机械手毕业设计论文

摘要在当今大规模的制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机械手作为自动化生产线上的重要组员，逐渐被企业认同并采用。工业机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反应了一种国家的工业自动化水平。目前，工业机器人重要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重要性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采用试教在线的方式。本文通过度析现代机械手的作用，发展简史，构成（包括执行机构，驱动机构，控制系统），全面详尽地讨论了直角坐标机械手的手部，腕部，手臂以及机身等重要部件的构造设计，其中包括机械部分的零部件，例如滚珠丝杠，联轴器，单轴驱动器的使用条件，种类选型，设计基本规定，长处特点分析，构造设计，基本参数的选定，计算与校核，以及安全性的分析。尚有控制部分的各电机的马达型号，种类，简介，控制环节分析，部分控制程序的编写，运行特性分析，基本参数的计算和校核。最终实现的目的包括：实现步进电机的开环控制，通过手臂的执行机构实现空间任意位置的抓取，实现手部迅速，有效的抓取物体，有良好的传感和限位功能使每个自由度上的运停迅速，精确。做到尽量体积小，重量轻，功耗低，维护以便，外形美观，动作敏捷，传动平稳，程序简洁，运行误差小等长处。关键词：机械手，滚珠丝杠，单轴驱动器，步进电机，手臂，手部，直角坐标ThedesignoftheCartesiancoordinatemanipulatorABSTRACTIntoday'slarge-scalemanufacturing,theenterprisetoimproveproductionefficiencyandensureproductquality,universalattentionproductionprocessautomationdegree,manipulatorasanimportantmemberofautomaticproductionline,graduallybyenterpriseandtheuseofidentity.Industrialrobottechnologylevelandapplicationdegreetoacertainextentreflectanationofindustrialautomationlevel.Currently,themanipulatormainbearthewelding,painting,handlingandstorage,andtheintensityoflaborgreatimportanceofthework,workwaytotrytoteachthegeneralwayonline.ThisarticleelaboratesthestructuredesignofthemajorpartsoftheCartesiancoordinatemanipulator,suchashand,wrist,armandthemachinebody.Inwhichincludesdesigningthecomponentsofthemechanicalpart.Suchasballscrews,coupling,singleaxisactuator,mainlydescribingtheusecondition,typeselection,basicrequirementofdesign,analysisofthestrongpoint,characteristic,calculateandproofreadthebasicparameter,analysisofsecurity.Besides,italsoincludesdesigningofthecontrolpart.Suchasthemotormodel,kind,briefintroduction,analysisofthecontrolsteps,compilecontrolprocedurepartly,analysisofthemotioncharacteristic,designate,calculateandproofreadthebasicparameter.Thetargetwhichshouldbeterminallyrealizeincluding:achievingtheopenloopcontrolofthestepmotor,achievinggrabbingobjectinspacearbitrarilypositionbytheactuatorofthearm.Realizinggrabbingobjectbyhandquickly,effectively.Possessingthegoodfunctionofsenseandlimitingposition,whichmakesthemotionandstopquicklyandprecisely.Realizingthemeritsincludingsmallvolume,lightweight,lowpowerdissipation,easymaintenance,beautifulappearance,sensitiveaction,smoothtransmission,succinctprocedure,operationinsmallerror.Keywords:manipulator,ballscrews,singleaxisactuator,stepmotor,arm,hand,Cartesiancoordinate简易小型直角坐标机械手设计0引言0.1机械手的简介机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民提供耐用消费品的产业，不管是老式产业，还是新兴产业，都离不开多种各样的机械设备。机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要指标。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济战略重点之一。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，工业机械手的工业机器人的一种重要分支，它的特点是通过编程来完毕多种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的长处，尤其体现了人的智能和适应性，机械手作业的精确性和多种环境中完毕作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。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，在现代化生产过程中，机械手被广泛的运用于自动化生产线中，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，它愈加增进了机械手的发展，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，但它具有能不停反复和劳动，不知疲劳，不惧危险，抓举重物的力量比人手大的特点，因此机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。机器人并不是在简朴意义上替代人工的劳动，而是综合了人的专长和机器专长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的迅速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺乏的自动化设备。机械手技术波及到力学，机械学，电气液压技术，自动控制技术，传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨多种学科的综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多种自由度，可用来搬运物体以完毕在各个不一样环境中工作。0.2工业机械手的作用机械手在工业生产中的应用极为广泛，可以归纳为如下某些方面。0.2.1建造旋转体零件（轴类、盘类、环类）自动线一般都采用机械手在机床之间传送工件。国内已建成的此类自动线诸多，如沈阳水泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机轴加工自动线（轴类），上海拖拉机齿轮厂的齿柸加工自动线（盘类）等。加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的气缸盖加工自动线转位机械手。0.2.2在实现单机自动化方面（1）各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动生产，一人看守多台机床。目前，机械手在这方面应用最多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二机床厂的自动循环液压仿形车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚齿花键机床机械手等。由于这方面使用已经有成熟的经验，国内某些机床厂已在此类机床产品出厂时就附上机械手，或为顾客自行安装机械手提供条件。（2）注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现全自动生产。（3）冲床有自动上下料冲压循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200t冲床磁力起动器壳体下料机械手和天津拖拉机厂400t冲床的下料机械手等；一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进，如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位冲床）和天津二轻局技术研究所制作的12t和40t多工位冲床机械手等。0.2.3铸、锻、焊、热处理等加工方面在模锻方面，国内大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定夹角布置在炉前，实现进出料自动化。上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已经有较成熟的经验。总的来说，工业机械手满足了社会生产的需要，其特点是：对环境的适应性强，能替代人从事危险、有害的操作，在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要跟据工作环境进行合理设计，选择合适的材料和构造，机械手就可以在异常的高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。（1）为了寻求操作安全和彻底防止公害，在工伤事故多的工种，如冲压、压铸、热处理、钢造、喷漆以及有强烈紫外线照射的电弧焊接等作业中，推广工业机械手或机器人。（2）由于机械手的动作精确，由于可以稳定和提高产品的质量，同步又可以防止人为的操作错误。（3）机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人得功能。人在持续工作几小时后，总会感到疲劳或厌倦，而机械手只要注意维护、检修，即能胜任长时间的单调反复劳动。（4）机械手尤其是通用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品品种的不停变化，以满足柔性生产的需要。这是由于机械手动作程序和运动位置（或轨迹）可以十分灵活迅速地予以变化，而其众多的自由度，又提供了迅速变化作业内容的也许，在中、小批量的自动化生产中，最能发挥其作用。（5）采用机械手能明显地提高劳动生产率和减少成本。0.3机械手的分类工业机械手的种类诸多，有关分类的问题，目前在国内尚无统一的分类原则，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。0.3.1机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:（1）专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、构造简朴、使用可靠和造价低等特点，合用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手和加工中心。（2）通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不一样场所使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，合用于不停变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不一样可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制，伺服型可以是点位的，也可以实现持续控制，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。0.3.2（1）液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其重要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、构造紧凑、动作敏捷。但对密封装置规定严格，否则油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不适宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现持续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，不过电液伺服阀的制造精度高，油液过滤规定严格，成本高。（2）气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其重要特点是:介质李源极为以便，输出力小，气动动作迅速，构造简朴，成本低。不过，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，并且气源压力较低，抓重一般在30公斤如下（3）机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的重要特点是运动精确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但构造大，动作程序不可变。（4）电力传动机械手即有特殊构造的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，由于不需要中间的转换机构，故机械构造简朴。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用以便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。0.3.3机械手的构成图0.1工业机械手的构成框图图0.2单轴工业机械手示意图机械手手臂：手臂是支撑被抓物体、手部、腕部的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物体，并按预定规定将其搬运到给定的位置。手臂有三个自由度，可采用直角坐标系（前后、上下、左右都是直线），圆柱坐标系（前后、上下直线往复运动和左右旋转），球坐标系（前后伸缩、上下摆动和左右旋转）和多关节（手臂能任意伸缩）四种方式。直角坐标占空间大，工作范围小，惯性小，因此一般不多用，只有在自由度数较少时用之。圆柱坐标占空间较小，工作范围较大，但惯性也大，且不能抓取底面物体。球坐标式和多关节式占用空间小，工作范围较大，惯性小，所需动力小，能抓取底面物体，多关节还可以绕障碍物选择途径，但多关节式构造较复杂，因此也不多用。机械手手腕：手腕是操作机的小臂(上臂)和末端执行器(手爪)之间的连接部件。其功用是运用自身的活动度确定被末端执行器夹持物体的空间姿态，也可以说是确定末端行器的姿态。故手腕也称作机器人的姿态机构。机械手手部：手部它具有人手某种单一动作的功能。由于抓取物件的形状不一样，手部有夹持式和吸附式等形式。手指是直接与物件接触的机构。常用的手指运动形式有回转型和平移型。0.3.4机械手的设计目的工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程（机电一体化）等专业的一种重要的教学环节，是学完技术基础课程及有关专业课后来的一次专业课程的综合设计。通过设计提高学生的机构分析与综合的能力、机械构造设计的能力、机电一体化系统设计能力，掌握实现生产过程自动化的设计措施。通过这一教学环节规定可以到达：（1）通过设计，把有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气动技术、自动控制理论、测试技术、数控技术、微型计算机原理及应用、自动机械设计等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以应用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产亲密的结合起来。因此，工业机械手设计是有关专业基础课和专业课后来的综合性的专业课程设计。（2）工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完整的机电一体化整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计的能力，树立对的的设计思想，掌握机电一体化机械产品的基本措施和环节，为自动机械设计打下良好基础。0.3.5本文研究范围本文研究了国内外机械手发展的现实状况，通过学习机械手的工作原理，熟悉了单轴机械手的运动机理。在此基础上，确定了单轴机械手的基本系统构造，对单轴机械手的运动进行了简朴的分析，完毕了单轴机械手机械方面的设计工作（包括传动部分、执行部分、驱动部分）的设计工作。0.3.6机械手的简史现代工业机械手来源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制企业研制出第一台机械手。他的构造是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国机械铸造企业在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该企业和普鲁曼企业合并成立万能自动企业（Unimaton）,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造企业也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出目前六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate企业和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可不不小于±1毫米。美国还十分注意提高机械手的可靠性，改善构造，减少成本。如Unimate企业建立了8年机械手试验台，进行多种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，重要用于起重运送、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa企业还生产一种点焊机械手，采用关节式构造和程序控制。瑞士RETAB企业生产一种涂漆机械手，采用示教措施编制程序。瑞典安莎企业采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种经典机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多种。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占二分之一，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手合计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，另一方面是电机、电器。估计到1990年将有55万机器人在工作。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装多种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手（机械人）则能独立地完毕工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联络。并逐渐发展成为柔性制造系统FMS(FlexibleManufacturingsystem)和柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell)中重要一环。0.3.7机械手的发展趋势目前工业机械手的应用简况：在目前工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等持续性生产过程已基本得到处理。但在机械工业中，加工、装配等生产是不持续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。有资料记录：美国偏重于毛坯的生产。日本偏重于机械加工。伴随机械手技术的发展，应用的对象尚有所变化。机械手在铸造工业中的应用能深入发展铸造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。国内机械手工业，铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料。减轻工人的劳动强度。国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床组合成一种综合的数控系统。采用机械手进行装配更是目前研究的重点，国外已研究采用摄像机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位到达镶装的目的。国内外实际上使用的定位控制的机械手，没有“视觉”和“触觉”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视觉”和“触觉”的工业机械手，使它能对所抓取的工件进行辨别，选用所需要的工件，并对的地夹持工件，进而精确地在机器中定位、定向。为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和法、辨别形状不一样的零件，它有视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形辨别，鉴别与否是所要抓取的工作。为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物体滑落下来，一般采用两种措施：一是检测把握物体手臂的变形，以决定合适的握力；另一种是直接检测指部与物体的滑动位移，来修正握力。因此，这种机械手就具有如下几种方面的性能：（1）能精确地抓住方位变化的物体。（2）能判断对象的重量。（3）能自动避开障碍物。（4）抓空或抓力局限性时能检测出来。这种具有感知能力并能对感知的信息作出反应的工业机械手称为智能机械手，它是具有发展前途的。目前，工业机械手的使用范围只限于在简朴的操作方面节省人力，其效用是替代人从事繁重的工作和危险地工作，在恶劣的环境下尤其明显。至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业部门，机械手的应用状况决不能说是很好的。虽然这些工业部门工时局限性的问题很锋利，但采用机械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工业机械手的性能还不能满足这些部门的规定，适于机械手工作的范围很狭小。此外经济性问题当然也很重要，采用机械手来节省人力从经济上看不一定总是合算的。然而，运用机械手或类似机械设备节省人力和实现生产合理化的规定，此后还会持续增长，只要技术方面和价格方面存在的问题获得处理，机械手的应用必将会飞跃发展。1直角坐标机械手的总体设计方案本课题是直角坐标机械手的设计。本设计的重要任务是完毕机械手的构造以及传动方面的设计。机械手的重要部件及运动本设计机械手重要由4大部件构成：（1）手腕，通过L型弯铁一部分连接在Z轴的单轴驱动器上的工作台上，另一部分连接安装电磁铁。（2）手臂，采用单轴驱动器在头部安装上联轴器，再使滚珠丝杠与联轴器连接，并与工作台连接，然后通过螺纹连接用衔接板把相邻轴上的一种单轴驱动器的工作台与另一种驱动器的底座连接起来（本处使用沉孔式十字头螺钉和圆头式十字头螺钉），再通过两相步进电机做控制装置，从而把电机的旋转运动通过丝杠螺母转换为工作台的直线运动。（3）手掌与手指，采用简朴的电磁铁。（4）机身，采用铝合金型材，再用螺栓连接衔接板让它与X轴的驱动器连接起来，然后，设计两个门字型的机架，把铝合金型材与三个驱动器挂上去。原始数据（重要参数）方块尺寸：80×50×30自由度：三个坐标形式：直角坐标手臂水平行程：100毫米手臂垂直行程：50毫米手臂前后行程：50毫米驱动方式：步进电机控制方式：点位，程序控制。工作规定机械手工作流程：机械手的原位X轴电机起动（先加速后匀速再减速）X轴的工作台与Y轴的驱动器沿横向水平方向移动（先加速后匀速再减速）Y轴电机起动（先加速后匀速再减速）Y轴的工作台与Y轴的驱动器沿纵向水平方向移动（先加速后匀速再减速）Z轴电机起动（先加速后匀速再减速）Z轴的工作台与Z轴的驱动器沿竖直方向移动（先加速后匀速再减速）电磁铁最终吸住物体完毕任务。1.4工作形式确实定图1.1直角坐标式2手臂部分设计2.1本设计重要零件构成手臂部分是本设计最重要的环节，由单轴驱动器与它们之间的衔接板构成。本设计用LX30原则型系列的单轴驱动器。X轴驱动器总长200毫米，Y轴驱动器总长100毫米，Z轴驱动器总长100毫米。而单轴驱动器由头，身，尾三部分构成，头部由驱动部件2相步进电机（东方电机系列PK26系列），法兰板T3060系列（米思米），联轴器SCPW双膜片型28系列（米思米）。其中法兰板与电机用四个M4长20系列的圆顶十字头螺钉连接，法兰板与驱动器的头部用四个M4长8系列的圆顶十字头螺钉连接。头部与身体部的连接部分用一块板用4个M6的内六角头螺钉连接。身体部分用一种工作台在导轨上来回运动来实现三个自由度上的规定的运动，X轴导轨总长100毫米，Y轴导轨总长50毫米，Z轴导轨总长50毫米。导轨部分的底部由四个φ9.5的沉孔加四个φ5.5的通孔构成。其中X轴驱动器用长为200毫米，导程为10毫米，丝杠螺距为10毫米，有效行程为100毫米，丝杠轴外径为10毫米的滚珠丝杠。Y,Z轴驱动器用长为150毫米，导程为10毫米，丝杠螺距为10毫米，有效行程为50毫米，丝杠轴外径为10毫米均为米思米BSSR系列的滚珠丝杠，精度等级C10。每个轴的驱动器用长73毫米，宽50毫米左右的工作台来执行运动任务，且表面开有四个M5，深度是8的盲孔，两侧有四个小凸台，与滚珠丝杠连接的部分孔径为11毫米。X与Y轴的驱动器用长为90毫米，宽为50毫米的连接板来连接。其中左侧高22毫米，并开有四个倒角2.7，孔径5.5的通孔，其与X轴的工作台用四个M5，长30系列的沉头十字头螺钉连接。右侧高30毫米，开有两个孔径5.5，长为26.8毫米的盲孔，其与Y轴驱动器的底座用两个M5，长为30系列的圆顶十字头螺钉连接。Y轴和Z轴的驱动器用一种土字形的连接板连接，其中后侧长60毫米，宽50毫米，高22毫米。前侧长20毫米，宽50毫米，高120毫米。后侧开有四个倒角2.7，孔径5.5的通孔，其与Y轴的工作台用四个M5，长30系列的沉头十字头螺钉连接。前侧开有四个孔径5.5，长为26.8毫米的盲孔，其与Z轴驱动器的底座用四个M5，长为30系列的圆顶十字头螺钉连接。其中每个工作台的中部有两个M2.6，深度4的盲孔，用来安装LX30系列的传感器发迅快，本设计用靠近传感器型，目的在于当一种自由度靠近物体有信号立即停止其运动并立即让另一种驱动器运动。每个驱动器的尾部用用一块厚为11毫米，截面长60，宽30的底板构成，用来限制滚珠丝杠的运动。2.2单轴驱动器2.2.1单轴驱动器的特性与重要类型LX系列的四大特性1滑块上设有定位孔，提高了组装性能（仅限盖板型）2采用精密磨削的滚珠丝杠，施加预压实现静音和高精度。3采用连体式滑块构造减少了滑台高度，最适合省空间设计。4底座上设有2个定位孔，提高了反复定位性能。命名方式是TYPE导程精密级润滑方式如LX2602PG单轴驱动器的构成零件底座（滑轨）滑块马达支架支撑侧轴承座挡块精密滚珠丝杠（磨削）(均有材质表面处理硬度的规定规格表重要描述滑块数马达附件有效行程安装孔尺寸有效行程对相似底座总长的不一样润滑方式的单轴驱动器是不一样的。安装孔尺寸有A、P、B。有效行程L=A+P×(等分数-1)+B……………(2.1)X轴的有效行程=50+100×（2-1）+50=200mmY,Z轴的有效行程=25+100×（2-1）+25=150表2.1单轴驱动器的基本参数TYPE导程(mm)丝杠直径(mm)最大有效行程(mm)LX201/56136LX262/58217LX305/1010529LX4510/20154972.2.2（1）机械传动部件及其功能规定机械传动部件在本产品中重要有丝杠螺母传动，联轴器，导轨等。其重要功能是传递转矩和转速，机械传动部件重要是转矩和转速变换器。其目的是使执行元件与转速方面得到最佳匹配。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大的影响，尤其是其传动类型，传动方式，传动刚度以及传动可靠性对机电一体化系统的精度，稳定性和迅速响应性有重大影响。因此，应设计和选择传动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传递转矩较大的传动部件。（2）传动机构及其性能传动机构重要是对运动的变换，重要是其形式，行程，方向，速度。动力的变换重要是其大小和方向。还要克服惯性力（力矩）及摩擦阻力。表2.2传动机构及其功能基本功能运动的变换动力的变换形式行程方向速度大小形式丝杠螺母○○○联轴器○2.2.3本设计选用的单轴驱动器的参数表2.3单轴驱动器的选用参数坐标轴类型底座总长有效行程惯性矩总重量（无MXB1）（Kg×cm）（Kg）X轴LX3010200mm54mm0.055181原则型Y,Z轴LX3010150mm104mm0.0513147原则型2.2.4LX30系列的精度表2.4精度基准类型定位精度背隙反复定位精度移动平行度启动转矩精密级0.060.02+0.0050.0254N×cmL<=400mm2.2.5负载与力矩表2.5容许负载与静力矩滑块种类滑块数容许静负载容许静力矩容许静力矩容许静力矩Ma长滑块B117218126126387B234436151515157742.3滚轴丝杠的选用2.3.1本设计的选用根据表3.1本设计使用导程是10mm，丝杠直径是10mm,丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构构造简朴、加工以便、制导致本低、具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低（30%~40%）。滚动丝杆螺母机构虽然构造复杂、制导致本高，但其最大长处是摩擦阻力矩小、传动效率高（92%~40%），因此在机电一体化系统中得到广泛应用。本设计使用丝杆转动、螺母移动的传动方式。丝杆转动、螺母移动，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置，其特点是构造紧凑、丝杆刚性很好，合用于工作行程较大的场所。根据滚珠丝杠的命名方式，本设计用米思米系列LX30系列单轴驱动器配套的滚轴丝杠。本设计三轴均用导程是10mm,丝杠螺距是10mm的滚珠丝杠。名称为GB/TBSSK10×10×100—PC10右旋。X轴总长度是188mm,有效行程100mm。Y,Z两轴总长度都是158mm,有效行程都是50mm。表2.4本设计丝杠螺母基本参数螺帽滚珠滚珠中丝杠循环基本额定基本额定轴向种类直径心直径底径数载荷（动）载荷（静）间隙原则型2.381210.67.81.5圈1.85KN3.2KN0.05如下螺帽1列2.3.2滚珠丝杠的工作原理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原件——滚珠，它由丝杠，螺母，滚珠，反向器构成。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹轨道滚动，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的返回通道，从而形成滚珠流动的闭合回路。2.3.3滚珠丝杠传动的长处具有轴向刚度高（通过预紧可消除丝杠与滚珠之间的轴向间隙），运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长。但不能自锁，具有传动的可逆性，在升降传动时，需要采用制动措施。图2.1滚珠丝杠副的工作原理2.4导轨的选用2.4.1本设计的选用本设计使用滑动导轨副，用在三个单轴驱动器的工作台，尚有铝合金型材与手臂部分的螺钉连接处。三个单轴驱动器的工作台用的是对称三角形导轨，底部各有两组φ9.5的沉孔加四个φ5.5的通孔。铝合金型材与手臂部分的螺钉连接处用的是矩形导轨，用的是与铝合金型材长度相似的长滑块，底部用两组φ5的通孔用十字头螺钉连接。2.4.2导轨的作用导轨的作用是使运动部件能沿一定的轨迹运动（导向），并承受运动部件及工件的重量和切削力（承载）。在导轨副中，运动的一方叫运动导轨；不运动的一方叫支撑导轨。运动导轨相对于支撑导轨的运动，一般是直线运动或回转运动。2.4.3导轨的设计规定（1）导向精度高影响导轨精度的重要原因除制造精度外，尚有导轨的构造形式，装配量。导轨及其支撑部件的刚度和热变形，对静压导轨尚有油膜的刚度等。（2）耐磨性能好重要是指使用过程中能否保持一定的导向精度，应当力争减少磨损量，并在磨损后能自动赔偿或便于调整。因此可选用合适的耐磨涂料，润滑措施和保护装置，使导轨具有良好的工作条件，以减少摩擦和磨损。（3）足够的刚度导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，因此规定导轨有足够的刚度。（4）运动轻便和低速平稳性要使导轨的阻力小，运动轻便，低速运行时无爬行现象。（5）构造工艺性好要加工和装配以便，使用时便于调整和维修，成本低。2.4.4本设计的导轨特性（1）三角形导轨该导轨属于尖顶朝下的V型导轨。该导轨在垂直载荷的作用下，磨损后能自动赔偿，不会产生间隙，故导向精度较高。但压板面仍需要有间隙调整装置，本设计为了增长承载面积，减小压强，在导轨高度不变的条件下，采用了较大的顶角（110到120）.由于在两个方向上分力差不多，因此使用对称型三角形。但缺陷时垂直误差互相影响，给制造，检查和修理带来困难。图2.2三角形导轨（2）矩形导轨矩形导轨的特点是构造简朴，制造，检查和修理以便，导轨面较宽，承载能力大，刚度高，但磨损后不能自动赔偿，须有调整间隙的装置，但一种方向上的调整不会影响到另一种方向上的位移，因此安装调整比较以便，在相似状况下，摩擦阻力与接触变性都比较小。图2.3矩形导轨2.5步进电机的选用2.5.1步进电机的原理步进电机是一种运用电磁感应原理，将电脉冲型号转换成直线或角位移的执行元件。每输入一种脉冲电机转轴步进一种步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，对应的转速取决于输入脉冲频率。步进电机的运动是由一系列电脉冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲型号，通过环行分派器按一定的次序加到电动机的各个绕组上。为了使电动机可以输出足够的功率，通过环行分派器产生的脉冲信号还需要进行功率放大。环行分派器，功率放大器以及其他辅助电路统称为步进电动机的驱动电源。2.5.2步进电机的特点重要特点是能实现精确定位、精确位移，且无积累误差。这是由于步进电机运动受输入脉冲控制，其位移量是断续的，总的位移量严格等于输入的指令脉冲数或其平均转速严格正比于数量输入指令脉冲的频率。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，一般被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简朴等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。2.5.3步进电机的选用原则选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率不小于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，多种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以变化丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完毕。但细分只能变化其辨别率，不变化其精度。精度是由电机的固有特性所决定。选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床规定的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配尚有一定的余量，使之最高速持续工作频率能满足机床迅速移动的需要。2.5.4本设计选用东方电机PK26系列的2相步进电机，2相PK系列为高转矩·低振动型步进电动机。除了每转200分割（1.8˚/step）的原则型外，此外还备有每转400分割的高辨别率型以及高转矩、高辨别率的减速机型产品。驱动本系列时需另购驱动器。本系列产品备有高转矩·高效率型、高转矩型、原则型、原则型保护等级IP65规格、高辨别率型、SH减速机型等产品种类。本设计用T3060型式的高转矩型60mm的步进电机。图2.4本设计使用的步进电机表2.5本设计选用电机的基本参数名称类型安装轴型步距角励磁额定保持尺寸最大电流转矩静止转矩2相步高转矩60mm单轴1.8度1.7N×m2A/相0.75进电机（单极性6到2.2N×mPK267JA根导线N×m图2.5本设计电机的运行特性2.5.5步进电机的工作原理步进电机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理。如图2.6所示。有一项绕组通电时，转子齿偏离定子齿一种角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小的途径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动。当转子转到与定子齿对齐位置时，因转子只受径向力而无切向力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。图2.6步进电机构造简图2.5.6本设计的步进电机工作原理根据步距角的基本公式...................................（2.2）Ø——步距角m——相数Z——齿数C——拍数Ø规定为1.8度，m为2相，C为1，Z为100齿。本设计为小步距角步进电动机如图2.7所示。它的定子内圆和转子外圆上均有齿和槽，并且定子和转子的齿宽和齿距相等。定子上有三对磁极，分别绕有三相绕组，定子极面小齿和转子上的小齿位置符合下列规律：图2.7小步距角步进电动机当U相的定子齿和转子齿对齐时，V相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向错开1/3齿距，而W相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向错开2/3齿距。就是说，当某一相磁极下定子与转子的齿相对时，下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开ｇ/m，g为齿距，m为相数；再下一相磁极下定子与转子齿则错开2ｇ/m。以此类推，当定子绕组按U-V-W次序轮番通电时，转子就顺时针方向一步一步的移动，各相绕组轮番通电一次，转子就转过一种齿距。2.6联轴器2.6.1十字滑块联轴器十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器和一种两面带有凸牙的中间盘构成。因凸牙可在凹槽中滑动，故可赔偿安装及运转时两轴间的相对位移。这种联轴器零件的材料可用45钢，工作表面需要进行热处理，以提高其硬度；规定较低时也可用Q275钢，不进行热处理。为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘的油孔中注油进行润滑。由于半联轴器与中间盘构成移动副，不能发生相对转动，故积极轴与从动轴的角速度应相等。但在两轴间有相对位移的状况下工作时，中间盘就会产生很大的离心力，从而增大动载荷及磨损。因此选用时应注意其工作转速不得不小于规定值。这种联轴器一般用于转速n<250r/min，轴的刚度较大，且无剧烈冲击处。本设计参照选用十字滑块联轴器，重要由于它具有如下长处：（1）构造简朴的高扭矩刚性、高敏捷度联轴器。（2）主体中间用十字滑块联接，安装以便，免维护。（3）零回转间隙。（4）主体轴套采用铝合金,体积轻巧。（5）安装以便、免维护、可抗油污抗腐蚀和电气绝缘。（6）容许大的径向和轴向，角向偏差。（7）吸取较的的传动扭力。（8）寿命长,性能安全可靠。（9）制作工艺:精车件,表面处理:本色阳极氧化处理。2.6.2本设计使用的联轴器本设计使用米思米系列的SCPW双膜片型联轴器，详细尺寸参数如表2.6表2.6本设计使用的联轴器的基本参数型号d1d2Dd3LlFA加紧紧固螺栓扭矩2866281232.2949.5M31.5基本尺寸如图2.8所示图2.8SCPW米思米系列联轴器2.6.3本设计联轴器基本力学参数表2.7联轴器的力学参数Type容许扭容许容许静态最高惯性重量矩（N×m）偏角偏心扭转转速力矩（g）(mm)刚度（r/min）（kg×m）（N×m/rad）SCPW1.61.20.153000100004.6842No.28×10^-62.7法兰板和马达附件图2.9T3060米思米系列法兰板法兰板是打有原则螺钉孔的板，而马达附件重要用来使电机与驱动器在安装过程中保持一定的对中性与装配精度，以保证电机正常旋转。图2.10附件安装夹具2.8单轴驱动器LX30传感器发迅快图2.11传感器安装截面图图2.12传感器安装图2.8.1发迅块的重要参数本设计重要使用米思米系列的LX30型的靠近传感器，当各轴的传感器在各自的方向上靠近物体时，传感器发出信号，使工作台停止运动。表2.8发迅块的构成Type发迅块ABC组件型靠近传感器传感器滑轨滑轨安装螺丝式Lx30DG30XGXL-N12FSENC3HSCB3-6×5个表2.9发迅块的重要零件名称1234发迅块传感器安装传感器安装发迅块安装1个螺丝（3个）螺帽（3个）螺丝（1个）DG30XDOG30-1CBSST3-8SLBNR3VISSLX2.6-42.8.2发迅块的工作原理靠近觉传感器是机器人用来探测机器人自身与周围物体之间相对位置或距离的一种传感器，它探测的距离一般在几毫米到十几厘米之间。有时靠近觉传感器与视觉、触觉等传感器没有明显的区别。靠近觉传感器构造上分为接触型和非接触型两种，其中非接触型靠近觉传感器应用较广。目前按照转换原理的不一样靠近觉传感器分为电涡流式、光纤式、超声波式及激光扫描式等。本设计用电涡流式。基本工作原理为导体在一种不均匀的磁场中运动或处在一种交变磁场中时，其内部就会产生感应电流。这种感应电流称为电涡流，这一现象称为电涡流现象，运用这一原理可以制作电涡流传感器。电涡流传感器通过通有交变电流的线圈向外发射高频变化的电磁场，处在磁场周围的被测导电物就产生了电涡流。由于传感器的电磁场方向与产生的电涡流方向相反，两个磁场互相叠加减弱了传感器的电感和阻抗。用电路把传感器电感和阻抗的变化传换成传换电压，则能计算出目的物与传感器之间的距离，该距离正比于传换电压，但存在一定的线性误差。对于钢或铝等材料的目的物，线性度误差为+0.5%。使用电涡流式传感器的长处在于外形尺寸小，价格低廉，可靠性高，抗干扰能力强，并且检测精度也高，可以检测到0.02mm的微量位移。不过该传感器检测距离短，一般只能测到13mm以内，且只能对固态导体进行检测，这是其局限性之处。2.9手臂部分运动计算2.9.1速度的计算电动机转速n=Øb×f/360×60……(2.3)Øb——步进电机的步距角f——脉冲频率（脉冲/秒）n=1.8×200/360×60=60r/min=1r/s丝杠螺距TSP=S×δ………………(2.4)S=360/Øb…………(2.5)S——每转脉冲数δ——脉冲当量（mm）TSP取10mmδ取0.05mmS=360/1.8=200脉冲/转f×n=S………………(2.6)f×1转/秒=200脉冲/秒f=200脉冲/秒工作台运动速度V=n×S……………(2.7)V=60r/min×10mm=600mm/min=10mm/sX轴驱动器有效行程为S1=100mm其中分为先匀加速S11，再匀速S21，再匀减速S31直到停止S1=S11+S21+S31………(2.8)设S11，S31均为20mm有匀加速公式V²=2×a×S…………(2.9)(10mm/s)²=2×a×20mma=2.5mm/(s²)加速时间t1=减速时间t3=V/a=10mm/s/a=2.5mm/(s²)=4s匀速时间t2=S21/V=60mm/(10mm/s)=6s运动总时间t=t1+t2+t3=4s+6s+4s=14s步进电机旋转的角速度ѡ=2×π×n…………(2.10)ѡ=2×3.14×1r/s=6.28rad/s步进电机旋转（的角加速度ɛ=ѡ/t……………(2.11)ɛ=（6.28rad/s）/4s=1.57rad/(s²)2.9.2转动惯量的计算滚珠丝杠的惯性矩J=π×(d^4)×L×ρ/32……(2.12)X轴滚珠丝杠的长度=200-2-3-3-4=188mmX轴滚珠丝杠的惯性矩J11=3.14×（1cm）^4×18.8cm×[7.8g/(cm³)]/32=14.39g×(cm²)Y轴与Z轴滚珠丝杠的长度=150-2-3-3-4=138mmY轴与Z轴滚珠丝杠的惯性矩J21=J31=3.14×（1cm）^4×13.8cm×[7.8g/(cm³)]/32=10.56g×(cm²)驱动器上每个工作台的体积为68.34（cm³）工作台的质量M=ρ×v=7.8g/(cm³)×68.34（cm³）=533.05g工作台折算到丝杠上的转动惯量J=[V/(2×π×n)]²×M………(2.13)V——工作台移动速度J2={1cm/s/[2×3.14×(1r/s)]}²×533.05g=13.52g×(cm²)设滚珠丝杠的传动效率为η1=0.8联轴器的传动效率为η2=0.75J2折算到电机轴上的惯量J3=J2/(η1×η2)………………(2.14)=13.52/(0.8×0.75)=22.53g×(cm²)J11折算到电机轴上的惯量J4=J11/η2………(2.15)J4=14.39/0.75=19.19g×(cm²)J21=J31折算到电机轴上的惯量J5=（J21或J31）/η2………………(2.16)J5=10.56/0.75=14.08g×(cm²)各轴电机的惯量Jm=7.89g×(cm²)结论：X轴电机轴上的总惯量Jx=J3+J4+Jm=22.53+19.19+7.89=49.61g×(cm²)Y轴电机轴上的总惯量Jy=J3+J5+Jm=22.53+14.08+7.89=44.5g×(cm²)Z轴电机轴上的总惯量Jz=Jy=44.5g×(cm²)2.9.3转矩的计算X轴摩擦力转换到电机轴上的当量转矩Tux为Tux=Fx×V/n=180×M×g×u×δ/(π×Øb×η1×η2)………(2.17)Fx——X轴摩擦力V——X轴工作台移动速度Tux=180×(0.533kg)×9.8×0.15×（0.05mm）/(3.14×1.8×0.8×0.75)=2.08N·mm=0.208N·cm同理Y,Z轴摩擦力转换到电机轴上的当量转矩Tuy,Tuz为Tuy=Tuz=Tux=0.208N·cmX轴电机启动加速力矩Max=Jx×ɛ………(2.18)Max=0.0496kg×(cm²)×1.57rad/(s²)=0.078N·cm同理Y,Z轴上的电机启动加速力矩May=Maz=Jy×ɛ=0.0445kg×(cm²)×1.57rad/(s²)=0.07N·cm结论：X轴上的转矩Tx=Tux+Max=0.208+0.078=0.286N·cmY轴上的转矩Ty=Tuy+May=0.208+0.07=0.278N·cmZ轴上的转矩Tz=Tuz+May=0.208+0.07=0.278N·cm3手腕的设计3.1腕部的构造手腕是操作机的小臂(上臂)和末端执行器(手爪)之间的连接部件。其功用是运用自身的活动度确定被末端执行器夹持物体的空间姿态，也可以说是确定末端行器的姿态。故手腕也称作机器人的姿态机构。对一般商用机器人，末杆(即与末端执行器相联结的杆)均有独立的自转功能，若该杆再能在空间取任意方位，那么与之相联的末端执行器就可在空间去任意姿态，即到达完全灵活的境地。3.2手腕基本执行方式工业机器人的腕部是连接手部与臂部的部件，起支撑手部的作用。机器人一般具有6个自由度才能使手部到达目的位置和期望姿态。为使手部能处在空间任何方向，规定手腕能实现对空间3个坐标轴X,Y,Z的转动，既具有回转、仰俯、偏转。4手指的设计本设计的手指部分用电磁铁。4.1电磁铁的概念通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁同样具有磁性，它也叫做电磁铁(electromagnet)。我们一般把它制成条形或蹄形状，以使铁芯愈加轻易磁化。此外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的平常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。4.2电磁铁的工作原理当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一种磁体，这样由电磁铁于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强，一般将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。假如绕向相似，两线圈对铁芯的磁化作用将互相抵消，使铁芯不显磁性。此外，电磁铁的铁芯用软铁制做，而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去电磁铁应有的长处。电磁铁是可以通电流来产生磁力的器件，属非永久磁铁，可以很轻易地将其磁性启动或是消除。例如：大型起重机运用电磁铁将废弃车辆抬起。当电流通过导线时，会在导线的周围产生磁场。应用这性质，将电流通过螺线管时，则会在螺线管之内制成均匀磁场。假设在螺线管的中心置入铁磁性物质，则此铁磁性物质会被磁化，并且会大大增强磁场。一般而言，电磁铁所产生的磁场与电流大小、线圈圈数及中心的铁磁体有关。在设计电磁铁时，会重视线圈的分布和铁磁体的选择，并运用电流大小来控制磁场。由于线圈的材料具有电阻，这限制了电磁铁所能产生的磁场大小，但伴随超导体的发现与应用，将有机会超越既有的限制。图4.1电磁铁的工作原理图4.3电磁铁的长处电磁铁有许多长处：电磁铁磁性的有无可以用通、断电流控制；磁性的大小可以用电流的强弱或线圈的匝数来控制；也可变化电阻控制电流大小来控制磁性大小；它的磁极可以由变化电流的方向来控制，等等。即：磁性的强弱可以变化、磁性的有无可以控制、磁极的方向可以变化，磁性可因电流的消失而消失。4.4本设计的机械手电磁铁吸力方块尺寸为80×50×30=120（cm³）方块质量=M=ρ×v=7.8g/(cm³)×120（cm³）=936g方块重量=M×g=0.936×9.8=9.17N本设计用直流电磁铁，直流电磁铁的衔铁和铁心均由软钢和工程纯铁制成。当电磁线圈接上电源时，线圈中就有了激磁电流，使电磁铁回路中产生密集的磁通。该磁通作用于衔铁，使衔铁受到电磁吸力的作用产生运动。通过理论分析可知，电磁吸力Ｆx与Ｉ和δ之间的关系可用下式来体现：Ｆx＝5.1×I²×（dL/dδ）……(5.1)δ—气隙长度，即磁极间的距离（cm）L—线圈的电感线圈电感L=W^2×Gδ(式中Gδ—气隙的磁导)。因此Fx=5.1×I²×dGδ/dδ……(5.2)dGδ/dδ=－μ0×（S/δ²）………………(5.3)μ0—空气的磁导率，1.25×10^-8(h/cm)；S－决定磁导和电磁吸力的衔铁面面积（cm²）；δ—气隙长度，即磁极间的距离（cm）；K—考虑到磁通能从磁极边缘扩张通过气隙的一种系数，它不小于1，并且δ值越大，K值也就越大。本设计的吸力=5.1×（3.6²）×1.25×10^-8(h/cm)×5（cm²）×（0.5×10^-5）²=15N>9.17N5机架与机座的设计机架零件一般是指机器的底座、机架、箱体、基础版等零件。机器的所有重量将通过机架传至基础上。机架零件还负有承受机器工作时作用力和使机器稳定在基础上的作用。5.1机架的设计规定机架零件往往是机器中最大的零件，在机器总重量中，一般状况下，机器零件占70%—90%。因此，设法减轻此类零件的重量具有一定的经济意义。机架零件按构造形式不一样大体上可归纳成四类：1、机座类；2、板类；3、框架类。此外也有其他分类措施，如整体机架和部分机架、铸造机架和焊接机架、固定机架和移动机架等。对于机架零件一般可提出下列基本规定：1、足够的强度和刚度；2、形状简朴，便于制造；3、便于在机架上安装附件等。对于带有缸体、导轨等的机架零件，还应有良好的耐磨性，以保证机器有足够的使用寿命。高速机器的机架零件还应满足振动稳定性的规定。强度和刚度是评价机架零件工作能力的基本增长准则。像锻压机床、冲剪机床等类机器，其机架零件的截面尺寸往往由强度条件决定。机架零件大多数形状比较复杂。故采用铸件。铸铁的铸造性能好、价廉、吸振能力较强，因此在机架零件中应用最广。受载状况严重的机架常用铸钢、如轧钢机机架。规定质量轻时可以采用轻合金，如飞机发动机的缸体多用铝合金铸成。5.2本设计的机架本设计的机架选用3060型的铝合金型材，基本参数如下表5.1本设计使用的铝合金型材型号重量断面积惯性矩Ix惯性矩Iy壁厚（Kg）mm^2mm^4mm^4mm30601.9447207×10^4