機(jī)電 產(chǎn)品 設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì) 名稱 焊接機(jī)器人工作站工作滑臺(tái)與絲杠傳動(dòng)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 人 陳治宇 學(xué) 號(hào) 201060507 班 級(jí) 機(jī)電 071 所 在 院 系 機(jī)械工程學(xué)院 完成日期 2011 年 1月 19日 1 目錄 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 . 3 1、課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的 . 3 2、課程設(shè)計(jì)題目及要求 . 3 3、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書、圖紙、實(shí)物樣品等要求 . 3 二、焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)滾珠絲杠選擇與設(shè)計(jì) . 5 1. 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)滾珠絲杠選擇 . 5 2絲杠選擇數(shù)值計(jì)算過(guò)程： . 7 三、機(jī)器人工作滑臺(tái)與滾動(dòng)導(dǎo)軌副選擇與設(shè)計(jì) . 15 . 15 . 15 . 15 . 16 . 17 . 18 四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 19 . 19 . 19 . 20 . 20 2 . 22 五、參考資料 . 23 3 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1、課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求 學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 對(duì)以下幾方面的能力進(jìn)行鍛煉和培養(yǎng)： 綜合運(yùn)用有關(guān)的理論知識(shí)，查閱相關(guān)資料 ,針對(duì)任務(wù)書指定的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以加深對(duì)相關(guān)理論的理解，提高綜合應(yīng)用知識(shí)以及查閱技術(shù)資料的能力，培養(yǎng)解決實(shí)際工程 問(wèn)題的能力 。 2、課程設(shè)計(jì)題目及要求 1、 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)絲 杠 選擇 與 設(shè)計(jì) 設(shè)有 一塞拉門框 焊接機(jī)器人工作站 ，見 塞拉門 框架機(jī)器人焊接工作站簡(jiǎn)圖（附后），由于塞拉門框較長(zhǎng)，故需將 焊接機(jī)器人 置于二維 工作滑臺(tái) 之 上，以加大 焊接機(jī)器人 的工作范圍，滿足塞拉門框 焊接 的需要。 滑臺(tái)總質(zhì)量 Q=2+中 507N， 滑臺(tái)質(zhì)量600N， 滑臺(tái)質(zhì)量 300N， 下 滑臺(tái)移動(dòng) 速度為 120mm/s, 下 滑臺(tái)移動(dòng)最大距離L=2507向移動(dòng)誤差小于等于 ± 用 壽命為 15000h， 試 選定絲桿傳動(dòng)形式，精度等級(jí)選擇，間隙調(diào)整與預(yù)緊方式選擇，止動(dòng)方式選擇，支撐方式設(shè)計(jì)選擇，潤(rùn)滑和密封的設(shè)計(jì)選擇， 計(jì)算 選擇絲杠型號(hào) ， 校核 系統(tǒng) 壓桿穩(wěn)定 性 。 2、 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái) 與滾動(dòng)導(dǎo)軌副 選擇 與 設(shè)計(jì) 機(jī)器人本體底面為矩形 350底座厚度為 60用的螺栓為10018 螺栓中心距 4 余同上。 3、按（ 1）中的焊接機(jī)器人工作站及所涉工況，試設(shè)計(jì)其 工作滑臺(tái) 總裝配圖， 簡(jiǎn)述其 設(shè)計(jì) 過(guò)程與計(jì)算 說(shuō)明 （選作）。 4、按（ 1）中的焊接機(jī)器人工作站及所涉工況，試設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。 1）步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算，確定 步進(jìn)電機(jī)的型號(hào) ； 2） 進(jìn)行控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)與方案論證。 注： 每位學(xué)生學(xué)號(hào)的末三位，請(qǐng)?jiān)谠O(shè)計(jì)時(shí)使用。 3、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作 量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書、圖紙、實(shí)物樣品等要求 1、 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)絲 杠 選擇 與 設(shè)計(jì) : 1）選擇、 設(shè)計(jì) 過(guò)程與計(jì)算 說(shuō)明 ； 2） 機(jī)器人工作滑臺(tái)絲桿副運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 （參見教材 ， 粘貼在計(jì)算 說(shuō)明 書 內(nèi) A，圖中標(biāo)出各構(gòu)件號(hào) 1、 2、 3. 3） 絲杠支承結(jié)構(gòu)圖 （參見教材 ， ，按裝配圖要求， 有明細(xì)表， 標(biāo)題欄有設(shè)計(jì)，校核，批閱 欄等 ，粘貼在計(jì)算 說(shuō)明 書內(nèi)。 2、 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái) 與滾動(dòng)導(dǎo)軌副 選擇 與 設(shè)計(jì) 1）選擇、 設(shè)計(jì) 過(guò)程與計(jì)算 說(shuō)明 ； 4 2） 機(jī)器人工作滑臺(tái)絲桿副運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 （參見教材 ， 粘貼在計(jì)算 說(shuō)明 書內(nèi) ，圖中標(biāo)出各構(gòu)件號(hào) 1、 2、 3. 3） 絲杠支承結(jié)構(gòu)圖 （參見教材 ， ，按裝配圖要求， 有明細(xì)表， 標(biāo)題欄有設(shè)計(jì)，校核，批閱 欄等 ，粘貼在計(jì)算 說(shuō)明 書內(nèi)。 3、按 題 1 中的焊接機(jī)器人工作站及所涉工況，試設(shè)計(jì)其 工作滑臺(tái) 總裝配圖（ 選作 ） 繪制 工作滑臺(tái) 總裝配圖（結(jié)合上述 2 裝配圖） ， 1 圖，按裝配圖要求，有明細(xì)表 ，標(biāo)題欄有設(shè)計(jì)，校核，批閱 欄等。 4、按 題 1 中的焊接機(jī)器人工作站及所涉工況，試設(shè)計(jì)其控制系 統(tǒng)。 1） 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ； 2）控制 程序編制與調(diào)試分析 。 5、應(yīng)提交的成果形式： 1） 機(jī)電 產(chǎn)品課程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 1 份 ,打印文擋（含目錄，所編程序附后，5千字）； 2）圖紙冊(cè) 1 份 ,打印文擋（含 圖 紙目錄， 2張 ）； 3）上述所有內(nèi)容的電子文擋（各班每人按 班級(jí)、姓名 為文件名刻錄 1 張光盤）。 5 二、焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)滾珠絲杠選擇與設(shè)計(jì) 1. 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)滾珠絲杠選擇 1） 絲杠傳動(dòng)形式選擇 絲杠螺母機(jī)構(gòu)又稱螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它主要用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有以傳遞能量為主的 （ 如螺旋壓力機(jī) 、千斤頂?shù)龋?，也有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的 （如工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠） ，還有調(diào)整零件之間相對(duì)位置的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等 （如螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)） 。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，制造成本底，具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大，傳動(dòng)效率底（ 30%。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小，傳動(dòng)效率高（ 92%其具有螺旋槽的絲桿與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件 滾珠。絲杠與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組合情況有四種基本形式：螺母固定絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)；絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng)；螺 母轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠移動(dòng)；絲杠固定螺母移動(dòng)并轉(zhuǎn)動(dòng)。 滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動(dòng)軸承對(duì)滑動(dòng)軸承所帶來(lái)得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機(jī)床。尤其是近年來(lái)，滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床直線驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，在機(jī)床行業(yè)得到廣泛運(yùn)用，極大的推動(dòng)了機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)良特性： 滾珠絲杠副發(fā)熱率低，溫升小以及 在加工過(guò)程中對(duì)絲杠采取預(yù)拉伸并預(yù) ； 緊消除軸向間隙等措施，使絲杠副具有高的定位精度和重復(fù)定位精度 ； 傳動(dòng)效率高、定位精度高、傳動(dòng)可逆性、使用壽命長(zhǎng)、同步性能好等優(yōu)點(diǎn) 。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求 所選傳動(dòng)形式為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)的滾珠絲杠。特點(diǎn)是需要限制螺母的傳動(dòng)，需要導(dǎo)向裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，絲桿剛性較好，適用于工作行程較大的場(chǎng)合。 2）滾珠循環(huán)方式的選擇 滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠表面保持接觸。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的 徑向尺寸也較小。其不足是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)反向時(shí)，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn)動(dòng)。 因?yàn)樵摻z杠用于焊接機(jī)器人工作站，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)較頻繁，負(fù)載不大 。 內(nèi)循環(huán)中的螺紋預(yù)緊螺母式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、容易制造，精度符合要求，所以選用此方式。 3）精度等級(jí)的選擇 根據(jù) 準(zhǔn)，對(duì)滾珠絲杠副的精度分成六個(gè)等級(jí)，即 C， D， E， F，G， 高精度為 C 級(jí)，最低精度為 H 級(jí)；而 1， 2， 3，4， 5， 7， 10 共七個(gè)等級(jí) ，最高為 1級(jí)，最低為 10 級(jí)。 6 <500 500 1000 10001500 15002000 20002500 25003000 30003500 35004000 40005000 50006000 12 3,4,5 7,10 16 1,2 3,4,5 7,10 20 1,2 3,4,5 7,10 25 1,2 3,4,5 7,10 32 1,2 3,4,5 7,10 40 1,2 3,4,5 7,10 50 1,2 3,4 5 7,10 63 1,2 3,4 5 7,10 80 1,2 3,4 5 7,10 100 1,2 3,4 5 7,10 由于是采用開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)，絲杠傳動(dòng)距離為 2734 ，由上表可得：根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求可選用 4 級(jí)。 4）間隙的調(diào)整與預(yù)緊方式選擇 滾珠絲杠副在負(fù)載時(shí)，其滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形。換向時(shí)，其軸向間隙會(huì)引起空回，這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，有五種調(diào)整預(yù)緊系統(tǒng)方法雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式，雙螺母螺紋預(yù)緊式，雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式，彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式，單螺母變位導(dǎo) 程自頂緊式和單螺母滾珠過(guò)盈預(yù)緊式。雙螺母 螺紋調(diào)整預(yù)緊式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛度高、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便。 考慮到本次設(shè)計(jì)精度要求不高，可以盡量選擇較簡(jiǎn)單的預(yù)緊形式，故本設(shè)計(jì)采用雙螺母螺紋預(yù)緊式 。 5）支撐方式選擇 絲杠的軸承組合及軸承座以及其它剛性零件的連接不足，將嚴(yán)重軸承絲杠副的傳動(dòng)精度和剛度。為了提高軸向剛度，常用以 推力 軸承 為主的軸承組合來(lái)支承絲杠，當(dāng)軸向載荷較小時(shí)，也可用角接觸球軸承來(lái)支承絲杠。支承方式有單推 單推式，雙推 推 簡(jiǎn)支式，雙推 下圖： 單 推 - 單 推雙 推 - 雙 推雙 推 - 簡(jiǎn) 支雙 推 - 自 由其中雙推 簡(jiǎn)支式兩端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，試用于中速傳動(dòng)精度較高的長(zhǎng)絲 杠傳動(dòng)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)中滑臺(tái)距離較長(zhǎng)，即絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)較長(zhǎng)， 故選擇這種傳動(dòng)方式 。 因軸向載荷較小，選擇角軸承作為雙推支點(diǎn)，簡(jiǎn)支端7 為深溝球軸承 。 因轉(zhuǎn)速不高，軸承采用脂潤(rùn)滑。 6）止動(dòng)方式的選擇 因滾珠絲杠傳動(dòng)效率高，無(wú)自鎖作用，故 在垂直安裝狀態(tài)，必須設(shè)置防止因驅(qū)動(dòng)力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃?dòng)的自鎖、制動(dòng)或重力平衡裝置。常用的制動(dòng)裝置有體積小、重量輕、易于安裝的超越離合器。本運(yùn)動(dòng)無(wú)垂直運(yùn)動(dòng)，無(wú)需制動(dòng)裝置。 7）潤(rùn)滑和密封方式的設(shè)計(jì)選擇 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護(hù)套密封來(lái)防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副，使用潤(rùn)滑劑來(lái)提高其耐磨性及傳動(dòng)效率，從而維護(hù)其傳動(dòng)精度、延長(zhǎng)其使用壽命。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，將其裝在滾珠螺母的的兩端即可。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成，因此有接觸壓力并產(chǎn)生一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。 為使?jié)L珠絲 杠副能充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式主要有以下兩種： （ 1） 脂潤(rùn)滑 ： 潤(rùn)滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的 1/3， 部分 滾珠絲杠副出廠時(shí)在螺母內(nèi)部已加注 #鋰基潤(rùn)滑脂； （ 2） 油潤(rùn)滑 ： 潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)如表 16所示，但是隨行程、潤(rùn)滑油的種類、使用條件（熱抑制量）等的不同而有所變化。請(qǐng)注意使用。 在這里選用潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)（間隔 3分鐘） 軸 頸 (給油量 (4 8 0 14 5 18 0 25 8 32 6 40 5 50 5 63 0 100 00 160 絲杠選擇數(shù)值計(jì)算過(guò)程： （ 1）上滑臺(tái)絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 焊接機(jī)器 人質(zhì) 量 5071 ， 上 滑臺(tái)質(zhì) 量 003 ，最快 速度120m ，滑臺(tái)移動(dòng)最大距離 2507 ，使用壽命 5000 ， 絲杠副的工作載荷： 8 0 73001 5 0 731 （ 1） 絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算： 滾動(dòng)絲杠摩擦系數(shù)： 009.0f 滾動(dòng)絲杠摩擦力： 1 5 0 7 8 設(shè)：讓滑臺(tái)在 內(nèi)加速到 m/s 由 0即 a 2/2.1 牽引力： 總工作負(fù)載： 設(shè)傳動(dòng)效率： %92 m 8/ 軸向載荷計(jì)算公式： 式中 下表查得，取 荷性質(zhì) 無(wú)沖擊平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng) 一般運(yùn)動(dòng) 有沖擊和振動(dòng)運(yùn) 轉(zhuǎn) 1K 下表查得，取 道實(shí)際硬度 58 55 50 45 40 K 下表查得，取 度系數(shù) C、 D E、 F G H 得載荷 （ 2 ）根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷初選導(dǎo)程 ，可得m i n/1 4 4 060*5/1 2 0/ m 9 （ 3）根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷擇絲杠副尺寸 ，由aC 啟東市華森公司絲杠標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè) 得如下規(guī)格： 考慮各種因素，初選 3 內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 ，其中： NC a 13000 NC 0600 公稱直徑： 0導(dǎo)程： 0 螺旋角： 162)40/(5a rc t a n ( 滾珠直徑： 數(shù)×列數(shù)： 1× 3 螺紋滾道半徑： R =偏心距： e = )=()=絲杠底徑： 1d =e = 40+2× （ 4）穩(wěn)定性驗(yàn)算： 假設(shè)為雙推 因?yàn)榻z杠較長(zhǎng)，所以用壓桿穩(wěn)定來(lái)求臨界載荷 22 式中 E 于鋼 E =206 杠危險(xiǎn)截面的軸慣性轉(zhuǎn)矩，44d = 464 100 8 6 3 6 4 6.0 m； 端用鉸接時(shí)， =2/3； 取絲杠長(zhǎng)： l =所以 22 = =410 N 故 S=考下表 )，絲杠是安全的不會(huì)失穩(wěn)。 10 臨界轉(zhuǎn)速速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲桿的最高轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算： 910 2129910× 1719.8 r 440 r ，所以不會(huì)發(fā)生共振。 支撐方式 有關(guān)系數(shù) 雙推 自由 F O 雙推 簡(jiǎn)支 F S 雙推 雙推 F F 穩(wěn)定系數(shù) S 3 4 長(zhǎng)度系數(shù) 2 2/3 5）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T(同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量 20 式中 A= 2214 慣性矩，)(32 441 G 于鋼 G = T )ta n (2 mm 中 為摩擦角， ，即 048 )ta n (2 mm 240 × )048162ta n (10 3 最不利的情況，即取則 11 412221201642 )05(9223293 m 絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差 L 應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的 1/2，即 L 該絲杠的導(dǎo)程誤差 L 滿足上式要求，所以器剛度可滿足要求。 （ 6）效率驗(yàn)算：滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 為 = 48162t a n ( )162t a n (t a n t a n p 要求在 90%95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證， 項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，可以選用。 （ 2）下滑臺(tái)絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 焊接機(jī)器人質(zhì)量 5071 ， 上滑臺(tái)質(zhì)量 003 ，下 滑臺(tái)質(zhì)量002 ，最快速度 120m ，滑臺(tái)移動(dòng)最大距離 2507 ，軸向移動(dòng)誤差小于等于 ，使用壽命 5000 ， 絲杠副的工作載荷： 4 0 73006001 5 0 7321 （ 1） 絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算： 滾動(dòng)絲杠摩擦系數(shù)： 009.0f 滾動(dòng)絲杠摩擦力： 0 7 設(shè)：讓滑臺(tái)在 內(nèi)加速到 m/s 由 0即 a 2/2.1 牽引力： 0 7 12 總工作負(fù)載： 9 46 6 設(shè)傳動(dòng)效率： %92 m 軸向載荷計(jì)算公式： 按 上 表查得，取K=K=得載荷 0 89 1 （ 2 ）根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷初選導(dǎo)程 ，可得440 rn m （ 3） 根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷擇絲杠副尺寸，由aC 啟東市華森公司絲杠標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè) 得如下規(guī)格： 考慮各種因素，初選 3 內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 ，其中： NC a 13000 NC 0600 公稱直徑： 0導(dǎo)程： 0 螺旋角： 162)40/(5a rc t a n ( 滾珠直徑： 紋滾道半徑： R =偏心距： e = )=()=絲杠底徑： 1d =e = 40+2× （ 4）穩(wěn)定性驗(yàn)算： 假設(shè)為雙推 因?yàn)榻z杠較長(zhǎng)，所以用壓桿穩(wěn)定來(lái)求臨界載荷 22 式中 E 于鋼 E =206 杠危險(xiǎn)截面的軸慣性轉(zhuǎn)矩，44d = 464 100 8 6 3 6 4 6.0 m； ，兩端用鉸接時(shí)， =2/3； 取絲杠長(zhǎng)： l =所以 22 = =410 N 故 S=考 上 表 )，絲杠是安全的不會(huì)失穩(wěn)。 臨界轉(zhuǎn)速速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲桿的最高轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算： 910 2129910× 1719.8 r 440 r ，所以不會(huì)發(fā)生共振。 （ 5）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T(同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量 20 式中 A= 2214 J= )(32 441 G 于鋼 G = T )ta n (2 mm 中 為摩擦角，這里取14 ，即 048 )ta n (2 mm 240 × )048162ta n (10 3 最不利的情況，即取則 412221201642 )05(9223293 m 絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差 L 應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的 1/2，即 L 該絲杠的導(dǎo)程誤差 L 滿足上式要求，所以器剛度可滿足要求。 （ 6）效率驗(yàn)算：滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 為 = 48162t a n ( )162t a n (t a n t a n p 要求在 90%95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證， 005項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，可以選用。15 三、機(jī)器人工作滑臺(tái)與滾動(dòng)導(dǎo)軌副選擇與設(shè)計(jì) 1）特點(diǎn)： （ 1）摩擦系數(shù)小，運(yùn)動(dòng)靈活； （ 2）動(dòng)靜摩擦系數(shù)相同，因而啟動(dòng)阻力小，不易產(chǎn)生爬行； （ 3）可以預(yù)緊，剛度高； （ 4）壽命長(zhǎng)； （ 5）精度高； （ 6）潤(rùn)滑方便，可以采用脂潤(rùn)滑 ，一次裝填，長(zhǎng)期使用 ； （ 7）由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購(gòu)選用。 2）基本要求：（ 1）導(dǎo)向精度；（ 2）耐磨性；（ 3）剛度；（ 4）工藝性 由于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有垂直向上、向下和左右水平四方向額定載荷相等（見圖） ,且額定載荷大，剛性好，剛度高，三個(gè)方向抗顛覆力矩能力大，適用于各種載荷機(jī)床。本次設(shè)計(jì)選用此型號(hào)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。 2滾動(dòng)導(dǎo)軌副的分類 直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的滾動(dòng)體有循環(huán)和不循環(huán)兩種類型。這兩種類型又將導(dǎo)軌副分成多種形式。 按照滾動(dòng)體不循環(huán)的有滾珠導(dǎo)軌副，滾針導(dǎo)軌副，圓柱滾子導(dǎo)軌副等；滾動(dòng)體循環(huán)的有筏子導(dǎo)軌塊，滾動(dòng)花鍵副，直線運(yùn)動(dòng)球軸承及其支承，滾珠導(dǎo)軌塊。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分，主要功用是導(dǎo)向和承載。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支承件上。每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件上，如移動(dòng)件較長(zhǎng)，也可在一根導(dǎo)軌條上裝 3 個(gè)或 3個(gè)以上滑塊。如移動(dòng)件較寬，也可以用3根或 3 根以上的導(dǎo)軌條。如果 移動(dòng)件的剛度較高，則少裝為好。 在兩條導(dǎo)軌條中，一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，上面有基準(zhǔn)面，滑塊上有基準(zhǔn)面；另一條為從動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌材料選擇低合金鑄鐵。 16 （ 1）上滑臺(tái)滾動(dòng)導(dǎo)軌副計(jì)算 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與滾動(dòng)軸承相仿，以在一定的載荷下行走一定的距離， 90%的支承不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)。這個(gè)載荷稱為滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷從產(chǎn)品樣本中查到。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的主要參數(shù)，其中這個(gè)行走距離稱為滾動(dòng)導(dǎo)軌的距離額定壽命，它可以根據(jù)滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 滾動(dòng)體為球時(shí) 3)(50f 式中： L 為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（ N），初選滾動(dòng)導(dǎo)軌型號(hào)后，可以從樣本中查出 初選導(dǎo)軌為 南京工藝裝備制造 的 導(dǎo)軌。額定動(dòng)載荷定靜載荷軌參數(shù)如工程圖。 F 為每個(gè)滑塊上的工作載荷（ N）； F= = f 為硬度系數(shù)，由下表查得：取 軌面硬度 8 64 55 50 硬度系數(shù) f 為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò) 100時(shí)， 1；由下表查得 工作溫度（） 100 100 150 150 200 200 250 溫度系數(shù) 每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù)決定，下表查得 每根導(dǎo)軌滑塊數(shù) 二個(gè) 三個(gè) 四個(gè) 五個(gè) 接觸系數(shù) 速度系數(shù)，由下表查得，取擊、速度情況 無(wú)沖擊振動(dòng) 5 輕沖擊振動(dòng) m 0m 5 有沖擊振動(dòng) m/60 17 載荷 /速度系數(shù)2 算可得 : 7 5 7 7) 7 0 0(50)(50 33 如果把距離額定壽命 L 換算為小時(shí)額定壽命 )( )( 4 8 6 9 09 7 5 7 7602 1033 式中 S 為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度（ m）； n 為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（ 為安全起見，取 5.0n ，可得 5000h ，滿足設(shè)計(jì)要求，初選的導(dǎo)軌可用。 （ 2）下滑臺(tái)滾動(dòng)導(dǎo)軌副計(jì)算 初選導(dǎo)軌為 南京工藝裝備制造 廠 的 定動(dòng)載荷軌參數(shù)如工程 圖。 F 為每個(gè)滑塊上的工作載荷（ N）； F= 4 = （ 1）的表格，取 1，f=算可得 : 3 9 2 8) 7 0 0(50)(50 33 如果把距離額定壽命 L 換算為小時(shí)額定壽命 )(則 )( 5 9 0 7 02 3 9 2 8602 1033 式中 S 為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度（ m）； n 為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（ 為安全起見，取 5.0n ，可得 5000h ，滿足設(shè)計(jì)要求，初選的導(dǎo)軌可用。 要注意工作環(huán)境與裝配過(guò)程中的清潔，不能有鐵屑、雜質(zhì)、灰塵等粘附在導(dǎo)軌副上。若工作環(huán)境有粉塵時(shí)，除利用導(dǎo)軌的密封外，還應(yīng)考慮增加防塵裝置。如下圖所示。 潤(rùn)滑的主要目的是減小磨擦和磨損以防止過(guò)熱，破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)功能。當(dāng)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的運(yùn)行速度為高速時(shí)（ V 15m/,推薦使用 滑油（ ,40時(shí) 相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的 20 號(hào)機(jī)械油，定期潤(rùn)滑或接油管強(qiáng)制潤(rùn) 滑（如下圖所示）。低速時(shí)（ V<15m/薦使用18 鋰基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。本次設(shè)計(jì)的最高時(shí)速為 2m/以選用脂潤(rùn)滑。 6滾動(dòng)導(dǎo)軌裝配圖 19 四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1負(fù)載等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 （ 1）工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到滾珠絲桿軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 222220 )2( 滾軸絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算（絲杠材料選用鋼材） ).(10*2700*40*(10* （ 2） 折算到電機(jī)上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (電機(jī)與絲杠直聯(lián) ) J = kg 2步進(jìn)電機(jī)的選擇 （ 1）初步選擇混合式步進(jìn)電機(jī)（ 列）四相八拍，步距角為 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 取安全系數(shù) K= 則 電 機(jī) 所 需 輸 出 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量1 . 3 7 . 4 7 9 . 7 1 2kg 初選電機(jī)型號(hào)： 110術(shù)參數(shù)：步距角為 相八拍，轉(zhuǎn)矩 13，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg 電機(jī)傳動(dòng)比公式： 已知所選，電機(jī)直聯(lián) , 0 =得脈沖當(dāng)量： 脈沖/01.0 誤差 可選此電機(jī)。 電機(jī)步矩角運(yùn)算公式： 6060360 000 03600 0 . 7 5 53 6 0 3 6 0 1 i 20 （ 2）電機(jī)轉(zhuǎn)矩驗(yàn)算 查表得， 齒輪傳動(dòng)效率： ,絲杠傳動(dòng)效率 總的傳動(dòng)效率： 傳遞 功率 ： 334× 7W 電機(jī)所需功率： 7 電機(jī) 轉(zhuǎn)矩 ： 132400108495509550 3電機(jī)電機(jī)3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源有密切關(guān)系 ,驅(qū)動(dòng)電源由脈沖分配器、功率放大器等組成。驅(qū)動(dòng)電源是將變頻信號(hào)源送來(lái)的脈沖信號(hào)及方向信號(hào)按要求的配電方式自動(dòng)地循環(huán)供給電動(dòng)機(jī)各相繞組，以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。變頻信號(hào)源是可提供從幾赫茲到幾萬(wàn)赫茲的頻率信號(hào)連續(xù)可調(diào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器。連續(xù)可調(diào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器。 4程序的編制 （ 1）四相八拍分配狀態(tài) 轉(zhuǎn)向 1通電 C B A 代碼 轉(zhuǎn)向 正 A 0 0 0 0 1 01H 反 0 0 1 1 03H B 2 0 0 1 0 02H 0 1 1 0 06H C 4 0 1 0 0 04H 1 1 0 0 0 6 1 0 0 0 08H 1 0 0 1 09H A 8 0 0 0 1 01H （ 1） 該電動(dòng)機(jī)是四相八拍，控制精度 。 所以轉(zhuǎn)動(dòng) 一圈移動(dòng) 因?yàn)榛_(tái)最大移動(dòng)距離 2516所以移動(dòng)到另一端轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為 31325 圈。 157× 200=31400 可賦值 57=0900=01 運(yùn)行速度 v=2m/制精度 可得延時(shí)時(shí)間 t=83慮到程序運(yùn)行時(shí)間，可用指令延時(shí) 66寄存器 值 #23H （ 3）程序 000H 000H 3,#08H 1， #86H 2， #0（賦步數(shù)值） # ， A+查表 1） 1,A 0,#23H （賦延時(shí)） 0， （正轉(zhuǎn)指向下一步） 3， 2， 1， 1， #86H 2， #0 # ， A+（查表 2） 1， A 0， #23H 0， （反轉(zhuǎn)） 3， 2， 1， 1H， 03H， 02H， 06H， 04H， 008H, 09H 9H， 08H， 004H， 06H， 02H, 03H, 01H 22 驅(qū)動(dòng)器 051 相 B 相 C 相 D 相 23 五、 參考資料 1張建民。 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京：高等教育出版社， 2004 2王信義 . 機(jī)電一體化 技術(shù)手冊(cè) . 第二版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000 3徐泳龍 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004 4焦振學(xué) 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2004 5 徐灝 第二版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000 6馬秋成 韓利芬 羅益寧 謝瑛 . . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 7鐘建琳 . 數(shù)控加工實(shí)用教程 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 8徐錦康 呂慧瑛 劉極峰 . 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1996 9馬秋成 韓利芬 羅益寧 謝瑛 . . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 10程周 . 電機(jī)拖動(dòng)與電控技術(shù) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 11 朱思洪 主編 ， 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2004 年 12 張君安 器工業(yè)出版社， 1997 年 13 邱士安主編 術(shù) . 西安電子科技大學(xué)出 版社， 2004 14 朱喜林、張代治主編 礎(chǔ) . 科學(xué)出版社 . 2004 年 15 趙松年 , 李恩光 , 裴仁清主編 機(jī)械工業(yè)出版社，2004