摘要
機(jī)械手采用一系列桿和齒輪齒條運(yùn)動(dòng)副構(gòu)建空間多邊形，桿和齒輪相應(yīng)的就是多邊形的邊和偏距。大多數(shù)機(jī)械手均有特殊的幾何關(guān)系。由桿和齒輪副構(gòu)成的封閉空間多邊形可能是能動(dòng)的，也可能是結(jié)構(gòu)。本說明書將根據(jù)能動(dòng)度條件，并把單環(huán)單自由度的空間機(jī)構(gòu)依照其運(yùn)動(dòng)副順序列表。這些機(jī)構(gòu)有一個(gè)與機(jī)架（固定桿）相連的輸入桿（驅(qū)動(dòng)桿）及一個(gè)與機(jī)架另一端相連的輸出桿（被動(dòng)桿）。此外，將單環(huán)單自由度機(jī)構(gòu)根據(jù)其等價(jià)球面機(jī)構(gòu)的能動(dòng)度來分組是合乎邏輯的，因?yàn)檫@構(gòu)成了它們的唯一分析的基礎(chǔ)。
機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重讀操作，使用范圍較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，實(shí)用性較強(qiáng)，所以它不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。
本說明書通過對(duì)平行四桿式機(jī)械手運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算并對(duì)其進(jìn)行校核，并設(shè)計(jì)零件圖及裝配圖并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
目錄
摘要 I
一、技能訓(xùn)練的目的 - 4 -
二、主要技術(shù)參數(shù)與要求 - 5 -
三、原理分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 - 6 -
1、工作原理分析 - 6 -
1.1設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題 - 6 -
2、運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的計(jì)算 - 6 -
3、零件的選擇及尺寸確定 - 7 -
3.1傳動(dòng)齒扇的的選擇及尺寸確定 - 7 -
3.2墊塊的選擇及尺寸確定 - 8 -
3.3墊片的選擇及尺寸確定 - 8 -
3.4底座的選擇及尺寸確定 - 8 -
3.5連桿的選擇及尺寸確定 - 9 -
3.6螺栓的選擇及尺寸確定 - 9 -
3.7手部的選擇及尺寸確定 - 10 -
3.8手腕的選擇及尺寸確定 - 10 -
3.9外殼的選擇及尺寸確定 - 11 -
四、參數(shù)化建模與仿真 - 11 -
1、零件建模 - 11 -
1.1傳動(dòng)齒扇的建模 - 11 -
1.2墊塊的建模 - 12 -
1.3墊片的建模 - 13 -
1.4底座的建模 - 13 -
1.5連桿的建模 - 14 -
1.6螺栓的建模 - 15 -
1.7手部的建模 - 16 -
1.8手腕的建模 - 16 -
1.9外殼的建模 - 17 -
2、虛擬裝配 - 18 -
2.1為全部建模完成的零件進(jìn)行裝配 - 18 -
3、運(yùn)動(dòng)仿真 - 18 -
3.1連桿和運(yùn)動(dòng)副的創(chuàng)建 - 19 -
3.2仿真動(dòng)畫輸出 - 19 -
五、 快速成型與分析 - 19 -
1、 快速成型簡(jiǎn)介 - 19 -
2、快速成型的特點(diǎn) - 20 -
3、 快速成型的過程 - 20 -
六、工程圖圖樣設(shè)計(jì) - 20 -
1、裝配圖設(shè)計(jì) - 20 -
1.1裝配圖的轉(zhuǎn)換 - 20 -
1.2裝配圖的標(biāo)注 - 21 -
2、零件圖的設(shè)計(jì) - 21 -
2.1零件圖的轉(zhuǎn)換 - 21 -
2.2零件圖的標(biāo)注 - 21 -
七、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) - 22 -
結(jié)束語(yǔ) - 23 -
參考文獻(xiàn) - 24 -
一、技能訓(xùn)練的目的
《數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真》技能訓(xùn)練是在學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)方向課和專業(yè)選修課程后，進(jìn)行的一次綜合性設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練。通過綜合技能訓(xùn)練，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)平臺(tái)課和專業(yè)方向課的有關(guān)理論知識(shí)，以及實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐技能，達(dá)到鞏固、加深和拓展所學(xué)知識(shí)的目的。
通過對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的典型機(jī)構(gòu)的分析、三維設(shè)計(jì)、快速成型和工程設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的訓(xùn)練，使學(xué)生們加深對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)技巧的理解；通過對(duì)典型機(jī)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)和快速成型的綜合性訓(xùn)練，使學(xué)生們鞏固并加強(qiáng)對(duì)三維設(shè)計(jì)、三維高級(jí)應(yīng)用技術(shù)等知識(shí)的認(rèn)知；通過對(duì)典型機(jī)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算和技術(shù)文件的編寫，使學(xué)生們掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)資料的方法，鞏固并加深對(duì)實(shí)用設(shè)計(jì)技術(shù)知識(shí)的認(rèn)知。通過對(duì)典型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生們能夠獲得機(jī)電產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的綜合性技能訓(xùn)練，提高工程技術(shù)設(shè)計(jì)的能力，加強(qiáng)三維技術(shù)設(shè)計(jì)與仿真的能力，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力及創(chuàng)新意識(shí)，為培養(yǎng)具有高素質(zhì)的應(yīng)用型卓越機(jī)械工程技術(shù)人才奠定良好的基礎(chǔ)。
二、主要技術(shù)參數(shù)與要求
課程設(shè)計(jì)題目：
平行四桿式機(jī)械手?jǐn)?shù)字化設(shè)計(jì)與仿真
技術(shù)參數(shù)與要求：
手指運(yùn)動(dòng)速度25mm/s，手指捏緊力95N。要求水平握持工件，工件為圓柱形物體，直徑100mm
要求：
1.齒輪齒條運(yùn)動(dòng)副
2.采用滑桿和連桿
3.手指夾緊工件，確保不滑落
哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)
數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真
題 目：
院、 系：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
系 主 任：
年 月 日
哈爾濱理工大學(xué)《數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真》技能訓(xùn)練說明書
摘要
機(jī)械手采用一系列桿和齒輪齒條運(yùn)動(dòng)副構(gòu)建空間多邊形，桿和齒輪相應(yīng)的就是多邊形的邊和偏距。大多數(shù)機(jī)械手均有特殊的幾何關(guān)系。由桿和齒輪副構(gòu)成的封閉空間多邊形可能是能動(dòng)的，也可能是結(jié)構(gòu)。本說明書將根據(jù)能動(dòng)度條件，并把單環(huán)單自由度的空間機(jī)構(gòu)依照其運(yùn)動(dòng)副順序列表。這些機(jī)構(gòu)有一個(gè)與機(jī)架（固定桿）相連的輸入桿（驅(qū)動(dòng)桿）及一個(gè)與機(jī)架另一端相連的輸出桿（被動(dòng)桿）。此外，將單環(huán)單自由度機(jī)構(gòu)根據(jù)其等價(jià)球面機(jī)構(gòu)的能動(dòng)度來分組是合乎邏輯的，因?yàn)檫@構(gòu)成了它們的唯一分析的基礎(chǔ)。
機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重讀操作，使用范圍較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，實(shí)用性較強(qiáng)，所以它不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。
本說明書通過對(duì)平行四桿式機(jī)械手運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算并對(duì)其進(jìn)行校核，并設(shè)計(jì)零件圖及裝配圖并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
目錄
摘要 I
一、技能訓(xùn)練的目的 - 4 -
二、主要技術(shù)參數(shù)與要求 - 5 -
三、原理分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 - 6 -
1、工作原理分析 - 6 -
1.1設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題 - 6 -
2、運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的計(jì)算 - 6 -
3、零件的選擇及尺寸確定 - 7 -
3.1傳動(dòng)齒扇的的選擇及尺寸確定 - 7 -
3.2墊塊的選擇及尺寸確定 - 8 -
3.3墊片的選擇及尺寸確定 - 8 -
3.4底座的選擇及尺寸確定 - 8 -
3.5連桿的選擇及尺寸確定 - 9 -
3.6螺栓的選擇及尺寸確定 - 9 -
3.7手部的選擇及尺寸確定 - 10 -
3.8手腕的選擇及尺寸確定 - 10 -
3.9外殼的選擇及尺寸確定 - 11 -
四、參數(shù)化建模與仿真 - 11 -
1、零件建模 - 11 -
1.1傳動(dòng)齒扇的建模 - 11 -
1.2墊塊的建模 - 12 -
1.3墊片的建模 - 13 -
1.4底座的建模 - 13 -
1.5連桿的建模 - 14 -
1.6螺栓的建模 - 15 -
1.7手部的建模 - 16 -
1.8手腕的建模 - 16 -
1.9外殼的建模 - 17 -
2、虛擬裝配 - 18 -
2.1為全部建模完成的零件進(jìn)行裝配 - 18 -
3、運(yùn)動(dòng)仿真 - 18 -
3.1連桿和運(yùn)動(dòng)副的創(chuàng)建 - 19 -
3.2仿真動(dòng)畫輸出 - 19 -
五、 快速成型與分析 - 19 -
1、 快速成型簡(jiǎn)介 - 19 -
2、快速成型的特點(diǎn) - 20 -
3、 快速成型的過程 - 20 -
六、工程圖圖樣設(shè)計(jì) - 20 -
1、裝配圖設(shè)計(jì) - 20 -
1.1裝配圖的轉(zhuǎn)換 - 20 -
1.2裝配圖的標(biāo)注 - 21 -
2、零件圖的設(shè)計(jì) - 21 -
2.1零件圖的轉(zhuǎn)換 - 21 -
2.2零件圖的標(biāo)注 - 21 -
七、 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) - 22 -
結(jié)束語(yǔ) - 23 -
參考文獻(xiàn) - 24 -
一、技能訓(xùn)練的目的
《數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真》技能訓(xùn)練是在學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)方向課和專業(yè)選修課程后，進(jìn)行的一次綜合性設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練。通過綜合技能訓(xùn)練，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)平臺(tái)課和專業(yè)方向課的有關(guān)理論知識(shí)，以及實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐技能，達(dá)到鞏固、加深和拓展所學(xué)知識(shí)的目的。
通過對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的典型機(jī)構(gòu)的分析、三維設(shè)計(jì)、快速成型和工程設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的訓(xùn)練，使學(xué)生們加深對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)技巧的理解；通過對(duì)典型機(jī)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)和快速成型的綜合性訓(xùn)練，使學(xué)生們鞏固并加強(qiáng)對(duì)三維設(shè)計(jì)、三維高級(jí)應(yīng)用技術(shù)等知識(shí)的認(rèn)知；通過對(duì)典型機(jī)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算和技術(shù)文件的編寫，使學(xué)生們掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)資料的方法，鞏固并加深對(duì)實(shí)用設(shè)計(jì)技術(shù)知識(shí)的認(rèn)知。通過對(duì)典型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生們能夠獲得機(jī)電產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的綜合性技能訓(xùn)練，提高工程技術(shù)設(shè)計(jì)的能力，加強(qiáng)三維技術(shù)設(shè)計(jì)與仿真的能力，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力及創(chuàng)新意識(shí)，為培養(yǎng)具有高素質(zhì)的應(yīng)用型卓越機(jī)械工程技術(shù)人才奠定良好的基礎(chǔ)。
二、主要技術(shù)參數(shù)與要求
課程設(shè)計(jì)題目：
平行四桿式機(jī)械手?jǐn)?shù)字化設(shè)計(jì)與仿真
技術(shù)參數(shù)與要求：
手指運(yùn)動(dòng)速度25mm/s，手指捏緊力95N。要求水平握持工件，工件為圓柱形物體，直徑100mm
要求：
1.齒輪齒條運(yùn)動(dòng)副
2.采用滑桿和連桿
3.手指夾緊工件，確保不滑落
1—扇形齒輪；2—齒條；3—滑桿；
4—支座；5，6—連桿；7—手指
平行四桿式機(jī)械手
三、原理分析和仿真計(jì)算
1、 工作原理分析
1.1設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題
1.1.1應(yīng)具有足夠的夾緊力
在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。
1.1.2手指間應(yīng)有一定的開閉角
兩個(gè)手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。
1.1.3應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位
為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。
1.1.4應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度
手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕。
1.1.5應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求
應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。
2、動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)計(jì)算
平面平行移動(dòng)型，驅(qū)動(dòng)力為 P ，兩連桿對(duì)拉桿的反作用力，由拉桿力的平衡條件，即：
因
則
由于桿為二力桿，故、，ABCD為平行四邊形機(jī)構(gòu)，則與方向平行，根據(jù)手指受力平衡，可列向量方程式 及，因而可求得：
因
將上式帶入得：
3、主要零部件選擇
3.1傳動(dòng)齒扇的選擇及參數(shù)確定
根據(jù)夾緊力、手指運(yùn)動(dòng)速度及連桿長(zhǎng)度等，確定齒扇參數(shù)，如圖3-1所示
圖3-1
接連桿處直線距離32mm，外圓直徑45mm，螺栓孔直徑13.5mm，齒扇120°，齒扇與外圓夾角82.23°，齒扇厚10mm，外圓處厚16mm
3.2墊塊的選擇及參數(shù)確定
墊圈按用途可分為一般襯墊用的、防止松動(dòng)及特殊用的幾種。一半的圓平墊圈襯墊在緊固件下用以增加支撐面、遮蓋較大的孔眼以及防止損傷零件表面。圓墊圈和小圓墊圈多用于金屬，大圓墊圈多用于木質(zhì)零件。本次設(shè)計(jì)中我們選擇小圓墊圈。小圓墊圈的尺寸主要有所襯墊位置的圓柱銷和工件與墊圈的接觸表面來確定。其三維視圖如圖3-2所示
圖3-2
外圓直徑35mm，內(nèi)圓直徑13mm，厚8mm
3-3墊片的選擇及參數(shù)確定
墊片主要用來在軸上或孔中將零件定位、鎖緊或止退。而所選的墊片在螺栓與端面接觸中有有效的的止退作用。墊片的確定由螺栓的直徑來確定，防止螺母松動(dòng)。墊片的形狀如圖3-3所示
圖3-3
本機(jī)械手選擇的墊圈是標(biāo)準(zhǔn)件：墊圈16GB848-66
3-4 底座的選擇及參數(shù)確定
對(duì)于機(jī)械手來說有機(jī)架作用的底座是必不可少的零件之一。底座既可以約束運(yùn)動(dòng)副的自由度，又可以確定齒條的運(yùn)動(dòng)軌跡，還可以有效的防止灰塵或其他物質(zhì)落入機(jī)構(gòu)，避免潤(rùn)滑油收到污染。
其主要尺寸由四連桿運(yùn)動(dòng)的極限位置及連桿本體尺寸、齒扇和齒條的參數(shù)進(jìn)行最終確定，三維視圖如圖3-4所示。
圖3-4
底座長(zhǎng)300mm，寬240mm，四個(gè)螺紋孔均為標(biāo)準(zhǔn)的M12，上層螺紋孔左右間距212.5mm，下層螺紋孔左右間距220mm，上下間距136mm，底座厚10mm，導(dǎo)軌深4mm
3-5 連桿的選擇及參數(shù)
連桿的主要作用是連接動(dòng)力裝置，從而拉動(dòng)手臂，使整個(gè)機(jī)械手進(jìn)行工作。連桿所受應(yīng)力主要和手指有關(guān)，所以通過手部相關(guān)計(jì)算就可以的到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。其三維視圖如圖3-5所示。
圖3-5
連桿的相關(guān)尺寸為：連桿總長(zhǎng)240mm，通孔直徑13.5mm，端面半徑15mm
3-6 螺栓的選擇及參數(shù)確定
螺栓作用通常為連接、緊固和特殊三種，在此僅選擇連接用螺栓。常用的連接螺栓有圓柱頭、半圓頭、沉頭、半沉頭等，在此選擇圓柱頭。其三維視圖如圖3-6所示。
圖3-6
整個(gè)設(shè)計(jì)過程中選擇了三個(gè)不同尺寸的國(guó)標(biāo)零件。圓柱頭螺栓的選擇：M10×45GB68-66；M10×58GB68-66；M8×35GB68-66
3-7 手的選擇及參數(shù)確定
作為整個(gè)機(jī)械手中唯一直接接觸工件的部件，它用來夾緊工件并進(jìn)行相關(guān)的移動(dòng)和操作，可以算是所有機(jī)械手中最重要的部分。本機(jī)械手選擇了V型手部設(shè)計(jì)，以減小相關(guān)的應(yīng)力，盡量避免磨損工件。其三維視圖如圖3-7所示。
圖3-7
手指間夾角124.67°，孔直徑為M12，與手腕連接處寬60mm，長(zhǎng)25mm，厚8mm，指尖外端距離138mm，手厚16mm。
3-8 手腕的選擇及參數(shù)確定
手腕是手與傳遞動(dòng)力的連桿之間的聯(lián)系，固定了手部，運(yùn)動(dòng)范圍由連桿與輔助桿的運(yùn)動(dòng)范圍確定。其三維視圖如圖3-8所示。
圖3-8
手腕的參數(shù)：矩形部分長(zhǎng)50mm，寬60mm，厚16mm，半圓端面半徑30mm，兩孔中心距41mm，與手結(jié)合處長(zhǎng)25mm，厚8mm。
3-9 外殼的選擇與參數(shù)確定
外殼的作用是防止異物落入運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，破壞齒輪齒條間的潤(rùn)滑，保證部件不會(huì)因脫落而迸濺傷人，起到雙重保護(hù)的作用。其三維視圖如圖3-9所示。
圖3-9
外殼的主要參數(shù)：總長(zhǎng)300mm，總寬239.87mm，兩孔中心距220mm，兩孔間齒條運(yùn)動(dòng)通道寬140mm，高度45mm，殼體厚4mm，孔距端面57.32mm。
四、參數(shù)化建模與仿真
1、 零件建模
1.1傳動(dòng)齒扇的建模
打開UG選擇【起始】-【建?！棵钸M(jìn)入建模界面。
單擊【草繪】進(jìn)行傳動(dòng)齒扇的基本草繪，輸入相關(guān)尺寸后，完成草繪圖形，如圖4-1所示。
圖4-1
完成草繪后，點(diǎn)擊【拉伸】功能按鈕，選擇草繪完成的齒扇平面圖形，對(duì)其進(jìn)行拉伸。在拉伸長(zhǎng)度中輸入10mm，點(diǎn)擊確定，完成齒扇的基本建模。緊接著要對(duì)傳動(dòng)齒扇連接連桿的部分進(jìn)行修剪操作。點(diǎn)擊【草繪】按鈕，選擇齒扇為草繪平面，進(jìn)入草繪。繪制一個(gè)尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)的圖形來對(duì)齒扇進(jìn)行修改，圖形不宜過大，以能覆蓋需要修改的齒扇為最佳，繪制后點(diǎn)擊完成草繪按鈕。
單擊【拉伸】功能按鈕，選擇修改圖形進(jìn)行反向拉伸，并選擇求差，輸入8mm后完成修改，如圖4-2所示。
圖4-2
在與連桿連接處位置處利用【拉伸】命令打一個(gè)通孔，并建立兩個(gè)基準(zhǔn)平面使用完成后單擊保存，完成傳動(dòng)齒扇的建模。
1.2墊塊的建模
新建文件，進(jìn)入建模界面后，單擊草繪進(jìn)行墊塊的基本草繪，如圖4-3所示。
圖4-3
點(diǎn)擊【拉伸】功能按鈕對(duì)外殼進(jìn)行拉伸操作，在拉伸長(zhǎng)度中輸入8mm，完成拉伸。使用【打孔】命令在外殼中心開一個(gè)直徑13mm，深8mm的通孔，此通孔用來給連接連杠的螺栓足夠的運(yùn)動(dòng)范圍，如圖4-4所示。
圖4-4
1.3墊片的建模
墊片與墊圈的建模過程一致，只是拉伸的高度不同，墊圈只拉伸2mm
1.4底座的建模
新建文件，進(jìn)入建模界面后，單擊草繪進(jìn)行外殼的基本草繪，如圖4-5所示。
圖4-5
點(diǎn)擊【拉伸】功能按鈕對(duì)外殼進(jìn)行拉伸操作，在拉伸長(zhǎng)度中輸入10mm，完成拉伸。使用【打孔】命令在外殼四角開四個(gè)M12螺紋孔，分別用來給連接兩連桿和固定外殼，如圖4-6所示。
圖4-6
1.5連桿的建模
新建UG文件，進(jìn)入建模界面。單擊【草繪】按鈕在草繪界面中畫長(zhǎng)210mm，寬30mm的矩形，完成草繪。點(diǎn)擊【拉伸】功能按鈕，選擇剛剛完成的草繪圖形，輸入10mm后單擊確定，完成拉伸。
在拉伸完成的兩端中心分別建立兩個(gè)直徑30mm的半圓，并拉伸至同樣高度，而后利用【打孔】功能按鈕，打兩個(gè)直徑13.5的通孔，此通孔用來插入螺栓，并定位連桿。建模完成后如圖4-7所示，點(diǎn)擊保存按鈕。
圖4-7
1.6螺釘?shù)慕?
螺釘共有3種，以其中螺釘M10×58 GB 68-66為例進(jìn)行建模。新建文件，并進(jìn)入建模界面。用草繪和拉伸完成螺釘?shù)幕窘！?
利用拉伸求差法對(duì)螺釘頭倒斜角后的大圓面進(jìn)行修剪，從而得出深度為2.5mm，寬度為3mm的擰口。以倒斜角后所剩小圓面為基準(zhǔn)面草繪一個(gè)直徑為10mm的圓。使用【拉伸】功能按鈕對(duì)新畫圓拉伸，拉伸長(zhǎng)度為53.2mm。點(diǎn)擊【倒斜角】功能按鈕對(duì)新拉伸圓柱末端倒角，輸入偏置1mm，角度45°。最后點(diǎn)擊【螺紋】功能按鈕為螺釘添加長(zhǎng)度為35mm的螺紋，如圖4-8所示。完成建模后，單擊保存。
圖4-8
1.7手的建模
新建UG文件，并進(jìn)入建模界面。點(diǎn)擊【草繪】按鈕，繪制手的基本草圖，進(jìn)行拉伸，選擇端面為基準(zhǔn)，繪制與手腕結(jié)合的部分，進(jìn)行打孔，完成后如圖4-9所示。
圖4-9
1.8手腕的建模
新建UG文件，并進(jìn)入建模界面。點(diǎn)擊【草繪】按鈕，繪制手的基本草圖，進(jìn)行拉伸，打孔。選擇端面為基準(zhǔn)，繪制與手結(jié)合的部分，進(jìn)行拉伸，打孔，完成后如圖4-10所示。
圖4-10
1.9外殼的建模
新建UG文件，進(jìn)入建模界面。單擊【草繪】，繪制一個(gè)矩形，完成草繪，進(jìn)行拔模，在拔模處應(yīng)用圓角，并進(jìn)行打孔操作。如圖4-11所示。
圖4-11
2、虛擬裝配
2.1為全部建模完成的零件進(jìn)行裝配
裝配的必要約束共有8種，分別為：配對(duì)、對(duì)齊、角度、平行、垂直、中心對(duì)齊、距離和相切。例如：面與面的匹配需要用到匹配和對(duì)其；銷與孔的匹配需要用到中心對(duì)齊和距離等。裝配的順序沒有固定要求，但盡量依照從內(nèi)到外，從繁到簡(jiǎn)的的順序。
點(diǎn)擊【起始】-【裝配】，進(jìn)入裝配界面，以下方外殼為接地固定零件進(jìn)行裝配。裝配時(shí)，各個(gè)零件必須添加相應(yīng)約束，合理的約束是運(yùn)動(dòng)仿真的必要前提。裝配的必要約束如圖4-12所示。
圖4-12
3、運(yùn)動(dòng)仿真
由于運(yùn)動(dòng)仿真為播放動(dòng)畫，故沒有插圖解說，只做簡(jiǎn)單操作介紹。具體的仿真內(nèi)容為通過添加運(yùn)動(dòng)副和經(jīng)過輸出后形成的可動(dòng)的三維模型，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參見說明書配套光盤。
3.1連桿和運(yùn)動(dòng)副的創(chuàng)建
3.1.1連桿的創(chuàng)建
打開裝配完成圖，依次點(diǎn)擊【起始】-【運(yùn)動(dòng)仿真】，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真界面。點(diǎn)擊【連桿】功能按鈕：
將外殼、支撐塊、兩個(gè)長(zhǎng)圓柱銷及與其連接的擋圈和墊圈設(shè)置為連桿1；
將左手臂杠桿、左圓弧夾塊和與其相連接的沉頭螺釘設(shè)置為連桿2；
將右手臂杠桿、右圓弧夾塊和與其相連接的沉頭螺釘設(shè)置為連桿3；
將拉桿、短圓柱銷及與其相連接的擋圈和墊圈設(shè)置為連桿4。
3.1.2運(yùn)動(dòng)副的創(chuàng)建
在運(yùn)動(dòng)仿真界面內(nèi)點(diǎn)擊【運(yùn)動(dòng)副】功能按鈕：
點(diǎn)擊拉桿，設(shè)置為滑動(dòng)副，選擇諧波運(yùn)動(dòng)方式，輸入數(shù)值：幅值60；頻率1.3；相位角30。
點(diǎn)擊短圓柱銷和與其接觸的兩手臂杠桿滑槽，設(shè)置為滑動(dòng)副，并添加3D接觸。
點(diǎn)擊兩場(chǎng)圓柱銷和與其接觸的兩手臂杠桿，設(shè)置為旋轉(zhuǎn)副。
3.2仿真動(dòng)畫輸出
完成連桿和運(yùn)動(dòng)副的設(shè)置，點(diǎn)擊【動(dòng)畫】功能按鈕，輸入【時(shí)間】和【步數(shù)】，等待系統(tǒng)自動(dòng)分析運(yùn)算后，可以輸出仿真動(dòng)畫。選擇【諧波】播放方式，點(diǎn)擊播放，運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫自動(dòng)運(yùn)行。
5、 快速成型與分析
1、 快速成型簡(jiǎn)介
快速成型工藝也稱光造型或立體光刻，是基于粉末被照射后凝固的原理工作的。這種粉末材料在一定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的紫外光照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也就從粉末轉(zhuǎn)變成固態(tài)。機(jī)器中盛滿粉末材料，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，能在粉末表面上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均有計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)打到的地方，粉末就固化。
成型開始時(shí)，工作平臺(tái)在一個(gè)確定的深度，聚焦后的激光在粉末上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描，即逐點(diǎn)固化。當(dāng)一層掃描完成后，未被照射的地方仍是粉末形態(tài)。然后升降臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層粉末，然后進(jìn)行下一層的掃描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體模型。
快速成型將原來制造一個(gè)模型所需的1年時(shí)間減少到1周左右時(shí)間，將成型效率提高了足足50多倍。
2、快速成型的特點(diǎn)
①可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體；②高效快速；③高度柔性；④快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程學(xué)科多年來追求的兩大先進(jìn)目標(biāo)，即材料的提取過程與制造過程一體化和設(shè)計(jì)與制造一體化；⑤與反求工程、CAD技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等相結(jié)合，成為產(chǎn)品快速開發(fā)的有力工具。
3、 快速成型的過程
①產(chǎn)品的三維模型的構(gòu)建。由于RP系統(tǒng)是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，因此首先要構(gòu)建所加工工件的三維CAD模型。
②激光快速成型。利用計(jì)算機(jī)分析，用激光將粉末一層一層的灼燒定型，直至整個(gè)模型完成
?、鄢尚土慵暮筇幚怼某尚拖到y(tǒng)里取出成型件，將其放入高溫?zé)南炛?，直至液蠟完全沁入零件，取出待干?
六、工程圖樣設(shè)計(jì)
由于UG軟件中不提供國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)（GB），所以進(jìn)行設(shè)計(jì)前，點(diǎn)擊主菜單【文件】，依次選擇【實(shí)用工具】-【用戶自定義設(shè)置】，進(jìn)入后對(duì)UG文件內(nèi)圖紙、線條、注釋等進(jìn)行國(guó)標(biāo)（GB）設(shè)置。設(shè)置完成后，重新啟動(dòng)UG軟件，設(shè)置生效。[6]
1、裝配圖設(shè)計(jì)
1.1裝配圖的轉(zhuǎn)換
打開UG軟件，新建文件，并點(diǎn)選【非主模型板塊】前面的“√”。此時(shí)出現(xiàn)對(duì)話框，選擇裝配圖模型點(diǎn)擊確定進(jìn)入。
點(diǎn)擊【起始】-【制圖】，進(jìn)入制圖界面，選擇圖紙尺寸為A1[7]，設(shè)置投影面方向?yàn)椤白蟆?，點(diǎn)擊確定進(jìn)入制圖界面。點(diǎn)擊【基本視圖】按鈕，按照主視圖、左視圖和俯視圖的順序放置圖形。右鍵點(diǎn)擊其中一圖形邊界，點(diǎn)擊【擴(kuò)展】按鈕，利用【曲線】工具中的【藝術(shù)線條】勾勒出需要進(jìn)行剖面的區(qū)域，然后郵件單擊圖外區(qū)域取消【擴(kuò)展】命令。點(diǎn)擊【局部剖】功能按鈕，利用剛剛所做的藝術(shù)線條對(duì)視圖進(jìn)行局部剖。
1.2裝配圖的標(biāo)注
點(diǎn)擊【自動(dòng)判斷尺寸】功能按鈕對(duì)二維視圖的長(zhǎng)度、寬度、直徑等基本尺寸進(jìn)行標(biāo)注。
點(diǎn)擊【插入】-【符號(hào)】-【表面粗糙度符號(hào)】對(duì)特殊部位進(jìn)行表面粗糙度標(biāo)注。
點(diǎn)擊【注釋構(gòu)造器】功能按鈕，為二維視圖添加技術(shù)要求等文本。完成二維視圖后，將UG文件導(dǎo)出成為Auto CAD使用的DWG文件，進(jìn)行出圖。
2、零件圖的設(shè)計(jì)
2.1零件圖的轉(zhuǎn)換
打開UG軟件，新建文件，并點(diǎn)選【非主模型板塊】前面的“√”。此時(shí)出現(xiàn)對(duì)話框，選擇裝配圖模型點(diǎn)擊確定進(jìn)入。
點(diǎn)擊【起始】-【制圖】，進(jìn)入制圖界面，選擇圖紙尺寸為A3[7]，設(shè)置投影面方向?yàn)椤白蟆?，點(diǎn)擊確定進(jìn)入制圖界面。點(diǎn)擊【基本視圖】按鈕，按照主視圖、左視圖和俯視圖的順序放置圖形。右鍵點(diǎn)擊其中一圖形邊界，點(diǎn)擊【擴(kuò)展】按鈕，利用【曲線】工具中的【藝術(shù)線條】勾勒出需要進(jìn)行剖面的區(qū)域，然后右鍵單擊圖外區(qū)域取消【擴(kuò)展】命令。點(diǎn)擊【局部剖】功能按鈕，利用剛剛所做的藝術(shù)線條對(duì)視圖進(jìn)行局部剖。
2.2零件圖的標(biāo)注
點(diǎn)擊【自動(dòng)判斷尺寸】功能按鈕對(duì)二維視圖的長(zhǎng)度、寬度、直徑等基本尺寸進(jìn)行標(biāo)注。
點(diǎn)擊【插入】-【符號(hào)】-【表面粗糙度符號(hào)】對(duì)特殊部位進(jìn)行表面粗糙度標(biāo)注。[6]
點(diǎn)擊【注釋構(gòu)造器】功能按鈕，為二維視圖添加技術(shù)要求等文本。完成二維視圖后，將UG文件導(dǎo)出成為Auto CAD使用的DWG文件，進(jìn)行出圖。
七、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)
結(jié)束語(yǔ)
不知不覺中，三周的技能訓(xùn)練接近尾聲，回想三周來的點(diǎn)點(diǎn)滴滴可謂是受益匪淺。
本次技能訓(xùn)練中，通過與隊(duì)友的配合和相互之間的幫助，我們順利的完成了這次技能訓(xùn)練的任務(wù)。技能訓(xùn)練中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都給我們帶來了很多收獲，不論是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的更深入的了解，還是對(duì)UG軟件的操作更加得心應(yīng)手，不論是大收獲還是小收獲，當(dāng)它們累積到一起以后，對(duì)我們而言都是一次個(gè)人能力的巨大升華。
在設(shè)計(jì)過程中，很多資料都需要自己去查閱，每天都要奔波圖書館好多次，或者百度一遍又一遍，但是掌握的新知識(shí)卻是一筆不小的財(cái)富。
這次技能訓(xùn)練的順利完成離不開我的隊(duì)友和老師。隊(duì)友的配合和鼓勵(lì)，明確的分工，按時(shí)完成各自的任務(wù)，都是順利完成最后任務(wù)的前提條件。老師幫助糾正了很多設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，也提出了很多更加合理的意見和建議，為我的設(shè)計(jì)鋪墊了一條更加合理化的道路。在此，我要特別感謝段老師、劉老師和唐老師三位老師，感謝他們讓我學(xué)到了更多的知識(shí)。
本次技能訓(xùn)練對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)增添了更多的知識(shí)力量，真心的感謝所有幫助過我的人，不論是老師、隊(duì)友還是圖書館的阿姨，謝謝你們對(duì)我的幫助！
最后，由于學(xué)習(xí)面的狹窄和個(gè)人能力的不足，本次技能訓(xùn)練中可能會(huì)出現(xiàn)很多不足和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)答辯老師給與指正和教導(dǎo)。
參考資料
[1] 天津大學(xué)編寫組 《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 天津科學(xué)技術(shù)出版社
[2] 王健石 《機(jī)械通用零部件優(yōu)選手冊(cè)》 中國(guó)電力出版社，2008年
[3] 東北工學(xué)院 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 冶金工業(yè)出版社 第三版，1977年
[4] [美]J.達(dá)菲 《機(jī)構(gòu)和機(jī)械手分析》 北京郵電學(xué)院出版社
[5] 王樹勛 《UG NX4.0三維建模教程》 華南理工大學(xué)出版社，2006年
[6] 張麗萍 《UG NX5.0基礎(chǔ)教程與指導(dǎo)》 清華大學(xué)出版社，2010年
[7] 張景田 《畫法幾何及機(jī)械制圖》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005年
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