焊接機(jī)器人工作站工作滑臺(tái)與絲杠傳動(dòng)設(shè)計(jì)

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機(jī)電 產(chǎn)品 設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì) 名稱(chēng) 焊接機(jī)器人工作站工作滑臺(tái)與絲杠傳動(dòng)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 人 陳治宇 學(xué) 號(hào) 201060507 班 級(jí) 機(jī)電 071 所 在 院 系 機(jī)械工程學(xué)院 完成日期 2011 年 1月 19日 1 目錄 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) ................................................................................................... 3 1、課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的 ......................................................................................... 3 2、課程設(shè)計(jì)題目及要求 ............................................................................................. 3 3、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、圖紙、實(shí)物樣品等要求〕 .................................................................................................................. 3 二、焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)滾珠絲杠選擇與設(shè)計(jì) ....................................................... 5 1. 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)滾珠絲杠選擇 ...................................................................... 5 2．絲杠選擇數(shù)值計(jì)算過(guò)程： ..................................................................................... 7 三、機(jī)器人工作滑臺(tái)與滾動(dòng)導(dǎo)軌副選擇與設(shè)計(jì) ..................................................... 15 ...................................................................... 15 .................................................................................................. 15 .................................................................................................. 15 .......................................................................................... 16 .......................................................................................... 17 ...................................................................................................... 18 四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................................................................. 19 ...................................................................................... 19 ...................................................................................................... 19 ...................................................................................... 20 .............................................................................................................. 20 2 ...................................................................................................... 22 五、參考資料 .............................................................................................................. 23 3 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1、課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求 學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 對(duì)以下幾方面的能力進(jìn)行鍛煉和培養(yǎng)： 綜合運(yùn)用有關(guān)的理論知識(shí)，查閱相關(guān)資料 ,針對(duì)任務(wù)書(shū)指定的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以加深對(duì)相關(guān)理論的理解，提高綜合應(yīng)用知識(shí)以及查閱技術(shù)資料的能力，培養(yǎng)解決實(shí)際工程 問(wèn)題的能力 。 2、課程設(shè)計(jì)題目及要求 1、 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)絲 杠 選擇 與 設(shè)計(jì) 設(shè)有 一塞拉門(mén)框 焊接機(jī)器人工作站 ，見(jiàn) 塞拉門(mén) 框架機(jī)器人焊接工作站簡(jiǎn)圖（附后），由于塞拉門(mén)框較長(zhǎng)，故需將 焊接機(jī)器人 置于二維 工作滑臺(tái) 之 上，以加大 焊接機(jī)器人 的工作范圍，滿(mǎn)足塞拉門(mén)框 焊接 的需要。 滑臺(tái)總質(zhì)量 Q=2+中 507N， 滑臺(tái)質(zhì)量600N， 滑臺(tái)質(zhì)量 300N， 下 滑臺(tái)移動(dòng) 速度為 120mm/s, 下 滑臺(tái)移動(dòng)最大距離L=2507向移動(dòng)誤差小于等于 ± 用 壽命為 15000h， 試 選定絲桿傳動(dòng)形式，精度等級(jí)選擇，間隙調(diào)整與預(yù)緊方式選擇，止動(dòng)方式選擇，支撐方式設(shè)計(jì)選擇，潤(rùn)滑和密封的設(shè)計(jì)選擇， 計(jì)算 選擇絲杠型號(hào) ， 校核 系統(tǒng) 壓桿穩(wěn)定 性 。 2、 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái) 與滾動(dòng)導(dǎo)軌副 選擇 與 設(shè)計(jì) 機(jī)器人本體底面為矩形 350底座厚度為 60用的螺栓為10018?? 螺栓中心距 4 余同上。 3、按（ 1）中的焊接機(jī)器人工作站及所涉工況，試設(shè)計(jì)其 工作滑臺(tái) 總裝配圖， 簡(jiǎn)述其 設(shè)計(jì) 過(guò)程與計(jì)算 說(shuō)明 （選作）。 4、按（ 1）中的焊接機(jī)器人工作站及所涉工況，試設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。 1）步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算，確定 步進(jìn)電機(jī)的型號(hào) ； 2） 進(jìn)行控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)與方案論證。 注： 每位學(xué)生學(xué)號(hào)的末三位，請(qǐng)?jiān)谠O(shè)計(jì)時(shí)使用。 3、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作 量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、圖紙、實(shí)物樣品等要求〕 1、 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)絲 杠 選擇 與 設(shè)計(jì) : 1）選擇、 設(shè)計(jì) 過(guò)程與計(jì)算 說(shuō)明 ； 2） 機(jī)器人工作滑臺(tái)絲桿副運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 （參見(jiàn)教材 ， 粘貼在計(jì)算 說(shuō)明 書(shū) 內(nèi) A，圖中標(biāo)出各構(gòu)件號(hào) 1、 2、 3..... 3） 絲杠支承結(jié)構(gòu)圖 （參見(jiàn)教材 ， ，按裝配圖要求， 有明細(xì)表， 標(biāo)題欄有設(shè)計(jì)，校核，批閱 欄等 ，粘貼在計(jì)算 說(shuō)明 書(shū)內(nèi)。 2、 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái) 與滾動(dòng)導(dǎo)軌副 選擇 與 設(shè)計(jì) 1）選擇、 設(shè)計(jì) 過(guò)程與計(jì)算 說(shuō)明 ； 4 2） 機(jī)器人工作滑臺(tái)絲桿副運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 （參見(jiàn)教材 ， 粘貼在計(jì)算 說(shuō)明 書(shū)內(nèi) ，圖中標(biāo)出各構(gòu)件號(hào) 1、 2、 3..... 3） 絲杠支承結(jié)構(gòu)圖 （參見(jiàn)教材 ， ，按裝配圖要求， 有明細(xì)表， 標(biāo)題欄有設(shè)計(jì)，校核，批閱 欄等 ，粘貼在計(jì)算 說(shuō)明 書(shū)內(nèi)。 3、按 題 1 中的焊接機(jī)器人工作站及所涉工況，試設(shè)計(jì)其 工作滑臺(tái) 總裝配圖（ 選作 ） 繪制 工作滑臺(tái) 總裝配圖（結(jié)合上述 2 裝配圖） ， 1 圖，按裝配圖要求，有明細(xì)表 ，標(biāo)題欄有設(shè)計(jì)，校核，批閱 欄等。 4、按 題 1 中的焊接機(jī)器人工作站及所涉工況，試設(shè)計(jì)其控制系 統(tǒng)。 1） 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ； 2）控制 程序編制與調(diào)試分析 。 5、應(yīng)提交的成果形式： 1） 機(jī)電 產(chǎn)品課程 設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 1 份 ,打印文擋（含目錄，所編程序附后，≧5千字）； 2）圖紙冊(cè) 1 份 ,打印文擋（含 圖 紙目錄，≧ 2張 ）； 3）上述所有內(nèi)容的電子文擋（各班每人按 班級(jí)、姓名 為文件名刻錄 1 張光盤(pán)）。 5 二、焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)滾珠絲杠選擇與設(shè)計(jì) 1. 焊接機(jī)器人工作滑臺(tái)滾珠絲杠選擇 1） 絲杠傳動(dòng)形式選擇 絲杠螺母機(jī)構(gòu)又稱(chēng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它主要用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有以傳遞能量為主的 （ 如螺旋壓力機(jī) 、千斤頂?shù)龋?，也有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的 （如工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠） ，還有調(diào)整零件之間相對(duì)位置的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等 （如螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)） 。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，制造成本底，具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大，傳動(dòng)效率底（ 30%。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小，傳動(dòng)效率高（ 92%其具有螺旋槽的絲桿與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件 —— 滾珠。絲杠與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組合情況有四種基本形式：螺母固定絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)；絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng)；螺 母轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠移動(dòng)；絲杠固定螺母移動(dòng)并轉(zhuǎn)動(dòng)。 滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動(dòng)軸承對(duì)滑動(dòng)軸承所帶來(lái)得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機(jī)床。尤其是近年來(lái)，滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，在機(jī)床行業(yè)得到廣泛運(yùn)用，極大的推動(dòng)了機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)良特性： 滾珠絲杠副發(fā)熱率低，溫升小以及 在加工過(guò)程中對(duì)絲杠采取預(yù)拉伸并預(yù) ； 緊消除軸向間隙等措施，使絲杠副具有高的定位精度和重復(fù)定位精度 ； 傳動(dòng)效率高、定位精度高、傳動(dòng)可逆性、使用壽命長(zhǎng)、同步性能好等優(yōu)點(diǎn) 。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求 所選傳動(dòng)形式為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)的滾珠絲杠。特點(diǎn)是需要限制螺母的傳動(dòng)，需要導(dǎo)向裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，絲桿剛性較好，適用于工作行程較大的場(chǎng)合。 2）滾珠循環(huán)方式的選擇 滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠表面保持接觸。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的 徑向尺寸也較小。其不足是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)反向時(shí)，離開(kāi)絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn)動(dòng)。 因?yàn)樵摻z杠用于焊接機(jī)器人工作站，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)較頻繁，負(fù)載不大 。 內(nèi)循環(huán)中的螺紋預(yù)緊螺母式滾珠絲杠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、容易制造，精度符合要求，所以選用此方式。 3）精度等級(jí)的選擇 根據(jù) 準(zhǔn)，對(duì)滾珠絲杠副的精度分成六個(gè)等級(jí)，即 C， D， E， F，G， 高精度為 C 級(jí)，最低精度為 H 級(jí)；而 1， 2， 3，4， 5， 7， 10 共七個(gè)等級(jí) ，最高為 1級(jí)，最低為 10 級(jí)。 6 <500 500～ 1000 1000～1500 1500～2000 2000～2500 2500～3000 3000～3500 3500～4000 4000～5000 5000～6000 12 3,4,5 7,10 16 1,2 3,4,5 7,10 20 1,2 3,4,5 7,10 25 1,2 3,4,5 7,10 32 1,2 3,4,5 7,10 40 1,2 3,4,5 7,10 50 1,2 3,4 5 7,10 63 1,2 3,4 5 7,10 80 1,2 3,4 5 7,10 100 1,2 3,4 5 7,10 由于是采用開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)，絲杠傳動(dòng)距離為 2734 ㎜，由上表可得：根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求可選用 4 級(jí)。 4）間隙的調(diào)整與預(yù)緊方式選擇 滾珠絲杠副在負(fù)載時(shí)，其滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形。換向時(shí)，其軸向間隙會(huì)引起空回，這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，有五種調(diào)整預(yù)緊系統(tǒng)方法雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式，雙螺母螺紋預(yù)緊式，雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式，彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式，單螺母變位導(dǎo) 程自頂緊式和單螺母滾珠過(guò)盈預(yù)緊式。雙螺母 螺紋調(diào)整預(yù)緊式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛度高、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便。 考慮到本次設(shè)計(jì)精度要求不高，可以盡量選擇較簡(jiǎn)單的預(yù)緊形式，故本設(shè)計(jì)采用雙螺母螺紋預(yù)緊式 。 5）支撐方式選擇 絲杠的軸承組合及軸承座以及其它剛性零件的連接不足，將嚴(yán)重軸承絲杠副的傳動(dòng)精度和剛度。為了提高軸向剛度，常用以 推力 軸承 為主的軸承組合來(lái)支承絲杠，當(dāng)軸向載荷較小時(shí)，也可用角接觸球軸承來(lái)支承絲杠。支承方式有單推 — 單推式，雙推 推 — 簡(jiǎn)支式，雙推 下圖： 單 推 - 單 推雙 推 - 雙 推雙 推 - 簡(jiǎn) 支雙 推 - 自 由其中雙推 — 簡(jiǎn)支式兩端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，試用于中速傳動(dòng)精度較高的長(zhǎng)絲 杠傳動(dòng)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)中滑臺(tái)距離較長(zhǎng)，即絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)較長(zhǎng)， 故選擇這種傳動(dòng)方式 。 因軸向載荷較小，選擇角軸承作為雙推支點(diǎn)，簡(jiǎn)支端7 為深溝球軸承 。 因轉(zhuǎn)速不高，軸承采用脂潤(rùn)滑。 6）止動(dòng)方式的選擇 因滾珠絲杠傳動(dòng)效率高，無(wú)自鎖作用，故 在垂直安裝狀態(tài)，必須設(shè)置防止因驅(qū)動(dòng)力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃?dòng)的自鎖、制動(dòng)或重力平衡裝置。常用的制動(dòng)裝置有體積小、重量輕、易于安裝的超越離合器。本運(yùn)動(dòng)無(wú)垂直運(yùn)動(dòng)，無(wú)需制動(dòng)裝置。 7）潤(rùn)滑和密封方式的設(shè)計(jì)選擇 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護(hù)套密封來(lái)防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副，使用潤(rùn)滑劑來(lái)提高其耐磨性及傳動(dòng)效率，從而維護(hù)其傳動(dòng)精度、延長(zhǎng)其使用壽命。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，將其裝在滾珠螺母的的兩端即可。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成，因此有接觸壓力并產(chǎn)生一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。 為使?jié)L珠絲 杠副能充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式主要有以下兩種： （ 1） 脂潤(rùn)滑 ： 潤(rùn)滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的 1/3， 部分 滾珠絲杠副出廠時(shí)在螺母內(nèi)部已加注 #鋰基潤(rùn)滑脂； （ 2） 油潤(rùn)滑 ： 潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)如表 16所示，但是隨行程、潤(rùn)滑油的種類(lèi)、使用條件（熱抑制量）等的不同而有所變化。請(qǐng)注意使用。 在這里選用潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)（間隔 3分鐘） 軸 頸 (給油量 (4～ 8 0～ 14 5～ 18 0～ 25 8～ 32 6～ 40 5～ 50 5～ 63 0～ 100 00～ 160 ．絲杠選擇數(shù)值計(jì)算過(guò)程： （ 1）上滑臺(tái)絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 焊接機(jī)器 人質(zhì) 量 5071 ? ， 上 滑臺(tái)質(zhì) 量 003 ?，最快 速度120m ，滑臺(tái)移動(dòng)最大距離 2507? ，，使用壽命 5000? ， 絲杠副的工作載荷： 8 0 73001 5 0 731 ?????（ 1） 絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算： 滾動(dòng)絲杠摩擦系數(shù)： 009.0?f 滾動(dòng)絲杠摩擦力： 1 5 0 7 ?????8 設(shè)：讓滑臺(tái)在 內(nèi)加速到 m/s 由 ? 0即 ?? a 2/2.1 牽引力： ????總工作負(fù)載： ????設(shè)傳動(dòng)效率： %92?? m 8/ ??? ? 軸向載荷計(jì)算公式： 式中 下表查得，取 荷性質(zhì) 無(wú)沖擊平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng) 一般運(yùn)動(dòng) 有沖擊和振動(dòng)運(yùn) 轉(zhuǎn) 1~K 下表查得，取 道實(shí)際硬度 58 55 50 45 40 K 下表查得，取 度系數(shù) C、 D E、 F G H 得載荷 ?????（ 2 ）根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷初選導(dǎo)程 ? ，可得m i n/1 4 4 060*5/1 2 0/ m ??? ??? ??? 9 （ 3）根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷擇絲杠副尺寸 ，由aC≥ 啟東市華森公司絲杠標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè) 得如下規(guī)格： 考慮各種因素，初選 3 內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 ，其中： NC a 13000? NC 0600? 公稱(chēng)直徑： 0?導(dǎo)程： 0 ?螺旋角： '162))40/(5a rc t a n ( ??? ?? 滾珠直徑： 數(shù)×列數(shù)： 1× 3 螺紋滾道半徑： R =偏心距： e = )=()=絲杠底徑： 1d =e = 40+2× （ 4）穩(wěn)定性驗(yàn)算： 假設(shè)為雙推 因?yàn)榻z杠較長(zhǎng)，所以用壓桿穩(wěn)定來(lái)求臨界載荷 ?22 式中 E 于鋼 E =206 杠危險(xiǎn)截面的軸慣性轉(zhuǎn)矩，44d? = 464 100 8 6 3 6 4 6.0 m?????； ? 端用鉸接時(shí)， ? =2/3； 取絲杠長(zhǎng)： l =所以 ?22 = ? ???? ?? =410 N 故 ???＞ [S]=考下表 )，絲杠是安全的不會(huì)失穩(wěn)。 10 臨界轉(zhuǎn)速速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲桿的最高轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算： 910? ?2129910×???? ?? ≈ 1719.8 r 440 r ，所以不會(huì)發(fā)生共振。 支撐方式 有關(guān)系數(shù) 雙推 — 自由 F— O 雙推 — 簡(jiǎn)支 F— S 雙推 — 雙推 F— F 穩(wěn)定系數(shù) [S] 3～ 4 長(zhǎng)度系數(shù) ? 2 2/3 5）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T(同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量 ? ? 20 ????式中 A= ? ?2214 慣性矩，)(32 441 G 于鋼 G = T )ta n (2 ?? ?? mm 中 ? 為摩擦角，? ，即 048 ????? )ta n (2 ?? ?? mm 240 × ?????? )048'162ta n (10 3 ? 最不利的情況，即取則 11 412221201642 ??????? )05(9223293?????????????? ?? m??? 絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 ????????? 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差 L? 應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的 1/2，即 L? ? ???該絲杠的導(dǎo)程誤差 L? 滿(mǎn)足上式要求，所以器剛度可滿(mǎn)足要求。 （ 6）效率驗(yàn)算：滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 ? 為 ?= ? ? 48'162t a n ( )'162t a n (t a n t a n ??????? ??p?? ? 要求在 90%~95%之間，所以該絲杠副能滿(mǎn)足使用要求。 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證， 項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，可以選用。 （ 2）下滑臺(tái)絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 焊接機(jī)器人質(zhì)量 5071 ? ， 上滑臺(tái)質(zhì)量 003 ?，下 滑臺(tái)質(zhì)量002 ? ，最快速度 120m ，滑臺(tái)移動(dòng)最大距離 2507? ，軸向移動(dòng)誤差小于等于 ，使用壽命 5000? ， 絲杠副的工作載荷： 4 0 73006001 5 0 7321 ???????（ 1） 絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算： 滾動(dòng)絲杠摩擦系數(shù)： 009.0?f 滾動(dòng)絲杠摩擦力： 0 7 ?????設(shè)：讓滑臺(tái)在 內(nèi)加速到 m/s 由 ? 0即 ?? a 2/2.1 牽引力： 0 7 ????12 總工作負(fù)載： 9 46 6 ????設(shè)傳動(dòng)效率： %92?? m ??? ? 軸向載荷計(jì)算公式： 按 上 表查得，取K=K=得載荷 0 89 1 ?????（ 2 ）根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷初選導(dǎo)程 ? ，可得440 rn m ? ??? ??? （ 3） 根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷擇絲杠副尺寸，由aC≥ 啟東市華森公司絲杠標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè) 得如下規(guī)格： 考慮各種因素，初選 3 內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 ，其中： NC a 13000? NC 0600? 公稱(chēng)直徑： 0?導(dǎo)程： 0 ?螺旋角： '162))40/(5a rc t a n ( ??? ?? 滾珠直徑： 紋滾道半徑： R =偏心距： e = )=()=絲杠底徑： 1d =e = 40+2× （ 4）穩(wěn)定性驗(yàn)算： 假設(shè)為雙推 因?yàn)榻z杠較長(zhǎng)，所以用壓桿穩(wěn)定來(lái)求臨界載荷 ?22 式中 E 于鋼 E =206 杠危險(xiǎn)截面的軸慣性轉(zhuǎn)矩，44d? = 464 100 8 6 3 6 4 6.0 m?????； ? ，兩端用鉸接時(shí)， ? =2/3； 取絲杠長(zhǎng)： l =所以 ?22 = ? ???? ?? =410 N 故 ???＞ [S]=考 上 表 )，絲杠是安全的不會(huì)失穩(wěn)。 臨界轉(zhuǎn)速速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲桿的最高轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算： 910? ?2129910×???? ?? ≈ 1719.8 r 440 r ，所以不會(huì)發(fā)生共振。 （ 5）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T(同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量 ? ? 20 ????式中 A= ? ?2214 J= )(32 441 G 于鋼 G = T )ta n (2 ?? ?? mm 中 ? 為摩擦角，這里取14 ? ，即 048 ????? )ta n (2 ?? ?? mm 240 × ?????? )048'162ta n (10 3 ? 最不利的情況，即取則 412221201642 ??????? )05(9223293?????????????? ?? m??? 絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 ????????? 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差 L? 應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的 1/2，即 L? ? ???該絲杠的導(dǎo)程誤差 L? 滿(mǎn)足上式要求，所以器剛度可滿(mǎn)足要求。 （ 6）效率驗(yàn)算：滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 ? 為 ?= ? ? 48'162t a n ( )'162t a n (t a n t a n ??????? ??p?? ? 要求在 90%~95%之間，所以該絲杠副能滿(mǎn)足使用要求。 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證， 005項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，可以選用。15 三、機(jī)器人工作滑臺(tái)與滾動(dòng)導(dǎo)軌副選擇與設(shè)計(jì) 1）特點(diǎn)： （ 1）摩擦系數(shù)小，運(yùn)動(dòng)靈活； （ 2）動(dòng)靜摩擦系數(shù)相同，因而啟動(dòng)阻力小，不易產(chǎn)生爬行； （ 3）可以預(yù)緊，剛度高； （ 4）壽命長(zhǎng)； （ 5）精度高； （ 6）潤(rùn)滑方便，可以采用脂潤(rùn)滑 ，一次裝填，長(zhǎng)期使用 ； （ 7）由專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購(gòu)選用。 2）基本要求：（ 1）導(dǎo)向精度；（ 2）耐磨性；（ 3）剛度；（ 4）工藝性 由于滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有垂直向上、向下和左右水平四方向額定載荷相等（見(jiàn)圖） ,且額定載荷大，剛性好，剛度高，三個(gè)方向抗顛覆力矩能力大，適用于各種載荷機(jī)床。本次設(shè)計(jì)選用此型號(hào)的滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副。 2．滾動(dòng)導(dǎo)軌副的分類(lèi) 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的滾動(dòng)體有循環(huán)和不循環(huán)兩種類(lèi)型。這兩種類(lèi)型又將導(dǎo)軌副分成多種形式。 按照滾動(dòng)體不循環(huán)的有滾珠導(dǎo)軌副，滾針導(dǎo)軌副，圓柱滾子導(dǎo)軌副等；滾動(dòng)體循環(huán)的有筏子導(dǎo)軌塊，滾動(dòng)花鍵副，直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)球軸承及其支承，滾珠導(dǎo)軌塊。 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分，主要功用是導(dǎo)向和承載。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支承件上。每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件上，如移動(dòng)件較長(zhǎng)，也可在一根導(dǎo)軌條上裝 3 個(gè)或 3個(gè)以上滑塊。如移動(dòng)件較寬，也可以用3根或 3 根以上的導(dǎo)軌條。如果 移動(dòng)件的剛度較高，則少裝為好。 在兩條導(dǎo)軌條中，一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，上面有基準(zhǔn)面，滑塊上有基準(zhǔn)面；另一條為從動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌材料選擇低合金鑄鐵。 16 （ 1）上滑臺(tái)滾動(dòng)導(dǎo)軌副計(jì)算 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與滾動(dòng)軸承相仿，以在一定的載荷下行走一定的距離， 90%的支承不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)。這個(gè)載荷稱(chēng)為滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷從產(chǎn)品樣本中查到。直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的主要參數(shù)，其中這個(gè)行走距離稱(chēng)為滾動(dòng)導(dǎo)軌的距離額定壽命，它可以根據(jù)滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 滾動(dòng)體為球時(shí) 3)(50f 式中： L 為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（ N），初選滾動(dòng)導(dǎo)軌型號(hào)后，可以從樣本中查出 初選導(dǎo)軌為 南京工藝裝備制造 的 導(dǎo)軌。額定動(dòng)載荷定靜載荷軌參數(shù)如工程圖。 F 為每個(gè)滑塊上的工作載荷（ N）； F= = f 為硬度系數(shù)，由下表查得：取 軌面硬度 8～ 64 55 50 硬度系數(shù) f 為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò) 100℃時(shí)， 1；由下表查得 工作溫度（℃） ＜ 100 ＞ 100～ 150 ＞ 150～ 200 ＞ 200～ 250 溫度系數(shù) 每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù)決定，下表查得 每根導(dǎo)軌滑塊數(shù) 二個(gè) 三個(gè) 四個(gè) 五個(gè) 接觸系數(shù) 速度系數(shù)，由下表查得，取擊、速度情況 無(wú)沖擊振動(dòng) 5 輕沖擊振動(dòng) m 0m 5 ? 有沖擊振動(dòng) m/60 17 載荷 /速度系數(shù)2 算可得 : 7 5 7 7) 7 0 0(50)(50 33 ??????如果把距離額定壽命 L 換算為小時(shí)額定壽命 )( )( 4 8 6 9 09 7 5 7 7602 1033 ???? ????式中 S 為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度（ m）； n 為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（ 為安全起見(jiàn)，取 5.0?n ，可得 ?5000h ，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，初選的導(dǎo)軌可用。 （ 2）下滑臺(tái)滾動(dòng)導(dǎo)軌副計(jì)算 初選導(dǎo)軌為 南京工藝裝備制造 廠 的 定動(dòng)載荷軌參數(shù)如工程 圖。 F 為每個(gè)滑塊上的工作載荷（ N）； F= 4 = （ 1）的表格，取 1，f=算可得 : 3 9 2 8) 7 0 0(50)(50 33 ??????如果把距離額定壽命 L 換算為小時(shí)額定壽命 )(則 )( 5 9 0 7 02 3 9 2 8602 1033 ???? ????式中 S 為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度（ m）； n 為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（ 為安全起見(jiàn)，取 5.0?n ，可得 ?5000h ，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，初選的導(dǎo)軌可用。 要注意工作環(huán)境與裝配過(guò)程中的清潔，不能有鐵屑、雜質(zhì)、灰塵等粘附在導(dǎo)軌副上。若工作環(huán)境有粉塵時(shí)，除利用導(dǎo)軌的密封外，還應(yīng)考慮增加防塵裝置。如下圖所示。 潤(rùn)滑的主要目的是減小磨擦和磨損以防止過(guò)熱，破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)功能。當(dāng)滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副的運(yùn)行速度為高速時(shí)（ V≥ 15m/,推薦使用 滑油（ ,40℃時(shí) 相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的 20 號(hào)機(jī)械油，定期潤(rùn)滑或接油管強(qiáng)制潤(rùn) 滑（如下圖所示）。低速時(shí)（ V<15m/薦使用18 鋰基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。本次設(shè)計(jì)的最高時(shí)速為 2m/以選用脂潤(rùn)滑。 6．滾動(dòng)導(dǎo)軌裝配圖 19 四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1．負(fù)載等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 （ 1）工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到滾珠絲桿軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ? 222220 )2( ????????????? ?? 滾軸絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算（絲杠材料選用鋼材） ).((10*2700*40*(10*? ?? （ 2） 折算到電機(jī)上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (電機(jī)與絲杠直聯(lián) ) J = kg 2．步進(jìn)電機(jī)的選擇 （ 1）初步選擇混合式步進(jìn)電機(jī)（ 列）四相八拍，步距角為 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 取安全系數(shù) K= 則 電 機(jī) 所 需 輸 出 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量1 . 3 7 . 4 7 9 . 7 1? ? ?2kg 初選電機(jī)型號(hào)： 110術(shù)參數(shù)：步距角為 相八拍，轉(zhuǎn)矩 13，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg 電機(jī)傳動(dòng)比公式： 已知所選，電機(jī)直聯(lián) , 0 ??? ??=得脈沖當(dāng)量： 脈沖/01.0 ? ? 誤差 可選此電機(jī)。 電機(jī)步矩角運(yùn)算公式： 60??60360 000 ???? 0360??0 0 . 7 5 53 6 0 3 6 0 1 i?? ??? ?20 （ 2）電機(jī)轉(zhuǎn)矩驗(yàn)算 查表得， 齒輪傳動(dòng)效率： ? ,絲杠傳動(dòng)效率 ? 總的傳動(dòng)效率： ???? ??? 傳遞 功率 ： ??? 334× 7W 電機(jī)所需功率： 7 ??? ?電機(jī) 轉(zhuǎn)矩 ： ??????? ? 132400108495509550 3電機(jī)電機(jī)3．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源有密切關(guān)系 ,驅(qū)動(dòng)電源由脈沖分配器、功率放大器等組成。驅(qū)動(dòng)電源是將變頻信號(hào)源送來(lái)的脈沖信號(hào)及方向信號(hào)按要求的配電方式自動(dòng)地循環(huán)供給電動(dòng)機(jī)各相繞組，以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。變頻信號(hào)源是可提供從幾赫茲到幾萬(wàn)赫茲的頻率信號(hào)連續(xù)可調(diào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器。連續(xù)可調(diào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器。 4．程序的編制 （ 1）四相八拍分配狀態(tài) 轉(zhuǎn)向 1通電 C B A 代碼 轉(zhuǎn)向 正 A 0 0 0 0 1 01H 反 0 0 1 1 03H B 2 0 0 1 0 02H 0 1 1 0 06H C 4 0 1 0 0 04H 1 1 0 0 0 6 1 0 0 0 08H 1 0 0 1 09H A 8 0 0 0 1 01H （ 1） 該電動(dòng)機(jī)是四相八拍，控制精度 。 所以轉(zhuǎn)動(dòng) 一圈移動(dòng) 因?yàn)榛_(tái)最大移動(dòng)距離 2516所以移動(dòng)到另一端轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為 31325 圈。 157× 200=31400 可賦值 57=0900=01 運(yùn)行速度 v=2m/制精度 可得延時(shí)時(shí)間 t=83慮到程序運(yùn)行時(shí)間，可用指令延時(shí) 66寄存器 值 #23H （ 3）程序 000H 000H 3,#08H 1， #86H 2， #0（賦步數(shù)值） # ， @A+查表 1） 1,A 0,#23H （賦延時(shí)） 0， （正轉(zhuǎn)指向下一步） 3， 2， 1， 1， #86H 2， #0 # ， @A+（查表 2） 1， A 0， #23H 0， （反轉(zhuǎn)） 3， 2， 1， 1H， 03H， 02H， 06H， 04H， 008H, 09H 9H， 08H， 004H， 06H， 02H, 03H, 01H 22 驅(qū)動(dòng)器 051 相 B 相 C 相 D 相 23 五、 參考資料 [1]張建民。 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京：高等教育出版社， 2004 [2]王信義 . 機(jī)電一體化 技術(shù)手冊(cè) . 第二版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000 [3]徐泳龍 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004 [4]焦振學(xué) 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2004 [5] 徐灝 第二版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000 [6]馬秋成 韓利芬 羅益寧 謝瑛 . . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 [7]鐘建琳 . 數(shù)控加工實(shí)用教程 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 [8]徐錦康 呂慧瑛 劉極峰 . 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1996 [9]馬秋成 韓利芬 羅益寧 謝瑛 . . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 [10]程周 . 電機(jī)拖動(dòng)與電控技術(shù) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 [11] 朱思洪 主編 ， 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2004 年 [12] 張君安 器工業(yè)出版社， 1997 年 [13] 邱士安主編 術(shù) . 西安電子科技大學(xué)出 版社， 2004 [14] 朱喜林、張代治主編 礎(chǔ) . 科學(xué)出版社 . 2004 年 [15] 趙松年 , 李恩光 , 裴仁清主編 機(jī)械工業(yè)出版社，2004