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西南交通大學(xué)太湖學(xué)院
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文) 說 明 書
第一章 引 言
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。
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。
在國外，目前主要是搞第一類通用機(jī)械手，國外稱為機(jī)器人。本課題所做的機(jī)械手是屬于第三類機(jī)械手。
1、簡(jiǎn)史
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(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)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。
1962年美國機(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，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。
1978年美國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)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(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)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。
前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國產(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、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。
第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(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)。
2、 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。化工等連續(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。
3、 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?，隨著傳感技術(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)。
1.2 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1.2-1所示 )
圖1.2-1
（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(rùn)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。
1.3 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)。
第二章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成
2.1 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
2.2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
2.3 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。
2.4 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(zhǎng) 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度、高精度，具有較長(zhǎng)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(rùn)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)： Tr40×7
2.4.1 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)。
2.4.2 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。
第三章 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(zhǎng)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。
3.1 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。
3.2 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。
3.3 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）。
3.4 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(rùn)滑作用，使用壽命長(zhǎng)。
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)。
第四章 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1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。
4.1.1 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(zhǎng)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)。
4.1.2 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(zhǎng)，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(rùn)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)。
4.1.3 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(rùn)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。
4.1.4 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)。
第五章 機(jī)械傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1 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5.1-1所示
圖5.1-1
5.2 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(rùn)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。
5.3 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(zhǎng)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。
5.4 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)。
5.4.1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 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/60×1000
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=60×1000V/d =60×1000×1.25/3.14×130=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=9.55×P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×=9.55××P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=1.5×184=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=9.55×P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×=9.31××276/9.55×=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=0.98×0.99×0.99=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
5.4.2 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=Pm·K。
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。—載荷修正系數(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=1.8×0.26=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(zhǎng)
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=Z1·ⅰ=1.5×22=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 。?=Pb·Z1/
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=12.7×22/3.14=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(zhǎng) 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(129.36－88.94/2×420)=3
所以a=420mm =3
所以Lp=2×420×COS3＋(129.36＋88.94)/2＋×3（129.36-88.94）/180
=839＋343＋2
=1184mm
節(jié)線長(zhǎng) 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(zhǎng)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(21×102-22-32)=238.125
M=238.125mm
因?yàn)? a=M+
≈238.125＋=476mm
a=476mm
所以節(jié)線長(zhǎng)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/k2·P。）
bs?！獦?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(0.5/1×2.7)=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=K2·Kw·P。
K2—嚙合齒數(shù)系數(shù) k2=1
Kw—帶寬系數(shù) kw=0.29
P。—基準(zhǔn)額定功率 P。=2.7kw
所以計(jì)算得P=0.29×2.7=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= Pb·Z1n1/60×1000
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=12.7×22×276/60×1000=1.3m/s
工作能力驗(yàn)算
因?yàn)镻=(K2·kw·Ta-bs·m·v/bs。)V×10
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(zhǎng)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)×2100.85-25.4×0.448×1.3/76.2〕×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(zhǎng)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
第六章 零件加工編程
6．1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(zhǎng)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。
6．2程序編制
圖見附表二
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
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。
總結(jié)與展望
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)。由于此次設(shè)計(jì)是次創(chuàng)新設(shè)計(jì)，為了設(shè)計(jì)的行走小車具有合理的結(jié)構(gòu)和更高的性能，我們不斷學(xué)習(xí)和修改。自學(xué)了許多相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，求教了多位專業(yè)老師，上網(wǎng)或查閱大量相關(guān)資料。
畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我們?cè)讵?dú)立完成的同時(shí)也進(jìn)一步加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，并取得了一定的成績(jī)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我相信在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中，一定可以好好的解決問題，提高自己的能力，較快地適應(yīng)工作和社會(huì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。
設(shè)計(jì)小結(jié)
在本設(shè)計(jì)的開題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個(gè)過程中，我學(xué)到許多新知識(shí)，但是也發(fā)現(xiàn)了不少存在的問題。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，能否看懂圖紙是關(guān)鍵，要了解圖紙上所標(biāo)注的是何含義，有何作用。
在這次編制工藝過程中，也犯了不少原本可以避免的錯(cuò)誤，但在老師的精心指導(dǎo)下，逐漸糾正了這些錯(cuò)誤，也說明了繪圖時(shí)規(guī)范性。編制工序?qū)ξ襾碚f，還處于理論方面的知識(shí)，在實(shí)踐中還是有所欠缺的。當(dāng)拿到一張零件圖紙后，卻不知該從何下手了。如何定基準(zhǔn)。加工的工藝路線也前后矛盾。加工時(shí)所用的刀具，測(cè)量時(shí)所需測(cè)量工具等等。都不清楚，使我感到十分困惑。但是在學(xué)校技工培訓(xùn)和在威浮有限公司實(shí)習(xí)期間已對(duì)各個(gè)方面都有了一定的認(rèn)識(shí)。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)校的最后一次課。它將我們平時(shí)所學(xué)相互