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摘 要
在當(dāng)今制造業(yè)迅速發(fā)展的年代，為了提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)家們開始把目光和戰(zhàn)略放到機(jī)械自動(dòng)化上，力求能大量的使用自動(dòng)化設(shè)備。目前自動(dòng)化設(shè)備已經(jīng)遍布企業(yè)的生產(chǎn)線。其中最為典型的自動(dòng)化機(jī)械手。為了滿足社會(huì)工業(yè)的需求，人們開始研究設(shè)計(jì)更為先進(jìn)的機(jī)械手。從另外的一個(gè)角度上，也可以這么認(rèn)為，一個(gè)國家的機(jī)械手技術(shù)水平的先進(jìn)程度和對機(jī)械手的應(yīng)用廣泛程度，體現(xiàn)出了一個(gè)國家目前的工業(yè)發(fā)達(dá)程度。
本文通過概述機(jī)械手，介紹XYZ直角坐標(biāo)機(jī)械手，說明了本次要設(shè)計(jì)怎么樣的機(jī)械手結(jié)構(gòu)。文中有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程，包括電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算，滾珠絲杠副還有滾動(dòng)導(dǎo)軌的型號的選擇，滾動(dòng)軸承的選擇，彈性聯(lián)軸器的選擇，軸承座的設(shè)計(jì)，電機(jī)安裝座的設(shè)計(jì)選擇，機(jī)架的設(shè)計(jì)，以及機(jī)械零件的相關(guān)指標(biāo)的校核。零件的相關(guān)指標(biāo)的校核包括，絲桿的剛度、使用壽命許用轉(zhuǎn)速等的校核，滾動(dòng)軸承載荷的校核，使用壽命的校核，導(dǎo)軌的使用壽命等校核。文中還詳細(xì)介紹了一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)零件的工藝，包括詳細(xì)的尺寸設(shè)計(jì)加工工藝過程，即為從毛坯到形成所需零件的詳細(xì)加工過程。零件的熱處理工藝過程，包括正火，回火，調(diào)制處理等。
最終就是要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)能升降運(yùn)動(dòng)，左右移動(dòng)，前后移動(dòng)的XYZ直角坐標(biāo)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要能滿足機(jī)械手的基本運(yùn)動(dòng)，還要能滿足機(jī)械手的高定位精度，高移動(dòng)精度。且其外形還要體積小，外形美觀。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手；電動(dòng)機(jī)；滾珠絲杠副
Abstract
In today’s era of rapid development of manufacturing industry, entrepreneurs have begun to focus their eyes and strategies on mechanical automation, strive to use a lot of automation equipment, in order to improve the production efficiency and the economic benefits. Nowadays the automation equipment has been spread all over the production lines of enterprises, especially the automated. Due to meet the needs of the social industry, people begin to design more advanced s. From another perspective, the industrial level of a country depend on its manipulator technology and the extensive degree of manipulator application.
An overview of robot is outlined, its XYZ rectangular coordinate is introduced, and the mechanical structure of the manipulator is described. The design process of three linear motion modules is detailed, including the selection calculation of the motor, type selection of the ball screw pair and the rolling guide, the selection of rolling bearing, the selection of flexible coupling, the design of bearing base, the design of motor mounting base, the design of the frame, and the check of the related indexes of machine parts. The check contains the stiffness of the guide screw, the allowable speed among the working life, the load of rolling bearing, the working life of guide screw. The process of a non-standard part is detailed, including the dimension design, the machining process from the rough to required part. The heat process contains normalizing, tempering, modulation processing.
All the above work is aimed at designing a XYZ rectangular coordinate manipulator which can move up and down, move left and right, move forward and backward. The design of the structure must meet not only the basic movement but also the high locating and move accuracy. The manipulator must have the small volume and a beautiful appearance.
Key words: manipulator; motor; ball screw
引言 1
1 ZYZ直角坐標(biāo)機(jī)械手方案設(shè)計(jì) 2
1.1本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手 2
1.2 本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn) 2
1.3 設(shè)計(jì)的機(jī)械手的外觀結(jié)構(gòu)三維圖 2
1.4 設(shè)計(jì)總體方框圖 3
2 Z軸運(yùn)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 4
2.1滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 4
2.1.1 右旋磨制絲杠 4
2.1.2最大載荷的計(jì)算 4
2.1.3絲杠靜載荷的計(jì)算 6
2.1.4 絲杠副dn值的校驗(yàn) 6
2.1.5 絲杠臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行校核 6
2.1.6螺桿強(qiáng)度校核 7
2.1.7剛度的校核 8
2.1.8絲杠的效率校核 8
2.2滾動(dòng)軸承的選擇與校核 9
2.2.1徑向外載荷的計(jì)算Fr 9
2.2.2計(jì)算軸向外載荷Fa 9
2.2.3軸承支反力的計(jì)算 9
2.2.4計(jì)算角接觸軸承的派生軸向力 9
2.2.5軸承所受軸向載荷 10
2.2.6計(jì)算軸承所受當(dāng)量載荷Pr 10
2.2.7基本額定動(dòng)載荷C 11
2.2.8選定軸承 11
2.2.9軸承壽命Ln的校核 11
2.3設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承座 11
2.4聯(lián)軸器的選擇與校核 12
2.5步進(jìn)電機(jī)的選擇 13
2.6導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇 14
2.6.1計(jì)算滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的額定壽命 15
2.6.2絲杠導(dǎo)軌的連接件 15
2.6.3導(dǎo)軌的潤滑 16
2.7電機(jī)安裝座 17
2.8 Z軸運(yùn)動(dòng)模塊連接架 17
3 X軸運(yùn)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 18
3.1滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 18
3.1.1滾珠絲杠副的特點(diǎn) 18
3.1.2滾珠絲桿運(yùn)動(dòng)副基本參數(shù)及校核 18
3.1.3剛度的校核 26
3.2滾動(dòng)軸承的選則與校核 26
3.2.1徑向外載荷Fa 27
3.2.2選定軸承型號 29
3.2.3軸承壽命Ln的校核 29
3.3滾動(dòng)軸承座的設(shè)計(jì) 29
3.4聯(lián)軸器的選擇與校核 30
3.5電機(jī)的選擇 31
3.5.1電機(jī)所需基本參數(shù) 31
3.5.2運(yùn)動(dòng)所需功率 32
3.5.3計(jì)算絲杠轉(zhuǎn)矩 32
3.6導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇 32
3.6.1滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的額定壽命 33
3.6.2絲杠導(dǎo)軌連接件 33
3.6.3導(dǎo)軌的潤滑 34
3.7電機(jī)安裝座的設(shè)計(jì) 35
3.8 X軸運(yùn)動(dòng)模塊機(jī)架設(shè)計(jì) 35
3.9 橫梁的校核 35
4 Y軸運(yùn)動(dòng)模塊的的設(shè)計(jì) 36
4.1滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 36
4.1.1滾珠絲桿基本參數(shù)及其校核 36
4.1.2剛度的校核 42
4.2滾動(dòng)軸承的選則與校核 43
4.2.1徑向外載荷Fa 43
4.2.2軸承支反力的計(jì)算 43
4.2.3角接觸軸承的派生軸向力 44
4.2.4軸承所受軸向載荷 44
4.2.5軸承所受當(dāng)量載荷Pr 44
4.2.6基本額定動(dòng)載荷C 45
4.2.7軸承的選定 45
4.2.8軸承壽命的校核 45
4.3滾動(dòng)軸承座的設(shè)計(jì) 45
4.4聯(lián)軸器的選擇與校核 46
4.5電機(jī)的選擇 47
4.6導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇 48
5.6.1滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的額定壽命 49
4.6.2導(dǎo)軌連接件 49
4.6.3導(dǎo)軌的潤滑 50
4.7電機(jī)安裝座的設(shè)計(jì) 51
4.8 Y軸運(yùn)動(dòng)模塊連接架設(shè)計(jì) 51
5 非標(biāo)準(zhǔn)件零件的工藝設(shè)計(jì) 52
6 結(jié)論 53
謝 辭 54
參考文獻(xiàn) 55
引言
現(xiàn)在的社會(huì)是自動(dòng)化的機(jī)械代替人工工作的時(shí)代，機(jī)械工作效率高，成本比人工工作低，已經(jīng)在大部分領(lǐng)域廣泛應(yīng)用推廣。一個(gè)操作工人可以控制3到6臺機(jī)器，工作安全性很高�，F(xiàn)在大部分的自動(dòng)化機(jī)構(gòu)都運(yùn)用到機(jī)械手結(jié)構(gòu)，比如摘果機(jī)械手，自動(dòng)上料機(jī)等等。XYZ直角坐標(biāo)機(jī)械手，現(xiàn)在基本上是應(yīng)用在自動(dòng)化設(shè)備上的，可精確定位，一般用在高速高精度的工作環(huán)境，用來重復(fù)搬運(yùn)；或者用來點(diǎn)膠，也可涂膠，也可焊接，甚至裝配、檢測、封裝、剁碼，鎖螺絲當(dāng)然也可以。在制造方面，它制造成本相當(dāng)?shù)牡�，它系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，只有控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)和操作工具。使用靈活，功能多，根據(jù)操作工具的不同，使用功能不同。可靠性高、速度快、精度高，可以代替人工，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。它可以24小時(shí)在高溫等惡劣環(huán)境下不停歇地工作，如果有故障，維修也很方便。
近年來，世界及我國電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)得到很快地技術(shù)提升，應(yīng)用更加廣泛，機(jī)器人的研究制造與改良和生產(chǎn)頓時(shí)成為高技術(shù)領(lǐng)域的一門新興技術(shù)，且其發(fā)展迅速，它也就促進(jìn)了機(jī)械手的進(jìn)一步發(fā)展，所以機(jī)械手現(xiàn)在能更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個(gè)重要組成部分。把傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)備加上機(jī)械手即可共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它在適中、小批量生產(chǎn)中特別受歡迎，通過機(jī)械手的應(yīng)用可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，它的結(jié)構(gòu)很緊湊，對市場的適應(yīng)性能力很強(qiáng)。沒當(dāng)改變加工的工件時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)也就很容易跟著改變，也就有利于企業(yè)不斷更新研究制造適銷對路的品種，提高市場產(chǎn)品的質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。但是目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)還有對它的工程應(yīng)用的水平和國外比較起來還是有相當(dāng)大的距離。我國對工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平相對很低，機(jī)械手的研究和開發(fā)從根本上會(huì)直接影響到我國自動(dòng)化生產(chǎn)水平，故從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)都考慮要提高機(jī)械手的水平。因此，對機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有現(xiàn)實(shí)意義和未來展望的。
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