數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含3張CAD圖】
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I數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的點(diǎn)位-直線(xiàn)數(shù)字控制機(jī)床，工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面鉆、銑、镋、鉸、攻絲等多種工序的加工。數(shù)控臥式镋銑床的發(fā)展和應(yīng)用，極大的減少了零件的加工輔助時(shí)間，很大程度上提高了生產(chǎn)效率，數(shù)控臥式機(jī)床的發(fā)展已經(jīng)變成了當(dāng)今廣泛應(yīng)用的一種更為新穎、更為先進(jìn)的制造設(shè)備。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)由液動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠副、減速齒輪、摩擦片式電磁離合器等構(gòu)成。分析刀庫(kù)機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的性能要求;分析刀庫(kù)機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析;數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀與卸刀操作，良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間刀具的快速裝卸。進(jìn)行了回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)身的整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)械手手架選擇雙臂單爪機(jī)械手結(jié)構(gòu)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)作了詳細(xì)的分析，對(duì)機(jī)械手手架機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞: 升降機(jī)構(gòu)；回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)；機(jī)械手手架；數(shù)控臥式鏜銑床IIABSTRACTCNC horizontal boring and milling machine is a automatic tool change device and arbitrary dividing point - linear digital control machine tool, nc rotary table after a clamping workpiece can automatically complete several side drilling, milling, Tang, reaming, tapping and other machining process. CNC horizontal Tang development and application of the milling machine, greatly reduces the parts processing auxiliary time, greatly improving the production efficiency, the development of numerical control horizontal machine tool has become the current widely used a more novel, more advanced manufacturing equipment.CNC horizontal boring and milling machine is composed of liquid motive, ball screw pair, reduction gear and friction disc electromagnetic clutch. To analyze the performance requirements of the manipulator lifting mechanism; This paper analyzes the working principle of the manipulator lifting mechanism, and carries out the structure design and calculation analysis. CNC horizontal boring and milling machine mechanical rotary tool used in the spindle with loading and discharging and unloading is a knife and knife between knife library operation, good design can achieve dao library between the spindle and the cutting tool for quick loading and unloading. The fuselage of the overall organization design and the design of the slewing mechanism, mechanical hand choose manipulator arms single claw structure, the movement has IIImade the detailed analysis of calculation in design of robot hand frame mechanism.Keywords: lifting mechanism; Turning and loading and unloading mechanism; Manipulator holder; CNC horizontal boring and milling machine目錄摘 要 ..............................................................IABSTRACT...........................................................II1.緒論 ..............................................................11.1 數(shù)控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成 ........................................11.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 ........................................22.數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................52.1 機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程 ..............................52.2 液動(dòng)機(jī)的選擇 ................................................62.3 滾珠絲桿副的選用 ...........................................102.4 摩擦片式電磁離合器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 .............................153.數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .........................173.1 回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng) ...............................173.2 機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀的整體設(shè)計(jì) ...............................184.數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手手架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................214.1 機(jī)械手手架的組成和運(yùn)動(dòng) .....................................214.2 機(jī)械手手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................225.結(jié)論 .............................................................29參考文獻(xiàn) ...........................................................30附錄 1 外文譯文 ....................................................31附錄 2 外文原文 ....................................................44致謝 ...............................................................51數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)11.緒論鏜銑床主要是刀具在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它主要是用來(lái)加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。1.1 數(shù)控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成如圖 1.1 所示，數(shù)控機(jī)床主要由機(jī)床本體、自動(dòng)換刀裝置、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、液壓油箱、數(shù)控電柜、主軸驅(qū)動(dòng)調(diào)速控制柜、機(jī)床電氣柜、主軸箱潤(rùn)滑冷卻用自動(dòng)油溫調(diào)節(jié)器和空氣干燥器等組成。1-電動(dòng)機(jī) 2-換刀機(jī)械手 3-數(shù)控柜 4-刀庫(kù) 5-主軸箱 6-操作面板 7-電源柜 8-工作臺(tái) 9-滑座 10-床身圖 1-1 數(shù)控機(jī)床示意圖機(jī)床本體 機(jī)床的本體是用來(lái)支撐機(jī)床的工作已達(dá)到加工生產(chǎn)目的。主要由床身和立柱組成。主軸結(jié)構(gòu) 主軸部件既要滿(mǎn)足精加工精度較高的要求，又要滿(mǎn)足粗加工時(shí)高效切削的能力。因此在旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形等方面，都有很高的數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2要求。在布局結(jié)構(gòu)方面，對(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控鏜銑床，其主軸部件除主軸、主軸軸承和傳動(dòng)件等一般組成部分外，還有道具自動(dòng)加緊、主軸自動(dòng)準(zhǔn)停和主軸裝刀口吹凈等裝置。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái) 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可以進(jìn)行任意角度定位，它的功能有兩個(gè)：一是使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，二是使工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。換刀裝置 數(shù)控鏜銑床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須具有自動(dòng)換刀裝置。其主要有刀庫(kù)、橫梁升降機(jī)構(gòu)、滑座伸縮機(jī)構(gòu)、手架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、裝刀手和卸刀手組成。機(jī)床導(dǎo)軌 導(dǎo)軌主要用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，不運(yùn)動(dòng)的一方叫支撐導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支撐導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) [1]。1.2國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的加工中心在現(xiàn)代制造業(yè)種起著越來(lái)越重要的作用，它能縮短產(chǎn)品的制造周期，提高產(chǎn)品的加工精度，適合柔性加工。刀庫(kù)的功能是儲(chǔ)存刀具并把下一把即將要用的道具準(zhǔn)確地送到換刀位置，供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。完成此功能的機(jī)械包括送刀臂、擺刀站和換刀臂，總稱(chēng)為機(jī)械手。具體來(lái)說(shuō)，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫(kù)之間的傳遞。驅(qū)動(dòng)裝置則是使刀庫(kù)和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進(jìn)電機(jī)或液壓（或氣液機(jī)構(gòu)）或凸輪機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械手完成刀庫(kù)里的刀與主軸上的刀的交換工作。由于數(shù)控加工中心的刀庫(kù)容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率，而自動(dòng)換刀就是進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，提高成產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件。所以數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時(shí)間，減小多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。1.2.1國(guó)內(nèi)外數(shù)控臥式鏜銑床的現(xiàn)狀當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精度、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，已形成一條無(wú)形戰(zhàn)線(xiàn)，特別是隨著電子、數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。國(guó)外數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心均有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。其表現(xiàn)在于機(jī)床的結(jié)構(gòu)、精度和壽命，以及自動(dòng)化水平、生產(chǎn)效率等方面都有很大的提高。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作上，采用模塊化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法，在確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和技術(shù)水平的前提下，產(chǎn)品品種大量涌現(xiàn)，變型產(chǎn)品也越來(lái)越多，除可滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求外，并獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。一些科學(xué)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，已由生產(chǎn)臥式鏜床轉(zhuǎn)向生產(chǎn)更高水平的自動(dòng)化機(jī)床，并已生產(chǎn)和研制出更高一級(jí)的現(xiàn)代化水平的設(shè)備，從而為實(shí)現(xiàn)無(wú)人化工廠(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。國(guó)外數(shù)控臥式鏜床及臥式加工中心的形成、演變過(guò)程，一種是以普通臥式鏜床為基礎(chǔ)，配以控制系統(tǒng)，而成為數(shù)控臥式鏜床；進(jìn)而在配以刀庫(kù)及機(jī)械手等獨(dú)立部件后，演變成為臥式加工中心；另一種是與普通臥式鏜床無(wú)關(guān)，獨(dú)立設(shè)計(jì)而成。很多機(jī)床公司都是由過(guò)去生產(chǎn)普通臥式鏜床轉(zhuǎn)而生產(chǎn)當(dāng)代的數(shù)控臥式鏜床及臥式加工中心的。很多機(jī)床廠(chǎng)家已不生產(chǎn)一般的普通臥室機(jī)床，已將其擴(kuò)散到發(fā)展中國(guó)家去生產(chǎn)，而把主要精力集中到更高級(jí)的數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心，并進(jìn)行大量的科學(xué)研究工作因而取得了較大技術(shù)和經(jīng)濟(jì)利益[2] 。我國(guó)臥式鏜床生產(chǎn)是在 1954 年由仿制開(kāi)始的。目前已有 13 個(gè)省、一個(gè)自治區(qū)、三個(gè)直轄市的二十六個(gè)廠(chǎng)，臥式鏜床的年產(chǎn)量到 1971 年，已經(jīng)超過(guò)一千臺(tái)。臥式鏜床的品種，第一個(gè)五年計(jì)劃期間，只能生產(chǎn)主軸直徑 85 毫米的臥式鏜床，現(xiàn)在已經(jīng)能生產(chǎn)主軸直徑 63、85、125、150 等毫米的臥式鏜床及主軸直徑 110 毫米的加大主軸直徑和移動(dòng)式鏜床。從只能根據(jù)國(guó)外圖紙生產(chǎn)單一產(chǎn)品，發(fā)展到自行設(shè)計(jì)試制并采用一定先進(jìn)技術(shù)的多種產(chǎn)品。在無(wú)產(chǎn)階級(jí)大革命中，就有 17 個(gè)廠(chǎng)先后設(shè)計(jì)試制了三十一種臥式鏜床。其中直徑 63 毫米的有五種；直徑 125 毫米的有一種；無(wú)伸縮主軸簡(jiǎn)易臥式鏜床有兩種；直徑 160 毫米落地鏜床有兩種，直徑 200 毫米的有一種，直徑 250 毫米的有一種 [3] 。 國(guó) 內(nèi) 生 產(chǎn)廠(chǎng) 家 在 相 關(guān) 領(lǐng) 域 取 得 了 快 速 增 長(zhǎng) ， 相 關(guān) 設(shè) 備 廠(chǎng) 家 在 國(guó) 家 政 策 的 扶 持 下 取 得 了不 少 成 果 ， 與 國(guó) 際 同 行 的 差 距 越 來(lái) 越 小 ， 甚 至 有 所 超 越 。 具 有 高 精 度 、 高 效率 及 卓 越 的 加 工 能 力 。 采 用 絕 對(duì) 坐 標(biāo) ， 不 需 要 長(zhǎng) 距 離 的 原 點(diǎn) 回 歸 操 作 ， 有 效縮 短 非 加 工 時(shí) 間 。 五 軸 (X,Y,Z,W,B 軸 )控 制 ， 四 軸 同 動(dòng) 控 制 ， 任 一 角 度 定 位工 作 臺(tái) (B 軸 功 能 )。 適 合 工 件 的 數(shù) 面 加 工 ， 只 需 一 次 安 裝 工 件 及 調(diào) 整 ， 配 置回 轉(zhuǎn) 式 工 作 臺(tái) ， 定 位 精 準(zhǔn) ， 確 保 各 加 工 面 之 相 互 精 度 。 配 置 刀 庫(kù) 就 升 級(jí) 為 加工 中 心 。 適 用 于 各 類(lèi) 大 型 箱 體 、 缸 體 的 加 工 [4] 。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)41.2.2數(shù)控臥式鏜銑床的發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)代臥式鏜銑床與落地式銑鏜床技術(shù)發(fā)展非常快，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念的更新和機(jī)床運(yùn)行速度及制造工藝水平有很大的提高，另一方面是機(jī)床結(jié)構(gòu)變化大，新技術(shù)的應(yīng)用層出不窮。臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)向高速電主軸方向發(fā)展，落地式銑鏜床向滑枕式(無(wú)鏜軸)結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，功能附件呈高速、多軸聯(lián)動(dòng)、結(jié)構(gòu)型式多樣化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，這將是今后一個(gè)時(shí)期技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì) [5] 。機(jī) 械 手 是 在 機(jī) 械 化 ， 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 種 新 型 裝 置 。 它 是在 早 期 出 現(xiàn) 的 古 代 機(jī) 器 人 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來(lái) 的 ， 機(jī) 械 手 研 究 始 于 20 世 紀(jì) 中 期 ，隨 著 計(jì) 算 機(jī) 和 自 動(dòng) 化 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 特 別 是 1946 年 第 一 臺(tái) 數(shù) 字 電 子 計(jì) 算 機(jī) 問(wèn)世 以 來(lái) ， 計(jì) 算 機(jī) 取 得 了 驚 人 的 進(jìn) 步 ， 向 高 速 度 、 大 容 量 、 低 價(jià) 格 的 方 向 發(fā) 展 。同 時(shí) ， 大 批 量 生 產(chǎn) 的 迫 切 需 求 推 動(dòng) 了 自 動(dòng) 化 技 術(shù) 的 進(jìn) 展 ， 又 為 機(jī) 器 人 的 開(kāi) 發(fā)奠 定 了 基 礎(chǔ) 。 另 一 方 面 ， 核 能 技 術(shù) 的 研 究 要 求 某 些 操 作 機(jī) 械 代 替 人 處 理 放 射性 物 質(zhì) 。 在 這 一 需 求 背 景 下 ， 美 國(guó) 于 1947 年 開(kāi) 發(fā) 了 遙 控 機(jī) 械 手 ， 1948 年又 開(kāi) 發(fā) 了 機(jī) 械 式 的 主 從 機(jī) 械 手 [6] 。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) 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 ， 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 和 自 動(dòng) 控 制 技 術(shù) 的 迅 速 發(fā) 展 ,農(nóng)業(yè) 機(jī) 械 將 進(jìn) 入 高 度 自 動(dòng) 化 和 智 能 化 時(shí) 期 ， 機(jī) 械 手 機(jī) 器 人 的 應(yīng) 用 可 以 提 高 勞 動(dòng)生 產(chǎn) 率 和 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 ,改 善 勞 動(dòng) 條 件 ,解 決 勞 動(dòng) 力 不 足 等 問(wèn) 題 構(gòu) 成 。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(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)，使手部完成各種轉(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(chēng)為機(jī)械手的自由度 。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) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有 2～3 個(gè)自由度。控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。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(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景 [7] 。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中，機(jī)械人的研制數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)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(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用 [8] 。2.數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程2.1.1 升降機(jī)構(gòu)的組成以及刀庫(kù)的組成機(jī)械手的手架升降機(jī)構(gòu)是由 、 杠副、減速 、液 動(dòng) 機(jī) 滾 珠 絲 齒 輪離合器、 、訊號(hào)盤(pán)和導(dǎo)向柱等組成。摩 擦 片 式 電 磁 訊 號(hào) 開(kāi) 關(guān)從左到右四排帶刀套的鏈條組成了刀庫(kù)，每一排刀一圈一共有十五把導(dǎo)套，并且刀庫(kù)的最大容量是不超過(guò)六十把刀，整個(gè)刀庫(kù)是靠電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)通過(guò)齒輪使其運(yùn)動(dòng)，鏈條在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，最快的速度是八米每分鐘，最慢的速度是零點(diǎn)二米每分鐘。刀具識(shí)別是利用了編號(hào)方法，六十個(gè)刀套分別按照相應(yīng)的距離安裝在四排鏈條上，每一排鏈條的位置都是相互對(duì)應(yīng)的，所以找刀的程序分為兩步：一是通過(guò)機(jī)械手手架升降來(lái)發(fā)現(xiàn)刀排，二是在一排刀套內(nèi)選刀。在一排內(nèi)選擇刀是靠第一排刀套下面的一組無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和第一排每個(gè)刀套上的感應(yīng)塊發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。升降機(jī)構(gòu)的作用就是在某一命令下，自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)械手刀架的升降動(dòng)作，并且在位置有相應(yīng)的要求，為了讓自動(dòng)換刀能成功的實(shí)現(xiàn)，鏈條在移動(dòng)尋找刀數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6的過(guò)程中，刀套停留的位置應(yīng)該是在要求的位置停在同一個(gè)地方，所以刀套在定位的過(guò)程中必須要求精準(zhǔn)。為了使刀具在裝入的時(shí)候在方向上能夠固定住，每一個(gè)刀套都存在定位的裝置，由于刀庫(kù)在運(yùn)行過(guò)程中的速度很快，刀具容易出現(xiàn)被甩出的情況，所以在每一個(gè)刀套的后面都加裝了一個(gè)由彈簧連接的頂梢，這樣可以確保刀庫(kù)運(yùn)行時(shí)的安全。2.1.2 升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖 2-1 機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)裝配圖由上圖可知，在機(jī)械手接到指令之后，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)往上移動(dòng)去找到刀排，滾珠絲杠副會(huì)被液動(dòng)機(jī)的工作帶動(dòng)，并進(jìn)行順時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)械手上升，直到當(dāng)機(jī)械手快要到達(dá)自動(dòng)刀排的位置時(shí)，機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)處的感應(yīng)塊會(huì)感應(yīng)刀機(jī)械手的接近，這時(shí)機(jī)械手刀庫(kù)與刀排相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān) 15XK(或16XK、18XK、19XK)會(huì)發(fā)出訊號(hào)，這是手架會(huì)進(jìn)行減速，裝在訊號(hào)盤(pán)行程開(kāi)關(guān)上的定位擋塊 5a 和 5b 轉(zhuǎn)到使訊號(hào)開(kāi)關(guān)（20XK 2和 20XK1）同時(shí)發(fā)出要進(jìn)行定位的訊號(hào)時(shí)，液動(dòng)機(jī)就會(huì)停止再轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦片式電磁離合器進(jìn)行 ，滾珠絲吸 合桿就會(huì)制動(dòng)，手架這時(shí)就會(huì)很準(zhǔn)確的停留在換刀的位置上。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)7機(jī)械手在進(jìn)行下降的時(shí)候，液動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，其它的運(yùn)動(dòng)基 本和上升時(shí)無(wú)異，通過(guò)訊號(hào)開(kāi)關(guān) 20XK1和 20XK2同時(shí)發(fā)出訊號(hào)，讓機(jī)械手手架進(jìn)行定位。2.2液動(dòng)機(jī)的選擇液動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候受到外力，這里對(duì)它所受到的力進(jìn)行分析如圖 2.2 所示：圖 2-2 液動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)受力示意圖由上圖所示液動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工作過(guò)程可以看出，電動(dòng)機(jī)在工作的時(shí)候，它的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)并不長(zhǎng)，可以說(shuō)是相當(dāng)短的，相對(duì)來(lái)說(shuō)電動(dòng)機(jī)停止的時(shí)間反而較長(zhǎng)，因此這屬于工作時(shí)間比較短的電動(dòng)機(jī)。由此可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)械手在進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)的時(shí)候電動(dòng)機(jī)的工作屬性是：由于在工作的時(shí)候，因?yàn)闇囟鹊目焖偕仙?，電?dòng)機(jī)往往達(dá)不到最高的數(shù)值，但停車(chē)的時(shí)候應(yīng)該是等到它冷卻到和周?chē)h(huán)境相同的溫度時(shí)，就像圖 2.2 中顯示的。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8液動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候因?yàn)樗墓ぷ鞯臅r(shí)間有長(zhǎng)有短，液動(dòng)機(jī)的發(fā)熱也有高有低，所以當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行液動(dòng)機(jī)的選擇時(shí)，要考慮到它的這兩點(diǎn)情況，在這里根據(jù)數(shù)控臥式機(jī)床升降機(jī)構(gòu)的工作要求，選擇了相對(duì)來(lái)說(shuō)更加穩(wěn)定可靠的工作時(shí)間相對(duì)較短的液動(dòng)機(jī)，這樣可以提高液動(dòng)機(jī)的工作效率，同時(shí)也增加了液動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定程度。借助機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)的過(guò)程中所受力的分析圖可以看出液動(dòng)機(jī)的負(fù)載是恒定的，它不會(huì)因?yàn)闇囟鹊惹闆r而改變它的負(fù)載，在進(jìn)行液動(dòng)機(jī)的輸出功率的計(jì)算時(shí)，要考慮到減速齒輪和絲杠兩個(gè)零件產(chǎn)生的功率，因?yàn)橐簞?dòng)機(jī)的功率是由這兩部分的功率所組成的，在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，本次設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮到功率的損失而產(chǎn)生的影響，因?yàn)檫@對(duì)液動(dòng)機(jī)的總功率沒(méi)有產(chǎn)生較大的影響。計(jì)算公式如下所示：手 抓0電 P??電為液動(dòng)機(jī)在輸出時(shí)候的理論輸出功率， 為液動(dòng)機(jī)在輸出的時(shí)候手P 手 抓抓的理論輸出功率， 為液動(dòng)機(jī)在輸出時(shí)的液動(dòng)機(jī)的理論功率。翻閱相關(guān)資料0P和查詢(xún)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)， 相對(duì)來(lái)說(shuō)數(shù)值較小，在 較大的情況下可不予以考手 抓P慮。計(jì)算公式等同于：手 抓電P?在液動(dòng)機(jī)負(fù)載是確定了的情況下，液動(dòng)機(jī)在進(jìn)行工作的時(shí)候，若溫度沒(méi)有變化，它應(yīng)該是成直線(xiàn)上升的，但由于存在溫度的變化影響液動(dòng)機(jī)的工作，所以在溫度上升的時(shí)候，液動(dòng)機(jī)的功率呈曲線(xiàn)變化，而且是在隨著溫度的升高，液動(dòng)機(jī)的功率的上升速度下降如下圖 2.3 所示。所以我們?cè)谶x擇電機(jī)的時(shí)候?yàn)?，需要根?jù)機(jī)床設(shè)計(jì)中液動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算公式，計(jì)算出當(dāng)存在負(fù)載時(shí)液動(dòng)機(jī)的功率 ，然后通過(guò)計(jì)算計(jì)算出液動(dòng)機(jī)的功率Pw，通過(guò)這個(gè)功率就可以確定需要選擇什么樣功率的液動(dòng)機(jī)，計(jì)算公式如下： NPPN≥PW 數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)9圖 2-3 存在負(fù)載時(shí)液動(dòng)機(jī)隨溫度變化示意圖液動(dòng)機(jī)在工作時(shí)的 為：輸 出 功 率（2-1?WNP?） 液動(dòng)機(jī)在工作時(shí)的 ， 單位是千瓦； 是 液 動(dòng) 機(jī) 在 工 作 時(shí) 候 的Pw輸 出 功 率?？?效 率由于機(jī)械手 的電動(dòng)機(jī)是通過(guò)間連接直接傳遞到 的， 所 以升 降 機(jī) 構(gòu) 工 作 機(jī);于 是 ：1??Pn=PW （ 2-2）液動(dòng)機(jī)在進(jìn)行工作的時(shí)候，需要對(duì)它的輸入功率計(jì)算，計(jì)算公式如下： （2-3）wvwFP?10?是 ；v 為 的上升速度；η w為 的 效 率 。F工 作 機(jī) 的 阻 力 升 降 機(jī) 構(gòu) 工 作 機(jī)查表可知， ；sm/250?根據(jù)受力分析圖知： ；NKgNxKgMF 420/10)2()( ???液動(dòng)機(jī)在進(jìn)行傳動(dòng)工作的時(shí)候，整體機(jī)構(gòu)包括了兩個(gè)部分，其中一個(gè)是滾數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)10珠絲杠副，另一個(gè)是一對(duì)滾子球軸承運(yùn)動(dòng)副，通過(guò)查閱機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)；計(jì)算滾子球軸承在進(jìn)行傳動(dòng)工作時(shí)候的效率和滾珠絲杠副的工作效率： ；9.0??；5-8G通 過(guò) 對(duì) 比 選 擇 ：；.0?G?則 ： ；841590xw把 帶入下列公式中可得工作機(jī)要求 為：w?輸 出 功 率;KwxsXmNFPwv 125.08415.0/2410w ??通過(guò)上式可計(jì)算出液動(dòng)機(jī)的輸出功率，計(jì)算公式如下所示： ；KwPwn125.0?在 進(jìn) 行 液 動(dòng) 機(jī) 選 用 時(shí) 候 ， 要 求 所 選 用 的 液 動(dòng) 機(jī) 在 功 率 上 的 要 求 應(yīng) 該 滿(mǎn) 足 ， 若 滿(mǎn) 足 這 個(gè) 條 件 可 認(rèn) 為 選 用 的 液 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 是 合 適 的 。KwPN125.0?在 已 經(jīng) 確 定 好 滾 珠 絲 桿 的 情 況 下 ， 選 用 的 導(dǎo) 程 ， 根 據(jù) 下 述 公 式 可10?h進(jìn) 行 計(jì) 算 ： （2-4maxnVPh?）由于 smV/250max?按照機(jī)械手冊(cè)表，取 ；可推算出：10?hPmin/150/225maxmax rsrvnh ?因?yàn)橐呀?jīng)算出了液動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速，可以查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)液動(dòng)機(jī)的型號(hào)進(jìn)行選擇，在這里考慮到上述的一些條件，本次設(shè)計(jì)選了的三相異步液數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)11動(dòng)機(jī)的型號(hào)為： 4801?Y2.3滾珠絲桿副的選用對(duì)于滾珠絲杠副，其結(jié)構(gòu)上最明顯的特征是：構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)件的可以移動(dòng)的部分在很多情況下不需要依靠運(yùn)動(dòng)副自身，它通常時(shí)利用絲杠和螺母這兩個(gè)原件之間的滾珠這個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行工作的，在很大程度上我們可以將滾珠絲杠副和滾動(dòng)軸承進(jìn)行比較，他們兩個(gè)有些相同，它們兩個(gè)都是通過(guò)利用絲杠和螺母之間的滾珠來(lái)實(shí)現(xiàn)可運(yùn)動(dòng)的連接的。滾珠絲杠副主要是用來(lái)將 變換為直旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)變換為 。旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng)2.3.1 滾珠絲杠副的選擇和工作原理是在 和 之間放入合適數(shù)量的 ，讓 與 之滾 珠 絲 桿 絲 杠 螺 母 滾 珠 絲 杠 螺 母間由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。 在機(jī)械傳動(dòng)中的有重要的作用，可以將滾 珠 絲 桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)．也可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)。絲杠在和螺母進(jìn)行組合中的運(yùn)動(dòng)存在很多種不同的情況，不同的絲杠和螺母的組合會(huì)有不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闈L珠絲杠副的傳動(dòng)方式也會(huì)有很多種。滾珠絲桿是由 、 、 3 和 等結(jié)構(gòu)組成，1絲 杠 2螺 母 滾 珠 4滾 珠 循 環(huán) 返 回 裝 置由于循環(huán)方式的不同，將它分為了兩種不同的滾珠絲杠，如下圖所示:圖 2-4 滾珠絲杠的兩種不同形式由上圖 2.4 可知，滾珠絲杠其實(shí)就是在絲杠裝置和螺母的螺旋槽間的結(jié)構(gòu)，將滾珠按照順序地裝入裝置中，并將它作為中間裝置進(jìn)行螺旋傳動(dòng)。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)12副的工作原理如下：在 進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候， 與 中間的滾滾 珠 絲 桿 螺 母 絲 杠 螺 母珠就會(huì)按照順序挨個(gè)地靠著滾道進(jìn)行直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)滾珠從滾道中滾出去。本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了滾珠循環(huán)裝置，使?jié)L珠可以沿著軌道運(yùn)動(dòng)后再通過(guò)這個(gè)返回結(jié)構(gòu)，從循環(huán)裝置中重新返回到運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的地方，這樣我們就可以讓滾珠可以在這個(gè)裝置中不斷的工作。為了提高傳動(dòng)裝置的精度和剛度以及減少中間裝置的空隙，將滾珠分為了兩個(gè)階段。2.3.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）初算導(dǎo)程 Ph由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中的公式mrmrsmnVPh 10in/150in/1502max ???通過(guò)查表選擇最合適的導(dǎo)程 就是 ：Ph（2）計(jì)算 MF當(dāng) 量 載 荷123 nmnttFt???????（2-5）NkgNxmMF 120/10)0()??(3) 計(jì)算轉(zhuǎn)速 n12nmtt????（2-6）查找機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定升降電機(jī)的轉(zhuǎn)速：nm=1500r/min確定了升降液動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)在接下來(lái)選那種類(lèi)型的液動(dòng)機(jī)是很重要的(4) 計(jì)算 am額 定 動(dòng) 載 荷 C數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)13'=wmhaac3fF(60nL)C1f? ?（2-7）是 ，查表可得： wf載 荷 性 系 數(shù)；1.?wf是預(yù)期 ，查表可得：hL工 作 壽 命 20hL是 ，查表可得 af精 度 系 數(shù) 8.?af是 ，查表可得：c可 靠 性 系 數(shù) 210c將上面所查的帶入下列公式中：3' 1.42061520348N=.5k.8wmhaac3fF(60nL)C=1f????? ?KNam5.在這里采用了預(yù)緊絲杠，機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表取 f，在這里通過(guò)最大的5.4??載荷驗(yàn)算，通過(guò)查找機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)：' max4.520189aeCfFN????比較 和 從它們兩中選取最大值,am,由上可知： C。KNC9.15(5) m2d徑確 定 允 許 的 最 小 螺 紋 底向 變 形估 算 絲 杠 允 許 的 最 大 軸 ?查表可得：數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)14'11~~03.~253434m m? ?????????????????重 復(fù) 定 位 精 度 =查表可得： '11~~256.~454m? ?????????????????定 位 精 度 =確定一個(gè)更小的數(shù)值： 2.5m???利用上式計(jì)算出的結(jié)果計(jì)算： '0FW?（2-8）計(jì)算 軸 向 載 荷0()(20)1/420'FMmgkgN???? 當(dāng) 04N??khL=+2~4P+230169=57~1??行 程 安 全 行 程 兩 個(gè) 余 程 螺 母 長(zhǎng) 一 個(gè) 支 撐 長(zhǎng)（ ）算得 L=1580mm。將數(shù)據(jù) 代入下列的公式中：09.?Q02 420158.39.0.mFLdam????（6）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)由于需用的是 ， 墊片的型號(hào)是預(yù)緊 。內(nèi) 循 環(huán) 固 定 法 蘭 式 雙 螺 母 4-01型G查表得 ， ，計(jì)算出相關(guān)數(shù)值，根據(jù)機(jī)m40d?mdmdm0.29.32???械手冊(cè)表： ， ，通過(guò)查找出kNCkNCaa 558 kNCa8245的數(shù)值： ， ，從表中可以找到 長(zhǎng)度應(yīng)該Dw9.uRnu/486' 螺 母為 ，同時(shí)選定 推薦的 端型式 ，通過(guò)表選擇91/TJB固 定 軸 md0?數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)15。 m69（7）計(jì)算 的 校 驗(yàn) 值nDmax2max()(32.95)1058279.0pwwdn??????? 可以選用（8） 確 定 滾 珠 絲 桿 副 預(yù) 緊 力通過(guò)下列公式計(jì)算： max142013pFN???得 FP=150N。（9）計(jì)算行程補(bǔ)償值 C根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表取,05.2t??(8~14)23(80~14)3014ukhlLPm????? 取 lu=1400mm，則 3 3.0.5.uCtl ?????（10） 計(jì) 算 預(yù) 拉 伸 力 F由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)2 21.95.53.976.ttdN???? (11) 滾珠絲杠副臨界轉(zhuǎn)速 nc 的計(jì)算根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表,可以查處 921f2115806402KCLL m?????則數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)16772 max2101.9357/in150/in40ccfdnrrL?????由上可知滾珠絲杠副的臨界轉(zhuǎn)速是符合要求的（12）滾珠絲杠壓感穩(wěn)定性驗(yàn)算由于軸方向上的最大 對(duì)比絲杠的 ， 載 荷 NP20?預(yù) 拉 伸 力 7.526?Ft絲杠是不會(huì)由于壓力而失穩(wěn)，因?yàn)樽畲筝S向的載荷明顯沒(méi)有拉伸力大，因此不需要檢驗(yàn)。按照表驗(yàn)算 抗 拉 強(qiáng) 度22576..1394tpFMPad?????上數(shù)值滿(mǎn)足要求（13） 擇系 統(tǒng) 剛 度 驗(yàn) 算 及 粒 度 選的拉壓剛度滾 珠 絲 杠選擇螺母的位置： 158026KLam???查表可得：222min1653.90645/()180sLdRNma ?????22max.2/()160(5)sL?查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)由于： , , 47d0?17Z06??。umNRB/6查 找 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 表 ， 對(duì) 兩 端 固 定 并 預(yù) 緊 的 軸 承。xRBb 13406720??數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)17滾珠絲杠副中的 和 的結(jié)束時(shí)的剛度按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表可得：滾 珠 滾 道13 13' 504867./.80.pnuaFR NmC?????????????????由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表可得 R 的最大值和最小值可以由下面的公式計(jì)算：minin11114452307.sbnuR?????axax 36.sbnuR的計(jì)算：0空 載 軸 向 力 FNkgxM201?計(jì)算不同方向上的差值：是 10μ m。則：0min1.61.235./435.,FNmR?????反 向 差 值 滿(mǎn) 足 重 復(fù) 定 位 要 求傳動(dòng)系統(tǒng)的定位誤差： 0minax11()20()0.3146KFmR? ???????30pV.8.8.5.7K???定 位 精 度 -選滾珠絲杠的 V300p=12μ m 2R 結(jié)合奇異性不能發(fā)生在該機(jī)械手。圖2顯示了一個(gè)例子,每個(gè)類(lèi)型的奇點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中,通過(guò)限制避免了奇異性任務(wù)的工作區(qū)。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)45圖 2 奇異的配置3、工作空間分析工作區(qū)為二自由度平面的并聯(lián)機(jī)械手是一個(gè)區(qū)域的平面所取得的工作空間參考點(diǎn) O′的移動(dòng)平臺(tái)。方程(10)和(11)可以重寫(xiě)為(x-r+R)2+(y-y1)2=l12 (18)(x+r-R)2+(y-y2)2=l22 (19)因此,可達(dá)工作空間的參考點(diǎn) O′是交叉點(diǎn)的子工作區(qū)關(guān)聯(lián)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈見(jiàn)圖 3。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)46圖 3 機(jī)械手工作空間任務(wù)工作空間是一個(gè)部分的可達(dá)工作空間。在實(shí)際應(yīng)用中,這個(gè)任務(wù)的工作區(qū)通常定義為一個(gè)矩形區(qū)域的可達(dá)工作空間。讓最大限度的角度 α 和 β,鏈接 AiBi之間的夾角(i = 1,2)和垂直軸,用α max和 β max。讓 yi,max和 yi,min代表最大和最小的位置 i-th 滑塊。當(dāng) O′到達(dá)點(diǎn) Q1滑塊 B1達(dá)到下限和 α 的值最大,即 yi=yi,min和 α=α max。同樣, 當(dāng) O′到達(dá)點(diǎn) Q4，即 y2 =y2,min和 β=β max。一個(gè)垂直的線(xiàn)通過(guò) Q1與上界的可達(dá)工作空間點(diǎn) Q2。Q 3在 Q4的正上方(見(jiàn)圖3)。該地區(qū) Q1 Q2 Q3 Q4 然后構(gòu)成任務(wù)的工作區(qū),作為一個(gè)矩形的寬度 b 和高度 h,注明 wt。4、最優(yōu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)基于工作區(qū)這個(gè)小節(jié)的目標(biāo)是確定機(jī)械手參數(shù)所需的工作區(qū)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的范圍可以表達(dá)為:給定 r、b,和霍夫重量,確定 R,l1、l2, 總長(zhǎng)度為的滑塊。從方程式(10),(11)和(17),機(jī)械手的性能與 R?r 但不要 R 或 r 獨(dú)立。實(shí)際上,r 應(yīng)該盡可能的小,因?yàn)檩^小的值 r 導(dǎo)致較小的機(jī)械手。通常,r 取決于軸,軸承,和工具維度在他移動(dòng)平臺(tái)。因此,r 應(yīng)該是設(shè)計(jì)師給出的。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)47當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)到達(dá)下限,見(jiàn)圖 4,以下參數(shù)關(guān)系可以被獲得（20）（21）其中 d 的距離左列到左極限任務(wù)的工作區(qū)。在實(shí)際應(yīng)用中,l1 應(yīng)該等于 l2 改善系統(tǒng)性能和剛度。因此（22）272 清華大學(xué)科學(xué)與技術(shù),2007 年 6 月,12(3):269 - 275圖 4 機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)因此,對(duì)于 l1=l2 當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)將從 Q1 到 Q4 點(diǎn)沿 x 軸、滑動(dòng)距離的滑塊在導(dǎo)軌應(yīng)數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)48(24)當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)從點(diǎn) Q4 到 Q3 傳播沿 y 方向,滑動(dòng)距離的滑塊(25) 因此,總旅程的滑塊(26)因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)基于任務(wù)的工作區(qū)不考慮靈巧和剛度的機(jī)械手,鏈接長(zhǎng)度不是最優(yōu)。最優(yōu)長(zhǎng)度的鏈4.2 全球,綜合指數(shù)條件數(shù)的雅可比行列式作為當(dāng)?shù)氐男阅苤笜?biāo)評(píng)估速度、精度和剛度映射特征變量之間的聯(lián)合和移動(dòng)平臺(tái)。這個(gè)條件數(shù) κ 被定義為(27)在 和 是最大和最小奇異值的導(dǎo)數(shù)與給定的姿勢(shì)有關(guān)。和 可以由求解特征方程I 代表一個(gè)單位矩陣的訂單 2。這里研究了并聯(lián)機(jī)械手,(28)在和因?yàn)?K 隨機(jī)制配置,一個(gè)總體的能指標(biāo)作為績(jī)效測(cè)量的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì),（29）注意,本身不能充分描述總體的整體運(yùn)動(dòng)學(xué)性能由于其無(wú)法描述之間的差異的 最大值與最小值。黃 et al[7]。提出了一種全局,綜合條件指數(shù)為目標(biāo)函數(shù)在運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。目標(biāo)函數(shù)可以表示為數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)49（30）在和 max(κ)和 min(κ)代表最大值與最小值的 K 在任務(wù)工作空間和 wη 代表重量放在的比率到。和 η 可以計(jì)算的數(shù)值（31）在 κ 的價(jià)值評(píng)估在節(jié)點(diǎn)(m,n)(m?1)×(n? 1)同樣網(wǎng)狀的 Wt。5、應(yīng)用程序5.1 XNZD2415混合機(jī)工具一個(gè)二自由度平面并聯(lián)機(jī)械手結(jié)合工作臺(tái)有一個(gè)平移自由度在 z 軸和一個(gè)銑頭和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度約 x 軸和 z 軸的創(chuàng)建一個(gè)五自由度混合串并聯(lián)機(jī)床(XNZD2415)。與雙軸銑頭,該工具可以獲得任何想要的取向在任務(wù)工作空間,它的高靈活性可以自由移動(dòng)的工作臺(tái)沿 z 軸,使機(jī)床制造長(zhǎng)的工件。任務(wù)的工作區(qū) Wt的并聯(lián)機(jī)械手設(shè)計(jì)為一個(gè)長(zhǎng)方形 b = 1600 毫米寬度和 h = 1000 毫米高。機(jī)械手也有 α max = 80,β min = 10,r = 75 毫米。奇點(diǎn)理論分析表明,并聯(lián)機(jī)械手的奇異性不能發(fā)生任務(wù)工作空間。最優(yōu)設(shè)計(jì)基于任務(wù)的工作區(qū)結(jié)果在 R = 1217.4 毫米。然后通過(guò)計(jì)算最小化目標(biāo)函數(shù) η 其他設(shè)計(jì)參數(shù)。圖 5 表明,η 有最小值 1.916 當(dāng) L1 = 2060 毫米為wη= 0.1?；?Eq。(26),它可以被獲得為 2345.2 毫米。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)50圖 5 為不同鏈接 η 最小化長(zhǎng)度條件數(shù)的雅可比行列式的并聯(lián)機(jī)械手在機(jī)床是圖 6 所示。條件數(shù)的分布是對(duì)稱(chēng)的 x 軸。良好的運(yùn)動(dòng)性能是通過(guò)平衡和 之間的矛盾。機(jī)床是由清華大學(xué)在中國(guó)軋機(jī)一系列葉片和導(dǎo)葉的水力透平發(fā)電機(jī)組并應(yīng)用在哈爾濱電機(jī)有限公司。原型圖 7 所示。圖 6 條件數(shù)的雅可比行列式的 XNZD2415 機(jī)床數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)51圖 7 XNZD2415 混合機(jī)工具5.2 XNZD2430 重型機(jī)床XNZD2415 之后成功的應(yīng)用在對(duì)各種加工任務(wù),哈爾濱電機(jī)有限公司需要一個(gè)混合機(jī)工具機(jī)非常大的葉片和導(dǎo)葉的水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。當(dāng)時(shí)另一個(gè)重型機(jī)床(XNZD2430)建基于二自由度并聯(lián)機(jī)械手。新的類(lèi)似于第一個(gè)機(jī)在結(jié)構(gòu)與一個(gè)更大的 XNZD2430 新工作區(qū)和一些其他的包括修改兩個(gè)額外的蓋表固定的列和一個(gè)輔助盤(pán)固定在頂部的銑頭。雙方的蓋表聯(lián)系輔助托盤(pán)覆蓋著薄銅板。輔助盤(pán)接觸兩個(gè)蓋板和幻燈片之間的銑頭動(dòng)作。因此,覆蓋表限制變形的銑頭和提高機(jī)床剛度正常的平面機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。四個(gè)括號(hào)也添加到新機(jī)床提高剛度。兩個(gè)額外的非旋轉(zhuǎn)銑頭被設(shè)計(jì)來(lái)取代二自由度銑頭,安裝在側(cè)面或底部的移動(dòng)平臺(tái)。這種重型機(jī)床是那么一個(gè)三自由度的機(jī)器可以機(jī)縱向或橫向。Wt 任務(wù)的工作區(qū)在新的并聯(lián)機(jī)械手別被設(shè)計(jì)為一個(gè)長(zhǎng)方形寬度 b = 3000毫米和高度 h = 1800 毫米與 αmax =,βmin =。這個(gè)機(jī)械手不能達(dá)到奇異 con形狀在任務(wù)的工作區(qū)。最優(yōu)設(shè)計(jì)基于任務(wù)的工作區(qū)結(jié)果在 R = 2342.5 毫米 η 有最小值 l1= 3550毫米,當(dāng) wη= 0.1。數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)52可以從 Eq 決定。(26)。主要設(shè)計(jì)參數(shù)表 1 中列出。表1的結(jié)果XNZD2430試機(jī)優(yōu)化工具ˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉ參數(shù) 數(shù)值ˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉl1 3550 mm l2 3550 mm r 550 mm 4010.7 mm η 1.99 ˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉκ 的分布為優(yōu)化設(shè)計(jì)顯示在圖 8。分布表明,條件數(shù)也是對(duì)稱(chēng)所以 x 軸和運(yùn)動(dòng)性能是最優(yōu)的。圖8條件數(shù)的雅可比行列式的XNZD2430機(jī)床數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)53機(jī)床的 XNZD2430 顯示在圖 9 是由清華大學(xué)正在很快的建造與機(jī)床的動(dòng)力學(xué)和控制胡軍(吳軍)et al:最優(yōu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的一個(gè)二自由度平面… 275的測(cè)試。圖9 XNZD2430機(jī)床的原型6 、結(jié)論數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)54運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)二自由度平面并聯(lián)機(jī)械手已被調(diào)查。調(diào)查顯示如下。(1) 兩列之間的距離通常是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)基于工作區(qū)。(2) 一個(gè)全球性的,綜合性能指標(biāo),包括均值和條件數(shù)的范圍的雅可比行列式在任務(wù)工作空間,可以用來(lái)有效地優(yōu)化運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。(3) 平面并聯(lián)機(jī)械手建立機(jī)床被成功用于機(jī)葉片和導(dǎo)葉的水力渦輪機(jī)。另一個(gè)重型機(jī)床基于并聯(lián)機(jī)械手被建立更大的加工任務(wù)。參考文獻(xiàn)[1] Beqon P, Pierrot F, Dauchez P. 模糊滑模控制的快速并行機(jī)器人。在:IEEE 機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議上,1995:1178 – 1183.[2] Ferraresi C, Pastorelli S, Sorli M, Zhmud N. 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為的高剛度 Stewart 平臺(tái)力/力矩傳感器。機(jī)器人系統(tǒng)雜志》,1995,12(12):883 – 893.[3] 吳 J,李 T M,唐 XQ:魯棒軌跡跟蹤控制的一個(gè)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。j .清華大學(xué)(Sci。&工藝。),2005 年,45(5):642 - 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