卧式加工中心机械手升降机构设计【开题报告-3A0】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共29页)
编号：19948686
类型：共享资源
大小：1.74MB
格式：ZIP
上传时间：2019-06-15
上传人：小***
认证信息
个人认证
林**（实名认证）
福建
IP属地：福建
150
积分
- 关 键 词：
-
开题报告-3A0
设计【开题报告
】【3A0】
设计【机械设计
开题报告3A0】
- 资源描述：
-
卧式加工中心机械手升降机构设计【开题报告-3A0】,开题报告-3A0,设计【开题报告,】【3A0】,设计【机械设计,开题报告3A0】
- 内容简介：
-
一 设计题目卧式加工中心的机械手升降机构二 课题研究的目的和意义机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。例如：(1) 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。(2) 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。(3) 可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4) 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。(5) 宇宙及海洋的开发。(6) 军事工程及生物医学方面的研究和试验。三 国内外现状和发展趋势毋庸置疑，未来的机器人将会朝着三个方面发展：1、与人类社会的生活更为密切地结合起来，以为人做出更多的服务作为要素 二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2004年已猛增10倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车，等等，实在无法一一计数或做出预计2、仿生性，生物性的大趋向 以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如*三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺，重25公斤，是一只不小的巨鱼，能自动畅游于水中，可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛的情况，监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影侏罗纪公园的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。3、最重要的发展是人性化今年三月至九月于*爱知举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将之称作“机器人万国博览会”，从中亦可看出*的这一产业优势及成果。在展场中，接待处、大会清扫工作、警备工作等，多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动，其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演，譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言，而且说话时眼、嘴皆会动，面部肌肉也有活动。大阪大学工学院在人工智能机器人的开发方面有不俗的成绩，石黑浩教授制作“Actroid Repliee”，以“电视台新闻播音员”的外貌现世，其手、头和上身皆可自如活动，外形逼真，惟妙惟肖。还有造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪5”，它内置整个高尔夫球场的3D地形和球会会员的资料，并设置有全球卫星定位系统，能作360度自如旋转，它的系统将愈加精密，并更具人性化，科学家预计在2020年完成其全部制作时，它可充当球僮并可从旁给予击球建议。此外，尚有具“视觉”、“味蕾”的机器人，它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上做出判定，譬如将一只苹果摆在其手臂前，可以打印出该只苹果的糖份、维生素含量等。最引人注目的是机器人管乐队的演奏，以机器人演奏真正的乐器，而且队形不断变换，演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤，可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应，甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定，这对仿造机器人的生命性又是一大进步。凡此种种，不一而足。四 技术指标及规格参数技术指标： 升降机构要求定位准确，定位精度达到0.1mm。抓重: 10公斤 机械手重: 40公斤自由度数: 四个坐标型式: 圆柱坐标手架运动参数:拔,插刀行程(滑座伸缩Z): 155mm(MAX为180mm)升降行程(找刀排Y): 3420mm(垂直方向距离为420mm,共四排)回转角度(): 180度装，卸刀手手臂伸缩行程（X）：195mm换刀时间：T1=3S， 刀具的伸降时间：T2=6S手指夹持刀柄直径：100mm五 总体方案拟订位置检测与定位方案：手架升降运动采用无触点行程开关进行位置检测，并控制三位四通阀适时“关闭”来定位。缓冲方式：手架伸降运动采用无触点行程开关发信，切断油路减速缓冲。六 进度安排3月264月6： 调研，查资料，完成文献翻译和开题报告。4月94月20：完成总体方案设计。4月235月11：升降机构设计及计算。5月146月1：升降机构部件设计。6月46月22：完成所有零件图。6月256月29:撰写设计说明书。7月27月6:评审,答辩。七 参考资料1 金属切削机床与数控机床 张俊生主编 1994年8月第一版2 数控机床的结构与传动 北京航空学院机械加工教研室编 1997年9月第一版3 数字控制技术与数控机床 扬有君主编 1999年10月4 实用数控机床技术手册 1993年8月第一版5 现代数控机床结构设计 王爱玲主编 1999年9月6 现代数控机床 毕承恩 丁乃建等 1991年12月第一版7 试谈数控机床加工中心的结构设计 机械制造出版社 1994年1月8 机电一体化系统设计 张建明等编著 高等教育出版社 2001年8月第二版9 http: /(中国期刊网)10 http: /共 4 页 第 4 页卧式加工中心的机械手升降机构摘要卧式加工中心的机械手升降机构是由油马达、滚珠丝杠、螺旋副间隙调整垫、导向柱、减速齿轮和无触点行程开关等组成。当接受使手架上升或下降指令后，压力油进到油马达中，油马达带动滚珠丝杠转动，使手架带着装、卸刀手升降。因刀库有四排刀排，手架可上下移动3420毫米的距离。当手架上下运动接近所选刀排位置时，其上的悬臂感应块使安装在刀排相应位置的无触点行程开关发信，控制手架升降油路的调速阀作用使手架减速，当到达所选刀排要求准确位置时，装在减速齿轮上的感应块使无触点行程开关（12XK或20XK）发信，切断手架升降油路，有马达停止转动，手架即停在所规定的位置上。关键词滚珠丝杠 无触点行程开关 调速阀The manipulator elevator of horizontal machining center GouAbstract It is to form by deceleration ball screw ,gear and without contact route switch etc. that the manipulator litre of horizontal machining center reduces sport. After accepting to make hand frame go up or drop to instruct, pressure oil is entered into oil motor, oil motor drive ball thread shaft turn , make hand frame take dressing , unload knife hand litre to fall. Since knife storehouse has 4 rows of knife row, hand frame can be about to move the distance of the millimeter of 3420. When the next sport on hand frame is near to choose knife row location it on cantilever induction piece make installation in knife row corresponding location do not have contact route switch post a letter , control hand litre reduces the valve role of speed adjustment of oil path to make hand frame slow down , when reaching the knife row chosen to ask accurate location, the induction piece that packs on deceleration gear makes doing not have contact route switch ( 12 XK or 20 XK ) post a letter , cuts off hand litre to reduce oil path, motor stops turning , hand frame stops , is on the location stipulated.Keywords ball screw without contact route switch valve role of speed 目录前 言1第1章 概述21.1 本课题的意义21.2 国内外现状和发展趋势21.3 机器人的分类31.4 工业机器人的结构分析7第2章 总体方案设计92.1 本次设计的目的92.2 加工中心的分类92.3 加工中心刀库形式92.4 参数及要求102.5 机械手升降机构设计原则112.6 机械手升降机构的设计方法和步骤12第3章 手架的升降运动的设计183.1 电器的选择183.2 传动齿轮的设计计算183.3 丝杠螺母机构的设计计算20第4章 升降机构内各选用件的校核计算254.1 键强度校核254.2 导向柱的作用26结 论27致 谢28参考文献29 i 前 言随着现代科技的发展，机器人技术已广泛应用于人类生活的各种领域，近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。因此，一些发达国家不惜投入巨资进行研究开发。日、美、英等国都在研制机器人方面做了大量的工作，并已取得突破性的进展。1997年，日本本田公司率先研制出第一台拟人步行机器人样机，美国麻省理工学院研制出了拟人机器人科戈（COG），德国和澳洲共同研制出了装有52个汽缸，身高2米、体重150公斤的大型机器人。今年11月，日本科学技术振兴事业团宣布，已开发成功可模仿1岁婴儿行走的机器人“皮诺”。它全身有26个关节，脚心装有一个传感器，可测量重心；眼睛可分辨红、蓝、黄等颜色，可自测距离；能挥手，并能缓缓行走。我国也在这方面作了很多工作，国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了双足步行机器人，北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学研制出了多指灵巧手等。我的毕业设计选择的题目是“卧式加工中心的机械手升降机构”，此课题主要要求机械手实现上下升降运动，从而在主轴和刀架之间实现刀具的交换。由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。第1章 概述1.1 本课题的意义机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。例如：(1) 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。(2) 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。(3) 可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4) 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。(5) 宇宙及海洋的开发。(6) 军事工程及生物医学方面的研究和试验。1.2 国内外现状和发展趋势毋庸置疑，未来的机器人将会朝着三个方面发展： 1、与人类社会的生活更为密切地结合起来，以为人做出更多的服务作为要素 二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2004年已猛增10倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车，等等，实在无法一一计数或做出预计。 2、仿生性，生物性的大趋向 以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如*三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺，重25公斤，是一只不小的巨鱼，能自动畅游于水中，可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛的情况，监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影侏罗纪公园的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。 3、最重要的发展是人性化 今年三月至九月于*爱知举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将之称作“机器人万国博览会”，从中亦可看出*的这一产业优势及成果。在展场中，接待处、大会清扫工作、警备工作等，多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动，其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演，譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言，而且说话时眼、嘴皆会动，面部肌肉也有活动。大阪大学工学院在人工智能机器人的开发方面有不俗的成绩，石黑浩教授制作“Actroid Repliee”，以“电视台新闻播音员”的外貌现世，其手、头和上身皆可自如活动，外形逼真，惟妙惟肖。还有造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪5”，它内置整个高尔夫球场的3D地形和球会会员的资料，并设置有全球卫星定位系统，能作360度自如旋转，它的系统将愈加精密，并更具人性化，科学家预计在2020年完成其全部制作时，它可充当球童并可从旁给予击球建议。此外，尚有具“视觉”、“味蕾”的机器人，它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上做出判定，譬如将一只苹果摆在其手臂前，可以打印出该只苹果的糖份、维生素含量等。最引人注目的是机器人管乐队的演奏，以机器人演奏真正的乐器，而且队形不断变换，演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤，可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应，甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定，这对仿造机器人的生命性又是一大进步。凡此种种，不一而足。1.3 机器人的分类目前工业机器人的分类还没有统一的分类标准，根据不同的要求可进行不同的分类。按驱动方式分：按驱动装置的动力源，机器人可分为：（1） 液动式 液压驱动机器人通常由液动机（各种汽缸，油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，由驱动机器人的执行机构进行工作。通常它具有很大的抓举能力（高达几百公斤以上），其特点是结构紧凑，动作平稳，耐冲击、耐振动、防爆性好，但液压元件要求较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。（2） 气动式 其驱动系统通常由汽缸、气阀、气罐和空气压缩机组成，其特点是气源方便，动作迅速，结构简单，造价较低、维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。（3） 电动式 电力驱动式目前机器人使用的最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动能力较达（关节型的持重已达400kg），信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机以及交流伺服电机（其中直流伺服电机AC为目前主要的驱动形式）。由于电机速度高，通常须采用减速机构（如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺杆传动和多杆机构等）。目前，有些机器人已经开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机的进行直接驱动的（DD），这既可以是机构简化，又可提高控制精度。其他还有采用混合驱动的，即液-气或电-液混合驱动。按用途分： 按用途分类又以下几种：（1） 搬运机器人 这种机器人用途很广泛，一般只需要点位控制。即被搬运零件无严格运动轨迹要求，只要求始点和终点的位姿准确。如机床上用的上下料机器人，工件堆垛机器人以及彩管搬运机器人等。（2） 喷涂机器人 这种机器人用于喷漆生产线上，重复位姿精度要求不高。但由于漆雾易燃，一般采用液压驱动或交流伺服电机驱动。（3） 焊接机器人这是目前使用最多的一类机器人，它又可分为点焊和弧焊两类。点焊机器人负荷大，动作快，工作点的位姿要求较严，一般要有6个自由度。弧焊机器人负载小，速度低，通常5个自由度即能完成焊接作业。为了更好地满足焊接质量对焊枪姿势的要求，伴随机器人的通用化和系列化，现在大多使用6自由度焊接机器人。弧焊对机器人的运动轨迹要求较严，必须实现连续路径控制，即在运动轨迹的每一点都必须实现预定的位置和姿态要求。 （4） 装配机器人 这类机器人都有较高的位姿精度，手腕具有较大的柔性。目前大多用于机电产品的装配作业。（5） 专门用途机器人这类机器人专门从事某一方面的工作。如医用护理机器人、航天用机器人、探海用机器人以及排险作业机器人等。按操作机的位置机构型式和自由度数量分类：机器人操作机的位置机构形式始机器人的重要外形特征，故常用作分类的依据，按这一分类标准，机器人可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球（极）坐标型、关节型机器人（或拟人机器人）。图1.1 直角坐标型（1） 直角坐标型（代号PPP） 机器人是通过沿x-y-z三个互相垂直的直角坐标的移动来实现末端执行器（手部）空间位置的改变，即沿x轴的纵向移动，沿y轴的横向移动和沿z轴的升降。这种类型机器人以IBM RS-1型为代表。这种机器人位置精度高，控制无耦合，比较简单，避障性好，但占空比大（即机器人机构所占空间与动作空间之比），灵活性较差。如图1.1所示。（2） 圆柱坐标型（代号RPP） 机器人通过两个移动和一个转动来实现末端执行器空间位置的改变。这种机器人以Versatran型为代表，这种机器人的位置精度仅次于直角坐标式，控制简单，避障性好，但结构庞大，两个移动轴的设计较复杂，难与其他机器人协调工作。如图1.2所示。图1.2 圆柱坐标型（3） 球坐标型（代号RRP） 又称极坐标型。机器人手臂运动由1个直线运动和2个转动所组成，即沿x轴方向的伸缩，绕y轴的俯仰和绕z轴的回转。这种机器人以Vnimate型为代表，机器人体积小，结构紧凑，起位置精度尚可，但避障性差，有平衡问题，位置误差与臂长成正比，能与其他机器人协调工作。见图1.3。图1.3 球坐标型（4） 关节型机器人（代号RRR） 又称回转坐标型，分为垂直关节坐标和平面（水平）关节坐标，机器人由立柱和大小臂组成，立柱与大臂通过肩关节相连接，立柱z轴旋转，形成腰关节，大臂和小臂形成肘关节，可使大臂回转和俯仰，小臂作俯仰。图1.4 关节型机器人这种机器人以PUMA型为代表，机器人工作空间范围大，动作灵活，避障性好，能抓取靠近机座的物体，但位置精度较低，有平衡问题，控制耦合比较复杂，能与其他机器人协调工作，目前应用越来越多。还有一种平面关节式，这种机器人以SCARA型为代表，采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后、左右运动，而移动关节实现上下运动。平面关节型机器人结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配。另外，操作机本身的轴数（自由度数）最能反映机器人的工作能力，也是分类的重要依据。按这一分类要求，机器人可分为4轴（自由度）、5轴（自由度）、6轴（自由度）和7轴（自由度）等机器人。上述的分类常以技术要求形式写在机器人特性表或说明书中。其他分类方法：除了以上的分类方法，其他的分类方法还有以下几种：1、按控制方法可分为：点位控制机器人和连续控制机器人。2、按负载大小可分为重型、中型、小型、微型机器人。3、按机座型式分为固定式和移动式机器人。4、按操作机运动链的型式可分为开链式、闭链式和局部闭链式机器人。5、按应用机能又可分为：顺序控制机器人、示教再现机器人、数值控制机器人、机能机器人等。总之，机器人的类型很多，可根据不同的要求进行分类。同时，对于一个具体的机器人，也可按不同的分类方法，属于几种类型。1.4 工业机器人的结构分析工业机器人通常有3个部分组成，即机械系统、控制系统、智能系统。机械系统又分为执行机构和驱动机构，前者一般由手部（末端执行器）、腕部、臂部、腰部和基座组成。手部可以是夹爪，也可以是焊枪，喷嘴；腕部是臂和手的连结部分，主要功能是改变手的姿态，一般为3自由度（也可以是两个或1个自由度），可在3个相交（或交错）方向转动，以便决定手部在空间的姿态，臂部通常为两杆两自由度（回转自由度或移动自由度），腰部为单自由度。臂和腰的作用是使手部在空间取任意位置，又称定位机构（国标称为手臂或主关节轴组）。这3个自由度的配置对机器人的工作空间和运动特点具有非常重要的作用。这是区分机构结构的重要依据。按配置特点，定位机构可有直角坐标型、球坐标型、圆柱坐标型和关节型4大类。关节型有可以分为垂直关节型（臂平面呈铅垂面）和水平关节型（臂平面呈水平面）。图1.5 机器人的组成第2章 总体方案设计2.1 本次设计的目的 本课程设计是在学习大学机械专业课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对机械手升降机构的研究理解，掌握运用机械理论知识的正确使用方法。通过此次课程设计，将理论联系实际，可以增强自己的实际的独自动手能力，培养学生综合运用所学的知识与技能分析与解决问题的能力，并巩固和扩大学生的课堂知识，培养自信心，为以后的科研和工作打下良好的基础。2.2 加工中心的分类按照机床的形态分类,分为卧式,立式,龙门式和万能加工中心。本次设计采用的是卧式加工中心,因而在此只讨论卧式加工中心。 卧式加工中心是指主轴轴线为水平状态设置的加工中心.通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台.卧式加工中心一般具有3-5个运动坐标,常见的是三个直线运动坐标(沿X,Y,Z轴方向)加一个回转运动坐标(回转工作台),他能够使工件在一次装夹后完成除安装面与顶面以外的其余四个面的加工,最适合箱体类工件的加工。 卧式加工中心有多种形式,如固定立柱式或固定工作台式.固定立柱式的卧式加工中心的立柱固定不动,主轴箱沿立柱做上下运动,而工作台可在水平面内做前后,左右两个方向的运动;固定工作台式的卧式加工中心,安装工件的工作台是固定不动的(不做直线运动),沿坐标轴三个方向的直线运动由主轴和立柱的移动来实现。 与立式加工中心相比较,卧式加工中心的结构复杂、占地面积大、重量大、价格也较高。2.3 加工中心刀库形式 加工中心刀库形式很多,结构也各不相同,最常用的有鼓盘式刀库,链式刀库和格子合适刀库盒式刀库。 1) 鼓盘式刀库鼓盘式刀库结构紧凑,简单,在钻削中心上应用教多.一般存放刀具不超过32把。 2) 链式刀库 在环形链条上装有许多刀座,刀座的孔中装夹各种刀具,链条由链轮驱动,链式刀库适用于刀库容量较大的场合,且多为轴向取刀.链式刀库有单环链式和多环链式等几种。 如下图便为多环链式刀座： 图2.1 多环链式刀座3) 格子盒式刀库 刀具分几排直线排列,由纵,横向移动的取刀机械手完成选刀运动,将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上,由换刀机械手交换刀具.由于刀具排列密集,因此空间利用率高,刀具容量大。2.4 参数及要求抓重: 10公斤 机械手重: 40公斤自由度数: 四个坐标型式: 圆柱坐标手架运动参数:拔,插刀行程(滑座伸缩Z): 155mm(MAX为180mm)升降行程(找刀排Y): 3420mm(垂直方向距离为420mm,共四排)回转角度():180度装，卸刀手手臂伸缩行程（X）： 195mm换刀时间：T1=3S 刀具的伸降时间：T2=6S手指夹持刀柄直径：100mm位置检测与定位方案：滑座伸缩，手架回转和装，卸刀手手臂伸缩运动采用行程开关进行位置检测，由挡块（或活塞与端盖）定位。手架伸降运动采用无触点行程开关进行位置检测，并控制三位四通阀适时“关闭”来定位。缓冲方式：滑座伸缩，装卸刀手臂伸缩运动采用油缸端部节流缓冲，手架回转运动采用换接不同尺寸的出油口增加背压减速缓冲，手架伸降运动采用无触点行程开关发信，切断油路减速缓冲。2.5 机械手升降机构设计原则（1） 最小运动惯量原则 由于操作机运动部件多，运动状态经常改变，必然产生冲击和振动，采用最小运动惯量原则，可增加操作机运动平稳性，提高操作机动力学特性。为此，在设计时应注意在满足强度和刚度的前提下，尽量减小运动部件的质量，并注意运动部件对转轴的质心配置。（2） 尺度规划优化原则当设计要求满足一定工作空间要求时，通过尺度优化以选定最小的臂杆尺寸，这将有利于操作机刚度的提高，使运动惯量进一步降低。（3） 高强度材料选用原则 由于操作机从手腕、小臂、大臂到机座是依次作为负载起作用的，选用高强度材料以减轻零部件的质量是十分必要的。（4） 刚度设计的原则 操作机设计中，刚度是比强度更重要的问题，要使刚度最大，必须恰当地选择杆件剖面形状和尺寸，提高支承刚度和接触刚度，合理地安排作用在臂杆上的力和力矩，尽量减少杆件的弯曲变形。（5） 可靠性原则 机器人操作机因机构复杂、环节较多，可靠性问题显得尤为重要。一般来说，元器件的可靠性应高于部件的可靠性，而部件的可靠性应高于整机的可靠性。可以通过概率设计方法设计出可靠度满足要求的零件或结构，也可以通过系统可靠性综合方法评定操作机系统的可靠性。（6）工艺性原则 机器人操作机是一种高精度、高集成度的自动机械系统，良好的加工和装配工艺性是设计时要体现的重要原则之一。仅有合理的结构设计而无良好的工艺性，必然导致操作机性能的降低和成本的提高。2.6 机械手升降机构的设计方法和步骤（1） 确定工作对象和工作任务 开始设计机械手升降机构之前，首先要确定工作对象、工作任务。由于工作对象是升降机构，因此要求升降机构的轨迹精度和位姿精度及速度稳定性有很高的要求，同时要能在狭小的空间内自由地升降和旋转，具备防碰撞功能，故操作机的自由度为4个。 （2） 确定设计要求 1）负载：根据用户工作对象和工作任务的要求，确定机械手升降机构的负载。本次设计的负载为50kg。 2）精度：根据用户工作对象和工作任务的要求，确定升降机构的轨迹精度和位姿精度。同时要确定构成升降机构的零件的精度、臂体的尺寸精度、形位精度和传动链的间隙，如齿轮的精度和传动间隙；还要确定机械手升降机构上所用的元器件的精度，如减速器的传动精度、轴承的精度等等。3）工作空间：根据用户工作对象和工作任务的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定升降机构的工作空间的大小和形状。 4）尺寸规划：根据对工作空间的要求，参考国内外同类产品的先进机型，确定升降机构的升降行程和回转角度，并进行尺寸优化。（3） 升降机构中手架的平衡 1） 配重平衡机构：此种机构原理如下图所示。设手臂质量为m1，配重质量为m2，因关节中心在同一直线上，则不平衡力矩为 M1m1gl cos （2.61）配重产生的力矩为M2m2glcos (2.62)其中=0，则cos=1由于静力平衡条件为M1M2即 m1lm2l 图2.2 配重平衡机构原理这种平衡机构简单，平衡效果好，易于调整，工作可靠，但增加了手臂的惯量和关节的负载，适用于不平衡力矩较小的情况。2） 弹簧平衡机构：手架的不平衡力矩为M1M11-M12mglcos-Ia (2.63)式中 M11静不平衡力矩； M12惯性力矩；I手臂对关节轴的转动惯量；a臂运动平均加速度。 弹簧产生的平衡力矩为 (2.64)式中 k弹簧刚度； l弹簧在手臂上安装点到关节轴的距离； e弹簧另一端安装点到关节轴的距离； R弹簧自由长度。 静力平衡条件为 M2M11动力平衡条件为 M2M11+M12 这种平衡机构结构简单，平衡效果也较好，工作可靠，适用于中小负载，但平衡范围较小。 3） 气缸平衡机构：手架不平衡力矩为 M1M11+M12mglcos+Ia （2.65）汽缸产生的平衡力矩为式中 F汽缸活塞推力； 其余参数同上。静力平衡条件为 M2M11 动力平衡条件为 M2M11+M12 汽缸平衡机构多用在重载搬运和点焊机器人操作机上，液压的体积小，平衡力大；气动的具有很好的阻尼作用，但体积较大。根据用户工作对象和工作任务的要求，选择第一种配重平衡机构进行配重。（4） 电动机的选用 由于机器手升降机构要求结构紧凑、重量轻、运动特性好，故希望在同样功率的情况下，电动机重量要轻、外形尺寸要小。特别是装在操作机横臂或立臂内部的电动机，重量要尽可能轻，外形尺寸要尽可能小。 根据动力学计算得到的各轴所需的传动扭矩，除以减速器的减速比，再将传动链的效率，如减速机的效率、轴承的效率和齿轮的效率等考虑进去，并考虑各轴所需的转速（运动耦合因素也要考虑在内），就可以选用电动机了。 在选用时要注意，交流伺服电动机的速度是可调节的，且在相当大的转速范围内电动机输出的转矩是恒定的，故选用电动机时只要电动机的额定转速大于各轴所需的最高转速就行。 同时还要注意与交流伺服电动机配置在一起的位置编码器的选用，并注明电动机是否需要带制动器等（5） 机械手升降装置的校核 滚珠丝杠要进行强度校核和刚度校核。 （6） 机构零件校核 1）轴承校核：设计中所用的所有重要轴承都要经过强度校核。在满足尺寸和强度要求的情况下，尽可能地选用国产轴承，以降低机器人的成本。 2）轴的校核：设计中所用的所有较重要的轴都要经过强度校核和刚度校核。 3）齿轮选用：设计中所用的所有齿轮都要经过强度校核。 4）键及花键：设计中所用的所有较重要的键及花键都要经过强度校核。 5）销与螺钉：设计中所用的所有较重要的销与螺钉都要经过强度校核。（7） 机械传动结构与传动方式的考虑 机器人是由多级联杆和关节所组成的多自由度的空间运动机构。在机器人学中，我们一般将机器人的“能够进行单位动作组合的独立运动数”称之为机器人的自由度。它是表达机器人灵活性与通用性的主要指标。而目前的机器人多为6自由度和少于6自由度的，多于6自由度的。 图2.3 机器人的自由度机器人的每一个自由度，是由其操作机的独立驱动关节来实现的。所以在应用工程中，“关节”和“自由度”在表达机器人的运动灵活性方面是意义相通的。又由于“关节”在世界构造上是由回转或移动的“轴”来完成的，所以人们又习惯地把“关节”称作“轴”。由此，就有了6自由度或6关节或6轴机器人的命名方法。他们都说明了这一机器人的操作有6个独立驱动的关节结构，能在其工作空间中实现抓取物件的任意位置和姿态。传动方式有：1） 齿轮传动传动机构 在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮、圆锥齿轮、谐波齿轮及蜗轮蜗杆传动。2） 滚珠丝杆传动机构 滚珠丝杆传动具有一系列优异的特性。它的传动效率高达85%98%，为普通滑动丝杆传动的24倍。其运动平稳性好，在工作中摩擦阻力小，灵活度高。通过预紧，能够消除间隙、提高传动刚度。进给精度和重复定位精度高。使用寿命长，约为普通滑动丝杆传动的410倍。同步性好、使用可靠、润滑简单、保养方便。因此，它在工业机器人中得到了广泛的应用。由于滚珠丝杆传动返行程效率高，不能自锁；因此，在用于垂直方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。3） 链传动机构在机器人中链传动多用于腕传动上。为了减轻机器人末端的重量，一般都将腕驱动电机安装在小臂后端或大臂关节处。由于电机距离被传动的手腕较远，所以常采用精密套筒滚子链来传动。4） 同步带传动同步带传动效率高，可达98%99.5%，节能效果大。与V带和平带相比，传动比准确，无弹性滑动，传动比可达10，速度大到40m/s，负载能力强、结构紧凑，带的伸缩率小。此外，带传动平稳、噪音小、不需润滑。因此，同步带传动在机器人中也得到广泛的应用。例如在KUKA机器人中有八处采用同步带。5） 钢带传动机构由于钢带柔软，拉伸变形很小，在机器人常用于传递运动。钢带传动精度高，是无间隙传动，结构简单、传动效率高6） 钢丝绳传动机构钢丝绳重量轻、体积小，在机器人中主要用于手指的驱动。牵引抓取绳缆，手指合拢，抓取物体；牵引松开绳缆，手指松开，放下物体。7） 杆传动机构杆传动驱动力大，无间隙，传动刚度大、精度高。在机器人中杆传动主要用于小臂传动及手腕传动。在本次设计中采用滚珠丝杠传动。（8） 机械加工工艺性考虑校核 升降机构的设计要充分考虑加工装配的方便，且要便于维修和调整。（9） 设计中应解决的两个问题。1） 机械手如何配合刀库位置进行升降和定位 因刀库有四排刀排，手架可上下移动3420毫米的距离。当手架上下运动接近所选刀排位置时，其上的悬臂感应块使安装在刀排相应位置的无触点行程开关发信，控制手架升降油路的调速阀作用使手架减速，当到达所选刀排要求准确位置时，装在减速齿轮上的感应块使无触点行程开关（12XK或20XK）发信，切断手架升降油路，有马达停止转动，手架即停在所规定的位置上。 图2.4 无触点行程开关 2）滚珠丝杠不能自锁，如何防止由于自重刀架下落当主轴7作上，下进给运动时，电磁线圈2通电并吸引铁芯1，从而打开摩擦离合器4，此时电动机5通过减速齿轮，滚珠丝杠副6拖动运动部件7作垂直上下运动。当电动机断电时，电磁线圈2也同时断电，在弹簧i3的作用下摩擦离合器4压紧制动轮，使滚珠丝杠不能自由转动，从而防止运动部件因自重而下降。 图2.5 电磁-摩擦制动装置原理第3章 手架的升降运动的设计机械手的纵向升降运动通过滚珠丝杠来实现，通过电机带动滚珠丝杠旋转，使得手架实现纵向升降运动。3.1 电器的选择为了保证生产成本和工作稳定性，手架的升降运动所用电机选择采用液压缸带动油马达，从而带动滚珠丝杠进行转动。3.2 传动齿轮的设计计算（1） 材料选择：齿轮材料选50Mn，小齿轮表面调质，硬度300HBS；大齿轮表面淬火，硬度260HBS；（2）选择齿数 ：选小齿轮齿数27，取81,初选（3）按齿面接触疲劳强度设计：对于闭式软齿面齿轮的传动，其承载能力一般取决于齿面接触强度。 (3.21) 确定式中各项数值：因载荷平稳，可初选载荷系数K=1.4 ，取 查得：，2.5， ， 查得：， 由， 于是可查得：， 查得：，取， ， 取611MPa设计，将各系数带入计算式得 : d1=110 则， 所以 m=3,取第一系列标准模数m3mm，（4）齿轮主要几何尺寸：=166 (3.22) (3.23)87mm (3.24)249mm （5）校核齿根弯曲疲劳强度： (3.25) 0.25+， 因此 查得 选，则 满足齿根弯曲疲劳强度的要求，所以传动件选择合适。3.3 丝杠螺母机构的设计计算 （1） 丝杠螺母机构又称为螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传动能量为主的（如螺旋压力机、千斤顶等），也有以传递运动为主的（如工作台的进给丝杠），还有调整零件之间相对位置的螺旋传动机构等。滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动元件滚珠。滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠、和反向器四部分组成。当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合回路。 滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比，除上述优点外，还具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。但由于不能自锁，具有传动的可逆性，在作用升降传动机构时，需要采取制动措施。 （2） 滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 滚珠丝杠副在负载时，其滚珠与滚道面接触点处将产生弹性形变。换向时，其轴向间隙会引起空回，这种空回是非连续的，既影响传动精度，又影响系统的稳定性。实际中常采用以下几种调整预紧方法。1)双螺母螺纹预紧调整式2）双螺母齿差预紧调整式3）双螺母垫片调整预紧式在本次设计中采用双螺母垫片调整预紧式来消除间隙。（3） 滚珠丝杠副的特点是:1) 传动效率高,摩擦损失小.滚珠丝杠副的传动效率,比常规的丝杠螺母副提高3-4倍.因此,功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的1/4-1/3.2) 给予适当的预紧,可消除丝杠与螺母的螺纹间隙,反向时就可以消除空程死区,定位精度高刚度好.3) 运动平稳,无爬行现象,传动精度高.4) 有可逆性,可以从旋转转换为直线运动,也可以从直线运动转换为旋转运动,即丝杠和螺母都可以作为主动件.5) 磨损小,使用寿命长.6) 制造工艺复杂.滚珠丝杠与螺母等元件的加工精度要求高,表面粗糙度也要求高,故制造成本高.7) 不能自锁.特别是对于垂直丝杠,由于自重惯性的作用,下降时当传动切断后,不能立刻停止运动,故常需要添加制动装置.（4） 滚珠丝杠副的密封和润滑滚珠丝杠副可用防尘密封圈或防护套密封来防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副，使用润滑剂来提高其耐磨性及传动效率，从而维持其传动精度、延长其使用寿命。密封圈有接触式合非接触式两种，将其装在滚珠螺母的两端即可。非接触式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其内孔螺纹表面与丝杠螺纹之间略有间隙，故又称迷宫式密封圈。接触式密封圈用具有弹性的耐油橡胶或尼龙等材料制成，因此有接触压力并产生一定的摩擦力矩，但其防尘效果好。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在装配时放进滚珠螺母滚道内定期润滑，而使用润滑油时应注意经常通过注油孔注油。防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板。（5） 滚珠丝杠螺母副的计算和选型1）根据最大动载荷和最大静载荷，初步选定滚珠丝杠螺母副的型号，初选后，要进行轴向刚度验算和压杆稳定性验算：计算进给牵引力Fm，即丝杠所受的最大轴向负荷。作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切断前时的走刀抗力和导轨摩擦力，其数值大小和导轨的类型有关：导轨选择矩形导轨 Fm=K+(Fz+Fy+G) (3.31)G为移动部件的重力，G=402+102+200=300N导轨上的摩擦系数，普通滑动导轨=0.15k为考虑颠覆力矩影响的实验系数k=1.1又因为本次设计中Fx=Fy=Fz=0,且机械手重：40kg 刀具的最大质量: 10kg 机械手回转及装卸刀具装置质量: 200kg所以 Fm=G =0.15300=45N (3.32) Pd=1/2Fmax=1/245N=22.5N (3.33)工作寿命L=60ndT/，T取15000hnd为丝杠当量转速 nd=(Nmax+Nmin) (3.34)n=1000V/SV滑台移动速度 (m/min)S滚珠丝杠导程S=6mVmax=12.6m/min，Vmin=4.2m/minNmax=1000Vmax/s=100012.6/6=2100r/min Nmin=1000Vmin/s=10004.2/6=700r/min Nd=1/2(Nmax+min)=1400 r/min L=60ndT/=60140015000/=1260 作用在滚珠丝杠上的最大动负荷 Q= (3.35) 式中：Fw运转系数，1.2 Fh硬度系数，1.0所以：Q=1.21.08.8=142N 2） 计算最大静载荷C0滚珠丝杠副在静态或低速(nk所以：滚珠丝杠的稳定向合格。第4章 升降机构内各选用件的校核计算4.1 键强度校核在立柱回转机构的运动中，电动机输出的转矩通过一个平键与主动齿轮相连接，键的型号是通过计算来校核该键的强度。如图所示，当平键联接用于传递扭矩时，键的侧面受挤压，截面a-a受剪切，可能的失效形式是较弱零件(通常为轮毂)工作面的压溃(对于静联接)或磨损(对于动联接)和键的剪断。对于实际采用的材料和按标准选用的键联接尺
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号