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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述) 第 9 頁(yè)
MD1200型直線(xiàn)坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：本文介紹了碼垛機(jī)，碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。碼垛機(jī)主要用于食品飲料行業(yè)、化工行業(yè)等；配套于三合一灌裝線(xiàn)等，對(duì)各類(lèi)瓶罐箱包進(jìn)行碼垛。首先介紹了碼垛機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要用途、工作原理；其次介紹了碼垛機(jī)的種類(lèi)及其特點(diǎn)；最后本文介紹雙立柱碼垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)。通過(guò)這些對(duì)碼垛機(jī)機(jī)有一個(gè)大致的了解，為設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
關(guān)鍵詞：碼垛機(jī)，工作原理，發(fā)展前景
前言
碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。無(wú)論何種類(lèi)型的碼垛機(jī)，一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠(chǎng)家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說(shuō)大同小異，所有的碼垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。
體現(xiàn)碼垛機(jī)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要有：運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、認(rèn)址精度等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，立體倉(cāng)庫(kù)的技術(shù)水平和倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能也在不斷提高。
1． 碼垛機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要用途
初期的立體倉(cāng)庫(kù)使用的碼垛機(jī)以橋式起重機(jī)為基礎(chǔ)，這種碼垛機(jī)是從起重機(jī)的大梁上懸掛一個(gè)門(mén)架，利用門(mén)架的上下和旋轉(zhuǎn)來(lái)搬運(yùn)貨物。1960年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道式碼垛機(jī)，隨后巷道式碼垛機(jī)逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式碼垛機(jī)。1967年日本安裝了高度10～15米的高層碼垛機(jī)，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機(jī)全自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，我國(guó)是在上世紀(jì)70年代初期開(kāi)始研究采用巷道式碼垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)。目前的碼垛機(jī)技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運(yùn)行速度都得到了很大程度的提高。巷道式碼垛機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到90m/min，運(yùn)行速度達(dá)到240m/min，在有的立體倉(cāng)庫(kù)中采用上、下兩層分別用巷道碼垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的方法提高出入庫(kù)能力。
按現(xiàn)行機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道式碼垛機(jī)分類(lèi)方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行軌跡等分類(lèi)。無(wú)論何種類(lèi)型的碼垛機(jī)一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。
中、低位碼垛機(jī)主要由壓平輸送機(jī)、緩?fù)］斔蜋C(jī)、轉(zhuǎn)位輸送機(jī)、托盤(pán)倉(cāng)、托盤(pán)輸送機(jī)、編組機(jī)、推袋裝置、碼垛裝置、垛盤(pán)輸送機(jī)組成。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，動(dòng)作平穩(wěn)可靠。碼垛過(guò)程完全自動(dòng)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)須人工干預(yù)，具有廣泛的適用范圍。
碼垛機(jī)主要用于食品飲料行業(yè)、化工行業(yè)等；配套于三合一灌裝線(xiàn)等，對(duì)各類(lèi)瓶罐箱包進(jìn)行碼垛。碼垛機(jī)自動(dòng)運(yùn)行分為自動(dòng)進(jìn)箱、轉(zhuǎn)箱、分排、成堆、移堆、提堆、進(jìn)托、下堆、出垛等步驟。
2． 碼垛機(jī)的工作原理
平板上工件符合棧板要求的一層工件，平板及工件向前移動(dòng)直至棧板垂直面。上方擋料桿下降，另三方定位擋桿起動(dòng)夾緊，此時(shí)平板復(fù)位。各工件下降到棧板平面，棧板平面與平板底面相距10mm,棧板下降一個(gè)工件高度。往復(fù)上述直到棧板堆碼達(dá)到設(shè)定要求。碼垛機(jī)器人配備有特殊定制設(shè)計(jì)的多功能抓取器，不管包裝箱尺寸或重量如何，機(jī)器人都可以使用真空吸盤(pán)牢固地夾持和傳送包裝箱。
3． 碼垛機(jī)的種類(lèi)
碼垛機(jī)一般有很多種，根據(jù)不同的場(chǎng)地和商品的尺寸需要不同的碼垛機(jī)常見(jiàn)的有一些幾種：
3.1碼垛機(jī)器人
碼垛機(jī)器人
此碼垛機(jī)人屬于私自由度柱面坐標(biāo)機(jī)器人，柱面坐標(biāo)機(jī)器人的空間位置機(jī)構(gòu)主要有旋轉(zhuǎn)機(jī)座、垂直位移和水平位移軸構(gòu)成，起動(dòng)作空間呈圓柱形。此碼垛機(jī)人又四個(gè)自由度，除旋轉(zhuǎn)基座、垂直和水平移動(dòng)外，還有前端端持器的旋轉(zhuǎn)共四個(gè)自由度。它有教快的抓取碼垛速度，可以有效的進(jìn)行工作，但是由于其自動(dòng)化較高，制造成本較高因此價(jià)格比較高。
3.2橋式碼垛機(jī)
橋式碼垛機(jī)
從圖片可以看出此類(lèi)碼垛機(jī)屬于大型碼垛機(jī)主要用于大量物品的大量存儲(chǔ)該產(chǎn)品廣泛用于面粉、淀粉、油脂、飼料、煤化工、鹽化工、水泥等行業(yè)。它主要由主行車(chē)、行車(chē)輸送機(jī)、移動(dòng)小車(chē)、轉(zhuǎn)向盤(pán)、滑包升降輸送裝置、控制中心等組成，主梁依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)在行車(chē)鋼軌上做往返運(yùn)動(dòng)。橋式碼垛機(jī)能前后、左右、上下自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)包裝袋經(jīng)膠帶輸送機(jī)通過(guò)一定距離的輸送后，由轉(zhuǎn)彎器90o送入主機(jī)的行車(chē)輸送帶上，再經(jīng)轉(zhuǎn)彎器轉(zhuǎn)90o后進(jìn)入懸臂滑包升降機(jī)的滑包輸送機(jī)，根據(jù)堆碼垛垛層的需要自動(dòng)落位。其產(chǎn)品具有安全性能可靠、控制系統(tǒng)操作靈活、故障率低、維修保養(yǎng)方便等特點(diǎn)。
3.3 直線(xiàn)碼垛機(jī)
直線(xiàn)碼垛機(jī)一般分為單柱碼垛機(jī)和雙柱碼垛機(jī)
單立柱碼垛機(jī) 雙立柱碼垛機(jī)
3.3.1 單立柱碼垛機(jī)
單立柱碼垛機(jī)包括底座，底座上設(shè)有立柱，立柱上設(shè)有上下方向的第一導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上有有滑塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上有橫梁，橫梁上設(shè)有水平運(yùn)動(dòng)第二導(dǎo)軌，第二導(dǎo)軌上有抓手伸出機(jī)構(gòu)，伸出機(jī)構(gòu)可以前后運(yùn)動(dòng)。此機(jī)器最大特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便移動(dòng)，占用較少的空間，不足之處就是它所能提起的物品重量受到限制，移動(dòng)速度有限，因此多用于較輕物品的碼垛，物品擺放擁擠的地方。
3.3.2 雙立柱碼垛機(jī)
雙立柱碼垛機(jī)的結(jié)構(gòu)與單立柱式類(lèi)似，包括底座安裝在底座上的兩個(gè)立柱以及安裝在兩個(gè)立柱上的橫梁，在橫梁上安裝有抓手機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)的碼垛機(jī)工作時(shí)，抓手機(jī)構(gòu)和橫梁能夠在立柱上上下運(yùn)動(dòng)，抓手機(jī)構(gòu)能夠在橫梁上水平運(yùn)動(dòng)。通過(guò)上述的運(yùn)動(dòng)方式將運(yùn)過(guò)來(lái)的物品堆放在托盤(pán)上以完成碼垛任務(wù)，當(dāng)物品不規(guī)則時(shí)難以保證碼垛的穩(wěn)定性，這種碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。但是這種碼垛機(jī)能夠抓取教重的物品，使用過(guò)程中不易出現(xiàn)毛病。
4. 雙立柱碼垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)
4.1 滾珠絲杠
滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。
4.1.1滾珠絲杠的特點(diǎn)
滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。
（1) 與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3
由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。
（2)高精度的保證
滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠(chǎng)環(huán)境方面,對(duì)溫度·濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。
（3)微進(jìn)給可能
滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。
（4)無(wú)側(cè)隙、剛性高
滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。
（5) 高速進(jìn)給可能
滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。
4.2 帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)傳動(dòng)原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動(dòng)的摩擦型帶傳動(dòng)，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)。
帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動(dòng)力，且其造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)，在近代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用十分廣泛。摩擦型帶傳動(dòng)能過(guò)載打滑、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確（滑動(dòng)率在2%以下）；同步帶傳動(dòng)可保證傳動(dòng)同步，但對(duì)載荷變動(dòng)的吸收能力稍差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)有噪聲。 帶傳動(dòng)除用以傳遞動(dòng)力外，有時(shí)也用來(lái)輸送物料、進(jìn)行零件的整列等。
4.3直線(xiàn)導(dǎo)軌
直線(xiàn)導(dǎo)軌稱(chēng)線(xiàn)軌、滑軌、線(xiàn)性導(dǎo)軌、線(xiàn)性滑軌，用于直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線(xiàn)軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
4.3.1 直線(xiàn)導(dǎo)軌分類(lèi)和組件
直線(xiàn)導(dǎo)軌分為方形滾珠直線(xiàn)導(dǎo)軌，雙軸芯滾輪直線(xiàn)導(dǎo)軌，單軸芯直線(xiàn)導(dǎo)軌。
直線(xiàn)導(dǎo)軌有兩個(gè)基本組件，一個(gè)作為導(dǎo)向的為固定組件（導(dǎo)軌），另一個(gè)是移動(dòng)組件（滑塊） 作為導(dǎo)向的導(dǎo)軌為淬硬鋼，經(jīng)精磨后置于安裝平面上，其橫截面的幾何形狀比較復(fù)雜，因?yàn)閷?dǎo)軌上需要加工出溝槽，以利于滑動(dòng)組件的移動(dòng) 滑塊包裹著導(dǎo)軌的頂部和兩側(cè)面 直線(xiàn)導(dǎo)軌以滾動(dòng)鋼球作為導(dǎo)軌和滑塊之間的動(dòng)力傳輸界面，因?yàn)闈L動(dòng)鋼球適應(yīng)于高速運(yùn)動(dòng) 摩擦系數(shù)小 靈敏度高，滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)部件的工作要求，可進(jìn)行無(wú)限滾動(dòng)循環(huán)的運(yùn)動(dòng)，并將滑塊限制在導(dǎo)軌上，使負(fù)載平臺(tái)能沿導(dǎo)軌以高速度 高精度做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 負(fù)載平臺(tái)移動(dòng)時(shí)，鋼球就在滑塊支架溝槽中循環(huán)流動(dòng)，把滑塊支架的磨損量分?jǐn)偟礁鱾€(gè)鋼球上，從而延長(zhǎng)直線(xiàn)導(dǎo)軌的使用壽命為了消除滑塊支架與導(dǎo)軌之間的間隙，可預(yù)加載荷能提高導(dǎo)軌系統(tǒng)的穩(wěn)定性直線(xiàn)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖4-3-1。
圖4-3-1 直線(xiàn)滑軌的結(jié)構(gòu)組成
4.3.2直線(xiàn)導(dǎo)軌特點(diǎn)
（1) 自動(dòng)調(diào)心能力
來(lái)自圓弧溝槽的DF(45-°45)°組合，在安裝的時(shí)候，藉由鋼珠的彈性變形及接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，即使安裝面多少有些偏差，也能被線(xiàn)軌滑塊內(nèi)部吸收，產(chǎn)生自動(dòng)調(diào)心能力之效果而而得到高精度穩(wěn)定的平滑運(yùn)動(dòng)。
(2) 具有互換性
由于對(duì)生產(chǎn)制造精度嚴(yán)格管控，直線(xiàn)導(dǎo)軌尺寸能維持在一定的水準(zhǔn)內(nèi)，且滑塊有保持器的設(shè)計(jì)以防止鋼珠脫落，因此部份系列精度具可互換性，客戶(hù)可依需要訂購(gòu)導(dǎo)軌或滑塊，亦可分開(kāi)儲(chǔ)存導(dǎo)軌及滑塊，以減少儲(chǔ)存空間。
(3) 所有方向皆具有高剛性
運(yùn)用四列式圓弧溝槽，配合四列鋼珠等45度之接觸角度，讓鋼珠達(dá)到理想的兩點(diǎn)接觸構(gòu)造，能承受來(lái)自上下和左右方向的負(fù)荷；在必要時(shí)更可施加預(yù)壓以提高剛性。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
位艷亮
指導(dǎo)教師
薛東彬
2012年 3 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)翻譯) 第 16 頁(yè)
三種類(lèi)型五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的后處理器開(kāi)發(fā)
摘要：本文提出了一種五軸機(jī)床操作界面的方法，即通過(guò)控制刀具切削位置來(lái)建立一個(gè)介于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和數(shù)控編程之間的操作界面。此外后處理器的解決辦法是通過(guò)在五軸機(jī)床上切削試驗(yàn)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上驗(yàn)證的。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了關(guān)于后處理器的解決辦法的猜想所產(chǎn)生的影響，用來(lái)整合五軸機(jī)床的工具在機(jī)械制造系統(tǒng)中的使用。
關(guān)鍵詞：坐標(biāo)變換矩陣，刀具切割規(guī)矩?cái)?shù)據(jù)，五軸機(jī)床，數(shù)控編程，后處理器
1.簡(jiǎn)介
剪裁曲面(或雕刻表面)已經(jīng)大量在工業(yè)中使用,如在汽車(chē)的身體、船舶殼體、航空零件。模具和沖壓模具的加工大部分是用數(shù)控加工(NC)機(jī)床加工的。常規(guī)的加工是使用三軸數(shù)控機(jī)床和球頭銑刀。三軸機(jī)床不能改變刀具方向 ,所以一個(gè)五軸數(shù)控機(jī)床能使刀具正確定位并能高效加工。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,商業(yè)性的CAD / CAM系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)和生成自由平面不管是三軸還是五軸的刀具軌跡。刀具位置數(shù)據(jù)包括刀尖位置和刀具方向,可以在CAD / CAM系統(tǒng)所產(chǎn)生的CAD模型中直接獲得然而,當(dāng)使用很多種刀具的時(shí)候還是有困難的。包括CAM系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)之間聯(lián)系的輸入界面被稱(chēng)為后處理器它包含了刀具位置數(shù)據(jù)的機(jī)床編碼。
很多研究人員在從事機(jī)床后處理器的研究。Bedi和Vickers[1]為FANUCE6MB機(jī)床研發(fā)了一種后處理器程序。Balaji[2]提出一種后處理器的發(fā)展和應(yīng)用，就是將APT資源編碼轉(zhuǎn)換為機(jī)床床程序代碼。Lin和Chu[3]通過(guò)使用帶有復(fù)雜的D-H記號(hào)的平面追蹤得到了生產(chǎn)凸輪軸時(shí)的機(jī)床刀具的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)。然而，以上的工作僅僅是關(guān)于三軸機(jī)床的。此外，既然對(duì)于三軸機(jī)床刀具軸線(xiàn)是固定的，從刀具軌跡數(shù)據(jù)到數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸?shù)闹苯觽鬏?，所以增量坐?biāo)技術(shù)是必不可少的。為了滿(mǎn)足工業(yè)關(guān)于幾何圖形多樣性和高精密的需求，多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)的使用在增多，特別是機(jī)械雕刻成型表面。Suh和Lee[4]發(fā)明了一種四軸CAM系統(tǒng)包括刀具切削位置數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和后處理器。Vickers etal.[5]提出了無(wú)碰撞五軸控制刀具路徑和后處理器兩種類(lèi)型的機(jī)器配置方法。Takeuchi和Watanabc[6]提出了無(wú)碰撞五軸控制刀具路徑和后處理器兩種類(lèi)型的機(jī)器配置的方法。Sakamoto和Inasaki[7]將五軸機(jī)床刀具的輪廓分為三種類(lèi)型。然而，NC數(shù)據(jù)的分析表達(dá)式是無(wú)法使用在上述作品。
Lin和Tsai最近使用D-H符號(hào)來(lái)生成四軸機(jī)床加工空間凸輪的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)方程。此外，Warkentin et al[9]還提出了一種球面加工技術(shù)。在他們的工作中，僅僅從五軸機(jī)床上得到了廓形的理想數(shù)控?cái)?shù)據(jù)。同時(shí)，Rao et al.[10]研發(fā)了一種主軸線(xiàn)法在兩種配置的五軸機(jī)床實(shí)現(xiàn)復(fù)雜表面的加工。盡管如此，僅僅旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被應(yīng)用。并沒(méi)有研究機(jī)床刀具的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。既然五軸機(jī)床刀具軌跡有那么多優(yōu)點(diǎn)，那么后處理器的發(fā)展是很必然的[6]。然而，符合Satamoto和Inasaki所提出的分類(lèi)方法，五軸機(jī)床刀具的機(jī)構(gòu)可以分為三種基本類(lèi)型。以上所有研究中沒(méi)有一種能完全解決包含三個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的問(wèn)題。
這項(xiàng)工作旨在基于齊次坐標(biāo)變換矩陣發(fā)展三種類(lèi)型五軸機(jī)床的后置處理器。數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的分析結(jié)果可以通過(guò)功能矩陣與已知CL數(shù)據(jù)解代數(shù)方程組求得。此外,不同配置的機(jī)床的特點(diǎn)和程序也是不同的。后處理器的正是通過(guò)設(shè)計(jì)Bezier曲線(xiàn)模型材料在加工中心加工典型表面,然后使用五軸坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量(CMM)來(lái)驗(yàn)證后置處理器的正確性和有效性。
2. 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
機(jī)床刀具是通過(guò)開(kāi)放式鉸鏈關(guān)節(jié)串接連接的。關(guān)節(jié)可以是旋轉(zhuǎn)的也可以是棱形的。旋轉(zhuǎn)接頭的執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)連接聯(lián)合軸，而移動(dòng)關(guān)節(jié)沿著聯(lián)合軸的軸線(xiàn)方向移動(dòng)。為了充分控制機(jī)床和刀具的位置和方向，建立了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是必需的，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型包括幾何形狀和運(yùn)動(dòng)學(xué)的描述。 denavit和Hartenberg[11]首先使用一個(gè)4 * 4齊次坐標(biāo)變換矩陣介紹了兩個(gè)連續(xù)環(huán)節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的空間轉(zhuǎn)換，后來(lái)被Paul·[12]引用。傳統(tǒng)的建模技術(shù)被用在機(jī)器、機(jī)器人、誤差分析和計(jì)算機(jī)視覺(jué)上。在本文中，通過(guò)引用Paul的方法介紹了四個(gè)根本型變換矩陣。他們可以表示如下：
trans(a,b,c)是通過(guò)矢量ai + bj + ck得到的，Rot(X,θ), Rot (Y,θ), Rot(Z,θ)分別表示繞X,Y,Z軸旋轉(zhuǎn)的角度θ，“C”和“S”分別指余弦和正弦函數(shù)，從一個(gè)坐標(biāo)系到另一個(gè)坐標(biāo)系的空間轉(zhuǎn)換是由分解矩陣相結(jié)合的根本性轉(zhuǎn)變。
3. 五軸機(jī)床的切削軌跡數(shù)據(jù)的定義
如圖1所示，五軸銑削的刀具位置數(shù)據(jù)由刀具的位置和方向與工件坐標(biāo)系組成，在本文中點(diǎn)向量寫(xiě)成[Qx Qy Qz 1] T，，向量[Kx Ky Kz O]T用來(lái)表示齊次坐標(biāo)方向，上標(biāo)注“T”表示轉(zhuǎn)置矩陣。值得一提的是，將刀具中心定義為刀位點(diǎn)而不是刀具接觸點(diǎn)是非常有意義的。對(duì)于一個(gè)給定的參數(shù)化設(shè)計(jì)表面加工使用的五軸銑床依據(jù)西德國(guó)家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)66215在任何角度的刀具可以被定義為接觸點(diǎn),適當(dāng)?shù)腃L數(shù)據(jù)可以[13]通過(guò)微分幾何齊次坐標(biāo)變換矩陣確定。
4. 五軸機(jī)床的后處理器
一旦獲得CL文件就應(yīng)該使用五軸機(jī)床控制器的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)變換把它轉(zhuǎn)換為5個(gè)參考輸入（即三個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，加上兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。這個(gè)轉(zhuǎn)換被稱(chēng)為后置處理，轉(zhuǎn)換軟件被稱(chēng)為后處理器。機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)變換取決于幾何結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床的使用。從理論上講,有眾多的組合機(jī)床都配置五軸機(jī)床刀具輪廓。然而,在實(shí)踐中根據(jù)兩種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元[6,7]可將輪廓分為三種基本類(lèi)型：
1、工作臺(tái)傾斜，繞工作臺(tái)兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。
2、主軸傾斜，繞主軸的兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
3、工作臺(tái)和主軸都傾斜，一個(gè)繞工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一個(gè)繞主軸旋轉(zhuǎn)。
本文提出的五軸加工后處理應(yīng)用到上述三種類(lèi)型。此外，使用運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖2（a）-2（C）來(lái)證明推導(dǎo)過(guò)程。此外，兩旋轉(zhuǎn)軸不斷互相相交是為了工作臺(tái)傾斜和主軸傾斜兩種類(lèi)型簡(jiǎn)化。
一般來(lái)說(shuō)，在數(shù)控機(jī)床上加工一個(gè)工件時(shí)，數(shù)控機(jī)床根據(jù)零件程序首先建立一個(gè)工件坐標(biāo)系和一個(gè)軸向名稱(chēng)。除了三個(gè)線(xiàn)性垂直軸（X，Y，Z軸），數(shù)控機(jī)床還可能涉及周?chē)D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸，這里由指定字符A，B和C表示分別繞X，Y，Z軸旋轉(zhuǎn)。因此，五軸機(jī)床配置在圖2（a）-2（C）分別由（X，Y，Z，A，C）和（X，Y，Z，A，B）表征。所有的動(dòng)作應(yīng)由統(tǒng)一的程序坐標(biāo)系統(tǒng)生成，如G54-G59的代碼是用來(lái)定義FANUC控制器的程序。在大多數(shù)情況下，程序的坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系重合，因此，本文所采用此種方式。
圖2.為三種五軸加工中心。(a)Table-tilting類(lèi)型。 (b)Spindle-tilting類(lèi)型。 (c)表/ spindle-tilting類(lèi)型。
4.1 Table-Tilting類(lèi)型
對(duì)于table-tilting類(lèi)型圖3表示了相應(yīng)的坐標(biāo)。OwXwYwZw和OtXtYt坐標(biāo)系統(tǒng)是直接對(duì)應(yīng)在工件和刀具上的。
旋轉(zhuǎn)點(diǎn)R是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)。位移向量Lxi + Lyj + Lzk是從原點(diǎn)Ow指向R點(diǎn)的，也是所需的坐標(biāo)變換。由于機(jī)床的結(jié)構(gòu)元素線(xiàn)性表、床身、主軸、刀具組成的一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán),即機(jī)床產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng),決定了機(jī)床設(shè)計(jì)的特點(diǎn),被稱(chēng)為form-shaping功能[14]。其主要特征是起始于工件,終止于刀具。對(duì)機(jī)床配置如圖2(a)、連續(xù)結(jié)構(gòu)元素描述如圖4。
因此，刀具相對(duì)于工件坐標(biāo)系的位置可以決定相應(yīng)的系列中的基本變換矩陣，相當(dāng)于Cl數(shù)據(jù)， [Kx Ky Kz 0]T 和[Qx Qy Qz 1 ]T。數(shù)學(xué)表達(dá)式分別描述如下：
?A和?C分別是繞X、Z軸的旋轉(zhuǎn)角度,+X,+Z的正方向是根據(jù)右手螺旋法則確定的。Px,Py,Pz分別沿X,Y,Z方向的距離。
將式（5），（6）相乘可得:
從以上方程可以解出旋轉(zhuǎn)角度(?A,?C)及相關(guān)距(Px,Py,Pz)。另一方面,數(shù)控?cái)?shù)據(jù)X,Y,Z的值可以通過(guò)方程(6)在?A =?c = 0和[Qx Qy Qz 1] T = [X Y Z 1] T時(shí)解出,所以該程序坐標(biāo)系統(tǒng)是符合工件坐標(biāo)系的。這導(dǎo)出：
因此,這種輪廓的理想的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)被表達(dá)如下：
通過(guò)檢驗(yàn)X和Y的軌跡函數(shù)arctan2(y,x)的值應(yīng)在和-л ≤ θ ≤ л范圍內(nèi)。
4.2 Spindle-Tilting類(lèi)型
spindle-tilting類(lèi)型的配置,兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A、B軸)應(yīng)垂直于主軸(圖2 B),這樣,基準(zhǔn)點(diǎn)R(圖5)是選定兩個(gè)軸的交點(diǎn)。此外,既然在加工過(guò)程中主軸會(huì)旋轉(zhuǎn),工具有效長(zhǎng)度Lt,是從基準(zhǔn)點(diǎn)R與刀具中心Or的距離或用數(shù)控?cái)?shù)據(jù)得到。同樣的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序,類(lèi)似于table-tilting類(lèi)型配置,導(dǎo)出下列方程:
因此,數(shù)控?cái)?shù)據(jù)解析方程可以歸納為求解方程(15)-(17):
4.3 table/ Spindle-Tilting型
在這種配置情況下,有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸,轉(zhuǎn)臺(tái)和主軸,支點(diǎn)分別在軸(A)和軸(B)。,如圖6,基準(zhǔn)點(diǎn)RA位于任意軸,基準(zhǔn)點(diǎn)RB是選為傾斜軸(B軸)和主軸的交匯點(diǎn)。位移向量Lj 1 + LyJ + Lzk計(jì)算出的是從原點(diǎn)到RA的有效長(zhǎng)度,L~是支點(diǎn)RB和刀具中心點(diǎn)的距離。和以上一樣, 利用坐標(biāo)變換矩陣可以得到以下方程：
再次,通過(guò)求解方程(23)-(25)、這臺(tái)機(jī)器配置的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的解析方程可以被表示為:
5.討論
從前面部分的描述中可推出一些結(jié)論,敘述如下:
1、如果在旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(如table-tilting類(lèi)型和表/ spindle-tilting型)位移向量與工件原點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)有關(guān)，必須確定在接觸傳感器后工件一直夾緊在工作臺(tái)上。
2、當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是應(yīng)用于主軸(例如spindle-tilting類(lèi)型和表/ spindle-tilting型)有效的工具長(zhǎng)度是支點(diǎn)和刀具中心點(diǎn)之間的距離,可以認(rèn)為刀具半徑是變化的。刀具預(yù)先設(shè)置單元是用來(lái)測(cè)量距離的,這就叫做設(shè)定長(zhǎng)度,從儀表層面到工具頂端,如圖7。儀表水平面是在某一特定的直徑圓錐柄,確保所有工具都在高速主軸的同樣位置。然后,可以計(jì)算出有效的工具長(zhǎng)度增加設(shè)定長(zhǎng)度與距離,這是一個(gè)由生產(chǎn)廠(chǎng)家給定的固定值,從主軸頂端到旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)。
3、該旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的定義是兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的交叉口。然而,對(duì)于table/ spindle-tilting配置、轉(zhuǎn)動(dòng)軸在空間是不相交的。如前所述,轉(zhuǎn)臺(tái)的基準(zhǔn)點(diǎn)可任意在旋轉(zhuǎn)軸上選擇。這種現(xiàn)象可以通過(guò)觀(guān)察數(shù)控系統(tǒng)方程(28)-(30)的數(shù)據(jù)來(lái)解釋,因?yàn)檫@些方程的都有各自的Lx值。
6.實(shí)施和驗(yàn)證
6.1實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)
要驗(yàn)證的建議后處理方法的可行性，進(jìn)行了試切實(shí)驗(yàn)表/主軸傾斜成大五軸加工中心。 NC數(shù)據(jù)，包括偏移向量和此配置的有效工具長(zhǎng)度。 Bezier曲面與一個(gè)4 * 4控制點(diǎn)給出的矩陣：
在本文中，刀具路徑生成是基于用頭立銑刀的刀具方向被認(rèn)為是正常的表面接觸點(diǎn)等參方法。數(shù)學(xué)上，Bezier曲面可表示為P（U，V），其中U和V是獨(dú)立的參數(shù)[15]。等參步長(zhǎng)定義是在每個(gè)參數(shù)輸入增量變化。一旦U和V參數(shù)已經(jīng)明確，這一點(diǎn)可以被定義在表面上和刀位點(diǎn)[QX QY Qz1];同時(shí)，可以使用微分幾何[15]計(jì)算出切削刀具定向：
因此，等參刀具路徑的完成后CL數(shù)據(jù)才能確定。A C計(jì)劃用于生成CL數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換CL數(shù)據(jù)（NC代碼），使用的建議后處理方法。以下的實(shí)驗(yàn)條件下的基礎(chǔ)上已進(jìn)行試切：
1.球頭銑刀的直徑是10 RAM。
2.主軸轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)，進(jìn)給200mm/rain。
3.刀具路徑是0.5毫米。
4.偏移向量LX = 0，LY = -10.0毫米和LZ = -25.0毫米。
5.有效的刀具長(zhǎng)度LT是409.571毫米。
6.工件材料為丙烯酸樹(shù)脂
圖8描繪了五軸加工中心的實(shí)際切削。
6.2 CMM的核查
已完成的部分（圖9）在Mitutoyo（模式BHN710）橋型主體和一臺(tái)個(gè)人電腦組成的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上測(cè)量。在實(shí)際測(cè)量中，16套典型的測(cè)量數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖10）通過(guò)CMM 2毫米直徑的Renishaw PH-9觸發(fā)式探頭。觸發(fā)式探頭可以帶動(dòng)向沿法線(xiàn)方向的一部分。根據(jù)從方程（31）獲得表面法線(xiàn)向量生成外指導(dǎo)點(diǎn)和內(nèi)部指導(dǎo)點(diǎn)（圖11）。探測(cè)路徑可以表示在特定的數(shù)控代碼，發(fā)送到CNC控制器。處理測(cè)量操作時(shí)，最初的探頭移動(dòng)到指定以外指南點(diǎn)迅速。下一步，探頭移動(dòng)緩慢，直到它觸及的表??面點(diǎn)到里面指南點(diǎn)。一個(gè)探頭球中心的位置坐標(biāo)測(cè)量點(diǎn)收集和保存在一個(gè)ASCII tbrmat文件。積累的數(shù)據(jù)所抵銷(xiāo)探針中心配合探頭球theradius的內(nèi)表面的沿法線(xiàn)方向的補(bǔ)償。設(shè)計(jì)圖面測(cè)量采樣點(diǎn)的比較如圖 12。這個(gè)數(shù)字表明，設(shè)計(jì)圖面相比，加工表面的最大偏差為0.02 RAM。這些結(jié)果表明，擬議的后處理方法是非常有效和可靠的。
7.結(jié)論
本文提出了三個(gè)典型的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，形式塑造功能是根據(jù)齊次坐標(biāo)變換矩陣分析方法來(lái)開(kāi)發(fā)后處理器的。NC數(shù)據(jù)完整的解析方程可得到等同的形式塑造功能和CL數(shù)據(jù)。在五軸加工中心和CMM上實(shí)施驗(yàn)證試驗(yàn)，且證實(shí)了擬議的后處理方法是可靠的。此外，整合各種配置的五軸機(jī)床，廣義的后處理方法的發(fā)展是目前正在進(jìn)行中。
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
位艷亮
指導(dǎo)教師
薛東彬
2012年 3 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告表
課題名稱(chēng)
MD1200型直線(xiàn)坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
教師擬訂
課題類(lèi)型
AX
指導(dǎo)教師
薛東彬
學(xué)生姓名
位艷亮
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
080105009
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關(guān)的資料有：機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)、冶金機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料和CAD繪圖相關(guān)資料等以及與設(shè)計(jì)相關(guān)的手冊(cè)。
二、設(shè)計(jì)的目的與要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性環(huán)節(jié)，通過(guò)該設(shè)計(jì)過(guò)程，可以檢驗(yàn)所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)處理工程中實(shí)際問(wèn)題的能力，因此意義特別重大。
根據(jù)使用性能要求初定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案對(duì)比后最終確定方案。根據(jù)碼垛機(jī)尺寸聯(lián)系圖、設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)部分裝配和主要零件圖。
三、設(shè)計(jì)的思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計(jì)思路
結(jié)合調(diào)研資料，聯(lián)系本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的，做出以下安排：
(1)機(jī)座：機(jī)座是一實(shí)心帶凸臺(tái)的鉅形塊，用作支撐立柱及整個(gè)機(jī)器，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般用鑄鐵整體鑄造。
（2）立柱：立柱是一剛性架，用作支撐絲杠并承受吊起物料的反作用力，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般用鑄鋼整體鑄造，小型機(jī)也可用優(yōu)質(zhì)鑄鐵代替鑄鋼。中型機(jī)和大型機(jī)的機(jī)架需分段鑄成，再用螺栓牢固鏈接或者焊接成整體，鑄造工藝復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)屬于中型機(jī)，所以機(jī)架選擇鑄鋼鑄造焊接。
（3）橫梁：橫梁是帶動(dòng)機(jī)械手左右前后運(yùn)動(dòng)的，受物料重力帶來(lái)應(yīng)力，要求足夠的強(qiáng)度和剛度，從電機(jī)功率方面考慮，橫梁越輕越好，所以采用鋁合金制造。
（4）傳動(dòng)系統(tǒng)：本設(shè)計(jì)碼垛機(jī)要實(shí)現(xiàn)橫向（X）、縱向（Y）、上下（Z）三個(gè)坐標(biāo)方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因滾珠絲杠有工作精度高、承載能力大、剛度強(qiáng)、能微進(jìn)給及安裝方便等特點(diǎn)。所以三個(gè)方向均采用滾珠絲杠傳動(dòng)。
2、預(yù)期的成果
（1）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與3000字，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字
（2）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份
（3）繪制裝配圖，部分零件圖
（4）刻錄包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤(pán)一張
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
1--3周 完成文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告及英文資料翻譯，掌握CAD軟件應(yīng)用功能，完成畢業(yè)實(shí)習(xí)。
4--9周 碼垛機(jī)總體、細(xì)部、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算，用AutoCAD等軟件繪制總裝圖、部裝圖、典 型零件圖。
10--11周 完成編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，進(jìn)一步修改完善畢業(yè)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備并完成畢業(yè)答辯稿。
12周 畢業(yè)答辯。
五、完成設(shè)計(jì)所具備的條件因素
本人已修完機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、液壓與氣壓傳動(dòng)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、AutoCAD，理論力學(xué)、材料力學(xué) 、互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械原理、機(jī)械制造工藝學(xué)、數(shù)控機(jī)床、與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等課程，借助圖書(shū)館的相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源.
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題來(lái)源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類(lèi)型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告
（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
工 學(xué)院 機(jī)械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 08 級(jí) 1 班
學(xué) 號(hào) 080105009 學(xué)生 位艷亮 指導(dǎo)教師 薛東彬
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
MD1200型直線(xiàn)坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）（紙張不夠可加頁(yè)）
一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）
通過(guò)實(shí)習(xí)調(diào)研搜集資料，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，并借助CAD軟件，設(shè)計(jì)MD1200型直線(xiàn)坐標(biāo)碼垛機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)，碼垛機(jī)用于在1200mm ×1000mm的托盤(pán)上自動(dòng)碼放長(zhǎng)方體型物料，碼放的最大高度為2000 mm。
碼垛機(jī)由機(jī)座、立柱、橫梁、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，可以實(shí)現(xiàn)橫向（X）、縱向（Y）、上下（Z）三個(gè)坐標(biāo)方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
設(shè)計(jì)基本參數(shù)：
1、X向行程2400 mm 、Y向行程1200mm、Z向行程2400 mm；
2、運(yùn)行速度40m/min；
3、最大加速度0.5G；
4、物料為最大尺寸500mm ×500mm×500 mm的長(zhǎng)方體紙箱；
5、物料最大重量50㎏。
設(shè)計(jì)要求：
根據(jù)基本參數(shù)完成碼垛機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算，包括電機(jī)功率、絲杠、導(dǎo)軌、傳動(dòng)系統(tǒng)部件、聯(lián)軸器等；在設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上完成傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)。
做課題時(shí)，需要查閱機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料和CAD繪圖相關(guān)資料，綜合分析使用，進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二、設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)
1、查閱文獻(xiàn)資料12種以上，外文資料不少于兩種。寫(xiě)出3000字以上文獻(xiàn)綜述，單獨(dú)裝訂成冊(cè)。
2、翻譯外文科技資料，不少于3000漢字，單獨(dú)裝訂成冊(cè)。
3、完成開(kāi)題報(bào)告，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告表。
4、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定的任務(wù)量。
5、根據(jù)使用性能要求初定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案對(duì)比后最終確定方案；設(shè)計(jì)碼垛機(jī)總體、傳動(dòng)系統(tǒng)部分裝配和主要零件圖；（圖紙量折合后不少于A(yíng)1圖紙4張，用計(jì)算機(jī)繪圖）。
6、包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤(pán)一張。
7、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》。所有文字成果要求交打印稿。
三、時(shí)間安排
1---3周 完成文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告及英文資料翻譯，掌握CAD軟件應(yīng)用功能，完成畢業(yè)實(shí)習(xí)。
4---9周 碼垛機(jī)總體、細(xì)部、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算，用AutoCAD等軟件繪制總裝圖、部裝圖、典型零件圖。
10--11周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，進(jìn)一步修改完善畢業(yè)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備并完成畢業(yè)答辯稿。
12周 畢業(yè)答辯。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí) 間： 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 05 月 19 日
專(zhuān)業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：
審批人簽名：
日 期：
單位代碼 0 2
學(xué) 號(hào) 080105009
分 類(lèi) 號(hào) TH6
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
MD1200型直線(xiàn)坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
位艷亮
指導(dǎo)教師
薛東彬
2012年 5 月 15 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 IV 頁(yè)
MD1200型直線(xiàn)坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
碼垛機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，存貨時(shí)將貨物從出入貨臺(tái)準(zhǔn)確的存放到貨位里，取貨時(shí)將貨物從貨位中取回到出入貨臺(tái)。無(wú)論何種類(lèi)型的碼垛機(jī)，一般都由水平行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、載貨臺(tái)及貨叉機(jī)構(gòu)、機(jī)架和電氣設(shè)備等基本部分組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠(chǎng)家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說(shuō)大同小異，所有的碼垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。
體現(xiàn)碼垛機(jī)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要有：運(yùn)行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、認(rèn)址精度等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，立體倉(cāng)庫(kù)的技術(shù)水平和倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能也在不斷提高。
關(guān)鍵詞 ：碼垛機(jī)，滾珠絲杠，導(dǎo)軌滑塊
MD1200 Rectilinear coordinate stacker Mechanical System Design
Author : Wei Yanhao
Tutor : Xue Dongbin
Abstract
The stacker which is the executive parts of the whole system, is an important part of the warehouse system.It can stock goods accurately from dock into cargo space and pick up goods in the opposite way.No matter what type of stacking machine ,is made up of walking mechanism , hoisting mechanism ,cargo and fork body ,rack and electrical equipment,and other basic components. It is the product of the concept of the so-called high-level, high-speed, high-density storage.Although the manufacturers have their own unique products, which is diffferent in structure, but it can be said much the same, all of the stacker are nothing more than the rack, cargo units, telescopic fork, track and control systems and other components.
Indicators which reflect the dynamic performance of the pros and cons of the stacker are: speed, lifting speed, fork speed, stability, and accuracy of recognition site. With the continuous progress of science and technology, the dynamic performance of the technical level of three-dimensional warehouse and warehousing machinery and equipment is also rising.
Keywords: Stacker ,Ball screw ,Rail slider
目 錄
1緒論 1
1.1碼垛機(jī)的分類(lèi) 1
1.1.1碼垛機(jī)器人 1
1.1.2橋式碼垛機(jī) 2
1.1.3直線(xiàn)碼垛機(jī) 2
1.2給定的條件和要求 3
1.3方案的選取 3
2設(shè)備概述 4
2.1 結(jié)構(gòu)原理 4
3設(shè)計(jì)計(jì)算 6
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 6
3.2滾珠絲杠的選擇 7
3.3導(dǎo)軌的選取 8
3.4傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9
3.4.1聯(lián)軸器的選取 9
3.4.2帶傳動(dòng) 11
3.5軸承的選取 13
3.6潤(rùn)滑和密封 15
4 機(jī)架的設(shè)計(jì) 17
4.1 設(shè)備安裝 17
結(jié) 論 19
致 謝 20
參考資料 21
附錄1 22
附錄2 23
附錄3 24
附錄4 25
附錄5 26