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題 目： 數(shù)控鏜銑床換刀機械手設(shè)計 學(xué)生姓名：高源 系 別：機電系 專業(yè)年級：11維修 指導(dǎo)教師：周文斌老師 齊曉霞老師 2013年 12月 6日 46 目錄 第一章 緒論 1 第一節(jié) 國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展 1 第二章 JCS-013 數(shù)控鏜銑床換刀機械手設(shè)計 5 第一節(jié) 設(shè)計目的 5 第二節(jié) 設(shè)計內(nèi)容 5 第三節(jié) 換刀裝置的組成 5 第四節(jié) JCS-013數(shù)控鏜銑床機械手參數(shù) 8 第五節(jié)JCS-013數(shù)控鏜銑床機械手的組成 11 第三章 升降機構(gòu)驅(qū)動電機 15 第一節(jié) 升降電機的選擇 15 第二節(jié) 電機調(diào)速 18 第四章 滾珠絲杠副 27 第一節(jié) 工作原理及特點 27 第二節(jié) 滾珠絲杠副的設(shè)計計算 29 第五章 控制系統(tǒng) 37 第一節(jié) 電氣控制系統(tǒng) 37 第二節(jié) 液壓控制系統(tǒng) 38 第六章 CATIA 分析報告 43 第一節(jié) 活動手指受力分析 43 結(jié) 論 49 致 謝 51 參 考 文 獻 53 摘要 [摘要]數(shù)控機床的發(fā)展與應(yīng)用，大大降低了零件的加工輔助時間，提高了生產(chǎn)效率。隨著數(shù)控機床的普及應(yīng)用，機械加工的自動化程度大大提高，數(shù)控機床發(fā)展成了當今普遍應(yīng)用的一種更新、更先進的制造設(shè)備。加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置，可以實現(xiàn)按照預(yù)定程序?qū)ぜM行多工序加工。 本文對JCS-013數(shù)控鏜銑床換刀機械手的各個組成部分、工作原理、坐標形式、驅(qū)動方式等進行了討論。對一些主要零部件進行了選擇計算。 換刀機械手應(yīng)當滿足換刀時間短、運行平穩(wěn)可靠、定位精確、體積小以及控制方便靈活等要求。帶刀庫的數(shù)控機床的關(guān)鍵在于機械手與主軸的自動換刀。本課題就是針對JCS-013數(shù)控鏜銑床換刀機械手，在分析其組成部分、工作原理的基礎(chǔ)上使用現(xiàn)代機械設(shè)計理論進行改進，把原來純液壓驅(qū)動改為電液混合驅(qū)動。提高了工作效率和可靠性。對機械手的活動手指使用CATIA軟件進行有限元分析模，分析得出在實際靜力作用下的應(yīng)力情況和變形情況，得出了相應(yīng)的分析報告。 關(guān)鍵字 換刀機械手 JCS-013數(shù)控鏜銑床 機械手 自動換刀 Abstract With the development of NC,the automatic tool changer system is more and more important in the modern advanced manufacture,because the ATC can shorten the cycle time of product manufacturing,improve the precision of product machining.The latest requirements of machine tool user comprise of diversification of control object,complexity of process,flexible of application and high reliability.The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will finish the change over tool. This article drilled the milling machine to the JCS-013 numerical control to trade the knife manipulators each constituent, the principle of work, the coordinate form, the drive type and so on to carry on the discussion. Has carried on the analysis computation to some main spare parts. trades the knife manipulator to trade the knife time to be short satisfiedly, the movement steady reliable, the localization is precise, the volume is small as well as control convenience nimble and so on requests. Has the knife storehouse numerically-controlled machine tools key to lie in the manipulator and the main axle trades the knife automatically. This topic is aims at the JCS-013 numerical control boring milling machine to trade the knife manipulator, in analyzes its constituent, in the principle of work foundation to use the modern machine design theory to make the improvement, changes the battery solution mix actuation the original pure hydraulic pressure actuation. Raised the efficiency. The match grasps the active finger uses the CATIA softwares finite element analysis module to analyze under the static function stress situation and the distortion situation. Has obtained the corresponding analysis report. Keywords ATC JCS-013 NC Tool Changer manipulator 參 考 文 獻 第一章 緒論 第一節(jié) 國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心在現(xiàn)代制造業(yè)種起著越來越重要的作用，它能縮短產(chǎn)品的制造周期，提高產(chǎn)品的加工精度，適合柔性加工。自動換刀系統(tǒng)一般由刀庫、機械手合驅(qū)動裝置組成。刀庫的容量可大可小，其裝刀數(shù)載20至180把之間。刀庫的功能是儲存刀具并把下一把即將要用的道具準確地送到換刀位置，供換刀機械手完成新舊刀具的交換。當?shù)稁烊萘看髸r，常遠離主軸配置且移動不易，這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機構(gòu)來執(zhí)行換刀動作。完成此功能的機械包括送刀臂、擺刀站和換刀臂，總稱為機械手。具體來說，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫之間的傳遞。驅(qū)動裝置則是使刀庫和機械手實現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進電機或液壓（或氣液機構(gòu)）或凸輪機構(gòu)組成。機械手完成刀庫里的刀與主軸上的刀的交換工作。由于數(shù)控加工中心的刀庫容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率，而自動換刀就是進一步壓縮非切削時間，提高成產(chǎn)效率，改善勞動條件。所以數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減小多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。 1.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的現(xiàn)狀 當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精度、自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨著電子、計算機技術(shù)的進步、數(shù)控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國機床制造商競相展示先進技術(shù)、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中過加入WTO后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實是緊迫而艱巨的任務(wù)。 自從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數(shù)控機床以來，數(shù)控機床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面，都是有飛速發(fā)展。1956年，日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國IBM公司同期研制成功了“APT”的加工中心。1958年美國K&T公司研制出帶ATC的加工中心。1967年出現(xiàn)了FMS，1978年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有ATC裝置?？蓪崿F(xiàn)多工序加工的機床步入了機床發(fā)展的黃金時代。 中國1958年研制出第一臺數(shù)控機床以來，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在1958至1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機床的特點、發(fā)展條件缺乏認識，在人員素質(zhì)、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下，無法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏事實求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從美、日、德等引進數(shù)控先進技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。 1.2 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 1.2.1 高速化、高精度化、高可靠性 質(zhì)量、效率是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。 高速化：（1）提高進給速度：采用直線滾珠式導(dǎo)軌等；（2）提高主軸轉(zhuǎn)速：采用直線電機技術(shù)，直接將電機與主軸連接成一體后，裝入主軸部件，可以在1.8秒從0加速到15000r/min。 高精度化：精密化石為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機床用戶對機床的加工精度的要求也越來越高。 高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上。 1.2.2 復(fù)合化 數(shù)控機床的功能復(fù)合化得發(fā)展，以其復(fù)合加工實現(xiàn)了一次裝夾后完成各種復(fù)雜零件的全部加工，從而減少了不床造價值的輔助時間，提高了機床的效率和加工精度，降低了生產(chǎn)制造成本，提高了生產(chǎn)的柔性。復(fù)合功能的機床近年來發(fā)展很快的機種，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序。 1.2.3 智能化 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中各方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化：如自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成等；為提高驅(qū)動性能的智能化，如：前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載、自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如職能化得自動編程、智能化得人機界面等，及智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維護等。 1.2.4 柔性化、集成化 為適應(yīng)制造自動化的發(fā)展，向FMC FMS CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自動測量自動上、下料，自動換刀，自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)功能，依據(jù)用戶的不同要求，可方便地靈活配置及集成。 第二章 JCS-013 數(shù)控鏜銑床換刀機械手設(shè)計 第一節(jié) 設(shè)計目的 機械手設(shè)計是機械工程自動化專業(yè)的一個重要環(huán)節(jié)，是學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)以及其他技術(shù)基礎(chǔ)課以后的一次專業(yè)課程內(nèi)容的綜合設(shè)計。通過設(shè)計提高學(xué)生的機構(gòu)分析與綜合的能力、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。通過這次教學(xué)環(huán)節(jié)要求達到： 1）通過設(shè)計，把有關(guān)課程中所獲得的理論知識在實際中綜合的運用，使這些知識的到鞏固和發(fā)展。 2）培養(yǎng)學(xué)生獨立整機設(shè)計的能力，樹立正確的設(shè)計思想，掌握機電一體化機械產(chǎn)品設(shè)計的基本方法和步驟，為自動機械設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。 第二節(jié) 設(shè)計內(nèi)容 要求本設(shè)計能明顯的體現(xiàn)機電一體化的設(shè)計構(gòu)思。在規(guī)定的時間內(nèi)完成以下工作內(nèi)容： 1）擬定整體方案。 2）重要零部件的設(shè)計計算。 3）繪制機械手回轉(zhuǎn)與裝、卸刀機構(gòu)裝配圖。 4）液壓系設(shè)計。 5）機械手活動指CATIA分析。 第三節(jié) 換刀裝置的組成 自動換刀機械手是自動換刀裝置的主要組成部分。自動換刀裝置與數(shù)控臥式鏜銑床相配合，在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、锪、鉸和攻絲等多道工序，解決中小批多品種。生產(chǎn)箱體零件的加工自動化問題。 自動換刀裝置，主要由刀庫(存放刀具)，手架升降機構(gòu)(找刀排)，裝、卸刀機械手和手架伸縮與回轉(zhuǎn)機構(gòu)等組成。刀庫由四排帶刀套的鏈條組成，每排鏈條上有15個刀套，刀庫能存放60把刀具。安裝刀套的四條鏈條由油馬達通過齒輪組帶動而同步轉(zhuǎn)動。找刀(刀具識別)，采用刀套編號方式。由于四排刀套鏈中，各排刀套的位置一一對應(yīng)，因此找刀是由兩部分運動來實現(xiàn)，即手架升降找刀排，刀鏈轉(zhuǎn)動在一排內(nèi)選刀。換刀機械手的作用是：在給定的程序指令下，配合刀庫和臥式鏜銑床實現(xiàn)所有加工工序的自動裝刀和卸刀。 自動換刀裝置（如圖2.1）。 圖 2.1 為了從刀庫的刀套中心處取刀，并送到主機的主軸孔處將刀具插入主軸孔，或從主軸孔中將刀具拔出取下，送到刀庫的相應(yīng)刀套處存放起來，需要換刀機械于具有下列幾個運動和動作： 手架的升降運動(找刀排)；裝(或卸)刀手的伸縮運動(接近刀具)；手指夾緊或松開動作；手架伸縮運動(拔、插刀) (垂直于紙面方向運動，如圖中符號所示)，手架的回轉(zhuǎn)運動(刀具換位)等。每個運動和動作均由具體機構(gòu)而實現(xiàn)，現(xiàn)介紹如下： 3.1 手架升降運動機構(gòu) 當接受使手架升降(找刀排)指今后，升降電機1帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滑座就作升降運動，使其上的手架帶動裝刀手和卸刀手一同作升降運動。因刀庫有四排刀排，所以滑座應(yīng)上下移動3X420毫米的距離。手架上下運動到接近所選刀徘位置時，其上帶的懸臂感應(yīng)塊(圖中末示出)，使無觸點行程開關(guān)發(fā)信號，控制滑座升降的電機減速，使滑座減速。當?shù)竭_所選刀排所要求誰確定位時，裝在減速齒輪傳動軸上的感應(yīng)塊使無觸點行程開關(guān)發(fā)信號，切斷滑座升降電機電源，電磁離合器吸合，電機停轉(zhuǎn)，滑座(即手架)停在所規(guī)定的位置上。 導(dǎo)向柱除起導(dǎo)向作用外，還使?jié)L珠絲杠在傳動小，免受滑座及手架、裝卸刀手等的重量所造成的偏重力矩的作用，使升降運動平穩(wěn)可靠。 滾珠絲杠和螺母間的間隙，可修磨調(diào)整墊的厚度進行調(diào)節(jié)。 3.2 裝、卸刀手的伸縮運動機構(gòu)和手指夾緊機構(gòu) 裝刀手和卸刀手對稱配置在手架上，其結(jié)構(gòu)和尺寸、運動要求完全相同，只是幾個主要零件(如伸縮缸體、手部指座等)形狀相反。獎(卸)刀手只有伸縮運動和手指的夾放動作。 裝(卸)刀手的伸縮運動由單桿活塞油缸實現(xiàn)?；钊透椎幕钊麠U固定在手架上，當壓力油從油孔進到油缸的兩腔時．推動缸體在燕尾形導(dǎo)軌上往復(fù)移動，其行程位置由裝在手架上的行程開關(guān)進行檢測，并采用油缸端部節(jié)流緩沖，油缸端蓋與活塞瑞面相碰而定位。 裝刀手和卸刀手的手臂移動方向相交成45度角，其交點即是裝刀手和卸刀手前伸移到終點時手指的夾緊中心，它要與刀庫上的刀套中心和臥式鏜銑床的主抽中心相重合，以保證能正確地裝、卸刀。 裝(卸)刀手的手部由手指座（即伸縮缸的端蓋)、固定指、活動指、刀具定向鍵、項銷、卡銷、彈簧、和擋塊等組成。此手部屬于一支點回轉(zhuǎn)型彈簧式手部。在手臂伸縮運動裝卸刀具時，手部的活動手指，應(yīng)能自由地從刀柄的梯形槽上滑過，抓住刀柄后，特別是在運刀過程中，活動手指應(yīng)鎖住，因此手部內(nèi)有鎖緊機構(gòu)。 3.3 手架伸縮和回轉(zhuǎn)運動機構(gòu) 手架伸縮運動能實現(xiàn)裝、卸刀手的拔、插刀動作；手架回轉(zhuǎn)運動能改變裝、卸刀手的位置(即手向主軸轉(zhuǎn)向刀庫，或手向刀庫轉(zhuǎn)向主軸)。 手架的伸縮是由滑座的伸縮來實現(xiàn)的?；瑧?yīng)(其上加工有油缸)安裝在由滾柱組(滾柱按十字交叉位置放置)和V形滑道組成的滾動動導(dǎo)軌上，活塞桿固定在橫梁上。當壓力油從油管進入油缸左腔時，推動滑座前伸(即拔刀運動)；若壓力油經(jīng)管進到油缸右腔時，滑座縮間(即插刀運動)?；男谐涛恢糜砂惭b在橫梁上的行程開關(guān)進行檢測。為了緩和沖擊，油缸采用端部節(jié)流緩沖，并靠活塞端面與油缸端蓋相碰而定位。 手架的回轉(zhuǎn)是由安裝在滑座內(nèi)的回轉(zhuǎn)油缸來實現(xiàn)。手架與轉(zhuǎn)軸固聯(lián)，轉(zhuǎn)軸通過鍵與回轉(zhuǎn)油缸的動片軸相聯(lián)。當壓力油通過油管進到回轉(zhuǎn)油缸的工作腔時，推動動片軸，并帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，手架即回轉(zhuǎn)，其回轉(zhuǎn)位置由行程開關(guān)進行檢測，當安裝在轉(zhuǎn)軸上的定位塊與定位螺釘相接觸時而定位。 第四節(jié) JCS-013數(shù)控鏜銑床機械手參數(shù) 4.1 爪重 抓重是機城手所能抓取或搬運物件的最大重量，它是機械手規(guī)格中的主要參數(shù)。抓重以10公斤左右的機械手為數(shù)最多。一般將抓重1公斤以下的定為微型， 1一5公斤的定為小型； 5—30公斤的定為中型30公斤以上的定為大型。對于搬運重量上千公斤的機械手為數(shù)不多。機械手抓重大小對其它參數(shù)如行程范圍、運動速度、座標型式和緩沖裝置的設(shè)計均有影響，因此，設(shè)計時必須予以重視。 4.2 坐標形式 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標型式可分為下列幾種 (1)直角座標式 直角坐標的機械手，其手臂的運動系由三個直線運動所組成，即沿直角座標系的X軸的伸縮、沿Z軸的升降、沿Y軸的橫移。這種座標型式的機械手稱為直角座標式機械手。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，適用于主機位置成行排列的場合。但是由于占地面積大而工作范圍小以及靈活性差，限制了它的使用范圍。 (2)圓控座標式 圓柱坐標式的機械手，其手臀的運動系由兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)所組成，即沿x軸的伸縮、沿Z軸的升降和繞z軸的回轉(zhuǎn)。這種座標型式的機械手稱為圓柱座標式機械手。它與直角座標式相比較，占地面積小而活動范圍大．結(jié)構(gòu)較簡單，并能達到較高的定位精度，因此應(yīng)用較廣泛。但由于機械手結(jié)構(gòu)的關(guān)系，沿Z軸方向移動的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的物件。 (3)球座標式 球坐標形式的機械手，其手臂的運動系由一個直線運動和兩個轉(zhuǎn)動所組成，即沿x軸的伸縮、繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種座標型式的機械手稱為球座標式機械手。這種機械手手臂的俯仰運動能抓取地面上的物件，為了使手部能適應(yīng)被抓取物件方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種型式的機械手具有動作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動形式。但結(jié)構(gòu)鉸復(fù)雜，此外，手臂擺角的誤差通過手臂會引起手部中心處的誤差放大。 〔4)關(guān)節(jié)式 關(guān)節(jié)式的機械手，其手臂的運動類似人的手臂可作幾個方向的轉(zhuǎn)動。它由大小兩臂和立柱等所組成，大小兩臂之間的聯(lián)接為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱之間的聯(lián)接為肩關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)均由鉸鏈構(gòu)成以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，手臂的運動系統(tǒng)由三個回轉(zhuǎn)運動所組成。它的特點是工作范圍大，動作靈活，通用性強，能抓取靠近機座的物體并能繞過機體和工作主機之間的障礙物去抓取物件，此為其它型式的機械手不可比擬的優(yōu)點。但是關(guān)節(jié)式機械手的手指定位是由各個關(guān)節(jié)相互轉(zhuǎn)角來決定的，所以定位精度較差，另外，控制裝置和機械結(jié)構(gòu)比其它型式的機械手均復(fù)雜。 4.3 JCS-013數(shù)控鏜銑床機械手的參數(shù) 表2.1 基本參數(shù) 爪重 自由度數(shù) 坐標形式 手指加持刀具直徑 驅(qū)動方式 控制方式 20Kg 4 圓柱坐標 100mm 電液混合 數(shù)字 表2.1 運動參數(shù) 拔、插刀運動 升降運動 回轉(zhuǎn)運動 裝，卸刀手臂伸縮運動 位移 155mm 420mm 180 195mm 速度 250mm/s 位置檢測與定位方式：滑座伸縮、手架回轉(zhuǎn)和裝、卸刀手手臂伸縮運動采用系行程開關(guān)進行檢測，由擋塊或活塞與端蓋定位。手架升降運動采用無觸點行程開關(guān)進行位置檢測，并控制電動機“實時”關(guān)閉來定位。 緩沖方式：滑座伸縮、裝卸刀手手臂伸縮運動采用油缸端部節(jié)流緩沖；手架回轉(zhuǎn)運動采用換接不通的出油口增加背壓減速緩沖；手架升降運動采用無觸點行程開關(guān)發(fā)信，使電動機變速或停轉(zhuǎn)來實現(xiàn)減速緩沖。 第五節(jié)JCS-013數(shù)控鏜銑床機械手的組成 機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的，各部分關(guān)系如圖1.1所示。 圖1.1 機械手系統(tǒng) 5.1 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)由手抓、裝卸刀手臂、滑座，橫梁和行走機構(gòu)等組成。 （1）手抓 手抓是直接抓取刀具的部分。JCS-013數(shù)控鏜銑床的換刀機械手的手部屬于夾鉗式手抓。主要由手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動裝置和自鎖機構(gòu)組成。驅(qū)動裝置為轉(zhuǎn)動機構(gòu)提供動力，驅(qū)動源為彈簧。 圖 2.3 手抓自鎖機構(gòu)原理圖 如圖1.3所示，手抓有活動指1和固定指2。手抓取刀后，鎖緊銷3的肩部靠彈簧4卡入頂銷5的孔內(nèi)，限制頂銷5下移，鎖住活動指1，使手抓抓緊刀具。當需要松開手抓時，靠主軸套筒端面及手臂支架上的松開導(dǎo)板6,將鎖緊銷3頂進去，此時頂銷5可以下移，使活動指松開。手抓加緊力越5公斤。 裝卸刀手臂是一個油缸的缸體，其活塞桿固定在手架上。缸體與手指通過手指座用螺釘固連在一起。當壓力油通過活塞桿內(nèi)的油路通道進入活塞小面短時手臂帶動手指后縮。當壓力油通過活塞桿內(nèi)的油路通道進入活塞大面端時，手臂帶動手指向前伸。 （2）滑座 滑座（圖1.2所示）上加工有伸縮缸缸體，其活塞連桿通過螺栓固定在橫梁上。當通入液壓油時滑座可沿橫梁做伸縮運動?；剞D(zhuǎn)油缸安裝在滑座上，通過回轉(zhuǎn)軸帶動手架做180回轉(zhuǎn)運動。 （3）橫梁 橫梁是帶動整個機械手做升降運動的部件。升降電機通過帶動絲杠副轉(zhuǎn)動，把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成整個機械手的升降運動，使機械手沿著左右兩個光杠上下運動。 5.2 驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)主要有氣動、液動、電動和機械式四種。氣動式速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但臂力小。液動式的臂力大，可采用液壓伺服機構(gòu)，可實現(xiàn)連續(xù)控制，在機械手中得到廣泛應(yīng)用。定位精度一般在-1mm~1mm范圍之內(nèi)。 JCS-013數(shù)控鏜銑床機械手驅(qū)動系統(tǒng)包括升降電機、插拔刀行程的伸縮油缸和回轉(zhuǎn)油缸。 5.3 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)主要有點動控制和連續(xù)控制兩種。是對整個機床進行控制的電氣系統(tǒng)。 JCS-013數(shù)控鏜銑床的機械手采用點動控制。通過用無觸點行程開關(guān)檢測機械手位置的方法進行對機械手位置的控制。當機械手到達某一行程開關(guān)位置時，行程開關(guān)向主機發(fā)信號，主機根據(jù)程序向機械手驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)指令，控制其減速或停止。 第三章 升降機構(gòu)驅(qū)動電機 第一節(jié) 升降電機的選擇 1.1 升降電機的理論分析 電機拖動機構(gòu)受力分析如圖3.1所示： 圖3.1 機械手升降電機受力分析（ M表示機械手自重，m表示爪重） 當手抓接到上升找刀排的指令后，電動機帶動滾珠絲杠向使手抓上升的方向轉(zhuǎn)動，帶動手抓上升到接近所選刀排位置時，手臂支架上的感應(yīng)塊，使刀庫上與刀排位置相應(yīng)的無觸點開關(guān)發(fā)出訊號，電動機變速，手架隨之減速，裝在訊號盤上的定位塊轉(zhuǎn)到使訊號開關(guān)同時發(fā)出訊號時，電動機停轉(zhuǎn)，摩擦片式離合器吸合，絲杠制動，手抓準確地停在預(yù)定的換刀位置上。手架下降找刀排過程與上升情況基本相同，只是電動機帶動絲杠時旋轉(zhuǎn)的方向相反。 分析電機的運行過程可知，電機工作時間比較短，而停機時間比較長，屬于短時工作制的電機。所以機械手升降機構(gòu)的電機工作特點是：工作時溫升達不到最高值，而停車時可完全冷卻到周圍環(huán)境溫度，如圖2.2所示。由于發(fā)熱情況與長期連續(xù)工作方式的電機不同，所以，電動機的選擇也不一樣，即可選擇專用短時工作的電機，也可選擇連續(xù)工作制的普通電機。 通過傳動過程的受力分析可知，如圖3.1。電機的負載為恒定負載，電機的輸出功率分為兩部分，一部分通過齒輪減速傳遞給制動器。另外一部分通過絲杠傳遞給手抓。忽略導(dǎo)向柱摩擦力引起的功率損失可用公如下公式表達： P電=P制 + P手抓 （3.1） P電為電機理論輸出功率。P手抓為手抓理論輸入功率。P制為制動器理論輸入功率。由于制動器的輸入功率相比手抓理論輸入功率很小，所以可忽略不記。于是： P電=P手抓 （3.2） 對于負載功率PL恒定不變的成產(chǎn)機械，拖動這類機械的電動機在短時運行時的負載圖及溫升曲線如圖2.2所示。為這類工作機械選擇電動機時，只需按設(shè)計手冊中的計算公式算出負載所需輸入功率PW，再選擇一臺額定功率為 PN≥PW （3.3） 的電機即可。 圖3.2 恒定負載短時工作的負載圖及溫升圖 1.2升降電機的選擇 電動機所需的輸出功率為： Pn = （3.3） PW為工作機械所要求的輸入功率（Kw）；η為電動機至工作機的總效率。 由于機械手升降機的電動機是通過間連接直接傳遞到工作機的，所以η=1;于是： Pn=PW （3.4） 工作機要求輸入功率根據(jù)機械設(shè)計手冊可查到計算公式： PW = （3.5） F為工作機的阻力；v為升降機構(gòu)的上升速度；ηw為工作機的效率。 由表2.2知，v=250mm/s； 由表2.2和受力分析圖2.1知 F=(M+m)g=(22Kg+20Kg)x10N/Kg=420N; 工作機的傳動機構(gòu)中包括一對球軸承運動副和一個滾珠絲杠副，查機械手冊可知球軸承的傳動效率 ηQ=0.99； 滾珠絲杠副的傳動效率 ηG=0.85~0.95； 選擇ηG=0.85； 則：ηw=ηQxηG=0.99x0.85=0.8415； 把數(shù)據(jù)帶入式3.5可得工作機要求輸入功率為： PW = ==0.125Kw； 根據(jù)式3.4電機的理論輸出功率 Pn=PW=0.125Kw； 根據(jù)式3.3選用電機的額定功率PN≥0.125Kw即可。 由于滾珠絲杠的導(dǎo)程選擇為10；根據(jù)導(dǎo)程公式： Ph= （3.5） vmax=250mm/s；按照機械手冊表12-1-14，取Ph=10；可推算出： nmax= ==25r/s=1500r/min （3.6） 由以上分析可選擇一個功率大于0.36kW，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的三相異步電機。按機械設(shè)計手冊表17-1-35，選取型號為Y801-4的三相異步電動機?；緟?shù)如表3.1所示。 型號 額定 功率/（kW） 同步 轉(zhuǎn)速 /rmin-1 滿載時 額定電流 /A 轉(zhuǎn)速 /rmin-1 效率 /% 功率 因數(shù) Y801-4 0.55 1500 1.5 1390 73.0 0.76 第二節(jié) 電機調(diào)速 三相異步電機的調(diào)速方法有調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速、改變極對數(shù)調(diào)速和變頻調(diào)速。 變頻調(diào)速的機械特性如圖3.3所示。異步電動機的轉(zhuǎn)速正比于定子電源的頻率f，若連續(xù)的調(diào)節(jié)定子電源頻率，即可實現(xiàn)連續(xù)地改變電動機的轉(zhuǎn)速。 圖3.3 三相異步電機變頻調(diào)速認為機械特性 2.1 變頻調(diào)速 所謂變頻調(diào)速，就是通過改變電動機定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)調(diào)速的。在調(diào)速過程中，從高速刀低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差功率，因而，具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能?？梢哉J為，變頻調(diào)速是異步電動機調(diào)速最有發(fā)展前途的一種方法。 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 變頻器選型： 變頻器選型時要確定以下幾點： 1) 采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 2) 變頻器的負載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。 3) 變頻器與負載的匹配問題； I.電壓匹配；變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。 II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 III.轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。 4) 在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。 5) 變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 6) 對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。 變頻器控制原理圖設(shè)計： 1) 首先確認變頻器的安裝環(huán)境； I.工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。 II. 環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較重，如果溫度變化大的話，這個問題會比較突出。 III.腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。 IV. 振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良?；窗矡犭娋统霈F(xiàn)這樣的問題。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動的元器件。設(shè)備運行一段時間后，應(yīng)對其進行檢查和維護。 V. 電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。 2) 變頻器和電機的距離確定電纜和布線方法； I.變頻器和電機的距離應(yīng)該盡量的短。這樣減小了電纜的對地電容，減少干擾的發(fā)射源。 II. 控制電纜選用屏蔽電纜，動力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機全部用穿線管屏蔽。 III.電機電纜應(yīng)獨立于其它電纜走線，其最小距離為500mm。同時應(yīng)避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按90度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號線與主回路線分開走線，即使在控制柜中也要如此。 IV. 與變頻器有關(guān)的模擬信號線最好選用屏蔽雙絞線，動力電纜選用屏蔽的三芯電纜（其規(guī)格要比普通電機的電纜大檔）或遵從變頻器的用戶手冊。 3) 變頻器控制原理圖； I.主回路：電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備，需要根據(jù)變頻器的容量大小來決定是否需要加電抗器；濾波器是安裝在變頻器的輸出端，減少變頻器輸出的高次諧波，當變頻器到電機的距離較遠時，應(yīng)該安裝濾波器。雖然變頻器本身有各種保護功能，但缺相保護卻并不完美，斷路器在主回路中起到過載，缺相等保護，選型時可按照變頻器的容量進行選擇?？梢杂米冾l器本身的過載保護代替熱繼電器。 II. 控制回路：具有工頻變頻的手動切換，以便在變頻出現(xiàn)故障時可以手動切工頻運行，因輸出端不能加電壓，固工頻和變頻要有互鎖。 4) 變頻器的接地； 變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線的截面不小于4mm，長度不超過5m。變頻器的接地應(yīng)和動力設(shè)備的接地點分開，不能共地。信號線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。 變頻器控制柜設(shè)計： 變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部，控制柜在設(shè)計時要注意以下問題 1) 散熱問題：變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主，約占98%，控制電路占2%。為了保證變頻器正?？煽窟\行，必須對變頻器進行散熱我們通常采用風(fēng)扇散熱；變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器的箱體內(nèi)部散熱帶走，若風(fēng)扇不能正常工作，應(yīng)立即停止變頻器運行；大功率的變頻器還需要在控制柜上加風(fēng)扇，控制柜的風(fēng)道要設(shè)計合理，所有進風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng)，排風(fēng)通暢，避免在柜中形成渦流，在固定的位置形成灰塵堆積；根據(jù)變頻器說明書的通風(fēng)量來選擇匹配的風(fēng)扇，風(fēng)扇安裝要注意防震問題。 2) 電磁干擾問題： I.變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾，而且會產(chǎn)生高次諧波，這種高次諧波會通過供電回路進入整個供電網(wǎng)絡(luò)，從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個系統(tǒng)25%以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施。 II.當系統(tǒng)中有高頻沖擊負載如電焊機、電鍍電源時，變頻器本身會因為干擾而出現(xiàn)保護，則考慮整個系統(tǒng)的電源質(zhì)量問題。 3) 防護問題需要注意以下幾點： I.防水防結(jié)露：如果變頻器放在現(xiàn)場，需要注意變頻器柜上方不的有管道法蘭或其他漏點，在變頻器附近不能有噴濺水流，總之現(xiàn)場柜體防護等級要在IP43以上。 II. 防塵：所有進風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng)阻隔絮狀雜物進入，防塵網(wǎng)應(yīng)該設(shè)計為可拆卸式，以方便清理，維護。防塵網(wǎng)的網(wǎng)格根據(jù)現(xiàn)場的具體情況確定，防塵網(wǎng)四周與控制柜的結(jié)合處要處理嚴密。 III.防腐蝕性氣體：在化工行業(yè)這種情況比較多見，此時可以將變頻柜放在控制室中。 變頻器接線規(guī)范： 信號線與動力線必須分開走線：使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時，為了減少模擬量受來自變頻器和其它設(shè)備的干擾，請將控制變頻器的信號線與強電回路（主回路及順控回路）分開走線。距離應(yīng)在30cm以上。即使在控制柜內(nèi)，同樣要保持這樣的接線規(guī)范。該信號與變頻器之間的控制回路線最長不得超過50m。 信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)部：連接PLC和變頻器的信號線如果不放置在金屬管道內(nèi)，極易受到變頻器和外部設(shè)備的干擾；同時由于變頻器無內(nèi)置的電抗器，所以變頻器的輸入和輸出級動力線對外部會產(chǎn)生極強的干擾，因此放置信號線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處，以保證信號線與動力線的徹底分開。 1) 模擬量控制信號線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線，電線規(guī)格為0.75mm2。在接線時一定要注意，電纜剝線要盡可能的短（5-7mm左右），同時對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線與其它設(shè)備接觸引入干擾。 2) 為了提高接線的簡易性和可靠性，推薦信號線上使用壓線棒端子。 變頻器的運行和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置： 變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數(shù)設(shè)置不當，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。 控制方式：即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進行靜態(tài)或動態(tài)辨識。 最低運行頻率：即電機運行的最小轉(zhuǎn)速，電機在低轉(zhuǎn)速下運行時，其散熱性能很差，電機長時間運行在低轉(zhuǎn)速下，會導(dǎo)致電機燒毀。而且低速時，其電纜中的電流也會增大，也會導(dǎo)致電纜發(fā)熱。 最高運行頻率：一般的變頻器最大頻率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高頻率將使電機高速運轉(zhuǎn)，這對普通電機來說，其軸承不能長時間的超額定轉(zhuǎn)速運行，電機的轉(zhuǎn)子是否能承受這樣的離心力。 載波頻率：載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大，這和電纜的長度，電機發(fā)熱，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的。 電機參數(shù)：變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。 跳頻：在某個頻率點上，有可能會發(fā)生共振現(xiàn)象，特別在整個裝置比較高時；在控制壓縮機時，要避免壓縮機的喘振點。 常見故障分析： 1) 過流故障：過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時間太短、負載發(fā)生突變、負荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這時一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設(shè)計、對線路進行檢查。如果斷開負載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已環(huán)，需要更換變頻器。 2) 過載故障：過載故障包括變頻過載和電機過載。其可能是加速時間太短，電網(wǎng)電壓太低、負載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網(wǎng)電壓等。負載過重，所選的電機和變頻器不能拖動該負載，也可能是由于機械潤滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機和變頻器；如后者則要對生產(chǎn)機械進行檢修。 3) 欠壓：說明變頻器電源輸入部分有問題，需檢查后才可以運行。 第四章 滾珠絲杠副 第一節(jié) 工作原理及特點 為了減小絲杠傳動副的摩擦和提高傳動效率，早在本20世紀四十年代國外已采用了以滾動摩擦代替滑動摩擦的原理，即簡稱“滾化”原理，而發(fā)明了滾珠絲杠副這種先進的新型傳動機構(gòu)。所以，滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以滾珠為滾動體螺旋傳動元件。 對于滾珠絲杠副，其結(jié)構(gòu)上最明顯的特征是：構(gòu)件間的可動聯(lián)接通常不是借助于運動副本身，而是在絲杠和螺母兩構(gòu)件之間利用中間元件(滾珠)來實現(xiàn)的。滾珠絲杠副與滾動軸承相類似，它們都是借助于滾珠來實現(xiàn)構(gòu)件的可動連接的。 1.1滾珠絲杠副的工作原理 如前所地滾珠絲柱副是在絲桿和螺母之間放入適量滾珠；使絲杠與螺母之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的絲杠傳功。滾珠絲杠副在機械傳動中的作用，同樣是可以將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動．也可以將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，其傳動方式也是多種多樣的。 滾珠絲杠副一般是由絲杠1、螺母2、滾珠(鋼球)3及滾珠循環(huán)返回裝置4，四個部分組成(圖4.1)。 （a）滾珠外循環(huán)式；(b)滾珠內(nèi)循環(huán)式。 圖4.1滾珠絲杠副基本結(jié)構(gòu) 從圖4.1可知，滾珠絲杠副就是指在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間，連續(xù)填滿滾珠作為中間體的螺旋傳動。其工作原理如下：當螺母2(或絲杠1)轉(zhuǎn)動時在絲杠與螺母間布量的滾珠3依次沿螺紋滾道滾動同時滾珠3促使絲杠1(或螺母2)作直線運動。為了防止?jié)L珠沿螺紋滾道滾出，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置(返向器)4，構(gòu)成一個滾珠循環(huán)通道。借助于這個返回裝置，可以使?jié)L珠沿滾道面運動后，經(jīng)通道自動地返回到其工作的入口處，從而使?jié)L珠能在螺紋滾道上繼續(xù)不斷地參與工作。為了消除間隙和提高傳動精度及剛度，滾珠螺母常由兩段組成。 1.2滾珠絲杠副的傳動特點 由上述工作原理可知，滾珠絲杠副與滑動絲杠副比較，它以滾動摩擦代替了滑動摩擦，因此，具有以下特點。 (1)摩擦損失小、傳動效率高 由于滾動絲杠副的摩擦損失小，其傳動效率可達90一96％，約為滑動螺旋機構(gòu)效率的2—3倍。 (2)磨損小、壽命長 通常，滾珠絲杠副的主要零件、如絲杠、螺母及滾珠都是經(jīng)過淬火的，并有很低的表面粗糙度；而且滾動摩擦的損失很小，因而具有良好的耐磨性，即其精度保持性能好，工作壽命長。 (3)軸向剛度高 由于滾珠絲杠副可以完全地消除傳動間隙，而不致影響絲杠運動的靈活性，因而可以獲得較高的軸向剛度。通常，可以通過預(yù)緊來提高鈾向剛度。 (4)摩擦阻力小、運動平穩(wěn) 由于是滾動摩擦，動、靜摩擦系數(shù)相差極小，其摩擦阻力幾乎與速度無關(guān)，而且靜止摩擦力極小，啟動力矩與運動力矩近于相等。因而靈敏度高，運動較平穩(wěn)，啟動時無顫動，低速傳動時無爬行現(xiàn)象。 (5)不能自鎖、具有傳動的可逆性 由于滾珠絲杠副沒有自鎖能力，故具有傳動的可逆性。當它垂直升降傳動系統(tǒng)時必須增設(shè)自鎖裝置或制動裝置，以防止產(chǎn)生逆?zhèn)鲃印? 由于滾珠絲杠副具有上述優(yōu)點，所以它日益廣泛地應(yīng)用于精密機械、機床、汽車、船舶、火炮、航空、航天和紡織等工業(yè)部門。但是，與滑動絲杠副相比，滾珠絲杠副尚存在如下的缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝難度大，成本高。 第二節(jié) 滾珠絲杠副的設(shè)計計算 （1）初算導(dǎo)程Ph 由機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（1） Ph= = = =10mm （4.1） 按機械手設(shè)計手冊表12-1-14，取Ph=10mm。 （2）確定當量載荷Fm （4.2） 由于升降機的載荷是恒定的，所以： Fm=(M+m)g=(100+20)kg 10N/kg=1200N （4.3） (3) 確定當量轉(zhuǎn)速nm 由于機械手升降機的轉(zhuǎn)速基本也是恒定的，故： nm=1500r/min (4) 確定額定動載荷Cam （4.4） fw為載荷性質(zhì)系數(shù)，按機械設(shè)計手冊表12-1-43選擇 fw=1.1； Lh為預(yù)期工作壽命，按機械設(shè)計手冊表12-1-45選擇 Lh=20000小時 fa為精度系數(shù)，按機械設(shè)計手冊表12-1-41選取 fa=0.8 fc為可靠性系數(shù)，按機械設(shè)計手冊表12-1-42選擇 fc=0.21。 把數(shù)據(jù)帶入公式（4.4） Cam=33.5kN 擬采用中預(yù)緊絲杠，由表12-1-44取fe=4.5，按最大載荷計算，機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（7）可得 取C’am與C’’am交大值，則Cam=15.9kN。 (5)確定允許的最小螺紋底徑d2m 估算絲杠允許的最大軸向變形： 由機械設(shè)計手冊表12-1-40中式 （8） （4.5） 由機械設(shè)計手冊表12-1-40中式 （9） （4.6） 取兩結(jié)果最小值 按機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（11） （4.7） 由于升降機不受徑向力，所以W=0；即 F‘0=0 。升降機只有軸向載荷 即 可取L=1580mm。 絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式Q=0.039代入機械設(shè)計手冊表12-1-40式（10） （4.8） （6）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 內(nèi)循環(huán)固定法蘭式，雙螺母墊片預(yù)緊G型4010-4。由表12-1-33知d0=40mm，d2=32.9mm>d2m=20.0mm，Ca=34.358kN>Cam=33.5kN ，Coa=85.824kN，Dw=5.953mm，R’nu=486N/微米。由表12-1-33中查出螺母長為94mm，同時選定JB/T 3162推薦的固定軸端型式，d0=40mm，采用一個角接觸球軸承和推力球軸承，從表12-1-26中可查出一個支承長度69mm。 （7）Dn值校驗 按表12-1-40中式（12） 合格。 （8）確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 按機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（13） （4.9） 取 FP=150N。 （9）計算行程補償值C 按機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（14），取Δt=2.5℃, （4.10） 取lu=1400mm，則 （4.11） （10）計算預(yù)拉伸力Ft 由表機械設(shè)計手冊12-1-40中式（15） （4.12） (11) 滾珠絲杠副臨界轉(zhuǎn)速nc的計算 按機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（16），按機械設(shè)計手冊表12-1-47,f=21.9 （4.12） 則 （4.13） 合格。 （12）滾珠絲杠壓感穩(wěn)定性驗算 由于升降機絲杠最大軸向載荷P=200N小于絲杠之預(yù)拉伸力Ft=5276.7絲杠不會受壓失穩(wěn)，不用驗算。 按機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（19）驗算抗拉強度 （4.14） 遠低于鋼材需用拉應(yīng)力。 （13）系統(tǒng)剛度驗算及粒度選擇 ①滾珠絲杠的拉壓剛度是隨螺母在絲杠上的位置變化而變化的，最大值在端部,螺母至固定支承距離最大時，即處。而螺母處于兩支點中部，即處時剛度最小。 由機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（21） （4.15） （4.16） ②支承軸承的組合剛度：由軸承樣本dQ=7.144,Z=17, β=60等資料得RBO=670N/μm。由機械設(shè)計手冊表12-1-46，對兩端固定并預(yù)緊的軸承Rb=2RBO=2x670=1340N/μm。 ③滾珠絲杠副滾珠和滾道的結(jié)束剛度按機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（22） （4.17） ④由機械設(shè)計手冊表12-1-40中式（20）可得R的最大于最小值如下： （4.18） （4.19） ⑤傳動系統(tǒng)的最小剛度（空載運轉(zhuǎn)時）：空載軸向力F0為Mg=22kgx10=220N，重復(fù)定位精度即為反向差值，為10μm。 則： ⑥傳動系統(tǒng)的定位誤差： 任意300mm內(nèi)行程變動量對半閉環(huán)系統(tǒng)而言 選絲杠副為3級精度V300p=12μm<15.7μm，可用。 （14）最終確定滾珠絲杠副的規(guī)定代號：G型4010-4，d0=40mm,Ph=10mm,P類3級精度等級，標記為G4010-4-3-P3。 第五章 控制系統(tǒng) 機械手的控制系統(tǒng)相當于人的大腦，它指揮機械手的動作，并協(xié)調(diào)機械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。機械手的工作順序、應(yīng)達到的位置，如手臂上下移動、伸縮、回轉(zhuǎn)及擺動、手腕上下、左右擺動和回轉(zhuǎn)、手指的開閉動作，以及各個動作的時間、速度等，都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過每一運動部件沿各坐標軸的動作按照程序來實現(xiàn)的。一般機械設(shè)備的控制系統(tǒng)，多著眼于自身運動的控制，而機械手的控制系統(tǒng)更注意本部與操作對象的關(guān)系，因此，對于機械手的控制系統(tǒng)來說，無論多么高級的系統(tǒng)，如果不能按要求把工件，件傳送到指定的位 置，都是毫無意義的。 第一節(jié) 電氣控制系統(tǒng) 在機械手電氣控制系統(tǒng)中，檢測機構(gòu)有著重要的作用。檢測是為進行比較和判斷提供依據(jù)，是操和控制的基礎(chǔ)。機械手位置檢測傳感元件有： (1)模擬式 將位移址變成模擬量(電流、電壓、電阻等)進行測量，這種檢測元件成本較低，使用條件不嚴格。如行程開關(guān)、電位器、差動變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。 (2)數(shù)字式 檢測元件輸出數(shù)字信號，便于存儲、運算和控制，其制造安裝精度要求高。 將位移變換為數(shù)字量的傳統(tǒng)方法，是先將位移變換為電信號的模擬量，然后再將模擬量變換為數(shù)字量，由于這種方法受模擬式傳感器和?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器變換精度的