一站式裝配生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)含SW三維仿真及10張CAD圖

一站式裝配生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)含SW三維仿真及10張CAD圖,一站式,裝配,生產(chǎn)線(xiàn),設(shè)計(jì),sw,三維,仿真,10,cad XX 設(shè) 計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 院： 專(zhuān) 業(yè)： 題 目： 指導(dǎo)教師： 評(píng)閱教師： 20XX年X月 I 摘要 隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技日新月異。自動(dòng)化技術(shù)在社會(huì)的各行各業(yè)被廣泛的應(yīng)用，其中又以自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)用最為廣泛。自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)具有效率高，應(yīng)用靈活，工作精度高，運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，并且節(jié)省了人力物力，大大提高了生產(chǎn)率。目前，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域及其他諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛并且有著十分廣闊的應(yīng)用前景。 生產(chǎn)線(xiàn)即產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程所經(jīng)過(guò)的路線(xiàn)，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)活動(dòng)所構(gòu)成的路線(xiàn)。狹義的生產(chǎn)線(xiàn)是按對(duì)象原則組織起來(lái)的，完成產(chǎn)品工藝過(guò)程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設(shè)備和各工種的工人，負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對(duì)相同的勞動(dòng)對(duì)象進(jìn)行不同工藝的加工。 本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一款一站式裝配生產(chǎn)線(xiàn)，本次設(shè)計(jì)的裝配分為兩個(gè)工位，每個(gè)工位配有一個(gè)工業(yè)機(jī)器人，輸送部分采用倍速鏈輸送線(xiàn)，當(dāng)工件被送到工位一時(shí)，第一臺(tái)機(jī)器人完成一道工序的工作的裝配；當(dāng)工件被輸送到工位二時(shí)，第二臺(tái)機(jī)器人完成第二道工序的裝配。本次設(shè)計(jì)運(yùn)用三維軟件SOLIDWORKS完成整個(gè)裝配線(xiàn)的三維模型的設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后介紹關(guān)鍵零部件的繪制方法，最后利用三維軟件完成機(jī)械的動(dòng)畫(huà)仿真。 關(guān)鍵詞 裝配生產(chǎn)線(xiàn) 工業(yè)機(jī)器人 三維模型 動(dòng)畫(huà)仿真 V Abstract With the progress of society and the development of economy, technology is changing rapidly. Automation technology is widely applied in all walks of life in the society, and the most widely used is automated production line. The automatic production line has the characteristics of high efficiency, flexible application, high accuracy and smooth operation. It saves manpower and material resources and greatly improves productivity. At present, automated production line is widely applied in industrial production and many other fields in China, and has broad application prospects. The line that the production line passes through the production process of the product, that is, the route from a series of production activities, such as processing, transporting, assembling and testing from the beginning of the raw material into the production site. A narrow sense of production line is organized in accordance with the principle of object, a form of production organization that completes the process of the product, that is, according to the principle of product specialization, it is equipped with all kinds of equipment and workers needed to produce a product (zero or parts), and is responsible for completing all the manufacturing work of a certain product (zero and parts). The same labor objects are processed by different processes. The design and design of a one-stop assembly line, the design of the assembly is divided into two workplaces, each work position with an industrial robot, the transport part of the speed chain conveyor line, when the work is sent to the work position, the first robot completes the work of a process assembly; when the workpiece is transported to the position of two Second robots complete the second process assembly. This design uses three dimensional software SOLIDWORKS to complete the design of the 3D model of the whole assembly line, and focuses on the design and calculation of the manipulator, then introduces the drawing method of the key parts, and finally completes the mechanical animation simulation with the three-dimensional software. Key words assembly line, industrial robot, 3D model, animation simulation. 目 錄 摘要 II Abstract III 第一章 緒論 - 1 - 1.1課題背景及研究的目的與意義 - 1 - 1.2 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) - 1 - 1.2.1 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀 - 1 - 1.2.2國(guó)外工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀 - 3 - 1.4 本章小結(jié) - 4 - 第二章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)總體設(shè)計(jì)方案 - 5 - 2.1裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人執(zhí)行部分的選擇 - 5 - 2.2裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)部分的選擇 - 6 - 2.3機(jī)械手的基本形式選擇 - 7 - 2.4 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) - 8 - 2.5 本章小結(jié) - 8 - 第三章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人手腕的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 9 - 3.1手腕處軸承的選擇 - 9 - 3.2 手腕驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與減速器的選擇 - 10 - 3.3 傳動(dòng)同步帶的選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì) - 10 - 3.4 本章小結(jié) - 12 - 第四章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人伸縮軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 13 - 4.1 直線(xiàn)導(dǎo)軌與滑塊的選擇 - 13 - 4.2傳動(dòng)同步帶選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì) - 17 - 4.3 伺服電機(jī)的選擇與傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì) - 17 - 4.3本章小結(jié) - 18 - 第五章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人升降軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 20 - 5.1 滾珠絲杠的選擇 - 20 - 5.2 伺服電機(jī)的選擇 - 22 - 5.3 光軸與直線(xiàn)軸承的選擇 - 24 - 5.4 本章小結(jié) - 24 - 第六章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 26 - 6.1 轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的選擇 - 26 - 6.2 伺服電機(jī)的選擇以及減速比的確定 - 27 - 6.3 本章小結(jié) - 27 - 第七章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)主要零部件的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真 - 29 - 7.1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介 - 29 - 7.2零件建模 - 31 - 7.2.1手臂部件三維建模的形成 - 31 - 7.2.2 旋轉(zhuǎn)盤(pán)的三維建模形成 - 33 - 7.2.3 空心軸的三維建模 - 36 - 7.2.4 滑塊外接板的三維建模形成 - 37 - 7.2.5 大套管的三維建模 - 39 - 7.2.6 直線(xiàn)軸承的三維建模 - 40 - 7.2.7 一軸底板的三維建模 - 41 - 7.2.8 套管外圈的三維建模 - 43 - 7.2.9 工件擺臺(tái)的三維建模形成 - 44 - 7.2.10 需要裝配的工件的三維建模形成 - 45 - 7.2.11 toolbox的運(yùn)用 - 47 - 7.3 零件裝配 - 48 - 7.4 三維向二維的轉(zhuǎn)換 - 49 - 7.5 Sliodworks Motion介紹 - 51 - 7.6 裝配生產(chǎn)線(xiàn)仿真的實(shí)現(xiàn) - 52 - 7.7 本章小結(jié) - 53 - 結(jié) 論 - 54 - 致 謝 - 55 - 參 考 文 獻(xiàn) - 56 - 第一章 緒論 1.1課題背景及研究的目的與意義 隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技日新月異。自動(dòng)化技術(shù)在社會(huì)的各行各業(yè)被廣泛的應(yīng)用，其中又以自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)用最為廣泛。自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)具有效率高，應(yīng)用靈活，工作精度高，運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，并且節(jié)省了人力物力，大大提高了生產(chǎn)率。目前，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域及其他諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛并且有著十分廣闊的應(yīng)用前景。 生產(chǎn)線(xiàn)即產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程所經(jīng)過(guò)的路線(xiàn)，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)活動(dòng)所構(gòu)成的路線(xiàn)。狹義的生產(chǎn)線(xiàn)是按對(duì)象原則組織起來(lái)的，完成產(chǎn)品工藝過(guò)程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設(shè)備和各工種的工人，負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對(duì)相同的勞動(dòng)對(duì)象進(jìn)行不同工藝的加工。 生產(chǎn)線(xiàn)的種類(lèi)，按范圍大小分為產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)和零部件生產(chǎn)線(xiàn)，按節(jié)奏快慢分為流水生產(chǎn)線(xiàn)和非流水生產(chǎn)線(xiàn)，按自動(dòng)化程度，分為自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)和非自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。 生產(chǎn)線(xiàn)的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線(xiàn)和工序勞動(dòng)量比例，決定了一條生產(chǎn)線(xiàn)上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務(wù)所必需的機(jī)器設(shè)備，機(jī)器設(shè)備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線(xiàn)具有較大的靈活性，能適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線(xiàn)是一種比較先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機(jī)器設(shè)備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線(xiàn)能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀 如今，機(jī)器人是科學(xué)研究的熱點(diǎn)，其研究的具體現(xiàn)狀如下所述： （1） PC機(jī)開(kāi)放式控制器是其控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，這樣會(huì)使其網(wǎng)絡(luò)化與標(biāo)準(zhǔn)化；電子元器件變得高度集成化，控制中心結(jié)構(gòu)模塊化。 （2） 機(jī)器人具備模塊化的機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)器人的整體機(jī)構(gòu)由關(guān)節(jié)和連桿模塊構(gòu)成。 （3） 傳感器的作用變得越來(lái)越重要。某些機(jī)械手的控制是基于力、觸、視與聲覺(jué)多種傳感器結(jié)合一起來(lái)實(shí)現(xiàn)，多傳感器融合的技術(shù)是未來(lái)機(jī)械手的重要技術(shù)。 （4） 常用的用于運(yùn)輸、裝配、焊接等機(jī)器人已經(jīng)逐漸標(biāo)準(zhǔn)化、通用化[7]。 總的來(lái)講，機(jī)器人的研究大致可以分為兩個(gè)方向：一是通過(guò)先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的控制系統(tǒng)、多傳感器以及智能化；二是基于生產(chǎn)加工，為特定的工作任務(wù)，通過(guò)使用高性?xún)r(jià)比的模塊，在滿(mǎn)足工作要求的前提下，使機(jī)器人控制系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單，從而使機(jī)器人經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔。 我們國(guó)家是從20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始進(jìn)行機(jī)器人的研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)主持研發(fā)的弧焊機(jī)器人是我國(guó)的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。并且從1986年開(kāi)始，我們國(guó)家啟動(dòng)了許多發(fā)展計(jì)劃，例如“863”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，“七五”機(jī)器人攻克計(jì)劃等，使得我國(guó)從原來(lái)的理論研究到如今已經(jīng)研發(fā)出一系列具有先進(jìn)科學(xué)水平機(jī)器人[8]。可以確定的是，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化是未來(lái)工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，現(xiàn)如今，我們國(guó)家隨著科技的進(jìn)步，也能生產(chǎn)出許多有著不同應(yīng)用的機(jī)器人，例如搬運(yùn)機(jī)器人、平面關(guān)節(jié)型加裝機(jī)器人、直角坐標(biāo)機(jī)器人、弧焊機(jī)器人等[9]。隨著國(guó)家對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)與推廣，我國(guó)也出現(xiàn)了一批具有自主研發(fā)能力和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)，如廣州數(shù)控、沈陽(yáng)新松等企業(yè)。 如圖1-1是沈陽(yáng)新松開(kāi)發(fā)的一款型號(hào)為SR50A的機(jī)器人，可用于噴涂、鑄造、打磨以及拋光等行業(yè)。 圖1-1 SR50A機(jī)器人 總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展和應(yīng)用與西方國(guó)家和日本都有一定的差距，比如某些中小型企業(yè)發(fā)展模式較為傳統(tǒng)，很大一部分的生產(chǎn)線(xiàn)依然是采用人工搬運(yùn)或上下料，即便有些企業(yè)采用了工業(yè)機(jī)械手，但其精度和可靠性都達(dá)不到生產(chǎn)要求，而且也不能完全取代人工或構(gòu)建高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，甚至不能解決批量生產(chǎn)和成本的問(wèn)題[10]。 1.2.2國(guó)外工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀 世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人是在1958年誕生的，它是由美國(guó)的一間名叫Unimation公司研發(fā)出來(lái)的。這是一臺(tái)用于壓鑄行業(yè)的五軸液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，由一臺(tái)專(zhuān)用計(jì)算機(jī)來(lái)控制機(jī)械臂動(dòng)作，能夠記憶多達(dá)180個(gè)工作步驟[11]。 美國(guó)一直著重于機(jī)器人理論技術(shù)的發(fā)展，其機(jī)械人研制發(fā)展得較為全面，語(yǔ)言種類(lèi)多、應(yīng)用范圍廣、水平層次高，在軍事領(lǐng)域、汽車(chē)行業(yè)、航空航天及太空搜索中的應(yīng)用取得了巨大的成功。到了21世紀(jì)，美國(guó)在它原先的雄厚工業(yè)機(jī)械手技術(shù)基礎(chǔ)上，逐步研發(fā)出了具有聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等類(lèi)人智能化的機(jī)械人。例如美國(guó)的探測(cè)器，以及軍用探測(cè)機(jī)器人等。 日本一開(kāi)始是引進(jìn)了美國(guó)的機(jī)械手，經(jīng)過(guò)了一段時(shí)期的研究，自身的機(jī)械人發(fā)展逐漸壯大。到了20世紀(jì)七八十年代，進(jìn)入了一個(gè)機(jī)器人快速發(fā)展的黃金期。根據(jù)資料顯示，日本各個(gè)大學(xué)以及政府研究機(jī)構(gòu)在機(jī)械手的研究經(jīng)費(fèi)占到了研究總經(jīng)費(fèi)的41%。隨后，工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展?jié)u漸向歐美轉(zhuǎn)移。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著中國(guó)以及亞洲部分國(guó)家對(duì)機(jī)器人的巨大需求，日本機(jī)器人也迎來(lái)了一波新的浪潮[12]。 在上個(gè)世紀(jì)70年代，德國(guó)在其雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)上加大力度發(fā)展機(jī)械手，主要包括上下料機(jī)械手、工業(yè)焊接機(jī)械手、起重運(yùn)輸機(jī)械手等相關(guān)設(shè)備上的應(yīng)用。1973年，德國(guó)的庫(kù)卡機(jī)器人公司研發(fā)出了第一臺(tái)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的六軸機(jī)器人。庫(kù)卡公司生產(chǎn)的機(jī)器人多種多樣，有搬運(yùn)機(jī)、SCARA以及多關(guān)節(jié)型機(jī)器人等，都是通過(guò)PC控制器來(lái)控制的。庫(kù)卡公司研發(fā)的六軸工業(yè)機(jī)器人以及其他用于特殊場(chǎng)合的機(jī)器人，能夠承受的負(fù)載為3kg到1000kg。如下圖1-2所示為六軸機(jī)器人S2000，能夠承受載荷150kg[13]。 瑞典的ABB公司在上世紀(jì)70年代率先研發(fā)出了電力驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人，到現(xiàn)在ABB公司生產(chǎn)的機(jī)器人在全球的裝機(jī)量已經(jīng)超過(guò)了16萬(wàn)臺(tái)，成為全球最大的機(jī)器人制造商。ABB公司這些年來(lái)也研發(fā)出了許多不同用途的機(jī)器人，其中IRB型系列機(jī)器人是ABB生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)系列機(jī)器人，常用于焊接、涂刷、搬運(yùn)、切割等工作。例如，2015年該公司研發(fā)了目前為止用途最廣泛，負(fù)載最大的工業(yè)機(jī)器人IRB8700，其工作范圍可達(dá)3.5m，有效負(fù)載可達(dá)800kg，能針對(duì)重型和大尺寸零件自行調(diào)整運(yùn)行速度[14]。還有IRB-6660機(jī)器人，如下圖1-3該機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)血多汽車(chē)廠(chǎng)商，如吉利、長(zhǎng)城、長(zhǎng)安鈴木等公司的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。 圖1-2 S2000六軸機(jī)器人 圖1-3 IRB-6660機(jī)器人 1.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了課題的研究意義與目的，并介紹了工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，以及它的基本組成結(jié)構(gòu)。 第二章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)總體設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一款一站式裝配生產(chǎn)線(xiàn)，本次設(shè)計(jì)的裝配分為兩個(gè)工位，每個(gè)工位配有一個(gè)工業(yè)機(jī)器人，輸送部分采用倍速鏈輸送線(xiàn)，當(dāng)工件被送到工位一時(shí)，第一臺(tái)機(jī)器人完成一道工序的工作的裝配；當(dāng)工件被輸送到工位二時(shí)，第二臺(tái)機(jī)器人完成第二道工序的裝配。其結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示： 圖2-1 裝配生產(chǎn)線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖 2.1裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人執(zhí)行部分的選擇 執(zhí)行部分的選擇由以下結(jié)構(gòu)分別選定: （一）手部 手部是直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型。手部是用來(lái)抓取工件的部件，根據(jù)被抓取物件的形狀、尺寸、重量、材料和抓取要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。其中最常用的抓取類(lèi)型是吸附型和夾持型，吸附型主要是針對(duì)于一些表面光滑、輕質(zhì)的工件或物料，夾持型主要是針對(duì)圓柱形狀或者是別的一些比較復(fù)雜形狀的工件或物料[14]。 本設(shè)計(jì)中，徐裝配的零件為表面光滑的鋁制材質(zhì)，質(zhì)量較輕，因此我們選擇吸附型手部，而吸附型手部又可以分成空氣吸盤(pán)（主要采用負(fù)壓或者真空）和電磁吸盤(pán)兩種，由于空氣吸盤(pán)可以與工件柔性接觸，防止表面擦傷，因此在這里我們優(yōu)先考慮使用負(fù)壓式空氣吸盤(pán)。 （二）腕部 腕部是連接手部和臂部的部件，起到支撐和改變手部位置的作用，可以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕具有獨(dú)立的自由度。通常具有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、左右擺動(dòng)、上下擺動(dòng)等幾種形式。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿(mǎn)足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，也可以不加設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件[15]。 本設(shè)計(jì)中，為了使機(jī)械手手部較為靈活，可以適應(yīng)不同零件位置，因此我們使其具有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （三）臂部 臂部是機(jī)械手的重要支持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工裝或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的作用：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本的要求，即手臂的伸縮、左右擺臂、升降運(yùn)動(dòng)。手臂的運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中常常受到腕部、手部以及工件的靜、動(dòng)載荷的作用，而且由于手臂運(yùn)動(dòng)較多，故其受力復(fù)雜[16]。 本設(shè)計(jì)中，我們需要使手臂具有伸縮、左右擺臂和升降的功能。 2.2裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)部分的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 可分為以下四類(lèi)： （一）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 氣壓機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、易于保養(yǎng)、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差、沖擊力大、定位精度一般、抓取力小。 （二）液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以油液壓縮的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、抓取力大。但是這種機(jī)械手對(duì)密封性要求很高、不易于機(jī)械手的保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不適合在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄漏會(huì)導(dǎo)致對(duì)其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過(guò)濾要求非常嚴(yán)格，成本高。 （三）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 它是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)械手，動(dòng)力是由工作機(jī)械提供的。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)精確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。但是結(jié)構(gòu)較大，保養(yǎng)需求高。 （四）電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 是指由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。特點(diǎn)是：響應(yīng)速度快，運(yùn)動(dòng)行程長(zhǎng)，定位精度高，并且維護(hù)、使用方便，節(jié)能無(wú)污染。但是其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本也較高。 工業(yè)機(jī)械手的性?xún)r(jià)比一般取決于驅(qū)動(dòng)方案及相應(yīng)零部件的配置。按照各驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)以及機(jī)械手的工作環(huán)境擬除機(jī)械手手部利用氣源空氣吸盤(pán)外，其余運(yùn)動(dòng)動(dòng)力來(lái)源均選用伺服電機(jī)。 2.3機(jī)械手的基本形式選擇 常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: a.直角坐標(biāo)型機(jī)械手；b.圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；c.球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手；d.多關(guān)節(jié)型機(jī)械手（見(jiàn)圖2-2）。 直角坐標(biāo)型機(jī)械手：主要特點(diǎn)每個(gè)自由度之間的空間夾角為直角，占用空間較大，工作范圍較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手：占用空間較小，工作范圍較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精度較高。 球坐標(biāo)型機(jī)械手：占用空間較小，自由度較多，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 多關(guān)節(jié)型機(jī)械手：與球坐標(biāo)特點(diǎn)相似，自由度更高，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。 圖2-2 機(jī)械手基本形式 本次設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線(xiàn)工作空間較小且需要實(shí)現(xiàn)的功能要求自由度比較低，因此結(jié)合以上各種機(jī)械手工作特點(diǎn)，考慮造價(jià)及實(shí)現(xiàn)難易程度，選定機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手。 2.4 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) （一）機(jī)械手用途：裝配零件的自動(dòng)上下料 （二）設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 1) 抓重：最大4KG 2) 自由度數(shù)：4個(gè)自由度 3) 坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo)型 4) 最大工作半徑：1250mm 5) 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍: 360° 6) 手臂伸縮參數(shù)：伸縮行程:600mm；伸縮速度:1000mm/s 7) 手臂升降參數(shù)：升降行程：350mm；升降速度：200mm/s 8) 手臂旋轉(zhuǎn)參數(shù)：旋轉(zhuǎn)范圍：±120°；旋轉(zhuǎn)速度：360°/s 2.5 本章小結(jié) 本章從宏觀角度對(duì)工業(yè)裝配生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了總體方案的設(shè)計(jì)與分析，經(jīng)過(guò)各方面對(duì)比考慮確定了裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人的基本形式以及自由度，初步確定采用伺服電機(jī)提供動(dòng)力，并列出了機(jī)械手在設(shè)計(jì)中的一些必要的技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以此進(jìn)行。 第三章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人手腕的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1手腕處軸承的選擇 計(jì)算條件:根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要擬選用內(nèi)徑為d=25mm的深溝球軸承，轉(zhuǎn)速約30r/min，其徑向載荷約Fr=100N，軸向載荷約（包括額定抓重與其手部重量等），工作壽命（為機(jī)器總設(shè)計(jì)壽命，系數(shù)0.5為在工作時(shí)間內(nèi)手腕工作的時(shí)間所占比例）。 設(shè)計(jì)計(jì)算： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（成大先第五版）》軸承選型表，試選取軸承代號(hào)61805，d=25mm，基本額定動(dòng)載荷，滾珠直徑為，滾珠數(shù)量為，基本額定靜載荷。 , 查表得：軸徑載荷比，，X=0.56，Y=2.022， 徑向當(dāng)量動(dòng)載荷： 查表得：沖擊載荷因數(shù)為，溫度因數(shù)為，速度因數(shù)為，壽命因數(shù)為，力矩載荷因數(shù)為 軸承61805的動(dòng)載荷，故選取合適。 校核軸承的額定靜載荷： ，取，取，， 故軸承61805滿(mǎn)足要求。 3.2 手腕驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與減速器的選擇 由于結(jié)構(gòu)的限制擬采用伺服電機(jī)帶動(dòng)減速器，減速器通過(guò)安裝的同步帶輪傳動(dòng)至手腕處。 計(jì)算條件：手腕處加以抓重預(yù)估計(jì)重量為，估計(jì)工件直徑，手腕處轉(zhuǎn)速最高。 設(shè)計(jì)計(jì)算： 計(jì)算工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 假設(shè)減速器連同同步帶輪總共減速比為,則折算到伺服電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。 按照負(fù)載慣量＜3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的原則： 查相關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)，選用電機(jī)，， 則, , ，取 校核輸出轉(zhuǎn)速：，滿(mǎn)足要求。 因?yàn)槭褂脳l件扭矩很小，故忽略扭矩計(jì)算。 考慮盡可能選取級(jí)數(shù)較低的減速器，以便減少重量以及空間占用量，同時(shí)保證較高的精度，根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇一級(jí)減速器直角型，查相關(guān)手冊(cè)，一級(jí)減速器最高減速比為，故應(yīng)設(shè)計(jì)同步帶輪減速比為。 3.3 傳動(dòng)同步帶的選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì) 計(jì)算條件：由上一節(jié)知，同步帶輪減速比為2，工件由靜止加速至轉(zhuǎn)速30r/min即其角速度為時(shí)，大約需要時(shí)間為，則所需要做的功為平均功率，最大功率約為。 設(shè)計(jì)計(jì)算： 計(jì)算設(shè)計(jì)功率(為工況系數(shù)） 擬選用圓弧型同步帶，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，由及,選擇帶節(jié)距為的同步帶。 確定小帶輪齒數(shù)：，查相關(guān)圖表，最少齒數(shù)為，根據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)選擇小帶輪齒數(shù)為。 小帶輪節(jié)圓直徑 帶速：（為允許最大轉(zhuǎn)速），故帶速齒數(shù)合適。 由傳動(dòng)比，得大帶輪齒數(shù) 大輪節(jié)圓直徑 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要初定中心距約為， 則初定帶節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得同步帶節(jié)圓長(zhǎng)，齒數(shù)。 為使得同步帶可以良好配合于帶輪，故將其設(shè)計(jì)為中心距可調(diào)的結(jié)構(gòu)， 則實(shí)際中心距 小帶輪嚙合齒數(shù)，故選擇合適。 查表得基準(zhǔn)額定功率，查表得圓弧齒帶長(zhǎng)系數(shù),小齒輪嚙合系數(shù)。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得基準(zhǔn)帶寬， 故帶寬 查相應(yīng)表格，選定帶寬為15mm。相應(yīng)同步帶輪根據(jù)結(jié)構(gòu)等參數(shù)可見(jiàn)附圖。 3.4 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手手腕部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算選擇了手腕處軸承，同步帶，電機(jī)，減速機(jī)以及完成了同步帶輪的設(shè)計(jì)，同時(shí)用SolidWorks繪制了其相應(yīng)三維圖如圖3-1，并畫(huà)出了部分二維圖紙（見(jiàn)附圖）。 圖3-1手腕部分設(shè)計(jì)三維 第四章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人伸縮軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 直線(xiàn)導(dǎo)軌與滑塊的選擇 計(jì)算條件：由上一章計(jì)算選型結(jié)果可知工件連同手腕組件質(zhì)量為，伺服電機(jī)與減速機(jī)質(zhì)量，滑塊上固定板質(zhì)量約。按設(shè)計(jì)要求，滑塊的最大速度，滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)由靜止至最大速度時(shí)間，勻速時(shí)間，減速時(shí)間，運(yùn)動(dòng)行程，加速度，；距離，，，，，，。速度時(shí)間關(guān)系圖如圖4-1所示，基本結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示。 圖4-1 速度時(shí)間關(guān)系圖 圖4-3手臂伸縮結(jié)構(gòu)示意圖 設(shè)計(jì)計(jì)算： 由已知條件可計(jì)算出，，。 （一）每個(gè)滑塊負(fù)荷的大小計(jì)算 1) 等速時(shí)，徑向負(fù)荷大小 2) 左行加速時(shí)，徑向負(fù)荷大小 3) 左行減速時(shí)，徑向負(fù)荷大小 4) 右行加速時(shí)，徑向負(fù)荷大小 5) 右行減速時(shí)，徑向負(fù)荷大小 （二）等效負(fù)荷的計(jì)算 1) 等速時(shí) 2) 左行加速時(shí) 3) 左行減速時(shí) 4) 右行加速時(shí) 5) 右行減速時(shí) （三）擬選用導(dǎo)軌滑塊型號(hào)為H20FN（TBI直線(xiàn)導(dǎo)軌手冊(cè)） 基本額定動(dòng)負(fù)荷:,基本額定靜負(fù)荷：。 （四）靜安全系數(shù)計(jì)算 由以上計(jì)算可以得知，最大等效負(fù)載為,故安全系數(shù)應(yīng)為： （五）每個(gè)滑塊的平均負(fù)荷計(jì)算 （六）額定壽命的計(jì)算 表4.1 負(fù)載系數(shù) 振動(dòng)·沖擊 速度（V） 振動(dòng)（G） 微 小 大 查負(fù)載系數(shù)表4.1，取負(fù)載系數(shù) 。 根據(jù)直線(xiàn)導(dǎo)軌的額定壽命計(jì)算公式，分別計(jì)算各導(dǎo)軌滑塊的壽命如下： 故直線(xiàn)導(dǎo)軌的壽命為：。 按每分鐘往復(fù)次數(shù)，折算成壽命時(shí)間為： 滿(mǎn)足需求。 4.2傳動(dòng)同步帶選擇與相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)同步帶的選擇根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)情況選為：周節(jié)制帶L型，帶寬為19.1mm。 相應(yīng)帶輪根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)需要的設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖。 4.3 伺服電機(jī)的選擇與傳動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì) 計(jì)算條件：由上幾節(jié)計(jì)算，導(dǎo)軌滑塊上移動(dòng)單位質(zhì)量共約，運(yùn)輸同步帶輪直徑為，負(fù)載與滑臺(tái)摩擦系數(shù)，電機(jī)處帶輪齒數(shù)比為，負(fù)載最高速度，加速度。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-3所示： 圖4-3 伸縮軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)計(jì)算： （一）計(jì)算折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 按照負(fù)載慣量＜3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的原則，則 （二）計(jì)算電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩 克服摩擦力所需要轉(zhuǎn)矩 加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩,最大扭矩。 （三）計(jì)算電機(jī)所需轉(zhuǎn)速 根據(jù)以上計(jì)算分析，結(jié)合結(jié)構(gòu)實(shí)際選擇ECMA-C△0807. 電機(jī)處傳動(dòng)同步帶型號(hào)為：圓弧型5M,帶寬20mm。相應(yīng)帶輪結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖。 4.3本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手手臂的伸縮部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。結(jié)合計(jì)算對(duì)同步帶，電機(jī)等進(jìn)行了選型，以及結(jié)合實(shí)際對(duì)帶輪進(jìn)行了設(shè)計(jì)。然后用Solidworks畫(huà)出三維圖見(jiàn)圖4-4,用AutoCAD畫(huà)出二維圖（見(jiàn)附圖）。 圖4-4 機(jī)械手手臂伸縮部分 第五章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人升降軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1 滾珠絲杠的選擇 圖5-2運(yùn)轉(zhuǎn)速度時(shí)間圖 圖5-1垂直結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)條件：移動(dòng)物重量約，最大運(yùn)動(dòng)行程為，最大移動(dòng)速度為，要求壽命，摩擦系數(shù)，加速時(shí)間，勻速時(shí)間，減速時(shí)間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，運(yùn)轉(zhuǎn)條件分別如上圖5-1和圖5-2所示。 設(shè)計(jì)計(jì)算： (一）容許軸向負(fù)荷計(jì)算 設(shè)向上為正 1) 等加速度下降時(shí) 2) 等速下降時(shí) 3) 等減速下降時(shí) 4) 等加速上升時(shí) 5) 等速上升時(shí) 6) 等減速上升時(shí) 最大軸向負(fù)荷發(fā)生于等加速上升的區(qū)段 （二）基本動(dòng)額定負(fù)荷計(jì)算 表5.1 運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程明細(xì)表 運(yùn)轉(zhuǎn)條件 軸向負(fù)荷（N） 平均轉(zhuǎn)速（rpm) 使用時(shí)間（s） 加速下降 1200 0.1 等速下降 2400 1.65 減速下降 1200 0.1 加速上升 1200 0.1 等速上升 2400 1.65 減速上升 1200 0.1 平均負(fù)荷 平均轉(zhuǎn)速 由設(shè)計(jì)條件：疲勞壽命要求為20000小時(shí) 此為普通運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)， 故動(dòng)額定負(fù)荷 （三）基本靜額定負(fù)荷計(jì)算 （其中） 考慮設(shè)計(jì)條件和經(jīng)濟(jì)性等選擇滾珠絲杠型式：SFI02505-4，軸頸25mm，導(dǎo)程5mm。 5.2 伺服電機(jī)的選擇 （一）慣性矩 1) 絲桿軸： 2) 可動(dòng)部： 3) 傳動(dòng)件慣性矩總和： （二）驅(qū)動(dòng)扭矩的計(jì)算 1) 外部負(fù)荷造成的摩擦扭矩 (a) 等加速下降時(shí) (b) 等速度下降時(shí) (c) 等減速度下降時(shí) (d) 等加速度上升 (e) 等速度上升 (f) 等減速度上升時(shí) 2) 角加速度造成的慣性扭矩 擬選用型號(hào)ECMA-C△0807伺服電機(jī)，其。 3) 總扭矩 (a) 等加速下降時(shí)： (b) 等速下降時(shí)： (c) 等減速下降時(shí)： (d) 等加速上升時(shí)： (e) 等速上升時(shí)： (f) 等減速上升時(shí)： 最大扭矩發(fā)生在等加速上升時(shí) 故選型合適。 5.3 光軸與直線(xiàn)軸承的選擇 在本機(jī)械手結(jié)構(gòu)中，由于光軸主要起導(dǎo)向和抑制偏載作用，提升重量取決于絲杠負(fù)載，與軸無(wú)關(guān)。且負(fù)載重心與絲杠中心基本重疊的；行程相對(duì)較??；絲杠和軸兩端固定安裝的；絲杠與軸平行性較好。 故光軸的選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定為20mm至30mm，考慮到支撐軸中間可以穿入電線(xiàn)或其他線(xiàn)纜，同時(shí)可以減輕機(jī)械重量，經(jīng)反復(fù)討論，選定為下部支撐光軸采用直徑30mm，內(nèi)徑20mm的空心光軸，長(zhǎng)度為500mm；上部支撐光軸采用直徑25mm，內(nèi)徑15mm的空心光軸，長(zhǎng)度為500mm。相應(yīng)直線(xiàn)軸承根據(jù)結(jié)構(gòu)確定為L(zhǎng)M30與LM25。 5.4 本章小結(jié) 本章主要通過(guò)計(jì)算，經(jīng)驗(yàn)等形式對(duì)機(jī)械手的手臂升降部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包括滾珠絲杠的選型，伺服電機(jī)的選型，以及直線(xiàn)光軸的確定等。然后用Solidworks畫(huà)出三維圖見(jiàn)圖5.3，用AutoCAD畫(huà)出部分零件二維圖（見(jiàn)附圖）。 圖5-3機(jī)械手手臂升降部分 第六章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 6.1 轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的選擇 計(jì)算條件：由以上計(jì)算有 ， , ， ， . 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6-1所示： 圖6-1 整體結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算機(jī)械手轉(zhuǎn)盤(pán)軸承處需要靜負(fù)荷與傾覆力矩（安全系數(shù)） 靜負(fù)荷： 傾覆力矩： 由于其轉(zhuǎn)速不高，而且考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)，經(jīng)討論選用四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤(pán)軸承，內(nèi)徑135mm，外徑234mm，高38mm。 6.2 伺服電機(jī)的選擇以及減速比的確定 根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)結(jié)合三維軟件輔助設(shè)計(jì)，確定為轉(zhuǎn)盤(pán)軸承上安裝齒輪的形式驅(qū)動(dòng)，通過(guò)多次繪圖模擬確定，轉(zhuǎn)盤(pán)軸承上齒輪模數(shù)為2，齒數(shù)為120個(gè)；驅(qū)動(dòng)齒輪模數(shù)為2，齒數(shù)為20個(gè)。為降低整機(jī)零件的多重性，故擬選擇伺服電機(jī)為750W,與上一樣，此時(shí)假設(shè)伺服電機(jī)減速器的減速比為R。 計(jì)算折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 按照負(fù)載慣量＜3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的原則， 則 故選擇減速比為7的伺服減速機(jī)。 6.3 本章小結(jié) 本章結(jié)合設(shè)計(jì)軟件，計(jì)算確定了手臂旋轉(zhuǎn)所使用的轉(zhuǎn)盤(pán)軸承，齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，伺服電機(jī)，以及相應(yīng)減速器。然后用Solidworks畫(huà)出三維圖見(jiàn)圖6-2,用AutoCAD畫(huà)出部分二維圖（見(jiàn)附圖）。 圖6-2 旋轉(zhuǎn)軸裝配 第七章 裝配生產(chǎn)線(xiàn)主要零部件的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真 7.1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介 首先我要對(duì)Solidworks進(jìn)行介紹一下，它是一種先進(jìn)的，智能化的參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，在業(yè)界被稱(chēng)為“3D機(jī)械設(shè)計(jì)方案的領(lǐng)先者”，易學(xué)易用，界面友好，功能強(qiáng)大，在機(jī)械制圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，掌握和使用Solidworks已經(jīng)成為最基本的技能之一。 與傳統(tǒng)的2D機(jī)械制圖相比，參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件具有許多優(yōu)越性，是當(dāng)代機(jī)械制圖設(shè)計(jì)軟件的主流和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)通常是按照一定的比例關(guān)系，從正視，側(cè)視，俯視等角度，根據(jù)投影，透視效果逐步繪出所需要的各個(gè)單元，然后標(biāo)注相應(yīng)尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標(biāo)注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會(huì)同步變更；如果改變了幾何圖行，其標(biāo)注尺寸也不會(huì)發(fā)生變化，還要重新繪制，標(biāo)注，因此繪圖工作相當(dāng)繁重。 參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，是參數(shù)式和變量式的統(tǒng)稱(chēng)。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數(shù)值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進(jìn)入完全定義狀態(tài)，這就是參數(shù)式模式。由于軟件自動(dòng)加入了關(guān)聯(lián)屬性，如果修改了標(biāo)注尺寸，幾何圖形的尺寸就會(huì)同步更新。也可以暫時(shí)不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。 美國(guó)Solid Works公司是一家專(zhuān)門(mén)從事開(kāi)發(fā)三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的高科技公司，公司宗旨是使每位設(shè)計(jì)工程師都能在自己的微機(jī)上使用功能強(qiáng)大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系統(tǒng)，公司主導(dǎo)產(chǎn)品是世界領(lǐng)先水平的Solid Works軟件。 90年代初，國(guó)際微機(jī)市場(chǎng)發(fā)生了根本性的變化，微機(jī)性能大幅提高，而價(jià)格一路下滑，微機(jī)卓越的性能足以運(yùn)行三維CAD軟件。為了開(kāi)發(fā)世界空白的基于微機(jī)平臺(tái)的三維CAD系統(tǒng)，1993年P(guān)TC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks軟件，引起世界相關(guān)領(lǐng)域的一片贊嘆。在SolidWorks軟件的促動(dòng)下，1998年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)、外也陸續(xù)推出了相關(guān)軟件；原來(lái)運(yùn)行在UNIX操作系統(tǒng)的工作站CAD軟件，也從1999年開(kāi)始，將其程序移植到Windows操作系統(tǒng)中。 由于SolidWorks出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象。終于在1997年由法國(guó)達(dá)索公司以三億一千萬(wàn)的高額市值將SolidWorks全資并購(gòu)。公司原來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以原來(lái)一千三百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購(gòu)后的SolidWorks以原來(lái)的品牌和管理技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)化公司。 功能描述 （1） Top?Down(自頂向下)的設(shè)計(jì) （2） Down?Top?(自下向上)的設(shè)計(jì) （3） 配置管理 （4） 易用性及對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的支持 （5） 零部件鏡像 （6） 裝配特征 （7） 工程圖 （8） eDrawing Solidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒(méi)有生成零件之前的圖紙稱(chēng)為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時(shí)，如果修改了草圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和工程圖會(huì)同步更新；相反，如果修改了工程圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和草圖也會(huì)同步更新。軟件使用起來(lái)非常方便，大大減少了設(shè)計(jì)人員的工作量，提高了工作效率。 通常，從打開(kāi)一個(gè)零件文件或建立一個(gè)新零件文件開(kāi)始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導(dǎo)入曲面或幾何實(shí)體開(kāi)始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設(shè)計(jì)方法，也就是自下而上的設(shè)計(jì)方法。 草圖繪制從零件文件開(kāi)始，對(duì)于一個(gè)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，要首先建立零件文件。 由于零件、裝配體及工程圖的相關(guān)性，所以當(dāng)其中一個(gè)視圖改變時(shí)，其他兩個(gè)視圖也會(huì)自動(dòng)改變。 Solidworks2014允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統(tǒng)選項(xiàng)”和”文件屬性”選項(xiàng)卡. Solidworks2014可以自動(dòng)保存工作.自動(dòng)恢復(fù)功能可以自動(dòng)保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統(tǒng)死機(jī)時(shí)不會(huì)丟失數(shù)據(jù).如果設(shè)定此選項(xiàng),則選擇”工具”_”選項(xiàng)”菜單命令.在”系統(tǒng)選項(xiàng)”選項(xiàng)卡上,單擊”備份”選項(xiàng),選擇”每(n)次更改后,自動(dòng)恢復(fù)信息”復(fù)選框,然后設(shè)定信息自動(dòng)保存前應(yīng)發(fā)生的變更次數(shù). Solidworks2014具有很強(qiáng)的文件交換功能,可以輸入,輸出數(shù)十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進(jìn)行文件交換。 Solidworks2014在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網(wǎng)格線(xiàn)和捕捉網(wǎng)格線(xiàn)功能。可將網(wǎng)格線(xiàn)與模型邊線(xiàn)對(duì)齊，還可捕捉到角度。網(wǎng)格線(xiàn)和捕捉功能在Solidworks2014中不太使用，因?yàn)镾olidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關(guān)系已提供了所需的精度。 7.2零件建模 7.2.1手臂部件三維建模的形成 1、 首先以左視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-1所示的矩形 圖7-1 草圖繪制矩形 2、 運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，指定拉伸長(zhǎng)度為1000mm，如圖7-2所示： 圖7-2 拉伸凸臺(tái) 3、 運(yùn)用拉伸切除指令，完成孔的切除，如圖7-3所示： 圖7-3 拉伸切除 4、 運(yùn)用異形孔導(dǎo)向功能，完成M4螺紋孔的創(chuàng)建，如圖7-4所示： 圖7-4 異形孔導(dǎo)向 5、 重復(fù)上訴基本指令步驟，完成手臂建模如圖7-5所示： 圖7-5 手臂模型 7.2.2 旋轉(zhuǎn)盤(pán)的三維建模形成 1、首先以上視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-6所示的圖形 圖7-6 草圖繪制圓形 2、運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，指定拉伸長(zhǎng)度為14mm，如圖7-7所示： 圖7-7 拉伸凸臺(tái) 3、運(yùn)用拉伸切除指令，完成切除，如圖7-8所示： 圖7-8 拉伸切除 4、運(yùn)用拉伸切除指令，完成切除，如圖7-/9所示： 圖7-9 拉伸切除 5、運(yùn)用圓周陣列指令，完成上訴特征的陣列，如圖7-10所示： 圖7-10 圓周陣列 6、重復(fù)運(yùn)用上訴指令，完成旋轉(zhuǎn)盤(pán)的建模如圖7-11所示： 圖7-11 旋轉(zhuǎn)盤(pán)模型 7.2.3 空心軸的三維建模 1、首先以上視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-12所示的圖形 圖7-12 草圖繪制矩形 2、運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，指定拉伸長(zhǎng)度為500mm，如圖7-13所示： 圖7-13 拉伸凸臺(tái) 3、完成建模如圖7-14所示： 圖7-14 空心軸模型 7.2.4 滑塊外接板的三維建模形成 1、首先以前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-15所示的圖形 圖7-15 草圖繪制 2、運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，指定兩側(cè)對(duì)稱(chēng)拉伸長(zhǎng)度為170mm，如圖7-16所示： 圖7-16 拉伸凸臺(tái) 3、運(yùn)用異形孔導(dǎo)向完成M6沉頭孔的繪制，如圖7-17所示： 圖7-17 異形孔導(dǎo)向 4、運(yùn)用鏡像指令，完成上訴特征的陣列，如圖7-18所示： 圖7-18 鏡像指令 5、重復(fù)運(yùn)用上訴指令，完成滑塊外接板的建模如圖7-19所示： 圖7-19 滑塊外接板模型 7.2.5 大套管的三維建模 1、首先以上視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-20所示的圖形 圖7-20 草圖繪制 2、運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，指定拉伸長(zhǎng)度為509mm，如圖7-21所示： 圖7-21 拉伸凸臺(tái) 3、完成建模如圖7-22所示： 圖7-22 大套管模型 7.2.6 直線(xiàn)軸承的三維建模 1、首先以前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-23所示的圖形 圖7-23 草圖繪制 2、運(yùn)用旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)指令，如圖7-24所示： 圖7-24 旋轉(zhuǎn)凸臺(tái) 3、完成建模如圖7-25所示： 圖7-25 直線(xiàn)軸承模型 7.2.7 一軸底板的三維建模 1、首先以前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-26所示的圖形 圖7-26 草圖繪制 2、運(yùn)用旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)指令，如圖7-27所示： 圖7-27 旋轉(zhuǎn)凸臺(tái) 3、運(yùn)用異性孔導(dǎo)向，打M10螺紋孔，如圖7-28所示： 圖7-28 異形孔導(dǎo)向 3、運(yùn)用整列完成模型，如圖7-29所示： 圖7-29 一軸底板模型 7.2.8 套管外圈的三維建模 1、首先以前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-30所示的圖形 圖7-30 草圖繪制 2、運(yùn)用旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)指令，如圖7-31所示： 圖7-31 旋轉(zhuǎn)凸臺(tái) 3、運(yùn)用異性孔導(dǎo)向，打M4螺紋孔，如圖7-32所示： 圖7-32異形孔導(dǎo)向 3、運(yùn)用整列完成模型，如圖7-33所示： 圖7-33 套管外圈模型 7.2.9 工件擺臺(tái)的三維建模形成 1、首先以前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-33所示的圖形 圖7-34 草圖繪制 2、運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，指定拉伸長(zhǎng)度為880mm，如圖7-35所示： 圖7-35 拉伸凸臺(tái) 3、運(yùn)用拉伸、切除指令，完成建模，如圖7-36所示： 圖7-36 工件擺臺(tái) 7.2.10 需要裝配的工件的三維建模形成 1、首先以前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面繪制如圖7-37所示的圖形 圖7-37草圖繪制 2、運(yùn)用拉伸凸臺(tái)指令，指定拉伸長(zhǎng)度為120mm，如圖7-38所示： 圖7-38拉伸凸臺(tái) 3、運(yùn)用拉伸切除指令，完成建模，如圖7-39所示： 圖7-39 需裝配的工件 7.2.11 toolbox的運(yùn)用 另外，SolidWorks里toolbox里包含了各種傳動(dòng)件，螺栓，螺母，螺釘，軸承等數(shù)據(jù)，可直接調(diào)用輸入自己參數(shù)即可。 軸承的建模，從toolbox中選擇軸承，滾動(dòng)軸承如圖7-40所示 圖7-40 添加軸承 7.3 零件裝配 零件設(shè)計(jì)好了，可以將其在組建模式下通過(guò)一定的方式組合在一起，從而造成一個(gè)組件或完整產(chǎn)品模型。 零件裝配需要在專(zhuān)門(mén)的組件設(shè)計(jì)模式下進(jìn)行。在Solidworks2014 中，可以按照以下步驟來(lái)創(chuàng)建一個(gè)組件設(shè)計(jì)文件： 單擊新建按鈕，打開(kāi)“新建”對(duì)話(huà)框。 在“類(lèi)型”選項(xiàng)組中選擇“組件”單選按鈕，在“子類(lèi)型”選項(xiàng)組中尋則“設(shè)計(jì)”單選按鈕，在“名稱(chēng)”文本框中輸入組件名稱(chēng)，清除“使用缺省模板”復(fù)選框，然后單擊“確定”按鈕。 彈出“新建文件選項(xiàng)”對(duì)話(huà)框。從“模板”選項(xiàng)組的列表框中選擇“mmns _SLDASM_design”，單擊“確定”按鈕。 在組件設(shè)計(jì)中（裝配設(shè)計(jì)），主要有兩種主流設(shè)計(jì)思路，即自底向上設(shè)計(jì)和自頂而下設(shè)計(jì)。通俗一點(diǎn)而言，前者是將已設(shè)計(jì)好的零部件按照一定的裝配方式添加到裝配體中；而后者則是從頂層的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)著手，由頂層的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)傳遞設(shè)計(jì)規(guī)范到所有相關(guān)子系統(tǒng)，從而有利于高效地對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)流程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作管理。 在組件設(shè)計(jì)模式下，系統(tǒng)允許采用多種方法將元件添加到組件，包括使用放置定義集（簡(jiǎn)稱(chēng)約束集）和使用元件界面自動(dòng)放置等。通常元件放置根據(jù)放置定義集而定，這些集合決定了元件與組件的相關(guān)方式及位置，這些集既可以是由用戶(hù)定義的，也可以是預(yù)定義的。用戶(hù)定義的約束集含有0個(gè)或多個(gè)約束；預(yù)定義約束集（也叫連接）具有預(yù)定義數(shù)目的約束。 約束放置是較為常用的裝配方式。在 Solidworks2014元件放置操控板的約束列表框中，提供了多種放置約束的類(lèi)型選項(xiàng)，包括缺省、固定、曲面上的邊、曲面上的點(diǎn)、直線(xiàn)上的點(diǎn)、相切、坐標(biāo)系、插入、匹配、對(duì)其、和自動(dòng)。 在使用約束放置選項(xiàng)時(shí)，需要注意約束放置的一般原則及注意事項(xiàng)。例如，“匹配”約束或“對(duì)齊”約束的一組參照的類(lèi)型要相同（平面對(duì)平面、旋轉(zhuǎn)對(duì)旋轉(zhuǎn)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、軸對(duì)軸）；一次只能添加一個(gè)也是，譬如不能使用一個(gè)單一的“匹配”約束選項(xiàng)將一個(gè)零件上的兩個(gè)不同的平面與另一個(gè)零件上的兩個(gè)不同的平面配對(duì)，二必須定義兩個(gè)單獨(dú)的“匹配”約束；元件的裝配需要定義放置約束集，放置約束集由若干個(gè)放置約束構(gòu)成，用來(lái)組合定義元件的放置和方向。 裝配通過(guò)一個(gè)中心線(xiàn)重合，面重合或給定距離來(lái)配合圓弧曲面的零件。首先進(jìn)行部裝，在得到裝配生產(chǎn)線(xiàn)的裝配圖，總裝配圖見(jiàn)下圖7-41所示： 圖7-41 裝配生產(chǎn)線(xiàn)三維裝配體 7.4 三維向二維的轉(zhuǎn)換 SolidWorks作為一套功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助繪圖和設(shè)計(jì)軟件，可以建立零件的三維實(shí)體圖，三維裝配體圖及二維工程圖，且大多數(shù)生產(chǎn)一線(xiàn)的工程技術(shù)人員對(duì)二維繪圖軟件，如autocad，caxa電子圖版，等更加熟悉，而且二維軟件在繪制，尤其是標(biāo)注裝配體，零件圖時(shí)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。所以，充分利用SolidWorks和二維圖之間的轉(zhuǎn)換，把SolidWorks自動(dòng)生成的工程視圖與二維軟件的標(biāo)注結(jié)合起來(lái)，達(dá)到“以二維之長(zhǎng)補(bǔ)三維之短”的目的。一下是三維建模生成二維工程圖的詳細(xì)過(guò)程。 在SolidWorks中生成二維工程圖。在SolidWorks中的新建模板中，新建一個(gè)工程圖模板，打開(kāi)工程圖工具條，在工程圖工具條中點(diǎn)擊“新建”按鈕，并在作圖區(qū)域中單擊右鍵，“從文件中選擇”，確認(rèn)要生成工程圖的三維模型，并選擇要形成工程圖的視圖方向；在繪制區(qū)域內(nèi)單擊左鍵，以確定圖形位置，單擊“確定，完成工程圖的繪制，并將其保存為“dwg/dxf”格式的文件。如圖7-42所示 圖7-42新建工程 選用標(biāo)準(zhǔn)圖紙，或自定義圖紙大小，如圖7-43所示 圖7-43選擇圖紙 打開(kāi)需要生成工程圖的零件，并將其拖入此工程圖。左鍵確定位置，繼續(xù)移動(dòng)鼠標(biāo)，會(huì)顯示鼠標(biāo)移動(dòng)方向的視圖。從而確定所需工程圖，如圖7-44所示。 圖7-44工程圖創(chuàng)建 7.5 Sliodworks Motion介紹 Sliodworks Motion插件就是一個(gè)與SolidWorks完全集成的動(dòng)畫(huà)制作軟件插件，它能將SolidWorks的三維模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的可視化，并且實(shí)時(shí)錄制機(jī)構(gòu)的模擬裝配過(guò)程、模擬拆卸過(guò)程和機(jī)構(gòu)的模擬工作過(guò)程，將機(jī)構(gòu)的工作情況得到更好的表達(dá)，增強(qiáng)了人們對(duì)機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和了解。產(chǎn)品的交互動(dòng)畫(huà)將SolidWorks的三維模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的可視化，攝制產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模擬裝配過(guò)程、模擬拆卸過(guò)程和產(chǎn)品的模擬運(yùn)行過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。 Sliodworks Motion具有如下特點(diǎn)： （1）Sliodworks Motion與SolidWorks和PhotoWorks軟件無(wú)縫集成，可以充分利用SolidWorks的實(shí)體模型和 PhotoWorks的渲染功能。 （2）利用動(dòng)畫(huà)向?qū)?，可以非常容易地?duì)SolidWorks零件或裝配體環(huán)境制作動(dòng)畫(huà)。 （3）爆炸或解除爆炸動(dòng)畫(huà)，來(lái)展示裝配體中零部件的裝配關(guān)系。 （4）繞著模型轉(zhuǎn)動(dòng)或讓模型360度轉(zhuǎn)動(dòng)，可以從不同角度觀看設(shè)計(jì)模型。 （5）利用專(zhuān)業(yè)的燈光控制以及為零件和特征增加材質(zhì)，來(lái)產(chǎn)生高質(zhì)量的動(dòng)畫(huà)效果。 （6）可以直接通過(guò)電子郵件發(fā)送AVI格式動(dòng)畫(huà)文件，加快設(shè)計(jì)觀點(diǎn)的交流，縮短設(shè)計(jì)周期。 7.6 裝配生產(chǎn)線(xiàn)仿真的實(shí)現(xiàn) SolidWorks Sliodworks Motion使用基于“關(guān)鍵點(diǎn)”的界面。所謂關(guān)鍵點(diǎn)（Key Frame），就是零部件的某個(gè)特