數(shù)控齒輪倒角機軸類齒輪自動上下料裝置設(shè)計含proe三維及8張CAD圖

數(shù)控齒輪倒角機軸類齒輪自動上下料裝置設(shè)計含proe三維及8張CAD圖,數(shù)控,齒輪,倒角,機軸,自動,上下,裝置,設(shè)計,proe,三維,cad 設(shè)計(XX)任務(wù)書 題 目 (包括副標(biāo)題) 數(shù)控齒輪倒角機軸類齒輪自動上下料裝置設(shè)計 教師姓名 職 稱 教學(xué)單位 學(xué)生姓名 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 任務(wù)下達(dá)時間 20XX年12月9日 成果形式 A畢業(yè)設(shè)計 B畢業(yè)論文 C實做 ■ □ □ 1．畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求： （闡明通過畢業(yè)設(shè)計（論文）解決（研究）的主要問題及解決（研究）問題的方法要求。） 自動上下料裝置廣泛用于生產(chǎn)過程自動化中，本課題設(shè)計的軸類齒輪自動上下料裝置，相對于傳統(tǒng)人工上下料具有加工節(jié)拍快、加工精度穩(wěn)定以及減少人工上下料帶來的誤差等優(yōu)點。軸類齒輪自動上下料裝置主要有上下料機械手與送料裝置以及電氣控制單元等部分組成。本課題主要完成自動上下料裝置機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 2．畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度要求： 周 次 計劃工作內(nèi)容 第一周 了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況及要求。 第二周—第三周 ?進行方案設(shè)計并確定最終方案。 第四周—第八周 根據(jù)設(shè)計方案進行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計并畫出工程圖。 第九周-第十周 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，經(jīng)指導(dǎo)教師審閱后進行修改。 第十一周-第十二周 制作多媒體答辯講稿，準(zhǔn)備答辯提綱并進行畢業(yè)答辯。 （注：表格不夠可另行加頁 ） 系（教研室）主任簽字： 數(shù)控齒輪倒角機軸類齒輪自動上下料裝置設(shè)計 Design of Automatic Loading and Loading Device for Shaft Gear of NC Gear Chamfering Machine 摘 要 自動上下料裝置廣泛用于生產(chǎn)過程自動化中，本課題設(shè)計的是軸類齒輪自動上下料裝置，相對于傳統(tǒng)人工上下料具有加工節(jié)拍快、加工精度穩(wěn)定以及減少人工上下料帶來的誤差等優(yōu)點。本文針對軸類齒輪自動上下料裝置進行設(shè)計，其由上下料機械手及送料部分構(gòu)成。 本文首先通過對軸類齒輪自動上下料機械手現(xiàn)狀進行全方位調(diào)研，在此基礎(chǔ)上提出了軸類齒輪自動上下料總體方案；然后，對上下料機械手及送料部分各主要構(gòu)成件尺寸進行設(shè)計校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了軸類齒輪自動上下料裝置裝配圖、主要零件圖，并采用UG軟件構(gòu)建了三維模型。 通過對大學(xué)本科五年所學(xué)知識進行整合，鞏固了大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識，如：機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、機械制圖等；完成了具有特定功能、特殊要求的上下料機械手的設(shè)計，掌握了自動上下料機械產(chǎn)品的設(shè)計方法，而且能夠熟練運用AutoCAD制圖軟件，這對今后的工作和生活產(chǎn)生了極大的意義。 關(guān)鍵字：齒輪，氣缸，上下料，送料，結(jié)構(gòu) Abstract The automatic feeding and unloading device is widely used in the production process automation. The design of this subject is the automatic feeding and unloading device of axle gear. Compared with the traditional manual feeding and unloading device, it has the advantages of fast processing rhythm, stable processing accuracy and reducing the error caused by manual feeding and unloading. This paper designs an automatic feeding and unloading device for axle gear, which is composed of an upper and lower feeding manipulator and a feeding part. Firstly, based on the comprehensive investigation of the status quo of the axle gear automatic feeding and unloading manipulator, the overall scheme of the axle gear automatic feeding and unloading is put forward. Then, the dimensions of the main components of the upper and lower gear manipulator and the feeding part are designed and checked. Finally, the assembly drawings and main parts drawings of the axle gear automatic feeding and unloading device are drawn by AutoCAD drawing software. The three-dimensional model is built by UG software. Through the integration of the five-year undergraduate knowledge, consolidated the professional knowledge of the university, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, mechanical drawing, etc., completed the design of loading and unloading manipulator with specific functions and special requirements, mastered the design method of automatic unloading and unloading mechanical products, and skilled use of AutoCAD drawing software, which for the future. Work and life are of great significance. Key words: gear, cylinder, loading and unloading, feeding, structure 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1課題背景及意義 1 1.2工業(yè)機器人國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 第2章 總體方案設(shè)計 2 2.1 設(shè)計要求 2 2.2總體方案設(shè)計 2 2.2.1坐標(biāo)形式選擇 2 2.2.2驅(qū)動方式選擇 3 2.2.3手爪方案設(shè)計 4 2.2.4送料機構(gòu)方案設(shè)計 4 第3章 上下料機械手的設(shè)計 5 3.1氣缸選型計算 5 3.1.1氣缸缸徑的計算 5 3.1.2氣缸型號確定 5 3.2回轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計 6 3.2.1尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 6 3.2.2強度校核計算 7 3.2.3鍵的校核 9 3.3手爪的設(shè)計 9 3.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3.3.2計算分析 10 3.3.3手爪夾持精度的分析計算 11 第4章 送料部分的設(shè)計 12 4.1電動機的選擇 12 4.1.1參數(shù)計算 12 4.1.2電機型號的選擇 15 4.2導(dǎo)軌的選型與計算 15 4.2.1導(dǎo)軌的選型 15 4.2.2直線滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇 16 4.2.3導(dǎo)軌副精度分析 18 4.3齒輪齒條設(shè)計 18 4.3.1齒輪齒條的材料選擇 18 4.3.2齒輪齒條的設(shè)計與校核 19 4.4送料舉升氣缸型號確定 24 總 結(jié) 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 IV 第1章 緒論 1.1課題背景及意義 在目前的生產(chǎn)條件和社會環(huán)境下，自動上下料裝置作為生產(chǎn)加工前沿的產(chǎn)品，應(yīng)自動化設(shè)備更新時的需要，很大程度上能夠代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。自動上下料裝置使散亂的中小型的工件毛坯，經(jīng)過定向機構(gòu)，實現(xiàn)定向排序，然后順序的由上下料裝置把它送到機床和工作位置去，并把工件取走。在現(xiàn)代自動化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域方面，物料的搬運、機床的上下料、整機的裝配等實現(xiàn)自動化是十分必要的。自動上下料裝置和工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而設(shè)計和采用的。 工業(yè)機器人是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)自動上下料裝置在提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率上，是最有效的手段之一。特別在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。正因如此，許多企業(yè)都開始引用這種自動化生產(chǎn)設(shè)備去完成那些比較繁重或危險系數(shù)較高的工作。工業(yè)自動上下料裝置的廣泛應(yīng)用，正在慢慢改善人類的生活方式和生產(chǎn)方式。 本課題試圖開發(fā)數(shù)控齒輪倒角機軸類齒輪自動上下料裝置，可部分替代人工進行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在對自動上下料裝置產(chǎn)品變化或臨時需要進行新的分配任務(wù)時，可以允許方便的改動，而對于位置改變時，只要重新編程，就能很快地投入生產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費用。 1.2工業(yè)機器人國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 工業(yè)機器人最開始廣泛應(yīng)用在汽車制造工業(yè)中，常用于焊接、噴漆、搬運和上下料。它可以代替人類在危險、有害、高溫和有毒等惡劣環(huán)境中工作。目前，工業(yè)機器人主要應(yīng)用于制造業(yè)，特別是電器制造汽車制造等工業(yè)。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心,自動搬運小車與自動監(jiān)測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系統(tǒng),實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。 在國外，工業(yè)機器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。相繼形成了一批具有影響力的著名的工業(yè)機器人公司。國際上的工業(yè)機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU等。 隨著世界機器人技術(shù)的發(fā)展和市場的形成，我國在機器人科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用工程等領(lǐng)域方面取得了很大的進步。我國的工業(yè)機器人起步于20世紀(jì)70年代初，經(jīng)過了長期的發(fā)展，大致分為三個階段：70年代萌芽期，80年代開發(fā)期和90年代應(yīng)用期。在我國，機器人市場大部分被國外的企業(yè)所占據(jù)。如今我國正在經(jīng)歷從“制造大國”向“制造強國”的過渡，對我國自動化產(chǎn)業(yè)的提高勢必會為中國制造業(yè)向國際接軌、參與國際分工注入新的動力。 工業(yè)自動上下料裝置的使用，很大程度上延伸和擴大了人類的手足和大腦功能，它能夠很好的代替人工完成繁重、單調(diào)重復(fù)的勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著自動化生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和進步，自動上下料裝置的運用范圍將會日益擴大。 第2章 總體方案設(shè)計 2.1 設(shè)計要求 自動上下料裝置廣泛用于生產(chǎn)過程自動化中，本課題設(shè)計的軸類齒輪自動上下料裝置，相對于傳統(tǒng)的人工上下料具有加工節(jié)拍快、加工精度穩(wěn)定以及減少人工上下料帶來的誤差等優(yōu)點。軸類齒輪自動上下料裝置主要有上下料機械手與送料裝置以及電氣控制單元等部分組成。本課題主要完成自動上下料裝置機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 2.2總體方案設(shè)計 2.2.1坐標(biāo)形式選擇 工業(yè)自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有四種，分別是直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點，分別介紹如下[3]。 （1）直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)自動上下料裝置的空間運動的實現(xiàn)是利用直角坐標(biāo)形式X、Y、Z三個相互垂直的直線運動來進行的。其工作空間為一空間長方體。這種形式的自動上下料裝置結(jié)構(gòu)簡單，定位精度較高，能滿足高速的要求，且產(chǎn)量大，節(jié)拍短。但是，這種直角坐標(biāo)形式的自動上下料裝置占地面積大，工作范圍小并且靈活性很差，維護比較困難。這些因素限制了它的適用范圍。 直角坐標(biāo)自動上下料裝置主要用于裝配及搬運作業(yè)，直角坐標(biāo)自動上下料裝置有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。 （2）圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)自動上下料裝置的空間運動的實現(xiàn)是利用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動，即沿著X軸的伸縮、Z軸的升降和Z軸的回轉(zhuǎn)。這種自動上下料裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，控制比較簡單，常用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。 （3）球坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)自動上下料裝置的空間運動的實現(xiàn)是利用兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動，即沿著X軸的伸縮、繞Y軸的俯仰和Z軸的回轉(zhuǎn)。這種自動上下料裝置動作較為靈活，占地面積小，工作范圍大，但是它的結(jié)構(gòu)比較的復(fù)雜。其工作空間是一個類球形的空間。 （4）關(guān)節(jié)型坐標(biāo)結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型自動上下料裝置主要由底座、大臂和小臂組成。它的空間運動的實現(xiàn)是利用三個回轉(zhuǎn)運動，即大臂的俯仰，小臂的俯仰和大臂的回轉(zhuǎn)。關(guān)節(jié)型自動上下料裝置工作范圍比較大，動作很靈活，通用性強，因此這種自動上下料裝置在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。但是它的定位精度較差，控制裝置和機械結(jié)構(gòu)較其他形式的上下料裝置而言，比較復(fù)雜。 關(guān)節(jié)型自動上下料裝置有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。 2.2.2驅(qū)動方式選擇 目前的驅(qū)動源主要是采用氣壓驅(qū)動、電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動這三種[10]。 （1）氣壓驅(qū)動系統(tǒng)以空氣作為工作介質(zhì)，不僅易于取得，而且用后可直接排入大氣，處理方便，也不污染環(huán)境。氣動動作迅速，調(diào)節(jié)方便，維護簡單，不存在介質(zhì)變質(zhì)及補充等問題。氣壓原件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，壽命長，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。且其工作環(huán)境適應(yīng)性好，工作安全可靠，過載時能自動保護。 （2）液壓驅(qū)動系統(tǒng)是靠驅(qū)動流體壓力致動器的輸出力來驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定，固有的高效率，響應(yīng)速度快，速度很簡單，可以在很寬的范圍內(nèi)無級調(diào)速，便于適應(yīng)不同的工作要求，順利實現(xiàn)傳輸，可以吸收沖擊力，實現(xiàn)更加頻繁和換向平穩(wěn)，但容易漏油，污染高，成本高，定位精度比氣壓驅(qū)動高，但比電機低，流體溫度和粘度變化影響傳輸性能。 （3）電機動驅(qū)動系統(tǒng)包括普通交流電動機驅(qū)動，交、直流伺服電動機驅(qū)動和步進電動機驅(qū)動。普通交、直流電動機驅(qū)動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大。伺服電動機和步進電動機輸出力矩相對小，控制性能好，可以實現(xiàn)速度和位置的精確控制。 基于上述對各種驅(qū)動方式的分析，本次設(shè)計的自動上下料裝置，機械手部分由于負(fù)載不大且對位置精度要求不高，因此采用氣缸驅(qū)動；而送料部分，由于送料平移機構(gòu)對位置精度要求較高，因此采用采用交流伺服電機驅(qū)動。 2.2.3手爪方案設(shè)計 由于本次設(shè)計的自動上下料裝置用于完成軸類齒輪的上下料。因此上下料手爪采用兩個半圓形手指的結(jié)構(gòu)，其中一個固定，另一個由氣缸驅(qū)動夾緊與松開。 2.2.4送料機構(gòu)方案設(shè)計 送料機構(gòu)形式很多，由傳送帶、機械手直接送料，齒輪齒條傳動平臺送料，絲杠傳動平臺送料。考慮到數(shù)控齒輪倒角機在夾緊軸類齒輪時有自動導(dǎo)正功能，故對送料傳送機構(gòu)精度要求中等級別即可，因此本次選用齒輪齒條傳動平臺送料，送到對應(yīng)加工位置后由氣缸驅(qū)動脫料架頂起工件送到夾具加工位置。 綜合上述2.2.1~2.2.4可得到本次設(shè)計的自動上下料裝置方案如下圖2-1所示。 圖2-1 產(chǎn)線總體布置方案 第3章 上下料機械手的設(shè)計 3.1氣缸選型計算 3.1.1氣缸缸徑的計算 內(nèi)徑D可按下列公式初步計算： 氣缸的負(fù)載為推力 式（3-1） 式中 —氣缸實際使用推力15000（N）； —氣缸的負(fù)載效率，一般取0.5～07； —氣缸的總效率，一般取=07～09；計算=0.8； —氣缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力（MPa） 本次設(shè)計中氣缸已知系統(tǒng)壓力=7MPa； 根據(jù)式（3-1）得到內(nèi)徑：=49.3mm 查缸筒內(nèi)徑系列/mm(GB/T 2348-1993)可以取為50mm。 活塞桿外徑： 表3-1 活塞桿直徑系列 活塞桿直徑系列/mm (GB/T 2348-1993) 4、5、6、8、10、12、16、18、20、22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、80、90、100、110、125、140、160、180、200、220、250、280、320、360 所以取d=20mm 3.1.2氣缸型號確定 結(jié)合本設(shè)計的實際要求，送料舉升氣缸選擇用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的氣缸的結(jié)構(gòu)特點以及尺寸參數(shù)，選定此次設(shè)計采用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為50/20。 （1）在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑=50mm,的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計使用壓強, 則驅(qū)動力： （2）測定手爪質(zhì)量為10kg,設(shè)計加速度，則慣性力： （3）考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), 總受力 所以選擇的該氣缸尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。 3.2回轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計 3.2.1尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 1）軸上的功率P1,轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1 ，， 2）初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設(shè)計表11.3，取，于是得： 該處開有鍵槽故軸徑加大5％～10％，且高速軸的最小直徑顯然是安裝齒輪處的直徑。取；。 3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 （a）為了滿足齒輪的軸向定位的要求2軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取故取2段的直徑，長度。 （b）初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用圓錐滾子軸承。根據(jù)，查機械設(shè)計手冊選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的深溝球軸承30205，故，軸承采用軸肩進行軸向定位，軸肩高度軸肩高度，取，因此，取。 （c）齒輪處由于齒輪分度圓直徑，故采用齒輪軸形式，齒輪寬度B=20mm。另外考慮到齒輪端面與箱體間距10mm以及兩級齒輪間位置配比，取，。 4）軸上零件的周向定位 查機械設(shè)計表，聯(lián)接齒輪的平鍵截面。 3.2.2強度校核計算 1）求作用在軸上的力 已知高速級齒輪的分度圓直徑為，根據(jù)《機械設(shè)計》（軸的設(shè)計計算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則 2）求軸上的載荷 在確定軸承支點位置時，從機械手冊中查取a值。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險截面。先計算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F ， ， C截面彎矩M 總彎矩 扭矩 3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力 已選定軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此，故安全。 4）鍵的選擇 采用圓頭普通平鍵A型（GB/T 1096—1979）連接，聯(lián)接齒輪的平鍵截面，。齒輪與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。 3.2.3鍵的校核 （1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 齒輪處選用單圓頭平鍵，尺寸為 （2）校核鍵聯(lián)接的強度 鍵、軸材料都是鋼，由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 鍵的工作長度 ，合適 3.3手爪的設(shè)計 3.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械手的手部是最重要的執(zhí)行機構(gòu)。由于被握持的工件形態(tài)不一，其手部結(jié)構(gòu)也是多種多樣的。按照握持原理，常用的手部可以分為夾持類和吸附類兩大類。本次設(shè)計采用的是夾持類手部。夾持類手部又分夾鉗式、托勾式和彈簧式。本次設(shè)計選用夾鉗式，這種結(jié)構(gòu)的手部是最常見的一種。由于本次設(shè)計的自動上下料裝置用于完成軸類齒輪的上下料。因此上下料手抓采用兩個半圓形手指的結(jié)構(gòu)，其中一個固定，另一個由氣缸驅(qū)動夾緊與松開。 工件尺寸：工件為φ80×200mm的軸類齒輪零件。 機械手最大抓重：5kg 圖2-1 手爪 3.3.2計算分析 機器人手臂停止?fàn)顟B(tài)開始的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的組合，所以會有速度和加速度.因為工件具有了加速度，所以其重量就有了變化。假設(shè)機械手手部縱向中心線上面所加的驅(qū)動力為P，P＝氣缸有效截面積×使用的氣壓×η.作用在方向沿手指運動方向的一個指尖上的夾緊力為Q.設(shè)2個手指的摩擦力2μQ，工件重量G=mg.夾起工件要計算的是單個手指所必須的力Q. 工件以加速度a垂直上升，要使工件不掉下，下式必須成立. 得 代入數(shù)據(jù)，得 選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇氣缸工作壓力P=0.81MPa, 根據(jù)表4.1（JB826-66），選取氣缸內(nèi)徑為：D=40mm 則活塞桿內(nèi)徑為: D=400.5=20mm，選取d=20mm 為了保證手爪張開角為，活塞桿運動長度為34mm。 手爪的夾持范圍，當(dāng)手爪沒有張開角的時候，如圖3.2（a）所示，根據(jù)機構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑，當(dāng)張開60度時，如圖3.2（b）所示，最大夾持半徑計算如下： 機械手的夾持半徑從20-30mm （a） (b) 手抓張開示意圖 3.3.3手爪夾持精度的分析計算 機械手的精度設(shè)計要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。 機械手能否準(zhǔn)確夾持工件，并且把工件送到指定的位置，不但取決于機械手的定位精度，而且也取決于機械手夾持誤差的大小。為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，因此要進行機械手的夾持誤差分析。 圖3.3 手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。 機械手的夾持范圍為φ50×50mm 一般夾持誤差不超過1mm,分析如下： 偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計算 當(dāng)S時帶入有： 夾持誤差滿足設(shè)計要求。 第4章 送料部分的設(shè)計 4.1電動機的選擇 4.1.1參數(shù)計算 現(xiàn)在比較常用的伺服電機包括反應(yīng)式伺服電機(vR)、永磁式伺服電機(PM)等。永磁式伺服電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.50或150；反應(yīng)式伺服電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為0.750或1.50，但有一定的噪聲和振動。反應(yīng)式伺服電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 綜合考慮技術(shù)難度、精度和資金等因素，結(jié)合所改造機床的負(fù)載較小，負(fù)載變化不大又是經(jīng)濟簡易型的自動控制設(shè)備，故采用反應(yīng)式伺服電機作為砂輪座磨削進給的驅(qū)動源。 (1)旋轉(zhuǎn)力的計算 旋臂式機械手夾持工件時，很明顯承受著一定的旋臂力矩。由文獻(xiàn)1查得旋轉(zhuǎn)力的計算公式為： 一旋轉(zhuǎn)阻抗力(N)，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，取其值為1989.9。 由文獻(xiàn)1查得： 取，則 (N) ，則 (N) (2)伺服電機的選用 伺服電機總的位移量是嚴(yán)格等于輸入的指令脈沖數(shù)，或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于輸入指令脈沖的頻率，因此能實現(xiàn)精確定位、精確位移。而且同時可在其工作頻段內(nèi)，從一種運動狀態(tài)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到另一種運動狀態(tài)。伺服電機有下列工作特點： ①變扭矩傳動，扭矩受脈沖頻率的限制。頻率高，扭矩則小。能雙向轉(zhuǎn)動，有適量的阻尼。 ②只要避開伺服電機本身的低頻振蕩區(qū)，就可能獲得平穩(wěn)的低速進給。 ③改變指令脈沖頻率就能使伺服電機變速，從而改變進給速度，可省去一部分機械變速機構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)簡單，壽命長。 ④進給速度變化范圍寬，從每秒幾個脈沖到幾千個脈沖。即能使進給系統(tǒng)正調(diào)整時實現(xiàn)快速運動，又能保證由粗加工到精加工的各項要求。 ⑤快速響應(yīng)性很強，只要有脈沖輸入或停止輸入，伺服電機就立即轉(zhuǎn)動或停轉(zhuǎn)。 ⑥不通電時無定位力矩，轉(zhuǎn)子能自由轉(zhuǎn)動，每步有振蕩和過沖，但在使用中失步和過沖完全在零件的尺寸誤差之內(nèi)，對加工精度影響甚小。 (3)脈沖當(dāng)量和步距角 脈沖當(dāng)量小可提高加工精度，但使系統(tǒng)復(fù)雜。一般加工精度的自動控制機床，脈沖當(dāng)量可選為0.01mm／step，初步確定步距角=0.75／step。 (4)伺服電機轉(zhuǎn)軸上啟動力矩的計算 由文獻(xiàn)9查得啟動力矩的計算公式為： 式中： 一電機啟動力矩 ——旋轉(zhuǎn)進給抗力(N)，= =1989.9(N) 一垂直分力，==795.9(N) ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，選用淬火鋼滾動導(dǎo)軌，取=0.01 G-機器重量(N)，按圖紙粗估G=480N ——總機械效率，取=0.85 則 (5)確定伺服電機最大靜轉(zhuǎn)矩和最高工作頻率 為滿足最小步距要求，電機選用三相六拍工作方式，由文獻(xiàn)9查得： =0．866 (3—6) 則伺服電機最大靜轉(zhuǎn)矩為： =180／0.866=207.8(Ncm) 最高工作頻率為： 4.1.2電機型號的選擇 查表選用110BF003型伺服電機，其參數(shù)如下：步距角，選用三相六拍工作時取，最大靜轉(zhuǎn)距800N.cm，最高空載啟動頻率1500Step／s，運行頻率7000 Step／s，相數(shù)3，電壓80V，相電流6A，滿足需要。 4.2導(dǎo)軌的選型與計算 4.2.1導(dǎo)軌的選型 導(dǎo)軌主要分為滾動導(dǎo)軌和滑動導(dǎo)軌兩種， 直線滾動導(dǎo)軌在數(shù)控機床中有廣泛的應(yīng)用。相對普通機床所用的滑動導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點： ①定位精度高 直線滾動導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導(dǎo)軌的1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運動靈活，可使驅(qū)動扭矩減少90%，因此，可將機床定位精度設(shè)定到超微米級。 ②降低機床造價并大幅度節(jié)約電力 采用直線滾動導(dǎo)軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進行起動、停止的往復(fù)運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。 ③可提高機床的運動速度 直線滾動導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實現(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20～30%。 ④可長期維持機床的高精度 對于滑動導(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能?。疂L動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開式直線滾動導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。 4.2.2直線滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇 根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌: 選擇漢江機床廠BGX系列滾動直線導(dǎo)軌,其型號為: BGXH20BL 基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下: 導(dǎo)軌的額定動載荷N 依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導(dǎo)軌的工作壽命Ln： 額定行程長度壽命: 導(dǎo)軌的額定工作時間壽命: 導(dǎo)軌的工作壽命足夠. 導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)： ：靜安全系數(shù)；：基本靜額定負(fù)載；：工作載荷 導(dǎo)軌壽命計算： 4.2.3導(dǎo)軌副精度分析 4.3齒輪齒條設(shè)計 4.3.1齒輪齒條的材料選擇 齒條材料的種類很多，在選擇過程中應(yīng)考慮的因素也很多，主要以以下幾點作為參考原則： 齒輪齒條的材料必須滿足工作條件的要求。 應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。 正火碳鋼，不論毛坯制作方法如何，只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度沖擊工作下的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。 合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。 飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強度合金鋼。 6）金屬制的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為30～50HBS或者更多。 鋼材的韌性好，耐沖擊，還可通過熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度，故適用于來制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大，應(yīng)采用硬齒面（硬度≥350HBS），故選取合金鋼，以滿足強度要求，進行設(shè)計計算。 4.3.2齒輪齒條的設(shè)計與校核 （1）送料系統(tǒng)的功率 設(shè)V為最低送料速度（米/秒），F(xiàn)為以V平移時游動系統(tǒng)起重量（理論起重量，公斤）。 起升功率 F= 取0.8（米/秒） 每部分的平均功率為 轉(zhuǎn)矩公式： N.mm 所以轉(zhuǎn)矩 T= 式中n為轉(zhuǎn)速（單位r/min） （2）各系數(shù)的選定 計算齒輪強度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù)，即 K= 1）使用系數(shù) 是考慮齒輪嚙合時外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。 該齒輪傳動的載荷狀態(tài)為輕微沖擊，工作機器為重型升降機，原動機為液壓裝置，所以使用系數(shù)取1.35。 2）動載系數(shù) 齒輪傳動不可避免地會有制造及裝配誤差，輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形，對于直齒輪傳動，輪齒在嚙合過程中，不論是有雙對齒嚙合過渡到單對齒嚙合，或是有單對吃嚙合過渡到雙對齒嚙合的期間，由于嚙合齒對的剛度變化，也要引起動載荷。為了計及動載荷的影響，引入了動載系數(shù)，如圖2-1所示。 圖2-1動載系數(shù) 由于速度v很小，根據(jù)上圖查得，取1.0。 3）齒間載荷分配系數(shù) 一對相互嚙合的斜齒（或直齒）圓柱齒輪，有兩對（或多對）齒同時工作時，則載荷應(yīng)分配在這兩對（或多對）齒上。 對于直齒輪及修形齒輪，取。 4）齒輪載荷分布系數(shù) 當(dāng)軸承相對于齒輪做不對稱配置時，受災(zāi)前，軸無彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個節(jié)圓柱恰好相切;受載后，軸產(chǎn)生彎曲變形，軸上的齒輪也就隨之偏斜，這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。 計算齒輪強度時，為了計及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象，通常以系數(shù)來表征齒面上載荷分布不均勻的程度對齒輪強度的影響。 根據(jù)機械設(shè)計表10-4取=1.37。 綜上所述，最終確定齒輪系數(shù)K==1.35111.37=1.8 （3）齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)、許用應(yīng)力的選擇 1）壓力角α的選擇 我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為α=20°。 2）齒數(shù)z的選擇 為使齒輪免于根切，對于α=20°的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，應(yīng)取z≥17，這里取z=20。 17 3）齒寬系數(shù)的選擇 由于齒輪做懸臂布置，取=0.6 4）預(yù)計工作壽命 10年，每年250個工作日，每個工作日10個小時 =1025010=25000h 5）齒輪的許用應(yīng)力 按下式計算 式中：S——疲勞強度安全系數(shù)。對于接觸疲勞強度計算時，取S=1；進行齒根彎曲疲勞強度計算時，取S=1.25~1.5。 ——考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)，稱為壽命系數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的計算方法是：設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速（單位為r/min）；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合次數(shù)；為齒輪工作壽命（單位為h），則齒輪工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計算： N=60nj n暫取10，則N=601025000=1.5。 查機械設(shè)計表10-18可得=1.3。 ——齒輪疲勞極限。彎曲疲勞極限用代入；接觸疲勞極限用代入，查機械設(shè)計圖10-21得=980。1500 =1.3 S=1 1950 850 S=1.4 607.1 （雙向工作乘以0.7）424.97 當(dāng)齒數(shù)z=20 17 時，齒形系數(shù)=2.8 2.97 應(yīng)力校正系數(shù)=1.55 1.52 基本參數(shù)選擇完畢 （4）齒輪的設(shè)計計算 齒輪的設(shè)計計算公式： ……………Km—開式齒輪磨損系數(shù)，Km=1.25（機械設(shè)計手冊（3卷）14-134） 轉(zhuǎn)矩 N.mm （1式） 所以 v=0.8 n=899.2/m （2式） 將1式、2式及各參數(shù)代入計算公式得： 解得：；20 取m=2 那么n=17.5，取n=18 N.m 齒面接觸疲勞強度計算公式： 式中的單位為Mpa，d的單位為mm，其余各符號的意義和單位同前。 由于本傳動為齒輪齒條傳動，傳動比近似無窮大，所以=1 為彈性影響系數(shù)，單位，其數(shù)值查機械設(shè)計表，取=189.8，如表2-1所示： 表2-1 材料特性系數(shù) 計算，試求齒輪分度圓直徑： =456.75mm 通過模數(shù)計算得：m=2，z=18 所以分度圓直徑d=218=36mm 所以取兩者偏大值d=36mm 計算齒寬 b==0.636=21.6mm 齒高 h=2.25m=2.252=4.5mm 最終確定齒輪數(shù)據(jù)： 模數(shù)m=2 齒數(shù)z=18 分度圓直徑d=36mm 齒高h(yuǎn)=4.5mm 齒寬b=25mm 轉(zhuǎn)速n=90r/min 4.4送料舉升氣缸型號確定 送料舉升氣缸采用煙臺氣動元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結(jié)構(gòu)特點，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計的實際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為40/20。 （1）在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑=40mm,的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計使用壓強, 則驅(qū)動力： （2）測定手腕質(zhì)量為10kg,設(shè)計加速度，則慣性力： （3）考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), 總受力 所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求。 總 結(jié) 通過此次自動上下料裝置的設(shè)計，我的綜合能力得到了很大的提高。這次畢業(yè)設(shè)計幾乎用到了我們整個大寫期間所學(xué)的所有專業(yè)課程，可以說是專業(yè)知識的一次綜合考察和評定。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我們對以前所學(xué)的專業(yè)知識有了一個總體的認(rèn)識與融會貫通。在這次設(shè)計中，我不僅對以往的舊知識進行了鞏固復(fù)習(xí)，還發(fā)現(xiàn)了許多之前所忽略的小細(xì)節(jié)。而這些細(xì)節(jié)性的問題恰恰是決定一名機械人是否合格的關(guān)鍵所在。 此外，我感覺這幾個月的畢業(yè)設(shè)計極大的豐富了我們的知識面，使我學(xué)到了許多關(guān)于工業(yè)機器人的新知識，也了解到了國內(nèi)外在此領(lǐng)域的一些先進制造技術(shù)。由于這次的設(shè)計只對自動上下料裝置的機械結(jié)構(gòu)和送料部分做了系統(tǒng)的計算設(shè)計，對于其他方面的知識還比較模糊，還需要在今后的學(xué)習(xí)工作中摸索和掌握。 由于經(jīng)驗水平有限，此次設(shè)計難免存在不足之處，還望老師見諒指正。 參考文獻(xiàn) [1] 郭洪紅 工業(yè)機械手技術(shù)（第二版）西安電子科技大學(xué)出版社2013 [2] 孫志禮，冷興聚，魏延剛等. 機械設(shè)計[M]. 東北大學(xué)出版社， 2003 [3] 徐灝. 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Control of a Wearable Robot Using a Power Supply through USB[A].In: 20th Annual Conference of the Robotics Society of Japan - Celebrating the RSJ's 20th Anniversary[C], Osaka, Japan 2002.2-2 致 謝 寫到這，代表了我的論文也將來接近尾聲了。大學(xué)五年最后一個課程——畢業(yè)設(shè)計，在此將要接受老師們和同學(xué)們的檢閱，無論做得好與不好，這個過程也是必須要經(jīng)歷的。首先對所有評閱的老師們表示感謝，我誠懇的接受你們的教導(dǎo)，也希望能得到你們對我努力的肯定。 如果說課程設(shè)計是一種體驗，那畢業(yè)設(shè)計可以稱得上是一種鍛煉。記得課程設(shè)計的時候，指導(dǎo)老師們都是手把手的帶著我們，每天我們會在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下在課室里完成任務(wù)。當(dāng)我們不理解，不會做的時候，指導(dǎo)老師及時給予我們知識的補充；顯然那時的我們更像是一種知識的灌入狀態(tài)，而畢業(yè)設(shè)計的過程則更注重的是自我的鍛煉。我想倘若大學(xué)四年沒有多次課程設(shè)計打下的堅實基礎(chǔ)，可能我們要完成此次畢業(yè)設(shè)計就變成困難至極了。因此我在此對大學(xué)五年帶過我課程設(shè)計的所有指導(dǎo)老師誠摯的道聲謝謝！ 此次畢業(yè)設(shè)計，歷時半年有余，我翻閱了大量的文獻(xiàn)資料，查閱了大量的相關(guān)書籍；從沒有頭緒到漸漸發(fā)現(xiàn)思路，從不知如何下手到大膽嘗試，從請教指導(dǎo)老師到自己獨立思考，最終完成了我們這個課題的設(shè)計。 我能夠完成除了自身努力外，還得到了指導(dǎo)老師李敬財老師以及李虎工程師的細(xì)心指導(dǎo)，兩位老師總會在關(guān)鍵的時候出現(xiàn)，并會及時督促我們的工作，嚴(yán)格要求我們，對我們每段時期的工作任務(wù)都認(rèn)真把關(guān)；我想真心感謝給予我指導(dǎo)的李敬財老師和李虎工程師，謝謝你們。 28