jī)，其角位移與脈沖數(shù)量嚴(yán)格成正比，改變脈沖頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。它具有定位精度高，同步運(yùn)行特性好，調(diào)速范圍寬、能快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)等特點(diǎn)。廣泛用于開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)作執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)元件。 圖3.3 70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 查表選用110BF003型步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)如下：步距角，選用三相六拍工作時(shí)取，最大靜轉(zhuǎn)距800N.cm，最高空載啟動(dòng)頻率1500Step／s，運(yùn)行頻率7000 Step／s，相數(shù)3，電壓80V，相電流6A，滿足需要。 3.2絲桿螺母副的選型與計(jì)算 3.2.1受力分析 由于導(dǎo)向輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不需要高精度和高效率的傳動(dòng)，因此本次設(shè)計(jì)采用一對(duì)梯形螺桿、螺母的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。梯形螺紋具有牙根強(qiáng)度高，工藝性好，螺紋對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是效率低，但并不影響工作。螺桿采用45號(hào)鋼制造，，螺母采用35號(hào)鋼整體車(chē)制。 根據(jù)導(dǎo)向輪的使用情況，導(dǎo)向輪主要在兩種情況下受力：導(dǎo)向輪和輪胎同時(shí)工作時(shí)的受力；導(dǎo)向輪作為千斤頂時(shí)的受力。 B F A C G 根據(jù)力的平衡： 式1 根據(jù)力矩的平衡，對(duì)B點(diǎn)取矩： 式2 又 式3 由1、2、3式可得 F = 12743 N 3.2.2設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 （1）螺紋副耐磨性計(jì)算 滑動(dòng)螺旋的磨損多發(fā)生在螺母并且與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過(guò)度磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力[p]。 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)用梯形、矩形或鋸齒形螺紋，其失效形式多為螺紋磨損，而螺桿的直徑和螺母的高度也常由耐磨性要求決定。傳力較大時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算有螺紋部分的螺桿或其他危險(xiǎn)部位以及螺母或螺桿螺紋牙強(qiáng)度。要求自鎖時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算螺紋副的自鎖條件。對(duì)于長(zhǎng)徑比很大的受壓螺旋，應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性，其直徑也常由穩(wěn)定性要求決定。 螺母為整體式并且磨損后間隙不能調(diào)整，因此?。辉撀菪龣C(jī)構(gòu)為人力驅(qū)動(dòng)，因此[P]提高20%，[P]=13MPa。 取，因此選用的螺桿，其參數(shù)為： 公稱直徑 d 螺距 P 中徑 大徑 小徑 25 6 22 29 25 26 表：滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[ P] 螺桿—螺母的材料 滑動(dòng)速度 許用壓力 鋼—青銅 低速 18~25 ≤3.0 11~18 6~12 7~10 >15 1~2 鋼—鋼 低速 10~13 鋼—鑄鐵 <2.4 13~18 6~12 4~7 注：當(dāng)ф＜2.5或人力驅(qū)動(dòng)時(shí)，[p]值可提高20％；若為剖分螺母時(shí)則[p]值應(yīng)降低15～20％。 （2）螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母。 螺紋牙底寬 許用壓應(yīng)力 許用切應(yīng)力 許用彎曲應(yīng)力 相旋合螺紋圈數(shù) 剪切強(qiáng)度條件 彎曲強(qiáng)度條件 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力 螺旋副材料 許用應(yīng)力(MPa) [σ] [σ]b [τ] 螺桿 鋼 σs/(3~5) ? ? 螺母 青銅 ? 40~60 30~40 鑄鐵 ? 40~55 40 鋼 ? (1.0~1.2) [σ] 0..6[σ] （3）螺紋副自鎖條件 梯形螺紋的牙型斜角，其當(dāng)量摩擦角 對(duì)于螺旋傳動(dòng)，為保證自鎖可靠，實(shí)際應(yīng)取。本設(shè)計(jì)滿足這一條件，因此能夠自鎖。 上式中：為螺紋升角；fV為螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)；f為摩擦系數(shù)．見(jiàn)下表。 表1滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)f 螺桿—螺母的材料 摩擦系數(shù)f 鋼—青銅 0.08~0.10 淬火鋼—青銅 0.06~0.08 鋼—鋼 0.11~0.17 鋼—鑄鐵 0.12~0.15 （4）螺桿穩(wěn)定性計(jì)算 對(duì)于長(zhǎng)徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力Q大于某一臨界值時(shí)，螺桿就會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力Q必須小于臨界載荷Q。。則螺桿的穩(wěn)定性條件為 表:螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)： 端部支撐情況 長(zhǎng)度系數(shù)μ 兩端固定 0.50 一端固定，一端不完全固定 0.60 一端鉸支，一端不完全固定 0.70 兩端不完全固定 0.75 兩端鉸支 1.00 一端固定，一端自由 2.00 所以，該螺桿是穩(wěn)定的。 3.3導(dǎo)軌的選型與計(jì)算 3.3.1導(dǎo)軌的選型 導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種， 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： ①定位精度高 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。 ②降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力 采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。 ③可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率20～30%。 ④可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度 對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無(wú)法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小．滾動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開(kāi)式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。 3.3.2直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌: 選擇漢江機(jī)床廠BGX系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為: BGXH25BE 基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下: 導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N 依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln： 額定行程長(zhǎng)度壽命: 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 導(dǎo)軌的工作壽命足夠. 導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)： ：靜安全系數(shù)；：基本靜額定負(fù)載；：工作載荷 導(dǎo)軌壽命計(jì)算： 3.3.3導(dǎo)軌副精度分析 3.3.4導(dǎo)軌材料的選擇 用于導(dǎo)軌的材料，應(yīng)具有耐磨性好，摩擦因數(shù)小，并具有良好的加工和熱處理性質(zhì)。本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌材料應(yīng)選用HT200，它具有較好的耐磨性，灰鑄鐵密度為ρ=7.0g/cm3。此灰鑄鐵導(dǎo)軌的硬度一般為180~200HBW。為了提高導(dǎo)軌表面硬度，采用表明淬火工藝，表面硬度可達(dá)55HRC，導(dǎo)軌的耐磨性可提高1~3倍。 3.4電磁制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 機(jī)械臂裝置要求該電磁制動(dòng)器直徑小、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、制動(dòng)靈敏而平穩(wěn)；并具備適應(yīng)高低溫、沖擊、振動(dòng)、濕熱、雨淋等惡劣環(huán)境的能力。本電磁制動(dòng)器就是基于上述性能和多種功能要求進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)制造。 3.4.1電磁制動(dòng)器概述 最早的制動(dòng)器為機(jī)械式，隨著自動(dòng)化的發(fā)展，出現(xiàn)了電磁式制動(dòng)器，干式電磁制動(dòng)器先是單片式，因?yàn)閮r(jià)格低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在技術(shù)要求不搞的地方得到了廣泛應(yīng)用，不足之處是精度低，接通時(shí)間長(zhǎng)，易磨損，在很大程度上限制了進(jìn)一步的應(yīng)用。而干式多片式失電式電磁制動(dòng)器以體積小，力矩值大，動(dòng)作靈敏，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，迅速在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。 圖3.4 制動(dòng)器的分類(lèi) 電磁制動(dòng)器是現(xiàn)代工業(yè)中一種理想的自動(dòng)化執(zhí)行元件，在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中主要起傳遞動(dòng)力和控制運(yùn)動(dòng)等作用。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)靈敏，壽命長(zhǎng)久，使用可靠，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制等優(yōu)點(diǎn)。 利用電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的制動(dòng)器，分為電磁粉末制動(dòng)器和電磁渦流制動(dòng)器，電磁摩擦式制動(dòng)器等多種形式。 電磁制動(dòng)器主要分為：①電磁粉末制動(dòng)器：激磁線圈通電時(shí)形成磁場(chǎng)，磁粉在磁場(chǎng)作用下磁化,形成磁粉鏈,并在固定的導(dǎo)磁體與轉(zhuǎn)子間聚合，靠磁粉的結(jié)合力和摩擦力實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。激磁電流消失時(shí)磁粉處于自由松散狀態(tài)，制動(dòng)作用解除。這種制動(dòng)器體積小，重量輕,激磁功率小,而且制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可通過(guò)調(diào)節(jié)電流來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)扭矩，但磁粉會(huì)引起零件磨損。它便于自動(dòng)控制，適用于各種機(jī)器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。②電磁渦流制動(dòng)器：激磁線圈通電時(shí)形成磁場(chǎng)。制動(dòng)軸上的電樞旋轉(zhuǎn)切割磁力線而產(chǎn)生渦流。電樞內(nèi)的渦流與磁場(chǎng)相互作用形成制動(dòng)力矩。電磁渦流制動(dòng)器堅(jiān)固耐用、維修方便、調(diào)速范圍大；但低速時(shí)效率低、溫升高，必須采取散熱措施。這種制動(dòng)器常用于有垂直載荷的機(jī)械中。③電磁摩擦式制動(dòng)器：激磁線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)磁軛吸合銜鐵，銜鐵通過(guò)聯(lián)結(jié)件實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 電磁制動(dòng)器是一種將主動(dòng)側(cè)扭力傳達(dá)給被動(dòng)側(cè)的連接器，可以據(jù)需要自由的結(jié)合，切離或制動(dòng)，因使用電磁力來(lái)作動(dòng)，稱之電磁制動(dòng)器，具有響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 3.4.2電磁制動(dòng)器原理設(shè)計(jì) 通過(guò)大量查閱資料后設(shè)計(jì)工作原理圖如下： 圖3.5 工作原理圖 1-外摩擦片 2-內(nèi)摩擦片 3-銜鐵 4-線圈 5-彈簧 該電磁制動(dòng)器的工作原理：當(dāng)電磁制動(dòng)器未通電時(shí)，在彈簧力的作用下銜鐵將內(nèi)外摩擦片加緊，產(chǎn)生摩擦力矩，在摩擦力矩的作用下，產(chǎn)生制動(dòng)作用，旋轉(zhuǎn)負(fù)載立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)電磁制動(dòng)器通電時(shí)，電磁制動(dòng)器上的電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，銜鐵受到電磁力作用向下運(yùn)動(dòng)，該力大于彈簧力并使銜鐵向下壓緊彈簧，使內(nèi)外摩擦片分離，從而解除限制。 3.4.3主要零件的分析與設(shè)計(jì) 電磁制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算是根據(jù)有關(guān)資料并考慮到該電磁制動(dòng)器本身的特點(diǎn)而編制的。主要零件包含內(nèi)、外摩擦片，電磁線圈以及彈簧。 （1）摩擦元件設(shè)計(jì) 摩擦元件為電磁制動(dòng)器的制動(dòng)零件，包含一個(gè)內(nèi)摩擦片和兩個(gè)外摩擦片，內(nèi)摩擦片含內(nèi)花鍵與電動(dòng)機(jī)輸出軸的外花鍵連接，其性能直接影響制動(dòng)能力和結(jié)合過(guò)程。主要分析設(shè)計(jì)其材料的選擇、花鍵連接以及主要尺寸計(jì)算。 （2）摩擦元件材料的選擇 選擇摩擦材料的時(shí)候，主要考慮一下幾點(diǎn)： 摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定，要求在一定的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和良好的恢復(fù)性能； 具有良好的耐磨性能，以提供制動(dòng)器的壽命； 有一定的機(jī)械強(qiáng)度，如許用壓強(qiáng)要大，這樣可增加彈簧壓力，從而增加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 查詢相關(guān)資料后選用QAl5，鋁青銅，為不含其它元素的鋁青銅。有較高的強(qiáng)度、彈性和耐磨性；在大氣、淡水、海水和某些酸中耐蝕性高，可電焊、氣焊，不易釬焊，能很好地承受在冷態(tài)或熱態(tài)下承受壓力加工，不能淬火回火強(qiáng)化。 （3）摩擦片主要尺寸設(shè)計(jì) ① 摩擦片外徑D （3.1） 式中，-安全系數(shù)，其取值范圍在（1.2-2）之間，取 f-動(dòng)摩擦系數(shù)，對(duì)銅基燒結(jié)合金鋼，其范圍在（0.2-0.3）之間，取f=0.3 摩擦表面的數(shù)目，i=m-1，m為內(nèi)、外摩擦片總數(shù)，i=3-1=2 p-單位面積壓強(qiáng)，范圍在，取 C-摩擦表面內(nèi)、外徑之比，即C=d/D，d為內(nèi)徑，一般C值在（0.84-0.90）之間，取C=0.84 k-系數(shù)，其表達(dá)式為 其中，速度系數(shù)，，v為摩擦外表面圓周速度（m/s） -考慮到摩擦表面數(shù)目的系數(shù)，其求取方法見(jiàn)下表 表3.1 系數(shù) 外摩擦片數(shù) 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0.97 0.94 0.91 0.88 0.85 0.82 0.79 -考慮到接通次數(shù)的系數(shù)，其求取方法見(jiàn)下表 接通次數(shù)/小時(shí) 90 120 150 180 210 240 300 360 1 0.94 0.88 0.82 0.76 0.70 0.58 0.5 表3.2 系數(shù) 由v=0.1m/s可得，有條件取，，則 又，所以可求得 取 ② 摩擦片內(nèi)徑d ，取 ③ 摩擦片徑向?qū)挾萣 摩擦片厚度H、h 內(nèi)摩擦片厚度H取5mm 外摩擦片厚度h取4mm 圖3.6 摩擦片 （4）花鍵設(shè)計(jì) ① 花鍵選擇 由于電動(dòng)機(jī)輸出軸參數(shù)為24j6mm，查閱相關(guān)資料后選擇花鍵參數(shù)為和兩種花鍵，N為鍵數(shù)，工作長(zhǎng)度取l=40mm。 圖3.7 矩形花鍵 ② 花鍵強(qiáng)度校核，校核內(nèi)摩擦片花鍵強(qiáng)度 （3.2） ——載荷分布不均系數(shù)，，取=0.8； z——花鍵的鍵齒數(shù)，z=6； l——齒的工作長(zhǎng)度，l=40mm； h——花鍵齒側(cè)面的工作高度，mm，矩形花鍵，D為花鍵大徑，d為花鍵小徑，c為倒角尺寸而漸開(kāi)線花鍵，m為模數(shù)，h=2mm； ——花鍵的平均直徑，mm，矩形花鍵，漸開(kāi)線花鍵，為分度圓直徑，=28mm； ——許用擠壓應(yīng)力，MPa，見(jiàn)下表，取=80-120MPa； ——許用比壓，MPa，見(jiàn)下表； 表3.3 花鍵許用擠壓應(yīng)力和許用比壓 許用擠壓應(yīng)力、許用比壓 連接工 作方式 使用和 制造情況 齒面未經(jīng) 熱處理 齒面經(jīng) 熱處理 （Mpa） 靜連接 不良 中等 良好 35-50 60-100 80-120 40-70 100-140 120-200 （Mpa） 空載下移動(dòng)的動(dòng)連接 不良 中等 良好 15-20 20-30 25-40 20-35 30-60 40-70 在載荷作用下移動(dòng)的動(dòng)連接 不良 中等 良好 — — — 3-10 5-15 10-20 則 合適。 3.4.4電磁線圈的設(shè)計(jì) 考慮到制動(dòng)器定子體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，為使勵(lì)磁線圈散熱效果好，線圈骨架用黃銅制造，同時(shí)也減少了動(dòng)子鐵心與線圈骨架孔相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。對(duì)勵(lì)磁線圈采用真空浸F級(jí)無(wú)溶劑漆，這樣不僅有利于導(dǎo)熱，還提高了線圈的絕緣性能、耐熱耐濕性能，增強(qiáng)了抗沖擊振動(dòng)等機(jī)械性能。 （1）線圈匝數(shù)W （3.3） ——線圈額定電壓，24V； ——電阻率，按時(shí)電阻率計(jì)算，此時(shí)； ——線圈平均半徑近似值，、分別為窗口內(nèi)外徑，則； J——電流密度，一般J在之間，取 可求得，取匝。 （2）線規(guī)直徑 取。 （3）勵(lì)磁繞組尺寸確定 下圖為勵(lì)磁繞組示意圖，其中b、h分別為繞組寬度和高度； 圖3.8 勵(lì)磁繞組 繞組寬度：； 則繞組沿寬度方向排列層數(shù)； 繞組沿高度方向排列層數(shù)，??； 則繞組高度：。 工作氣隙： 3.5橫梁的設(shè)計(jì) 橫梁用于固定支撐鋸片箱對(duì)木板進(jìn)行縱向切割，因此，橫梁兩端徐設(shè)置滑塊，且應(yīng)設(shè)置安裝絲杠螺母的位置，中間應(yīng)設(shè)置鋸片箱橫向移動(dòng)的滑槽。詳解結(jié)構(gòu)尺寸如下圖示： 圖3.9 橫梁 3.6框架的設(shè)計(jì) 在機(jī)器中支承或容納零部件稱為框架。如支承罐的塔架、容納傳動(dòng)齒輪的減速器的殼體，機(jī)床的床身等等統(tǒng)稱為框架。 3.6.1結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)多方面的考慮后，決定選用焊接式的金屬框架。框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮到軸的安裝，故機(jī)體壁的一邊從和軸中心上下分成兩半，軸裝上以后，用一個(gè)端蓋通過(guò)螺 栓連接再連接到一起。為減少機(jī)體的重量，故只在與軸配合的地方，增加厚度，其他的地方用薄壁 板進(jìn)行加工。 框架安裝在分選機(jī)右側(cè)， 滾子處于懸起狀態(tài)。 框架尺寸為： 1000 mm×900mm×800mm。 框架材料的選擇，HT150進(jìn)行制造，這樣也能保證機(jī)體有足夠的強(qiáng)度和硬度 3.6.2框架的校核 機(jī)架的剛度決定了機(jī)架在工作過(guò)程中變形的大小，其實(shí)對(duì)于機(jī)架的設(shè)計(jì)而言，剛度的研究比強(qiáng)度更有意義，因?yàn)闄C(jī)架由于壓力的作用而被破壞的情況是比較少的。但機(jī)架隨著工作時(shí)間的增加會(huì)慢慢的變形，這就要求機(jī)架有足夠的剛度，否則隨著機(jī)架的變形而導(dǎo)致傳動(dòng)件位置的變動(dòng)，機(jī)器的工作能力就會(huì)降低。根據(jù)壓桿保持平衡能力的最小臨界力公式 ——臨界力 單位N； E ——材料的彈性模量 單位Gpa，對(duì)槽鋼材料為205GPa； I ——慣性矩 單位，對(duì)18號(hào)槽鋼為1369.9； ——機(jī)架高度 單位m。 在實(shí)際工作機(jī)架只受到支撐力的作用，因此只要校核機(jī)架的支撐應(yīng)力即可。機(jī)架在連接處的面積最小，即屬于危險(xiǎn)截面。 右端連接處最大應(yīng)力 左端連接處的最大應(yīng)力 根據(jù)機(jī)架一的設(shè)計(jì)高度為0.46m，再由公式（3-4）及已知數(shù)據(jù)得13.1，比較可知機(jī)架一受到的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，也就是機(jī)架具有足夠的強(qiáng)度，滿足要求。機(jī)架二、機(jī)架三所受的力較機(jī)架一而言要小，幾何尺寸也相差無(wú)幾，根據(jù)機(jī)架一校核所的數(shù)據(jù)知道，無(wú)論是強(qiáng)度還是剛度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足，所以據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷肯定滿足。反而是機(jī)架一與二之間的連接螺栓由于皮帶對(duì)軸拉力作用產(chǎn)生彎矩，受拉一邊的螺栓受力比較大需要進(jìn)行校核。 3.6.3框架連接螺栓的校核 在校核之前我們必須算出皮帶通過(guò)帶輪作用于軸上的力，因?yàn)檫@個(gè)力是直接通過(guò)機(jī)架傳遞給螺栓的。下面是求對(duì)軸作用力的公式： ——軸所受的拉力 單位N： z ——皮帶根數(shù)，從同組人員那得到的數(shù)據(jù)為5根； ——單根皮帶初拉力 單位N； ——小帶輪的包角； ——計(jì)算功率=，工況系數(shù)，P實(shí)際功率； ——帶輪的圓周速度 單位m/s； ——小帶輪的包角系數(shù)； q——每米帶長(zhǎng)的質(zhì)量 單位kg/m。 根據(jù)機(jī)架的受力位置我們得到這樣一個(gè)力學(xué)模型如圖3-6： 圖3-6 機(jī)架的受力模型 ——螺栓對(duì)機(jī)架的作用力 單位 。 由于是四個(gè)螺栓作用我們根據(jù)關(guān)系可以得到： 由公式及已知的數(shù)據(jù)我們可以得到。再參照選粉機(jī)電機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)螺栓連接處預(yù)緊力一般取以上，所以螺栓的總受力為安全起見(jiàn)下面就可以根據(jù)公式求拉應(yīng)力： ——螺栓受到的拉應(yīng)力 單位； S ——螺栓的截面積 單位。 由于我們選的是M16的螺栓，危險(xiǎn)截面對(duì)應(yīng)螺紋小徑處的面積約為140，根據(jù)公式（3-8）得43，除拉應(yīng)力外，在螺栓受拉的過(guò)程中還受到螺紋副間摩擦阻矩的作用產(chǎn)生切應(yīng)力，對(duì)于M10～M64的螺栓=0.5，再根據(jù)第四強(qiáng)度理論：57Mpa 螺栓的抗拉伸強(qiáng)度極限為，動(dòng)載情況下許用應(yīng)力安全系數(shù)為S=2.5～4，我們?nèi)?計(jì)算得到許用應(yīng)力[]==82.5Mpa，由于，所以滿足要求。 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在這一階段的緊張學(xué)習(xí)中，使我的綜合能力得到了很大的提高。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)幾乎用到了我們大學(xué)所學(xué)的所有專業(yè)課程，可以說(shuō)是我們大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一次綜合考察和評(píng)定。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們對(duì)以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有了一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)與融會(huì)貫通。例如我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要用到所學(xué)的工程制圖、材料力學(xué)、機(jī)械工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、極限配合與公差以及CAD計(jì)算機(jī)輔助制圖等基礎(chǔ)的專業(yè)知識(shí)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅使我們熟悉了舊的的知識(shí)點(diǎn)，還使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒(méi)有注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題，而這些細(xì)節(jié)問(wèn)題恰恰是決定我們是否能夠成為一名合格的機(jī)械技術(shù)人才的關(guān)鍵所在。 此外，我感覺(jué)兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)極大的豐富了我們的知識(shí)面，使我學(xué)到了許多知識(shí)，不僅僅局限于多學(xué)的專業(yè)知識(shí)。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于需要用到課本外的知識(shí)，這要求我們上網(wǎng)或者到圖書(shū)館等查閱資料。例如在設(shè)計(jì)方案時(shí)就需要我們對(duì)搬運(yùn)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選用合適的方案。由于以前沒(méi)有注意此方面的問(wèn)題，所以必須通過(guò)實(shí)踐認(rèn)識(shí)和查閱資料才能做到更好。 踏踏實(shí)實(shí)做人，認(rèn)認(rèn)真真做事，在該原則的指導(dǎo)下，使得我的設(shè)計(jì)能夠得以順利地進(jìn)行，在以后的工作與學(xué)習(xí)中，我會(huì)堅(jiān)持這項(xiàng)原則，我深信：只有腳踏實(shí)地，才能步步成功！ 參考文獻(xiàn) [1] 李超，氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā).陜西科技大學(xué)，2013 [2] 史國(guó)生.PLC在機(jī)械手步進(jìn)控制中的應(yīng)用.中國(guó)工控信息網(wǎng),2015.1 [3] 李明.單臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手設(shè)計(jì).制造技術(shù)與機(jī)床，2014. 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Shostrom Bantam Books ManTheManipulator Bantam Books，2011 致 謝 大學(xué)生活即將結(jié)束，在這短短的幾年里，讓我結(jié)識(shí)了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠(chéng)摯的感謝。 首先，向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示最誠(chéng)摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，時(shí)刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計(jì)的全過(guò)程，從借閱參考資料到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會(huì)書(shū)本中的知識(shí)，更學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，如何合理安排時(shí)間和論文的編寫(xiě)，同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，她和我們?cè)谝黄鸸餐鉀Q了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。 其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠(chéng)摯的謝意，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，他們也給我很多幫助和無(wú)私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒(méi)有這些資料就不是一個(gè)完整的論文。 另外，也向給予我