1876_MD1200型直線坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1876_MD1200型直線坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì),_md1200,直線,坐標(biāo),碼垛,機(jī)械,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)文獻(xiàn)綜述院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 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 1 頁三種類型五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的后處理器開發(fā)摘要：本文提出了一種五軸機(jī)床操作界面的方法，即通過控制刀具切削位置來建立一個(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 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 2 頁器。Vickers etal.[5]提出了無碰撞五軸控制刀具路徑和后處理器兩種類型的機(jī)器配置方法。Takeuchi和Watanabc[6]提出了無碰撞五軸控制刀具路徑和后處理器兩種類型的機(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型。然而，NC數(shù)據(jù)的分析表達(dá)式是無法使用在上述作品。Lin和Tsai最近使用D-H符號(hào)來生成四軸機(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。并沒有研究機(jī)床刀具的直線運(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所提出的分類方法，五軸機(jī)床刀具的機(jī)構(gòu)可以分為三種基本類型。以上所有研究中沒有一種能完全解決包含三個(gè)直線運(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設(shè)計(jì)Bezier曲線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)床刀具是通過開放式鉸鏈關(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)視覺上。在本文中，通過引用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： 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 3 頁trans(a,b,c)是通過矢量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， 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 4 頁在本文中點(diǎn)向量寫成[Q x Qy Qz 1] T， ，向量[K x Ky Kz O]T用來表示齊次坐標(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)直線運(yùn)動(dòng)，加上兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)） 。這個(gè)轉(zhuǎn)換被稱為后置處理，轉(zhuǎn)換軟件被稱為后處理器。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)用到上述三種類型。此外，使用運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖2（a）-2（C）來證明推導(dǎo)過程。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型簡(jiǎn)化。一般來說，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。除了三個(gè)線性垂直軸（X，Y，Z 軸） ，數(shù)控機(jī)床還可能涉及周圍旋轉(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。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 5 頁圖2.為三種五軸加工中心。( a)Table-tilting類型。 (b)Spindle-tilting類型。 (c)表/ spindle-tilting類型。4.1 Table-Tilting類型對(duì)于table-tilting類型圖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。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 6 頁旋轉(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)元素線性表、床身、主軸、刀具組成的一個(gè)轉(zhuǎn)盤,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。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 7 頁因此，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。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 8 頁將式（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的值可以通過方程(6)在?A =? c = 0和[Q x 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類型spindle-tilting 類型的配置,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) 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 9 頁轉(zhuǎn)換程序,類似于 table-tilting 類型配置,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): 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 10 頁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)R A位于任意軸,基準(zhǔn)點(diǎn)R B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R A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： 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 11 頁再次,通過求解方程(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)象可以通過觀察數(shù)控系統(tǒng)方程(28)-(30)的數(shù)據(jù)來解釋,因?yàn)檫@些方程的都有各自的Lx值。6.實(shí)施和驗(yàn)證 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 12 頁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脂 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 13 頁圖 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)（見圖 10）通過 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)向沿法線方向的一部分。根據(jù)從方程（31）獲得表面法線向量生成外指導(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)所抵銷探針中心配合探頭球 theradius 的內(nèi)表面的沿法線方向的補(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。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 14 頁 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 15 頁 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 16 頁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開發(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 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 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 日單位代碼 0 2 學(xué) 號(hào) 080105009 分 類 號(hào) TH6 密 級(jí) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書MD1200 型直線坐標(biāo)碼垛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 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 明 書 第 I 頁MD1200 型直線坐標(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)。無論何種類型的碼垛機(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。盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說大同小異，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 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 II 頁MD1200 Rectilinear coordinate stacker Mechanical System DesignAuthor : Wei YanhaoTutor : Xue DongbinAbstractThe 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黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 III 頁目 錄1 緒論 .......................................................................11.1 碼垛機(jī)的分類 ..........................................................11.1.1 碼垛機(jī)器人 .......................................................11.1.2 橋式碼垛機(jī) .......................................................21.1.3 直線碼垛機(jī) .......................................................21.2 給定的條件和要求 ......................................................31.3 方案的選取 ............................................................32 設(shè)備概述 ...................................................................42.1 結(jié)構(gòu)原理 ..............................................................43 設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................................................63.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ..........................................................63.2 滾珠絲杠的選擇 ........................................................73.3 導(dǎo)軌的選取 ............................................................83.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..........................................................93.4.1 聯(lián)軸器的選取 .....................................................93.4.2 帶傳動(dòng) ..........................................................113.5 軸承的選取 ...........................................................133.6 潤(rùn)滑和密封 ...........................................................154 機(jī)架的設(shè)計(jì) ................................................................174.1 設(shè)備安裝 .............................................................17結(jié) 論 .......................................................................19致 謝 .......................................................................20參考資料 ....................................................................21黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 IV 頁附錄 1 ......................................................................22附錄 2 ......................................................................23附錄 3 ......................................................................24附錄 4 ......................................................................25附錄 5 ......................................................................26黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 1 頁1 緒論隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代物流作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的重要組成部分和工業(yè)化進(jìn)程中最為經(jīng)濟(jì)合理的綜合服務(wù)模式，正在全國(guó)范圍內(nèi)得以迅速發(fā)展。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，它是在不直接進(jìn)行人工干預(yù)的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和取出物流的系統(tǒng)。它是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對(duì)提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到物流系統(tǒng)的改善與合理性對(duì)企業(yè)的發(fā)展非常重要。碼垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最重要的起重碼垛設(shè)備，是隨著立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用運(yùn)輸設(shè)備。它能夠把單一的物料碼放到一起，便于運(yùn)輸，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，碼垛機(jī)一直還在智能、多功能方面發(fā)展。如今的供給鏈越來越復(fù)雜，供應(yīng)速度越來越快，只有碼垛機(jī)朝向更加智能化方向發(fā)展才能滿足這些碼垛需求，提高碼垛速率，使碼垛機(jī)的能碼垛的商品更多。1.1 碼垛機(jī)的分類碼垛機(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)常見的有一些幾種：1.1.1 碼垛機(jī)器人碼垛機(jī)器人具有大的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，它有教快的抓取碼垛速度，可以有效的進(jìn)行工作，一般可以應(yīng)用于各種中小型商品的碼垛中，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。圖 1-1 碼垛機(jī)器人黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 2 頁1.1.2 橋式碼垛機(jī)圖 1-2 橋式碼垛機(jī)從圖片可以看出此類碼垛機(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)，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)。1.1.3 直線碼垛機(jī)直 線 碼 垛 機(jī) 一 般 分 為 單 柱 碼 垛 機(jī) 和 雙 柱 碼 垛 機(jī)圖 1-3 單 立 柱 碼 垛 機(jī) 圖 1-4 雙 立 柱 碼 垛 機(jī) 此 類 碼 垛 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 較 為 簡(jiǎn) 單 ， 可 以 滿 足 中 低 產(chǎn) 量 的 需 求 可 以 按 照 要 求 的 編 組 方 式 和層 數(shù) ， 完 成 對(duì) 料 袋 、 箱 體 等 各 種 產(chǎn) 品 的 碼 垛 。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 3 頁1.2 給定的條件和要求設(shè) 計(jì) MD1200 型 直 線 坐 標(biāo) 碼 垛 機(jī) 的 機(jī) 械 系 統(tǒng) ， MD1200 型 直 線 坐 標(biāo) 碼 垛 機(jī) 用 于 在1200mm ×1000mm 的 托 盤 上 自 動(dòng) 碼 放 長(zhǎng) 方 體 型 物 料 ， 碼 放 的 最 大 高 度 為 2000 mm。 最大 運(yùn) 行 速 度 40 米 /分 鐘 ； 最 大 加 速 度 為 0.5G； 物 料 最 大 重 量 為 50㎏ 。1.3 方案的選取根 據(jù) 給 定 的 要 求 和 條 件 ， 該 類 商 品 為 中 小 型 商 品 ， 而 一 般 的 碼 垛 機(jī) 就 能 滿 足 其 碼垛 要 求 ， 因 此 采 用 直 線 碼 垛 機(jī) ， 雙 立 柱 碼 垛 機(jī) 的 穩(wěn) 定 性 比 單 立 柱 的 要 高 ， 所 以 最 終 采用 雙 立 柱 型 的 直 線 坐 標(biāo) 碼 垛 機(jī) 。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 4 頁2 設(shè)備概述2.1 結(jié)構(gòu)原理圖 2-1 直線坐標(biāo)碼垛機(jī)示意圖本機(jī)主要有垂直傳動(dòng)系統(tǒng)、水平傳動(dòng)系統(tǒng)、前后傳動(dòng)系統(tǒng)和支持部件組成。最大運(yùn)行速度為 40m/min,物料最大重 50kg。橫向支架可以在垂直傳動(dòng)系統(tǒng)中運(yùn)行，前后向支架可以在橫向支架上水平運(yùn)動(dòng)，抓手支撐板可以在在前后向支架上前后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)抓手抓住一個(gè)物料后，物料通過水平傳動(dòng)運(yùn)送到托盤前，然后通過前后傳動(dòng)運(yùn)送到托盤指定的位置擺放，當(dāng)碼垛高度達(dá)到一定高度后，黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 5 頁物料通過垂直傳動(dòng)系統(tǒng)傳送到一定高度，然后通過水平傳動(dòng)傳送到推盤前，然后在放到托盤的指定位置。垂直傳動(dòng)系統(tǒng)和水平傳動(dòng)系統(tǒng)都是通過電動(dòng)機(jī)帶到滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使得支撐部件在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，前后方向的傳動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶傳動(dòng)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 6 頁3 設(shè)計(jì)計(jì)算由于系統(tǒng)需要較好的速度響應(yīng)性能和運(yùn)行性能，因此此碼垛機(jī)選取伺服電機(jī)作為動(dòng)力源。根據(jù)傳動(dòng)的物體重量和加速度算出系統(tǒng)工作功率，然后根據(jù)功率以及傳動(dòng)效率選出所需電機(jī)，本設(shè)備所有的伺服電機(jī)均為北京森創(chuàng)電機(jī)。3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇選擇電動(dòng)機(jī)容量就是合理確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過載能力和起動(dòng)能力三方面因素，但一般情況下電動(dòng)機(jī)容量主要有運(yùn)行發(fā)熱條件而定。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱與工作情況有關(guān)。對(duì)于載荷不變或變化不變，且常溫下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，只要其所需輸出功率不超過其額定功率，工作時(shí)就不會(huì)發(fā)熱，可不進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算，所以電動(dòng)機(jī)的確定如下：工作所需功率:為了便于設(shè)計(jì)三個(gè)電機(jī)采用統(tǒng)一型號(hào)的電機(jī)，故只需計(jì)算所需最大電機(jī)功率即可。已知 G 物=50kg×10N/kg=500N 估算 橫梁 G 橫梁 =200kg×10N/kg=2000N 縱梁 G 縱梁 =150kg×10N/kg=1500N用能量法計(jì)算電機(jī)功率：P=（0.5Mv2+Mgh+μMgh）/t 其中 M=G 物+G 橫梁+G 縱梁 V=40m/min t=v/a a=0.5G H=v2/2a所以計(jì)算得 P=2267w取安全系數(shù) k=1.3 則 Pd=Pk=2947w所以選取北京森創(chuàng)電機(jī)型號(hào)為：120MB300C-001000其技術(shù)參數(shù)為：黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 7 頁輸出功率/KW：p=3額定轉(zhuǎn)矩 N*m；T=9.5額定轉(zhuǎn)矩 r/min:n=3000電機(jī)轉(zhuǎn)軸直徑 mm=24額定電流 A=14.48A轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=17.2×10-4kg*m23.2 滾珠絲杠的選擇本設(shè)計(jì)中的滾珠絲杠均選自 THK 直線運(yùn)動(dòng)系列產(chǎn)品。由于上下運(yùn)動(dòng)方向上的絲杠需要提供較大的動(dòng)力，根據(jù)最大速度 40m/min、載荷 4000N、安全系數(shù) 1.3 及行程 2400mm。在 THK 系列產(chǎn)品中選取的絲杠型號(hào)為 BLK 5050D其基本參數(shù)為(mm)：導(dǎo)程 l:50珠徑 Da:7.938標(biāo)準(zhǔn)螺桿的長(zhǎng)度為 3000同理可以選取水平方向運(yùn)動(dòng)絲杠其型號(hào)為 BLK 3232D其基本參數(shù)為(mm)：導(dǎo)程 l:32珠徑 Da:4.736標(biāo)準(zhǔn)螺桿的長(zhǎng)度為 3000選取前后向的絲杠的型號(hào)為 BLK 3620D其基本參數(shù)為(mm)：導(dǎo)程 l:20珠徑 Da:6.350標(biāo)準(zhǔn)螺桿的長(zhǎng)度為 1650黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 8 頁3.3 導(dǎo)軌的選取導(dǎo)軌作為物料運(yùn)動(dòng)的載體，其主要作用是在絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下能使需要運(yùn)動(dòng)的物體在其上面運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中的導(dǎo)軌均選自 THK 系列產(chǎn)品中。選取的垂直方向的導(dǎo)軌其型號(hào)為 HSR 35CA其主要參數(shù)為（mm）導(dǎo)軌寬帶：34導(dǎo)軌高度:29導(dǎo)軌長(zhǎng)度：3000滑塊寬度：100滑塊長(zhǎng)度 L：117滑塊高度：40選取水平方向的導(dǎo)軌其型號(hào)為 HSR 30CA其主要參數(shù)為（mm）導(dǎo)軌寬帶：28導(dǎo)軌高度:26導(dǎo)軌長(zhǎng)度：2040滑塊寬度：90滑塊長(zhǎng)度 L：103滑塊高度：35選取前后方向的導(dǎo)軌其型號(hào)為 HSR 30CA其主要參數(shù)為（mm）導(dǎo)軌寬帶：23導(dǎo)軌高度:22導(dǎo)軌長(zhǎng)度：1600滑塊寬度：70滑塊長(zhǎng)度 L：88滑塊高度：29.5黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 9 頁3.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的垂直傳動(dòng)系統(tǒng)和水平傳動(dòng)系統(tǒng)中，采用的是聯(lián)軸器傳動(dòng)系統(tǒng)，前后傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式為帶傳動(dòng)。3.4.1 聯(lián)軸器的選取選擇適合的伺服聯(lián)軸器是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分，會(huì)很大影響到系統(tǒng)的整體性能表現(xiàn)?；诖嗽?，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡早地考慮聯(lián)軸器，并把分別把各種聯(lián)軸器的和系統(tǒng)的功能目標(biāo)排列對(duì)照，這樣可以避免在運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)際運(yùn)用中經(jīng)常產(chǎn)生的問題。我們討論的上述每種聯(lián)軸器都有其各自的特點(diǎn)，使其可適用于各種不同的應(yīng)用中。但是，單一品種的聯(lián)軸器不能適應(yīng)于每種應(yīng)用領(lǐng)域中。這使得目前市場(chǎng)上有各種品種的聯(lián)軸器，給設(shè)計(jì)工程師選擇最適合的聯(lián)軸器使系統(tǒng)表現(xiàn)最優(yōu)化且使用壽命長(zhǎng)。彈性聯(lián)軸器通常由金屬圓棒線切割而成，常用的材質(zhì)有鋁合金、不銹鋼、工程塑料。彈性聯(lián)軸器運(yùn)用平行或螺旋切槽系統(tǒng)來適應(yīng)各種偏差和精確傳遞扭矩。彈性聯(lián)軸器通常具備良好的性能而且有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，在很多步進(jìn)、伺服系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，彈性聯(lián)軸器是首選的產(chǎn)品。一體成型的設(shè)計(jì)使彈性聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)了零間隙地傳遞扭矩和無須維護(hù)的優(yōu)勢(shì)。彈性聯(lián)軸器主要有以下兩個(gè)基本的系列：螺旋槽型和平行槽型。滑塊聯(lián)軸器是由兩個(gè)軸套和一個(gè)中心滑塊組成。中心滑塊作為一個(gè)傳遞扭矩元件通常由工程塑料制成，特殊情況下可選擇其它材料，比如金屬材料。中心滑塊通過兩邊呈90°相對(duì)分布的卡槽和兩側(cè)的軸套聯(lián)接在一起，從而達(dá)到傳遞扭矩的目的。中心滑塊和軸套之間用微小的壓力進(jìn)行吻合，這種壓力能使聯(lián)軸器在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中具有零間隙運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，滑塊可能會(huì)因受到磨損而失去無反沖的功能，但中心滑塊并不貴，也很容易更換，更換后仍能發(fā)揮其原有的性能。滑塊聯(lián)軸器常用于一般常用電機(jī)，個(gè)別的場(chǎng)合也可以用來聯(lián)接伺服電機(jī)，在使用過程中通過中心滑塊的滑動(dòng)來糾正相對(duì)位移。因?yàn)榈挚瓜鄬?duì)位移的是滑塊與軸套之間的摩擦力，因此它們之間的軸承負(fù)荷不會(huì)因?yàn)橄鄬?duì)位移的增加而加大。梅花聯(lián)軸器主要有兩種類型，一種是傳統(tǒng)的直爪型的，另一種是曲面（內(nèi)凹）爪型的零間隙聯(lián)軸器。傳統(tǒng)的直爪型梅花聯(lián)軸器不適合用在精度很高的伺服傳動(dòng)應(yīng)用中。零間隙黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 10 頁爪型梅花聯(lián)軸器是在直爪型的基礎(chǔ)上演變而來的，但不同的是其設(shè)計(jì)能適合伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，常用于聯(lián)接伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲桿。曲面是為了減少?gòu)椥悦坊ㄩg隔體的變形和限制高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向心力對(duì)它的影響。零間隙爪型聯(lián)軸器由兩個(gè)金屬軸套（通常采用鋁合金材質(zhì)，也可以提供不銹鋼材質(zhì)）和一個(gè)梅花彈性間隔體結(jié)合而成。梅花彈性間隔體有多個(gè)葉片分支，像滑塊聯(lián)軸器一樣，它也是通過壓擠來使梅花彈性間隔體和兩邊的軸套吻合，并以此保證了其零間隙性能。與滑塊聯(lián)軸器不同的是，梅花聯(lián)軸器是通過壓擠傳動(dòng)的而滑塊聯(lián)軸器是通過剪力傳動(dòng)的。在使用零間隙爪型聯(lián)軸器時(shí)，使用者一定要注意不能超過生產(chǎn)商給出的彈性元件的最大承受能力（保證零間隙的前提下），否則梅花彈性間隔體將會(huì)被壓扁變形失去彈性，預(yù)加負(fù)荷消失，導(dǎo)致失去零間隙的性能，還可能在發(fā)生嚴(yán)重的問題后使用者才會(huì)發(fā)現(xiàn)。膜片聯(lián)軸器至少由一個(gè)膜片和兩個(gè)軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會(huì)松動(dòng)或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產(chǎn)商提供兩個(gè)膜片的，也有提供三個(gè)膜片的，中間有一個(gè)或兩個(gè)剛性元件，兩邊再連在軸套上。單膜片聯(lián)軸器和雙膜片聯(lián)軸器的不同之處是處理各種偏差能力的不同，鑒于其需要膜片能復(fù)雜的彎曲，所以單膜片聯(lián)軸器不太適應(yīng)偏心。而雙膜片聯(lián)軸器可以同時(shí)曲向不同的方向，以此來補(bǔ)償偏心剛性聯(lián)軸器，顧名思義，實(shí)際上是一種扭轉(zhuǎn)剛性的聯(lián)軸器，即使承受負(fù)載時(shí)也無任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負(fù)荷時(shí)，剛性聯(lián)軸器還是剛性傳遞扭矩。如果系統(tǒng)中有任何偏差，都會(huì)導(dǎo)致軸、軸承或聯(lián)軸器過早的損壞，也就是說其無法用在高速的環(huán)境下，因?yàn)樗鼰o法補(bǔ)償由于高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生高溫而產(chǎn)生的軸間相對(duì)位移。當(dāng)然，如果相對(duì)位移能被成功的控制，在伺服系統(tǒng)應(yīng)用中剛性聯(lián)軸器也能發(fā)揮很出色的性能。尤其是小規(guī)格的剛性聯(lián)軸器具有重量輕，超低慣性和高靈敏度的優(yōu)越性能，且在實(shí)際應(yīng)用中，剛性聯(lián)軸器具有免維護(hù)，超強(qiáng)抗油以及耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中的聯(lián)軸器采用的是 JMI 型金屬膜片聯(lián)軸器上下和橫向運(yùn)動(dòng)方向的聯(lián)軸器其參數(shù)為：軸孔直徑 d1,d2 mm:24 20需用轉(zhuǎn)速 r/min：5000公稱轉(zhuǎn)矩 N*M：63黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 11 頁3.4.2 帶傳動(dòng)1、計(jì)算功率：查附錄 1 選取工況系數(shù) K1=1.5 K2=0 P=3KWPd=KaP=4.5KW2、選帶型、節(jié)距根據(jù) Pd=4.5KW n1=3000r/min查附錄 2選取 H 型同步帶Pb=12.700mm3、小帶輪齒數(shù)查附錄表 3Zmin=20取 z1=204、小帶輪節(jié)圓直徑 d1d1=Pb×z1/π=80.89mm5、.小帶輪外圓直徑 da1查附錄 4da1=79.48mm6、帶速 vv=πd1n1/60000代入數(shù)據(jù)得v=12.7m/s≤（35～40）m/s符合要求7、傳動(dòng)比黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 12 頁取 i=1＜10 滿足8、大帶輪齒數(shù)z2=iz1=209、大帶輪節(jié)圓直徑d2=d1=80.89mm10、大帶輪外徑da2=da1=79.48mm11、初定中心距 a00.7（d1+d2）＜a0＜2（d1+d2）代入數(shù)據(jù)得113.25mm＜a0＜323.56mm取 a0=160mm12、初定帶的節(jié)線長(zhǎng)度 Lop 及齒數(shù) ZbLop≈2a0+0.5π（d1+d2）+（d2-d1）2/4a0代入數(shù)據(jù)得 Lop=447mm查附錄 5Lp=469.90mmZb=3713、實(shí)際中心距 a中心距可調(diào)整 a≈a0+0.5（Lp-Lop）代入數(shù)據(jù)得a=176.5mm14、小帶輪嚙合齒數(shù) ZmZm≈1a6d-2z）（代入數(shù)據(jù)得 Zm=1015、帶寬 bs黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 13 頁bs≥bs014.KzP0dZm=10＞6查表得 bs0=25.4mmKz=1.00代入數(shù)據(jù)得bs=25.1mm選擇帶寬代號(hào)為 100 的 H 型帶bs=25.4mm3.5 軸承的選取軸承是用來支承軸的，軸與軸承直接接觸的部分稱為軸頸，軸承可以分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承可以根據(jù)其摩擦狀態(tài)分為非液體摩擦軸承和液體摩擦軸承兩類。當(dāng)軸頸與軸承滑動(dòng)表面間雖有液體油膜存在，但不能完全避免表面凸起部分直接接觸時(shí)，兩滑動(dòng)表面所形成的摩擦稱為非液體摩擦。若兩滑動(dòng)表面完全被潤(rùn)滑油隔開，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力主要是潤(rùn)滑油內(nèi)部的摩擦?xí)r，稱為液體摩擦?；瑒?dòng)軸承按其工作時(shí)所承受載荷的方向，又分為向心滑動(dòng)軸承（載荷沿半徑方向，指向軸心）和推力滑動(dòng)軸承（載荷沿軸線方向）。由于滑動(dòng)軸承不適用于本設(shè)計(jì)，則本次設(shè)計(jì)采用了滾動(dòng)軸承。常用滾動(dòng)軸承的類型、性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍如以下介紹。（1）單列向心球軸承，其性能特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)最小，高轉(zhuǎn)速時(shí)可用來承受不大的純軸向負(fù)荷，內(nèi)外圈軸線偏斜量小于或等于 8′～16′。適用于剛性圈套的軸上，常用于小功率電機(jī)、減速機(jī)、運(yùn)輸機(jī)的托輥、滑輪等。（2）雙列向心球面軸承，其性能特點(diǎn)為：不能承受純軸向負(fù)荷，能自動(dòng)調(diào)心、內(nèi)外圈偏斜量小于或等于 1.50～30。適用于多支點(diǎn)軸，剛性小的軸以及難以對(duì)中的軸。（3）單列向心短圓柱滾子軸承，其性能特點(diǎn)為：內(nèi)外圈可以分離，滾子用內(nèi)圈允許少量的軸向移動(dòng)，內(nèi)外圈軸線偏斜量小于或等于 2′～4′。適用于剛性很大，對(duì)中良好的軸，常用于大功率電機(jī)，機(jī)床主軸、車輛軸承箱、人字齒輪減速機(jī)等。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 14 頁（4）雙列向心球面滾子軸承，其性能特點(diǎn)為：承載能力最大，不能承受純軸向負(fù)荷。能自動(dòng)調(diào)心，內(nèi)外圈軸線偏斜量小于或等于 10～2.50。常用于其它種類軸承不能勝任的重載情況，如軋鋼機(jī)，大功率減速機(jī)、吊車走輪等。（5）滾針軸承，其性能特點(diǎn)為：徑向尺寸最小，徑向承載能力很大，磨擦系數(shù)較大。一般不帶保持架，摩擦系數(shù)大，旋轉(zhuǎn)精度低。適用于徑向負(fù)荷很大而徑向尺寸受限制的地方，如：萬向聯(lián)軸節(jié)，活塞銷、連桿銷等。（6）螺旋滾子軸承，其性能特點(diǎn)為：窄鋼帶卷成的空心滾子有彈性，可承受徑向沖擊。內(nèi)外圈軸線偏斜敏感性低，徑向尺寸較小。適用于經(jīng)常受不大的徑向沖擊且轉(zhuǎn)達(dá)速不高的支承。如：運(yùn)輸輥道的輥?zhàn)?，長(zhǎng)傳動(dòng)軸的支承。（7）單列向心推力球軸承，其性能特點(diǎn)為：可承受純軸向負(fù)荷，36000 型用于R＞A，其它兩種用于 A＞R，內(nèi)部游隙可調(diào)，支點(diǎn)距離不宜大；適用于剛性較大跨距不大的軸及須在工作中高速游隙時(shí)，常用于蝸桿減速機(jī)、離心機(jī)動(dòng)、電鉆、空孔機(jī)等。（8）圓錐滾子軸承，其性能特點(diǎn)為：可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷。內(nèi)外圈可分離，游隙可調(diào)，一般成對(duì)使用。磨擦系數(shù)大，內(nèi)外圈軸線偏斜小于或等于 2′。適用于剛性較大的軸，應(yīng)用很廣，如：減速機(jī)、車輪軸、軋鋼機(jī)、起重機(jī)、破碎機(jī)、機(jī)床主軸等。（9）推力球軸承，其性能特點(diǎn)為：只能承受軸向載荷，高速時(shí)離心力大，鋼球與保持架磨損，發(fā)熱嚴(yán)重，壽命降低，極限轉(zhuǎn)速較低。工作時(shí)軸線必須與軸承底座底面垂直，保證鋼球載荷均勻分配。常用于起重機(jī)，吊鉤、蝸桿軸、錐齒輪軸、機(jī)床主軸等。（10） 角接觸球軸承，其性能特點(diǎn)為：可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，可以用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)外圈軸向偏斜量 8’---16’,大量生產(chǎn)，價(jià)格最低。垂直方向所選軸承為 6307 型深溝球軸承，水平方向所選軸承為 6305 型深溝球軸承。因?yàn)樯顪锨蜉S承能承受一定的雙向軸向載荷。所選軸承為深溝球軸承軸承，型號(hào)為6307，d=35mm，D=80mm， =145Kn， =218Kn， e=0.42.rCr0軸承的校核黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 15 頁確定徑向載荷系數(shù) X，軸向載荷系數(shù) Y：因?yàn)檩S向載荷 Fa=0，則 =0e P=0.67Fr+Y2Fa 故 P=Fr對(duì)軸承 1：Fr=4872N P=Fr=4872N對(duì)軸承 2：Fr=2617N P=Fr=2617N計(jì)算軸承壽命： 由 P352 表 17-6、17-7 查得 =1.0， =1.2，ε=10/3fTp= = =1.3× hLh??????PfpTn601C?87601???????492.503160假設(shè)每天工作 8 小時(shí)，一年工作 300 天，設(shè)備使用 10 年，則 8×300×10=24000h,可見該軸承完全符合要求。3.6 潤(rùn)滑和密封 潤(rùn)滑劑主要有固體潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑脂，液體潤(rùn)滑劑和氣體潤(rùn)滑劑等四類。潤(rùn)滑油的粘度是選擇潤(rùn)滑油的重要指標(biāo)之一。參考《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)，選用液體潤(rùn)滑劑中的水或經(jīng)處理的液體，因?yàn)樗饕獞?yīng)用于防止油污染、如紡織、食品、藥品等機(jī)械。因?yàn)槭菨?rùn)滑油所以采用油杯潤(rùn)滑。系數(shù) K=v ，pv10式中 v-軸承圓周轉(zhuǎn)速，p-軸承的平均壓強(qiáng)。因此選擇針閥油杯潤(rùn)滑。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 16 頁根據(jù)軸承的高速旋轉(zhuǎn)，選擇膠密封，靠膠的浸潤(rùn)性，填充密封面的凸凹不平之處，固化后能起良好的密封作用，膠密封牢靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐壓性好，對(duì)表面加工精度要求底，成本高，但耐溫條件差。在安裝時(shí)兩油封之間要加滿潤(rùn)滑脂，以免與軸發(fā)生干磨擦。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 17 頁4 機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架的設(shè)計(jì)主要要保證剛度、強(qiáng)度、及穩(wěn)定性。其中，剛度是評(píng)定大多數(shù)機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則；強(qiáng)度是定重載機(jī)架工作性能的基本準(zhǔn)則，機(jī)架的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大載荷來校核其靜強(qiáng)度，有時(shí)還要校核其疲勞強(qiáng)度。機(jī)架的強(qiáng)度和剛度都 需要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面來考慮。動(dòng)剛度是衡量機(jī)架抗振能力的指標(biāo)，而提高機(jī)架的抗振性能應(yīng)從提高機(jī)架的構(gòu)件的靜剛度方面入手，合理設(shè)計(jì)機(jī)架構(gòu)件的截面形狀和尺寸。穩(wěn)定性是保證機(jī)架正常工作的基本條件，必須注意。機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求：在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低；抗振性好；由于內(nèi)應(yīng)力及溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力最小；結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件；初步確定機(jī)架的形狀和尺寸，機(jī)架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，取決于安裝在它們內(nèi)部與外部的零部件的形狀和尺寸，配置情況、安裝與拆卸等要求。同時(shí)也取決于工藝、所承受的載荷、運(yùn)動(dòng)等情況。機(jī)架材料的選用主要根據(jù)機(jī)架的使用要求，多數(shù)機(jī)架形狀較復(fù)雜，故一般采用鑄造，由于鑄鐵的鑄造性能好，價(jià)廉和吸振能力強(qiáng)，所以應(yīng)用最廣。本設(shè)計(jì)中的機(jī)架主體為一箱體，它是有許多塊鐵片焊接在立柱上，然后在立柱外面覆蓋一層貼片，使得箱體既穩(wěn)固而又節(jié)省材料，減輕箱體重量。前后方向的支撐是 3 根肋板焊在前后向的板上使得該板能夠經(jīng)受起一定的彎曲扭矩。箱體的下方用地腳螺釘使得其與地相連。4.1 設(shè)備安裝1、安裝設(shè)備時(shí)保證各設(shè)備處于水平位置，地腳連接牢固 2、安裝導(dǎo)軌時(shí)必須保證兩導(dǎo)軌的平行3、安裝絲杠時(shí)保證絲杠能在軸承上可以順暢的轉(zhuǎn)動(dòng)4、從前處理控制柜將動(dòng)力線接至各電機(jī)，檢查設(shè)備上無任何異物，點(diǎn)動(dòng)各電機(jī)，試運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 18 頁5、設(shè)備如因故障檢修，一定要確保設(shè)備完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)后才能進(jìn)行，設(shè)備運(yùn)行過程中切不可將手和工具伸入任何傳動(dòng)部件，以免造成人身設(shè)備損壞，遇到緊急情況要立即按下緊急按鈕。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 19 頁結(jié)論經(jīng)過將近一個(gè)學(xué)期地調(diào)研、查閱資料、定方案、計(jì)算、設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)和帶領(lǐng)下我們終于完成了設(shè)計(jì)的全部過程，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，回想起這幾個(gè)月來自己所做的一切，結(jié)果不是這僅僅幾張圖紙所能代替的，我認(rèn)為所學(xué)到的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這幾張圖紙所反映的內(nèi)容，比如說，自己在設(shè)計(jì)過程中所接觸到的相關(guān)知識(shí)并不能夠完全反映出來，在設(shè)計(jì)的過程中真正的體會(huì)到了作為一名設(shè)計(jì)者的偉大。所以，碰到問題時(shí)要努力去弄明白，這也是復(fù)習(xí)幾年來自己專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。從開始的實(shí)習(xí)和調(diào)研到最后的計(jì)算和出圖，其中的每一步都是至關(guān)重要的，它們是設(shè)計(jì)的一個(gè)首要條件，缺一不可。可能是在剛開始的時(shí)候沒有能夠認(rèn)識(shí)到這些過程的重要性，只是了了而過，事后僅僅憑借自己的腦子來回憶當(dāng)時(shí)所看到的是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以說這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)給以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)，這也是大學(xué)到社會(huì)的一個(gè)過渡，相信留下的這些教訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)會(huì)指導(dǎo)我今后的工作怎樣才能做的更好。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 20 頁致 謝通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使對(duì)以前所學(xué)知識(shí)進(jìn)行的一次系統(tǒng)而全面的鞏固和復(fù)習(xí)。在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我遇到了許多的困難。在學(xué)校各個(gè)部門及老師同學(xué)的幫助下我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，因此我真誠(chéng)的向那些給我?guī)椭椭笇?dǎo)的部門和個(gè)人致意我的謝意。在這次設(shè)計(jì)中薛東彬老師給予了我很大的幫助，給了我許多的意見和建議，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我無私的指導(dǎo)。他們平易近人的教學(xué)態(tài)度讓我們學(xué)會(huì)了謙虛待人，他們是我們學(xué)習(xí)的榜樣，是我們的良師益友，在此，我向薛老師表達(dá)我最真摯的謝意。其次還要感謝我的各位同學(xué)們，他們?cè)谖也粫?huì)的時(shí)候給予熱情的幫助，使的我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，同意祝福即將分開的同學(xué)們，未來能在自己的努力下?lián)碛幸黄约旱奶炜?。最后學(xué)校和學(xué)院,為我們能較好進(jìn)行設(shè)計(jì)的大力支持，為我們能順利進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了條件。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 21 頁參考資料[1] 羅煜.本科畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)：黃河科技學(xué)院.2008[2] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991[3] 北京鋼鐵學(xué)院.機(jī)械零件. 北京：人民教育出版社，1990[4] 董慶華.機(jī)械零件. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，P187 [5] 劉鴻文.材料力學(xué). 北京：人民教育出版社，1990 [6] 鄒宜候.機(jī)械制圖（第四版）.北京：清華大學(xué)出版社，2001，20～88[7] 鄧文英. 金屬工藝學(xué).上冊(cè)（第四版）北京：高等教育出版社，2003.5. 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Copenhagen,1999,9.黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 22 頁附錄 1黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 23 頁附錄 2黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 24 頁附錄 3黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 25 頁附錄 4黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 26 頁附錄 5梯形齒同步帶規(guī)格.型號(hào)、尺寸表 H 型（ 節(jié)距=12.7MM)規(guī)格 節(jié)線長(zhǎng) 齒數(shù) 規(guī)格 節(jié)線長(zhǎng) 齒數(shù) 規(guī)格 節(jié)線長(zhǎng) 齒數(shù)185 H 469.90 37 430 H 1092.20 86 740 H 1879.60 148200 H 508.00 40 440 H 1117.60 88 750 H 1905.00 150220 H 558.80 44 445 H 1130.30 89 770 H 1955.80 154230 H 584.20 46 450 H 1143.00 90 800 H 2032.00 160240 H 609.60 48 460 H 1168.40 92 810 H 2032.00 162250 H 635.00 50 465 H 1181.10 93 830 H 2108.20 166255 H 647.70 51 480 H 1219.20 96 840 H 2133.60 168260 H 660.40 52 490 H 1244.60 98 850 H 2159.00 170270 H 685.80 54 500 H 1270.00 100 880 H 2235.20 176280 H 711.20 56 510 H 1295.40 102 900 H 2286.00 180285 H 723.90 57 515 H 1308.10 103 950 H 2413.00 190290 H 736.60 58 520 H 1320.80 104 960 H 2438.40 192300 H 762.00 60 525 H 1333.50 105 980 H 2489.20 196310 H 787.40 62 530 H 1346.20 106 1000 H 2540.00 200315 H 800.10 63 540 H 1371.60 108 1020 H 2590.80 204320 H 812.80 64 550 H 1397.00 110 1050 H 2667.00 210330 H 838.20 66 560 H 1422.40 112 1070 H 2717.80 214340 H 863.60 68 570 H 1447.80 114 1100 H 2794.00 220345 H 876.30 69 580 H 1473.20 116 1120 H 2844.80 224350 H 889.00 70 590 H 1498.60 118 1130 H 2870.20 226360 H 914.40 72 600 H 1524.00 120 1140 H 2895.60 228370 H 939.80 74 630 H 1600.20 126 1150 H 2921.00 230375 H 952.50 75 640 H 1625.60 128 1180 H 2997.20 236380 H 965.50 76 650 H 1651.00 130 1200 H 3048.00 240390 H 990.60 78 660 H 1676.40 132 1250 H 3175.00 250395 H 1003.30 79 680 H 1727.20 136 1350 H 3429.00 270400 H 1016.00 80 700 H 1778.00 140 1400 H 2556.00 280