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機(jī)械手設(shè)計(jì) 摘 要 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)械手行走小車，以完成行走，抓取，翻轉(zhuǎn)等功能，對(duì)應(yīng)分別要有行走機(jī)構(gòu)，抓取機(jī)構(gòu)，提升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等來實(shí)現(xiàn)。該小車是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由各特征點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的合成形成小車的各種運(yùn)動(dòng)。整個(gè)小車的機(jī)械設(shè)計(jì)是以所學(xué)機(jī)構(gòu)方面的理論知識(shí)為理論基礎(chǔ)的，參考小車的組成機(jī)構(gòu)，同事兼顧使用場(chǎng)合的環(huán)境，以“模塊化”的設(shè)計(jì)思想完成了幾個(gè)運(yùn)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手 智能 運(yùn)動(dòng) 模塊 目 錄 引言 0.1 機(jī)械手簡(jiǎn)介 …………………………………………………………… 1 0.2 機(jī)械手的組成 ………………………………………………………… 3 0.3 應(yīng)用機(jī)械手的意義 …………………………………………………… 5 第一章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 1.1 原始數(shù)據(jù) ……………………………………………………………… 7 1.2 工作要求 ……………………………………………………………… 7 1.3 系統(tǒng)組成 ……………………………………………………………… 8 1.4 總體技術(shù)方案 ………………………………………………………… 8 第二章 機(jī)械手的液壓部分 2.1 液壓系統(tǒng)的工作原理 ………………………………………………… 10 2.2 液壓傳動(dòng)的工作特征 ………………………………………………… 10 2.3 液壓系統(tǒng)的組成 ……………………………………………………… 10 2.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn) ………………………………………………… 11 第三章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 回轉(zhuǎn)裝置的組成 ……………………………………………………… 13 第四章 機(jī)械傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 小車的主要組成部分 ………………………………………………… 15 4.2 同步帶傳動(dòng)方式優(yōu)缺點(diǎn) ……………………………………………… 15 4.3 驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源 …………………………………………………………… 15 4.4 機(jī)械傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………… 16 第五章 零件加工編程 5．1數(shù)控車床加工程序編制基礎(chǔ) ………………………………………… 22 5．2程序編制 ……………………………………………………………… 23 設(shè)計(jì)小結(jié) …………………………………………………………………… 30 謝辭 …………………………………………………………………………… 31 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………… 32 引 言 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(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)是示教形的機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 0.1 機(jī)械手簡(jiǎn)介 0.1.1 機(jī)械手的分類 機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。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)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(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。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械手在國外稱為“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。 0.1.2 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。 有資料統(tǒng)計(jì)：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還會(huì)有所改變。 機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。 國內(nèi)機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。 采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更始目前研究的重點(diǎn)，國外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。 0.1.3 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。 此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。 視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 0.2 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關(guān)系如下圖： 1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)( 如圖0-1所示 ) 圖0-1 1） 手部 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸屈手腕，開閉手指。 本課所指的機(jī)械手僅需開閉手指。 機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。 本課所做的機(jī)械手采用二指形狀。 2） 手臂 手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本課所做的機(jī)械手的手臂采用無關(guān)節(jié)臂 手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位。 本課題所做的機(jī)械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三個(gè)方向的定位均采用行程開關(guān)控制，以保證定位的精度。 總括機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此，它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動(dòng)油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。 軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。 2、 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。 電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。 電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡(jiǎn)單，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。 機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。 本課題所做的機(jī)械手采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手臂的上升、下降方面。采用手臂的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、手臂的夾緊、放松方面。 3、 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 0.3 應(yīng)用機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 一、以提高生產(chǎn)過程中的自動(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)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 第一章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 1.1 原始數(shù)據(jù) 負(fù)載重量：10kg 重復(fù)定位精度：1mm 自由度：3（Z的移動(dòng)，R軸的平動(dòng)，θ軸的轉(zhuǎn)動(dòng)） Z：大臂的升降 R：大臂的伸縮 θ：腰軸 各軸最大運(yùn)動(dòng)速度： Z軸上下：200mm/s θ軸回轉(zhuǎn)：30/s R軸伸縮：200mm/s 各軸最大運(yùn)動(dòng)范圍： Z軸上下：550mm θ軸回轉(zhuǎn)：90 R軸伸縮：400mm 1.2工作要求： 機(jī)械手的工藝流程：機(jī)械手原位→機(jī)械手前伸→機(jī)械手上升→機(jī)械手抓取并夾緊→機(jī)械手后退→機(jī)械手前進(jìn)（小車）→小車停止→機(jī)械手左轉(zhuǎn)90→機(jī)械手前伸→機(jī)械手松開→機(jī)械手后退（小車）→機(jī)械手下降→機(jī)械手右轉(zhuǎn)90→小車后退→退至原位 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1.3 系統(tǒng)組成 本基械手系統(tǒng)由機(jī)體，傳送機(jī)構(gòu)，動(dòng)力源和控制裝置四部分組成。其中機(jī)體由小車及本體等部分組成；傳送機(jī)構(gòu)主要由伸縮臂及抓緊機(jī)構(gòu)所組成；動(dòng)力源由液壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)兩種形式構(gòu)成控制裝置主要由自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩部分組成。 1.4 總體技術(shù)方案 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要把我們所學(xué)的比較分散的知識(shí)綜合起來，并進(jìn)行靈活運(yùn)用?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)電一體化，因此，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)是要我們將“機(jī)”、“電”、“液”三者合并起來。 “機(jī)”即是指機(jī)械，機(jī)械手的動(dòng)作過程可以分五部分，即機(jī)械手的上升下降、機(jī)械手的前伸后縮、機(jī)械手的加緊放松、機(jī)械手的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、小車的前進(jìn)后退。這五部分中我們靠機(jī)械完成機(jī)械手的上升下降動(dòng)作，即本課題所做的機(jī)械手采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手臂的上升、下降方面。 滾珠螺旋傳動(dòng)是在絲杠和螺母滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。絲桿傳動(dòng)是帶動(dòng)滾珠沿螺紋軌道滾動(dòng)。滾珠螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)或者其他直線運(yùn)動(dòng)副相比，有以下特點(diǎn)： 1） 傳動(dòng)效率高 一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率達(dá)85%-98%，為滑動(dòng)絲杠副的3-4倍。 2） 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動(dòng)與工作摩擦力矩差別很小。啟動(dòng)時(shí)無沖擊，低速時(shí)無爬行。 3） 能源預(yù)緊 預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度。同時(shí)增加的摩擦力矩相對(duì)不大。 4） 工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲杠副的4-10倍以上. 5） 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸的補(bǔ)償?shù)呐蛎?，因此，可以達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 6） 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件?？梢缘玫捷^好的同步運(yùn)動(dòng)。 7） 可靠性高 潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。 8） 不自鎖 用于垂直運(yùn)動(dòng)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。 9） 經(jīng)濟(jì)性差，成本高 由于結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，故制造成本高價(jià)格往往以 mm計(jì)。 經(jīng)過計(jì)算，選擇如下： 電動(dòng)機(jī)型號(hào)： Y802-2 功率： 1.1W 絲杠型號(hào)： Tr407 1.4.1 動(dòng)作分析 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)是指它的執(zhí)行系統(tǒng)，是機(jī)械手抓持工件、進(jìn)行操作及各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件。機(jī)械部件主要包括手部，手臂前后伸縮部分，手臂上下升降部分腰轉(zhuǎn)部分以及機(jī)座和行走機(jī)構(gòu)。 1.4.2 手部 手部：包括杠桿手指，單向作用式握緊油缸等。其工作原理：物體進(jìn)入手指后，拉桿手油缸作用，通過拉桿帶動(dòng)杠桿手指回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)握緊或松開動(dòng)作。 1) 手臂的前后伸縮部分 手臂的前后伸縮部分由直線油缸帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)直線油缸工作時(shí)通過活塞桿行程的變化，完成手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。 2) 手臂的上下升降部分 手臂的上下升降部分是由電動(dòng)機(jī)、絲桿傳動(dòng)副、立柱等部分組成。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿，由于絲桿螺母周受到立柱的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)限制，使得螺母及手臂架只能作上下運(yùn)動(dòng)。 3) 腰轉(zhuǎn)部分 腰轉(zhuǎn)部分主要由轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)油缸組成。 當(dāng)壓力油進(jìn)入回轉(zhuǎn)油缸時(shí)，回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，通過活塞桿的伸縮帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的左右轉(zhuǎn)動(dòng)， 4) 行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)主要是由電動(dòng)機(jī)、齒輪、帶輪等組成。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過齒輪、帶輪的傳動(dòng)，帶動(dòng)小車的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)行走。 第二章 機(jī)械手的液壓部分 “機(jī)、電、液”中的“液”即指液壓系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，是一門新興的技術(shù)。人類使用水力機(jī)械及液壓技術(shù)雖然已有很長的歷史，但是液壓技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域中得以應(yīng)用并取得迅速發(fā)展則是本世紀(jì)，特別是第二次世界大戰(zhàn)以來的事。由于液壓傳動(dòng)具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因而目前已廣泛的應(yīng)用在工、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、交通運(yùn)輸、路地行走設(shè)備、船舶控制、火炮控制、飛機(jī)、導(dǎo)彈等各方面。 2.1 液壓系統(tǒng)的工作原理 所謂液壓系統(tǒng)就是以液體為介質(zhì)，依靠運(yùn)動(dòng)者的液體的壓力能來傳遞力的。液壓系統(tǒng)工作是，液壓泵把電動(dòng)機(jī)傳來的回轉(zhuǎn)式機(jī)械能轉(zhuǎn)變成油液的壓力能：油液被輸送到液壓缸（或液壓馬達(dá)）后，又由液壓缸（或液壓馬達(dá)）把油液的壓力能變?yōu)橹本€式（或回轉(zhuǎn)式）的機(jī)械能輸出。液壓系統(tǒng)中的油液在受調(diào)節(jié)、控制的狀態(tài)下進(jìn)行工作的因此液壓傳動(dòng)和液壓控制在這個(gè)意義上來說難以截然分開。液壓系統(tǒng)必須滿足起執(zhí)行元件在力和速度方面的要求。 2.2 液壓傳動(dòng)的工作特性 液壓系統(tǒng)工作是，外界負(fù)載越大（在有效承壓面積一定的前提下）所需要的壓力也越大，反之亦然。因此液壓系統(tǒng)的由壓力（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)的壓力，下同）大小取決于外界負(fù)載。負(fù)載大，系統(tǒng)壓力大；負(fù)載小，系統(tǒng)壓力??；負(fù)載為零，系統(tǒng)壓力為零。另外，活塞或工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)的速度，下同）取決于單位時(shí)間通過節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸中油液的體積即流量。流量越大（在有效承壓面積一定的前提下）系統(tǒng)的速度越快，反之亦然。流量為零，系統(tǒng)的速度亦為零。液壓系統(tǒng)的壓力和外在負(fù)載，，速度和流量的這兩個(gè)關(guān)系稱作液壓傳動(dòng)的兩個(gè)工作特性。 2.3 液壓系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成： 1）動(dòng)力元件 它是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置。液壓泵即為動(dòng)力元件。 2）執(zhí)行元件 它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，以驅(qū)動(dòng)部件。液壓缸和液壓馬達(dá)即為執(zhí)行元件。 3）控制調(diào)節(jié)元件 控制調(diào)節(jié)元件是指各種閥類元件，它們的作用是控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和方向，以保證執(zhí)行元件完成預(yù)期的工作運(yùn)動(dòng)。 4） 輔助元件 輔助元件是指油箱、油管、管接頭、濾油器、壓力表、流量表等。 5）工作介質(zhì) 在液壓系統(tǒng)中使用液壓油（通常為礦物油）。 2.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn) 液壓系統(tǒng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)相比。有以下特點(diǎn)： 1） 能方便的進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大。 2） 體積小，、重量輕、功率大。一方面，在相同輸出功率的前提下，其體積小、重量輕、慣性小、動(dòng)作靈敏，這對(duì)于液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)有重要的意義。另一方面，在體積或重量相近的情況下，其輸出功率大，能傳遞較大的扭矩或推力（如萬噸水壓力等）。 3） 控制和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過載保護(hù)。 4） 可實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 5） 因?yàn)閭鲃?dòng)介質(zhì)為油液，故液體元件有自我潤滑作用，使用壽命長。 6） 液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。 7）可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)負(fù)載，從而失去了中間的減速裝置，使傳動(dòng)簡(jiǎn)化。 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)： 1） 漏 由于作為傳動(dòng)介質(zhì)的液體是在一定的壓力下，有時(shí)是在較高的壓力下工作的，因此在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間不可避免要產(chǎn)生泄漏。同時(shí)，由于油液并不是不可以壓縮的，油管等也回產(chǎn)生彈性變形，所以液壓傳動(dòng)不宜用在傳動(dòng)比要求較嚴(yán)格的場(chǎng)合。 2） 震 液壓傳動(dòng)中的“液壓沖擊和空穴現(xiàn)象”會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)和噪聲。 3） 熱 在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，由于存在機(jī)械摩擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發(fā)熱，總效率降低，故液壓傳動(dòng)不宜遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)動(dòng)。 4） 液壓傳動(dòng)性能對(duì)溫度比較敏感，故不宜在高溫及低溫下工作。液壓傳動(dòng)裝置對(duì)油液的污染也較敏感，故要求有良好的過濾設(shè)施。 5） 液壓元件加工要求高一般情況下又要求有獨(dú)立的能源（如液壓泵站），這些可能使產(chǎn)品成本提高。 6） 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)鼓故障時(shí)不宜追查原因，不宜迅速排除。 綜上所述，液壓傳動(dòng)由于其優(yōu)點(diǎn)比較突出，故在工、農(nóng)業(yè)各個(gè)部門獲得廣泛的應(yīng)用。它的某些缺點(diǎn)隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展、提高，正在逐步得到克服。 由于液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)有以上幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，所以確定機(jī)械手的前伸后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、夾緊放松著三部分動(dòng)作用液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。 第三章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1回轉(zhuǎn)裝置的組成 回轉(zhuǎn)裝置主要由執(zhí)行件、傳遞件、驅(qū)動(dòng)件及控制系統(tǒng)四大部分組成。 3.1.1 執(zhí)行件 本設(shè)計(jì)選用的是回轉(zhuǎn)臺(tái)與傳遞件——鏈輪共用的一個(gè)長平鍵的心軸。 驅(qū)動(dòng)件驅(qū)動(dòng)傳遞件——鏈輪傳動(dòng)，鏈輪通過共用件將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接傳遞給與心軸件聯(lián)接的回轉(zhuǎn)臺(tái)，并使之旋轉(zhuǎn)。 3.1.2 傳遞件 本課題中機(jī)械手要求作間歇往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，考慮采用回轉(zhuǎn)曲線傳動(dòng)。 回轉(zhuǎn)傳動(dòng)可分為齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)雖然效率高，工作可靠，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，圓周速度及功率范圍廣，但制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無過載保護(hù)，低精度時(shí)噪聲大。由于本課題中機(jī)械手回轉(zhuǎn)精度要求不高，因此，不予考慮。 鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，工作可靠，具有準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高，在傳動(dòng)相同功率的情況下，結(jié)構(gòu)較為緊湊，鏈條張緊力小，作用于鏈輪軸的力也較小，故鏈傳動(dòng)能夠在低速重載的條件下使用。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)制造和安裝精度要求較低鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，工作時(shí)有沖擊和噪聲，磨損后易發(fā)生跳齒，傳動(dòng)中有周期性的重載荷和嚙合沖擊，不適合載荷變化很大和急速反向轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合。 帶傳動(dòng)是一種應(yīng)用很廣的機(jī)械傳動(dòng)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，傳動(dòng)平穩(wěn)，無需潤滑，制造和安裝精度要求不高，噪聲小，能緩沖吸震，有過載保護(hù)作用。 同步帶傳動(dòng)是一種嚙合型帶傳動(dòng)。它具有齒輪傳動(dòng)和摩擦帶傳動(dòng)的特點(diǎn)。還具有傳遞功率大，傳動(dòng)比準(zhǔn)確等特點(diǎn)。故多用于要求傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度較高的場(chǎng)合。 因此回轉(zhuǎn)裝置中的運(yùn)動(dòng)傳遞本設(shè)計(jì)使用同步帶傳動(dòng)。 3.1.3 驅(qū)動(dòng)件 驅(qū)動(dòng)件主要有四種：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。其中以液壓、氣動(dòng)用的最多，占90%以上；電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。 氣驅(qū)動(dòng)采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮采用同一種形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。 機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 本課題設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng)。利用液壓缸帶動(dòng)帶動(dòng)鏈輪、鏈條實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)配有液壓總站，與回轉(zhuǎn)裝置并排置于小車之上。 3.1.4 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 本課題采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶輪、帶輪傳動(dòng)通過齒輪和軸的公用件實(shí)現(xiàn)小車的行走運(yùn)動(dòng)。 第四章 機(jī)械傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 小車的主要組成部分 1） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同步帶與帶輪驅(qū)動(dòng)小車沿導(dǎo)軌作徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 2） 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 交換工作臺(tái)的送出采用液壓送出方式，交換工作臺(tái)應(yīng)沿相應(yīng)的軌道送出。 3） 控制部分 采用PLC可編程控制器來實(shí)現(xiàn)小車各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。 其小車示意圖如圖4-1所示 圖4-1 4.2 同步帶傳動(dòng)方式優(yōu)缺點(diǎn) （一）優(yōu)點(diǎn) 1、 傳動(dòng)比準(zhǔn)確，同步帶是嚙合傳動(dòng)，工作時(shí)無滑動(dòng)。 2、 傳動(dòng)效率高，效率可達(dá)96%，與V帶相比可節(jié)能10%以上。 3、 傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)，噪聲小。 4、 使用范圍廣，傳動(dòng)比可達(dá)10，且?guī)л喼睆奖萔帶小得多，也不需要大的張緊力，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)高速大50m/s ，傳遞功率300KW 5、 傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對(duì)軸及軸承的壓力小，耐油耐磨性好，允許采用較小的帶輪直徑，較短的中心距和較大是速比。 6、 維護(hù)保養(yǎng)方便，能在高溫，灰塵、水及、腐蝕，介質(zhì)的惡劣環(huán)境中工作，不需潤滑。 （二）缺點(diǎn)： 1、 安裝要求高。要求二帶輪軸線平行。同步在與二帶輪軸線垂直的平面內(nèi)運(yùn)行。帶輪中心距要求較嚴(yán)格。安裝不當(dāng)易發(fā)生干涉，爬齒，跳齒等現(xiàn)象。 2、 帶與帶輪的制造工藝比較復(fù)雜，成本受批量影響。 4.3 驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把脈沖信號(hào)變換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，也可以說是一種機(jī)械式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就前進(jìn)一步，因此稱作脈沖電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類繁多，主要分三大類：反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、機(jī)床磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，本是合計(jì)采用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是應(yīng)用最廣泛的一種。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能成為現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)重要的執(zhí)行元件。是因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)本身也在不斷發(fā)展，性能也在不斷完善。其優(yōu)點(diǎn)如下： 1、 可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 2、 控制性能好 3、 無接觸式元件，沒有電刷和轉(zhuǎn)換器，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載范圍內(nèi)，步距值不受電源電壓的大小，負(fù)載大小，波形及周圍環(huán)境溫度變換的影響，抗干擾能力強(qiáng)，能保持運(yùn)行轉(zhuǎn)速。 4、 誤差不長期積累。 5、 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一相繞組通電的情況下，具有自鎖能力，永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不通電的情況下也能保持轉(zhuǎn)矩。 4.4 機(jī)械傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用一級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1.5 本設(shè)計(jì)計(jì)算參照<<實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)>>(下冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社出版)中的第十章鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)中第五節(jié)多楔帶和同步帶傳動(dòng)中的同步帶傳動(dòng)章節(jié)。 4.4.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定 因?yàn)樵O(shè)計(jì)車速為3km/h，考慮到實(shí)際車速有50%的誤差，所以實(shí)際最高車速應(yīng)為4.5km/h，折算成米/秒應(yīng)為1.25m/s，即V車=1.25m/s 據(jù)實(shí)際工作要求取車輪直徑為130mm 因?yàn)檐囁贋?.25m/s 所以車速也應(yīng)等于輪子的切向速度 因?yàn)? V=dn/601000 V—車輪切向速度 V=1.25m/s d—車輪直徑 d=130mm n—車輪轉(zhuǎn)速 所以經(jīng)計(jì)算得n=601000V/d =6010001.25/3.14130=184rpm 因?yàn)檐囕嗈D(zhuǎn)速也等于驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 所以n轉(zhuǎn)驅(qū)=n=184rpm n轉(zhuǎn)驅(qū)=184rpm 因?yàn)門=9.55P驅(qū)/n T—驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T=9NM P驅(qū)—驅(qū)動(dòng)軸功率 n—驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 n=184rpm 所以經(jīng)計(jì)算得9=9.55P驅(qū)/184 P驅(qū)=0.2KM 因?yàn)? ī=n電/n驅(qū) n驅(qū)—驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 n驅(qū)=184rpm n電—電機(jī)軸轉(zhuǎn)速 ī—傳動(dòng)比 所以計(jì)算得n電=ī.n電驅(qū)n電=1.5184=276rpm 記n電=276rpm 因?yàn)轵?qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)驅(qū)為9N.m 所以據(jù)實(shí)際工作要求選用型號(hào)為130BF001相數(shù)為5相，步距角為0.75電壓為12/80V相電流為10A最大轉(zhuǎn)距為9.31N.m空載起動(dòng)頻率為3000步/S，空載運(yùn)行頻率為16000步/S的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 因?yàn)? T電=9.55P電/n電 T電—電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩 T電=9.31n.m n電—電機(jī)軸轉(zhuǎn)速 n電=276rpm P電—電機(jī)功率 所以計(jì)算得P電=T電n電/9.55=9.31276/9.55=0.26km P電=0.26km 因?yàn)? 總=帶聯(lián)滾 總—總的傳動(dòng)效率 帶—同步帶的傳動(dòng)效率 帶=0.98 聯(lián)—聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率 聯(lián)=0.99 滾—滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率 滾=0.99 所以總=0.980.990.99=0.99 總=0.99 因?yàn)镻驅(qū)=P實(shí)電總 P驅(qū)——驅(qū)動(dòng)軸功率 P驅(qū)=0.2Kw 總——總機(jī)械傳動(dòng)功率 總=0.99 P實(shí)電—電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率 所以計(jì)算得 P實(shí)電=P驅(qū)/總=0.2/0.99=0.21kw P實(shí)電=0.21kw 因?yàn)镻實(shí)電〈 P電 所以符合工作要求 4.4.2 同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1） 求出設(shè)計(jì)功率 因?yàn)镻d=PmK。 Pd—設(shè)計(jì)功率 Pm—名義傳遞功率也就是電動(dòng)機(jī)功率P P=0.26kw K?！d荷修正系數(shù) 《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（下）表10.5-9載荷修正系數(shù)K。取1.8又因?yàn)閭鲃?dòng)裝置未及張緊裝置和系統(tǒng)為減速運(yùn)動(dòng) 所以其附加修正系數(shù)為零 所以Pd=1.80.26=0.5kw 2） 選擇帶的節(jié)距 因?yàn)镻d=0.5kw n電=276rpm=n1—小帶輪轉(zhuǎn)速 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（下）圖10.5-4查得同步帶的節(jié)距代號(hào)為H，對(duì)應(yīng)的節(jié)距Pd=12.7mm 3） 確定帶輪直徑和帶節(jié)線長 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10.5-8 得H 型帶，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=276rpm小于900rpm所以小帶輪最少齒數(shù)Z1應(yīng)為14 Z1取22 因?yàn)?ⅰ=Z2/Z1 ⅰ—傳動(dòng)比 ⅰ=1.5 Z2—大帶輪齒數(shù) Z1—小帶輪齒數(shù) Z1=22 所以 ⅰ=Z1ⅰ=1.522=33 查《機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表3-11 大帶輪齒數(shù)Z2取標(biāo)準(zhǔn)值32 Z2=32 小帶輪節(jié)圓直徑 因?yàn)椤　。?=PbZ1/ Pb——同步帶節(jié)距 Pb=12.7mm Z1—小帶輪齒數(shù) Z1=22 所以計(jì)算得 d1=12.722/3.14=88.94mm d1=88.94mm 同理可得 大帶輪節(jié)圓直徑 d2=129.36mm d2=129.36mm 選擇帶長 LP 初定中心距a 因?yàn)? 0.7(d2＋d1)＜a＜2(d2＋d1) d2—大帶輪節(jié)圓直徑 d2=129.36mm d1—小帶輪節(jié)圓直徑 d1=88.94mm 所以152.81＜a＜436.6 a取 420mm a=420mm 因?yàn)?Lp=2aCOS＋(d2＋d1)/2＋(d2－d1)/180 定角 因?yàn)?arcsin(d2－d1/2a) 所以=arcsin(129.36－88.94/2420)=3 所以a=420mm =3 所以Lp=2420COS3＋(129.36＋88.94)/2＋3（129.36-88.94）/180 =839＋343＋2 =1184mm 節(jié)線長 Lp=1184mm 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（下）表10.5-5 取整后 選用長度代號(hào)為510 Lp=1295.4mm 齒數(shù)Zb=102的同步帶 4) 傳動(dòng)中心距a的確定 因?yàn)镸=Pb/8(2Zb-Z1-Z2) M—修正系數(shù) Pb—同步帶節(jié)距 Pb=12.7mm Zb—同步帶齒數(shù) Zb=102 Z1—大帶輪齒數(shù) Z1=22 Z2—小帶輪齒數(shù) Z2=32 所以計(jì)算得M=12.7/8(21102-22-32)=238.125 M=238.125mm 因?yàn)? a=M+ ≈238.125＋=476mm a=476mm 所以節(jié)線長Lp=1295.4mm 傳動(dòng)中心距a=476mm 5) 選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬 確定小帶輪齒數(shù)Z1=22 小帶輪轉(zhuǎn)速n1=184rpm 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(下)表10.5-17用差值法計(jì)算得H型帶的基準(zhǔn)額定功率P。=2.7Kw 確定實(shí)際帶寬bs 因?yàn)? bs≥bs。（Pd/k2P。） bs。—標(biāo)準(zhǔn)帶寬 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(下)表10.5-4 bs。=76.2mm Pd—設(shè)計(jì)功率 Pd=0.5kw K2—嚙合齒數(shù)系數(shù)K2 據(jù)實(shí)際工作要求 K2=1 所以bs≥76.2(0.5/12.7)=17.4 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10.5-4 bs取標(biāo)準(zhǔn)為25.4mm其標(biāo)準(zhǔn)寬度代號(hào)為100寬度極限偏差為 bs=25.4mm 確定帶寬系數(shù)Kw 因?yàn)镵w=(bs/bs。) 所以Kw=（25.4/76.2）=0.29 Kw=0.29 確定額定功率P 因?yàn)镻=K2KwP。 K2—嚙合齒數(shù)系數(shù) k2=1 Kw—帶寬系數(shù) kw=0.29 P?！鶞?zhǔn)額定功率 P。=2.7kw 所以計(jì)算得P=0.292.7=0.77kw 因?yàn)? P＞Pd 所以滿足設(shè)計(jì)要求 帶的圓周速度V的確定 因?yàn)閂= PbZ1n1/601000 Pb—帶的節(jié)距Pb=12.7mm Z1—小帶輪齒數(shù)Z1=22 n1－小帶輪轉(zhuǎn)速n1=276r/mm 所以計(jì)算得V=12.722276/601000=1.3m/s 工作能力驗(yàn)算 因?yàn)镻=(K2kwTa-bsmv/bs。)V10 K2—嚙合齒數(shù)系數(shù) K2=1 Kw—帶寬系數(shù) Kw=0.29 Ta—許用工作拉力 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10.5-9 Ta=2100.85N m—單位長度質(zhì)量查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10.5-9 m=0.448㎏/m 所以P=〔1(25.4/76.2)2100.85-25.40.4481.3/76.2〕1.3/1000=0.78 因?yàn)镻＞Pd 所以額定功率大于設(shè)計(jì)功率故帶的傳動(dòng)能力足夠。 最小軸徑的確定 因?yàn)閐min≥A A— 修正系數(shù)查《簡(jiǎn)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-13軸的材料為45鋼 A為118 P—傳遞功率為0.26kw n—驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為184r/mm 所以dmin≥A=118=13mm d取30mm 6) 結(jié)果整理 選用H型同步帶 Pb=12.7mm Lp=1295.4mm Bs=25.4mm 小帶輪Z=22 d=88.94mm 大帶輪Z=32 d=129.36mm 傳動(dòng)的中心距 a=476mm 帶的長度帶號(hào)為510 寬度帶號(hào)為100 其余查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10.5-20 表10.5-10 最小軸徑為30mm 第五章 零件加工編程 5．1數(shù)控車床加工程序編制基礎(chǔ) 數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件。通過數(shù)控加工程序的運(yùn)行，可自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成型表面、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進(jìn)行車槽、鉆孔、擴(kuò)孔以及鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工程序，提高加工精度和生產(chǎn)效率，特別適合于復(fù)雜形狀回轉(zhuǎn)類零件的加工。由于數(shù)控車床的加工對(duì)象多為回轉(zhuǎn)體，一般使用通用三爪卡盤夾具。 數(shù)控車床的編程特點(diǎn)：①加工坐標(biāo)系 加工坐標(biāo)系應(yīng)于機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)方向一致，X軸對(duì)應(yīng)徑向，Z軸對(duì)應(yīng)軸向，C軸（主軸）的運(yùn)動(dòng)方向則以從機(jī)床尾架向主軸看，逆時(shí)針為+C向，順時(shí)針為-C向。②直徑編程方式 采用直徑尺寸編程與零件圖樣中的尺寸標(biāo)注一致，這樣可避免尺寸換算過程中可能造成的錯(cuò)誤，給編程帶來很大方便。③進(jìn)刀和退刀方式 切削起點(diǎn)的確定與工件毛坯余量大小有關(guān)，應(yīng)以刀具快速走到該點(diǎn)時(shí)刀尖不與工件發(fā)生碰撞為原則。 S 功能 ①恒線速切削 G96 S～ 其中S后面的數(shù)字表示的是恒定的線速度，單位為m/min。②恒線速取消 G97 S～ 其中S后面的數(shù)字表示恒線速度控制取消后的主軸轉(zhuǎn)速，如S未指定，將保留G96的最終值。 T 功能 編程格式 T～ 其中T后面通常有兩位數(shù)表示所選擇的刀具號(hào)碼。但也有T后面用四位數(shù)字，前兩位是刀具號(hào)，后兩位是刀具長度補(bǔ)償號(hào)，又是刀尖圓弧半徑補(bǔ)償號(hào)。 M 功能 M00：程序暫停；M3：主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；M04：主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；M05：主軸旋轉(zhuǎn)停止；M08：冷卻液開；M09：冷卻液關(guān)；M30：程序停止，程序復(fù)位到起始位置。 G 功能 G00 快速點(diǎn)定位；G01 直線插補(bǔ)指令；G02 為按指定進(jìn)給速度的順時(shí)針圓弧插補(bǔ)；G03 為按指定進(jìn)給速度的逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)；G04暫停；G90 外圓切削循環(huán)；G94端面切削循環(huán)；G96 恒線速切削；G97恒線速切削；G76 為螺紋切削循環(huán)。 刀具半徑補(bǔ)償指令 在零件輪廓銑削加工時(shí)，由于刀具半徑尺寸影響，刀具的中心軌跡與零件輪廓往往不一致。為了避免計(jì)算刀具中心軌跡，直接按零件圖樣上的輪廓尺寸編程，數(shù)控系統(tǒng)提供了刀具半徑補(bǔ)償功能。其中G41為左偏刀具半徑補(bǔ)償，G42為右偏刀具半徑補(bǔ)償，G40是撤消刀具半徑補(bǔ)償指令。 子程序的調(diào)用：M01 表示段落結(jié)束選擇停止；M02 段落結(jié)束不回程序開頭；M03主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；M04主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；M05主軸停止；M07 切削液打開成霧狀；M08切削液打開成水柱狀；M09 切削液關(guān)閉；M30 鍛煉結(jié)束回程序開頭；M98 P～ 其中：P表示子程序調(diào)用情況。P后共有8位數(shù)字，前四位為調(diào)用次數(shù)，省略時(shí)為調(diào)用一次；后四位為所調(diào)用的子程序號(hào)。M99表示子程序結(jié)束，并返回到調(diào)用子程序的主程序中。 確定走刀路線和安排加工順序應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、尋求最短加工路線；2、最終輪廓一次走刀完成；3、選擇合理的切入切出方向。 5．2程序編制 5.2.1 加工時(shí)所用刀具 一號(hào)車刀：端面車刀 二號(hào)車刀：外圓車刀（刀尖圓弧R0.2） 三號(hào)車刀：割刀（刀寬5） 四號(hào)車刀：鏜刀 五號(hào)車刀：中心鉆（直徑6） 六號(hào)車刀：麻花鉆（直徑28） 七號(hào)車刀：外圓車刀（反刀） 八號(hào)車刀：30度螺紋車刀 5.2.2 程序 O0046 G28 U0 W0 ； G00 T0100 ； G00 T0101 ； G97 M03 S1200 ； M08 ； G00 Z2. X90. ； G00 Z0. ； G01 X-1. H0.08 ； G00 Z2. ； G28 U0 W0 ； M01 ； N2 G00 T0200 ； G00 T0202 ； G97 M03 S1300 ； G71 P10 Q50 U0.5 W0.02 D1.5 F0.08 ； N10 G00 Z1. X90. ； N20 G01 Z0. X86.3 F0.06 ； N30 A135. X88.3 ； N40 Z-57. ； N50 X90. ； G00 Z2. ； G00 Z2. ； G28 U0 W0 ； M01 ； N5 G00 T0500 ； G00 T0505 ； G97 M03 S1200 ； G00 Z2. X0. ； G01 Z-2. F0.08 ； G00 Z2. ； G28 U0 W0 ； M01 ； G00 T0600 ； G00 T0606 ； G97 M03 S700 ； G00 Z2. X0. ； G01 Z-10. F0.05 ； G00 W-3. ； G00 Z-8. ； G01 Z-20. ； G00 W-3. ； G00 Z-18. ； G01 Z30. ； GOO W-5. ； G00 Z-28. ； G01 Z-40. ； G00 W-5. ； G00 Z-38. ； G01 Z-50. ； G00 W-5. ； G00 Z-48. ； G01 Z-60. ； G00 Z2. ； G28 U0 W0 ； M01 ； N4 G00 T0400 ； GOO T0404 ； G97 M03 S1000 ； G71 P10 Q80 U0.5 W0.02 D1.2 F0.08 ； N10 G00 Z1. X37. ； N20 G01 Z0. X37. ； N30 A195. X35. ； N40 Z-25. ； N50 X32. ； N60 A225. X28. ； N70 W-4. ； N80 X26. ； G28 U0 W0 ； M01 ； N3 GOO T0300 ； GOO T0303 ； G97 M03 S700 ； G00 X90. Z-42.7 ； G01 X86.8 F0.05 ； G00 X90. ； W4.5. ； G01 X71. ； G00 X90. ； G00 W-4.5. ； G01 X71. ； G00 X90. ； W-4.5 ； G01 X71. ； G00 X90. ； W-4.5 ； G01 X71. ； G00 X90. ； W-4.5 ； G01 X71. ； G00 X90. ； W-2.9 ； G01 X71. ； G00 X90. ； W-4.5 ； G01 X86.8 ； G00 X90. ； G28 U0 W0 ； M01 ； N7 G00 T0700 ； G00 T0707 ； G97 M03 S1300 ； G00 X90. Z-28.3 ； GOO X73. ； G01 X70. ； G01 Z-16.3 ； G01 X84.15 ； G01 W6.35 ； G01 X90. ； G28 U0 W0 ； G00 T0200 ； G00 T0202 ； G00 X90. Z-26.3 ； G00 X73. ； G01 X70. ； G01 Z-38.7 ； G01 X84.15 ； G01 W-6.35 ； G01 X90. ； G28 U0 W0 ； G00 T0300 ； G00 T0303 ； G97 M03 S600 ； GOO Z-56. ； G01 X29. ； G00 X90. ； G28 U0 W0 ； M01 ； M05 ； M09 ； M30 ； O0146 G28 U0 W0 ； G00 T0100 ； G00 T0101 ； G97 M03 S1200 ； M08 ； G00 Z2. X90. ； G00 Z0. ； G01 X-1. F0.08 ； G00 Z2. ； G28 U0 W0 ； M01 ； N2 G00 T0200 ； G00 T0202 ； G97 M03 S1300 ； G00 Z2. X86.3 ； G01 Z0 X86.3 ； G01 A135. X88.3 ； G01 Z-0.5 ； G01 X89. ； G00 Z2. ； G28 U0 W0 ； N4 G00 T0400 ； G00 T0404 ； G97 M03 S1000 ； G00 X32. ； G01 Z0. X30. F0.06 ； G01 A225. X28.4 ； G01 Z-33. ； G01 X26. ； G00 Z2. ； G28 U0 W0 ； M01 ； N8 G00 T0800 ； G00 T0808 ； G97 M03 S1200 ； G00 Z3. X27. ； G92 X28.4 Z-33. F1.5 ； 28.6 ； X28.8 ； X29. ； X29.2 ； X29.4 ； X29.6 ； X29.8 ； X29.9 ； X30. ； G00 Z3. ； G28 U0 W0 ； M01 ； M05 ； M09 ； M30 ； 在本次操作中,我采用了型號(hào)為CL-15的臥式大連大力機(jī)床并采用了日本安川系統(tǒng)進(jìn)行加工。我之所以采用該機(jī)床是因?yàn)榱慵?duì)精度要求較高,回轉(zhuǎn)直徑較大,所以我選用該機(jī)床進(jìn)行加工。 設(shè)計(jì)小結(jié) 此次我們做的畢業(yè)設(shè)計(jì)是工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過3個(gè)多月努力，設(shè)計(jì)終于順利完成。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。 在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們遇到了許多以前從未遇到過的問題，但過通過指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和我們的努力，這些問題都得到了很好的解決。 雖然我們?cè)O(shè)計(jì)的只是個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械手行走小車，但需要完成行走，抓取，翻轉(zhuǎn)等功能，對(duì)應(yīng)分別要有行走機(jī)構(gòu)，抓取機(jī)構(gòu)，提升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等來實(shí)現(xiàn)。通過這些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過的專業(yè)理論知識(shí)。由于此次