《焊接機(jī)器人工作站工作滑臺與絲杠傳動設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《焊接機(jī)器人工作站工作滑臺與絲杠傳動設(shè)計(jì)（24頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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 焊接機(jī)器人工作站工作滑臺與絲杠傳動設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 人 陳治宇 學(xué) 號 201060507 班 級 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 ................................................................................................... 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)算說明書、圖紙、實(shí)物樣品等要求〕 .................................................................................................................. 3 二、焊接機(jī)器人工作滑臺滾珠絲杠選擇與設(shè)計(jì) ....................................................... 5 1. 焊接機(jī)器人工作滑臺滾珠絲杠選擇 ...................................................................... 5 2．絲杠選擇數(shù)值計(jì)算過程： ..................................................................................... 7 三、機(jī)器人工作滑臺與滾動導(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 1、課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的 通過課程設(shè)計(jì)，要求 學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 對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，查閱相關(guān)資料 ,針對任務(wù)書指定的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以加深對相關(guān)理論的理解，提高綜合應(yīng)用知識以及查閱技術(shù)資料的能力，培養(yǎng)解決實(shí)際工程 問題的能力 。 2、課程設(shè)計(jì)題目及要求 1、 焊接機(jī)器人工作滑臺絲 杠 選擇 與 設(shè)計(jì) 設(shè)有 一塞拉門框 焊接機(jī)器人工作站 ，見 塞拉門 框架機(jī)器人焊接工作站簡圖（附后），由于塞拉門框較長，故需將 焊接機(jī)器人 置于二維 工作滑臺 之 上，以加大 焊接機(jī)器人 的工作范圍，滿足塞拉門框 焊接 的需要。 滑臺總質(zhì)量 Q=2+中 507N， 滑臺質(zhì)量600N， 滑臺質(zhì)量 300N， 下 滑臺移動 速度為 120mm/s, 下 滑臺移動最大距離L=2507向移動誤差小于等于 ± 用 壽命為 15000h， 試 選定絲桿傳動形式，精度等級選擇，間隙調(diào)整與預(yù)緊方式選擇，止動方式選擇，支撐方式設(shè)計(jì)選擇，潤滑和密封的設(shè)計(jì)選擇， 計(jì)算 選擇絲杠型號 ， 校核 系統(tǒng) 壓桿穩(wěn)定 性 。 2、 焊接機(jī)器人工作滑臺 與滾動導(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 總裝配圖， 簡述其 設(shè)計(jì) 過程與計(jì)算 說明 （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 ； 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)號的末三位，請?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)算說明書、圖紙、實(shí)物樣品等要求〕 1、 焊接機(jī)器人工作滑臺絲 杠 選擇 與 設(shè)計(jì) : 1）選擇、 設(shè)計(jì) 過程與計(jì)算 說明 ； 2） 機(jī)器人工作滑臺絲桿副運(yùn)動簡圖 （參見教材 ， 粘貼在計(jì)算 說明 書 內(nèi) A，圖中標(biāo)出各構(gòu)件號 1、 2、 3..... 3） 絲杠支承結(jié)構(gòu)圖 （參見教材 ， ，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 說明 書內(nèi)。 2、 焊接機(jī)器人工作滑臺 與滾動導(dǎo)軌副 選擇 與 設(shè)計(jì) 1）選擇、 設(shè)計(jì) 過程與計(jì)算 說明 ； 4 2） 機(jī)器人工作滑臺絲桿副運(yùn)動簡圖 （參見教材 ， 粘貼在計(jì)算 說明 書內(nèi) ，圖中標(biāo)出各構(gòu)件號 1、 2、 3..... 3） 絲杠支承結(jié)構(gòu)圖 （參見教材 ， ，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 說明 書內(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 總裝配圖（ 選作 ） 繪制 工作滑臺 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) 說明書 1 份 ,打印文擋（含目錄，所編程序附后，≧5千字）； 2）圖紙冊 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、姓名 為文件名刻錄 1 張光盤）。 5 二、焊接機(jī)器人工作滑臺滾珠絲杠選擇與設(shè)計(jì) 1. 焊接機(jī)器人工作滑臺滾珠絲杠選擇 1） 絲杠傳動形式選擇 絲杠螺母機(jī)構(gòu)又稱螺旋傳動機(jī)構(gòu)，它主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。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)動為主的 （如工作臺的進(jìn)給絲杠） ，還有調(diào)整零件之間相對位置的螺旋傳動機(jī)構(gòu)等 （如螺旋傳動機(jī)構(gòu)） 。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動摩擦機(jī)構(gòu)和滾動摩擦機(jī)構(gòu)，滑動絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，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，傳動效率高（ 92%其具有螺旋槽的絲桿與螺母之間裝有中間傳動元件 —— 滾珠。絲杠與螺母相對運(yùn)動的組合情況有四種基本形式：螺母固定絲杠轉(zhuǎn)動并移動；絲杠轉(zhuǎn)動螺母移動；螺 母轉(zhuǎn)動絲杠移動；絲杠固定螺母移動并轉(zhuǎn)動。 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)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動軸承對滑動軸承所帶來得改變一樣。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，滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床直線驅(qū)動執(zhí)行單元，在機(jī)床行業(yè)得到廣泛運(yùn)用，極大的推動了機(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 在加工過程中對絲杠采取預(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 ； 傳動效率高、定位精度高、傳動可逆性、使用壽命長、同步性能好等優(yōu)點(diǎn) 。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求 所選傳動形式為絲杠轉(zhuǎn)動，螺母移動的滾珠絲杠。特點(diǎn)是需要限制螺母的傳動，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)，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn)動。 因?yàn)樵摻z杠用于焊接機(jī)器人工作站，其往復(fù)運(yùn)動較頻繁，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）精度等級的選擇 根據(jù) 準(zhǔn)，對滾珠絲杠副的精度分成六個(gè)等級，即 C， D， E， F，G， 高精度為 C 級，最低精度為 H 級；而 1， 2， 3，4， 5， 7， 10 共七個(gè)等級 ，最高為 1級，最低為 10 級。 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 由于是采用開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)，絲杠傳動距離為 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。 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)，其軸向間隙會引起空回，這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動精度，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 為主的軸承組合來支承絲杠，當(dāng)軸向載荷較小時(shí)，也可用角接觸球軸承來支承絲杠。支承方式有單推 — 單推式，雙推 推 — 簡支式，雙推 下圖： 單 推 - 單 推雙 推 - 雙 推雙 推 - 簡 支雙 推 - 自 由其中雙推 — 簡支式兩端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，試用于中速傳動精度較高的長絲 杠傳動系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)中滑臺距離較長，即絲杠傳動系統(tǒng)較長， 故選擇這種傳動方式 。 因軸向載荷較小，選擇角軸承作為雙推支點(diǎn)，簡支端7 為深溝球軸承 。 因轉(zhuǎn)速不高，軸承采用脂潤滑。 6）止動方式的選擇 因滾珠絲杠傳動效率高，無自鎖作用，故 在垂直安裝狀態(tài)，必須設(shè)置防止因驅(qū)動力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃拥淖枣i、制動或重力平衡裝置。常用的制動裝置有體積小、重量輕、易于安裝的超越離合器。本運(yùn)動無垂直運(yùn)動，無需制動裝置。 7）潤滑和密封方式的設(shè)計(jì)選擇 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護(hù)套密封來防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動效率，從而維護(hù)其傳動精度、延長其使用壽命。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，必須潤滑，潤滑方式主要有以下兩種： （ 1） 脂潤滑 ： 潤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 #鋰基潤滑脂； （ 2） 油潤滑 ： 潤滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)如表 16所示，但是隨行程、潤滑油的種類、使用條件（熱抑制量）等的不同而有所變化。請注意使用。 在這里選用潤滑油。潤滑油的給油量標(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)算過程： （ 1）上滑臺絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 焊接機(jī)器 人質(zhì) 量 5071 ? ， 上 滑臺質(zhì) 量 003 ?，最快 速度120m ，滑臺移動最大距離 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： 滾動絲杠摩擦系數(shù)： 009.0?f 滾動絲杠摩擦力： 1 5 0 7 ?????8 設(shè)：讓滑臺在 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) 無沖擊平穩(wěn)轉(zhuǎn)動 一般運(yùn)動 有沖擊和振動運(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 得如下規(guī)格： 考慮各種因素，初選 3 內(nèi)循環(huán)浮動式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 ，其中： NC a 13000? NC 0600? 公稱直徑： 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，所以用壓桿穩(wěn)定來求臨界載荷 ?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： l =所以 ?22 = ? ???? ?? =410 N 故 ???＞ [S]=考下表 )，絲杠是安全的不會失穩(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 ，所以不會發(fā)生共振。 支撐方式 有關(guān)系數(shù) 雙推 — 自由 F— O 雙推 — 簡支 F— S 雙推 — 雙推 F— F 穩(wěn)定系數(shù) [S] 3～ 4 長度系數(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)小于其傳動精度的 1/2，即 L? ? ???該絲杠的導(dǎo)程誤差 L? 滿足上式要求，所以器剛度可滿足要求。 （ 6）效率驗(yàn)算：滾珠絲杠副的傳動效率 ? 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）下滑臺絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 焊接機(jī)器人質(zhì)量 5071 ? ， 上滑臺質(zhì)量 003 ?，下 滑臺質(zhì)量002 ? ，最快速度 120m ，滑臺移動最大距離 2507? ，軸向移動誤差小于等于 ，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： 滾動絲杠摩擦系數(shù)： 009.0?f 滾動絲杠摩擦力： 0 7 ?????設(shè)：讓滑臺在 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)算額定動載荷初選導(dǎo)程 ? ，可得440 rn m ? ??? ??? （ 3） 根據(jù)必須的額定動載荷擇絲杠副尺寸，由aC≥ 啟東市華森公司絲杠標(biāo)準(zhǔn)手冊 得如下規(guī)格： 考慮各種因素，初選 3 內(nèi)循環(huán)浮動式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 ，其中： NC a 13000? NC 0600? 公稱直徑： 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，所以用壓桿穩(wěn)定來求臨界載荷 ?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： l =所以 ?22 = ? ???? ?? =410 N 故 ???＞ [S]=考 上 表 )，絲杠是安全的不會失穩(wěn)。 臨界轉(zhuǎn)速速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要驗(yàn)算其是否會發(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)小于其傳動精度的 1/2，即 L? ? ???該絲杠的導(dǎo)程誤差 L? 滿足上式要求，所以器剛度可滿足要求。 （ 6）效率驗(yàn)算：滾珠絲杠副的傳動效率 ? 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)器人工作滑臺與滾動導(dǎo)軌副選擇與設(shè)計(jì) 1）特點(diǎn)： （ 1）摩擦系數(shù)小，運(yùn)動靈活； （ 2）動靜摩擦系數(shù)相同，因而啟動阻力小，不易產(chǎn)生爬行； （ 3）可以預(yù)緊，剛度高； （ 4）壽命長； （ 5）精度高； （ 6）潤滑方便，可以采用脂潤滑 ，一次裝填，長期使用 ； （ 7）由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。 2）基本要求：（ 1）導(dǎo)向精度；（ 2）耐磨性；（ 3）剛度；（ 4）工藝性 由于滾動直線導(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)選用此型號的滾動直線導(dǎo)軌副。 2．滾動導(dǎo)軌副的分類 直線運(yùn)動滾動導(dǎo)軌副的滾動體有循環(huán)和不循環(huán)兩種類型。這兩種類型又將導(dǎo)軌副分成多種形式。 按照滾動體不循環(huán)的有滾珠導(dǎo)軌副，滾針導(dǎo)軌副，圓柱滾子導(dǎo)軌副等；滾動體循環(huán)的有筏子導(dǎo)軌塊，滾動花鍵副，直線運(yùn)動球軸承及其支承，滾珠導(dǎo)軌塊。 直線滾動導(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，固定在移動件上，如移動件較長，也可在一根導(dǎo)軌條上裝 3 個(gè)或 3個(gè)以上滑塊。如移動件較寬，也可以用3根或 3 根以上的導(dǎo)軌條。如果 移動件的剛度較高，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；另一條為從動導(dǎo)軌。導(dǎo)軌材料選擇低合金鑄鐵。 16 （ 1）上滑臺滾動導(dǎo)軌副計(jì)算 直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算與滾動軸承相仿，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)載荷稱為滾動導(dǎo)軌的額定動載荷從產(chǎn)品樣本中查到。直線滾動導(dǎo)軌副的主要參數(shù)，其中這個(gè)行走距離稱為滾動導(dǎo)軌的距離額定壽命，它可以根據(jù)滾動導(dǎo)軌的額定動載荷 滾動體為球時(shí) 3)(50f 式中： L 為滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命（ N），初選滾動導(dǎo)軌型號后，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 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 無沖擊振動 5 輕沖擊振動 m 0m 5 ? 有沖擊振動 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 為移動件行程長度（ m）； n 為移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)（ 為安全起見，取 5.0?n ，可得 ?5000h ，滿足設(shè)計(jì)要求，初選的導(dǎo)軌可用。 （ 2）下滑臺滾動導(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 為移動件行程長度（ m）； n 為移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)（ 為安全起見，取 5.0?n ，可得 ?5000h ，滿足設(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。 潤滑的主要目的是減小磨擦和磨損以防止過熱，破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響導(dǎo)軌副的運(yùn)動功能。當(dāng)滾動直線導(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 號機(jī)械油，定期潤滑或接油管強(qiáng)制潤 滑（如下圖所示）。低速時(shí)（ V<15m/薦使用18 鋰基潤滑脂潤滑。本次設(shè)計(jì)的最高時(shí)速為 2m/以選用脂潤滑。 6．滾動導(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)動慣量的計(jì)算 （ 1）工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量折算到滾珠絲桿軸上的轉(zhuǎn)動慣量 ? ? 222220 )2( ????????????? ?? 滾軸絲杠的等效轉(zhuǎn)動慣量的計(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)電動機(jī)。 取安全系數(shù) K= 則 電 機(jī) 所 需 輸 出 轉(zhuǎn) 動 慣 量1 . 3 7 . 4 7 9 . 7 1? ? ?2kg 初選電機(jī)型號： 110術(shù)參數(shù)：步距角為 相八拍，轉(zhuǎn)矩 13，轉(zhuǎn)動慣量 kg 電機(jī)傳動比公式： 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， 齒輪傳動效率： ? ,絲杠傳動效率 ? 總的傳動效率： ???? ??? 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)電動機(jī)的驅(qū)動與控制 步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行特性與配套使用的驅(qū)動電源有密切關(guān)系 ,驅(qū)動電源由脈沖分配器、功率放大器等組成。驅(qū)動電源是將變頻信號源送來的脈沖信號及方向信號按要求的配電方式自動地循環(huán)供給電動機(jī)各相繞組，以驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。變頻信號源是可提供從幾赫茲到幾萬赫茲的頻率信號連續(xù)可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器。連續(xù)可調(diào)的脈沖信號發(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） 該電動機(jī)是四相八拍，控制精度 。 所以轉(zhuǎn)動 一圈移動 因?yàn)榛_最大移動距離 2516所以移動到另一端轉(zhuǎn)動圈數(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 . 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