机械手毕业设计论文

1、机械手设计摘要工业机械手是近儿十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手 的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业 任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。 机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔 的发展前景。本文设计了一个机械手行走小车，以完成行走,抓取，翻转等功能，对应分别 要有行走机构，抓取机构，提升机构，翻转机构等来实现。该小车是山步进电机驱 动，山各特征点运动的合成形成小车的各种运动。整个小车的机械设计是以所学 机构方面的理论知识为理论基础的，参考小车的组成机构，同事兼顾使用场合的

2、环境，以“模块化”的设计思想完成了儿个运动模块的设计。关键词:机械手智能 运动模块引言0. 1机械手简介 10. 2机械手的组成 30.3应用机械手的意义 5第一章 总体技术方案及系统组成1. 1原始数据 71.2工作要求 71 .3系统组成 81.4总体技术方案 8第二章机械手的液压部分2. 1液压系统的工作原理 102.2液压传动的工作特征 102. 3液压系统的组成 1 02.4液压系统的优、缺点 11第三章回转装置的总体组成及结构设计3.1回转装置的组成 1 3第四章 机械传动方案的设计与计算4 . 1小车的主要组成部分 4.2同步带传动方式优缺点 1 54. 3驱动动力源 1 54.

3、4机械传动方案的设计计算 16第五章零件加工编程5. 1数控车床加工程序编制基础 225 . 2程序编制 23设计小结 30谢辞31参考文献 32引言机械手首先是从美国开始研制的。1 9 58年美国联合控制公司研制出笫一台 机械手。它的结构是:机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机 构，控制系统是示教形的机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为 人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各 种各样的机械装备,机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门 技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量 国家经济实力和

4、科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械匸业作 为发展本国经济的战略重点之一。工业机械手是近儿十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手 的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业 任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。 机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔 的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生 产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高 技术邻域内,迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得

5、机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然LI前还不如人手 那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量 比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到 了应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技 术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有 多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。01机械手简介0. 1.1 机械手的分类机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独 立的不附属于某一主机的装

6、置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规 定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的 三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业, 先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测 月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主 要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国 外称为“Meeh a n ical Hand",它是为主机服务的，由主机驱动;除少数以外, 工作程序一般是固定的，因此是专用的。0. 1. 2机械手的应用简况现代工业中，生产过程的机

7、械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性 生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连 续的。因此,装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工 序的自动化而产生的。有资料统计：美国偏重于毛坯生产，日本偏重于机械加工。随着机械手技术 的发展，应用的对象还会有所改变。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累 等劳动条件。国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料，减轻 工人的劳动强度。国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床 共同组成一个综合的数控加工系统。采用机械手进行装配更始U前研

8、究的重点，国外已研究采用摄象机和力传感 装置和微型讣算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的U的。0. 1.3 机械手的发展趋势LI前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种 和性能方面还是不能满足工业发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围,重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减 轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手, 有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手 各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧 机构，设计成典型的通用机构,所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加 紧机

9、构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件,扩大应 用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械 手，并考虑与计算机连用,逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。U前主要用于机床、 横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来 完成规定的操作。此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有 一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差 时，即能更正并自行检测，重点

10、是研究视觉功能和触觉功能。LI前已经取得一定 成绩。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以 及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机， 以便分析物体的种类、大小、颜色和位置,并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。丄作时机械手首先伸出 手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敬感元件产生触觉作用，然后伸向前方， 抓住工件。手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来控制，达到自动调整握力 的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而

11、根本改变 II前机械制造系统的人工操作状态。0.2机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及相互 关系如下图：1、执行机构（如图01所示）图0-11 ） 手部手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转 动、伸屈手腕，开闭手指。本课所指的机械手仅需开闭手指。机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。 手指的数量乂可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根据夹 持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。本课所做的机械手采用二指形状。2）手臂手臂有无关节和有关节手臂之分本课所做的机械手的手

12、臂采用无关节臂手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使 机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。本课题所做的机械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方 向的定位均采用行程开关控制，以保证定位的精度。总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此,它釆用的执行机构主 要是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马 达等。躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。2、驱动机构驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以 液压气动用的最多，占90%以上，电动、机械驱动用的较少。液压驱动主要是通过油缸、阀

13、、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达 加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿 轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、 运动平缓，可无级变速，自锁方便,并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源, 系统复杂成本较高。气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6个大气 压，个别的达到8-10个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺 点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能 用于点位控制，而且润滑性较差,气压系统容易生锈。为了减少停机时产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲

14、机构。电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速 器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动 机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单，维护，使用方便。驱动机构和控制系统可以 采用统一形式的动力，岀力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优 点是动作确实可靠,速度髙，成本低；缺点是不易调整。本课题所做的机械手采用电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升、下降 方面。采用手臂的左转、右转、手臂的夹紧、放松方面。3、控制系统机械手控制系统的

15、要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。 控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加 以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。0.3应用机械手的意义随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、 焊、钏、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用 的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装 配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。

16、二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性 污染以及丄作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而 应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可 以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用 机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综 合加工自动线上，LI前儿乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节 拍

17、，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。第一章总体技术方案及系统组成1.1原始数据负载重量：10kg重复定位精度：±lmm自由度：3（Z的移动，R轴的平动，0轴的转动）Z：大臂的升降R：大臂的伸缩e :腰轴各轴最大运动速度：Z轴上下:2 0 0 mm / s0轴回转：30° /sR轴伸缩:200mm/s各轴最大运动范围：Z轴上下:550mm0轴回转：90°R轴伸缩：400mm1. 2工作要求：机械手的工艺流程：机械手原位一机械手前伸一机械手上升一机械手抓取并夹紧一机械手后退一机械手前进（小车）一小车停止一机械手左转9 0。

18、一机械手前伸一机械手松开一机械手后退（小车）一机械手下降一机械手右转90° -小车后退一退至原位移动副末端执行件1. 3系统组成本基械手系统山机体，传送机构，动力源和控制装置四部分组成。其中机体 山小车及本体等部分组成；传送机构主要山伸缩臂及抓紧机构所组成：动力源山 液圧驱动和机械驱动两种形式构成控制装置主要山自动控制和手动控制两部分 组成。1.4 总体技术方案毕业设计的LI的就是要把我们所学的比较分散的知识综合起来，并进行灵活 运用。现在的发展趋势是机电一体化，因此，我们的毕业设计是要我们将“机”、 “电”、“液”三者合并起来。“机”即是指机械,机械手的动作过程可以分五部分，即机械

19、手的上升下降、 机械手的前伸后缩、机械手的加紧放松、机械手的左转右转、小车的前进后退。 这五部分中我们黑机械完成机械手的上升下降动作，即本课题所做的机械手采用 电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升、下降方面。滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动 摩擦。丝杆传动是带动滚珠沿螺纹轨道滚动。滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或者 其他直线运动副相比，有以下特点：1）传动效率高一般滚珠丝杠副的传动效率达8 5 %- 9 8 %,为滑动丝杠副的3-4倍。2）运动平稳滚动摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，低速时无爬行。3）能源预紧预紧后可消除间隙产生过盈，

20、提高接触刚度和传动精度。同时增加的摩擦力矩相对不大。4）工作寿命长滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杠副的4-1 0倍以上.5 ） 定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杠副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸的补偿的膨胀，因此，可以达到较高的定 位精度和重复定位精度。6）同步性好用儿套相同的滚珠丝杠副同时传动儿个相同的运动部件。可以得到较好的同步运动。7）可靠性高润滑密封装置结构简单，维修方便。8）不自锁用于垂直运动，必须在系统中附加自锁或制动装置。9 ）经济性差,成本高由于结构工艺复杂，故制造成本高价格往往以mm ii'

21、;o经过计算，选择如下：电动机型号：Y8 0 2-2功率：1.1W丝杠型号：Tr40X71.4. 1动作分析工业机械手的机械机构是指它的执行系统，是机械手抓持工件、进行操作及 各种运动的机械部件。机械部件主要包括手部，手臂前后伸缩部分，手臂上下升降 部分腰转部分以及机座和行走机构。1. 4. 2手部手部:包括杠杆手指，单向作用式握紧油缸等。其工作原理:物体进入手指后， 拉杆手油缸作用，通过拉杆带动杠杆手指回转，实现握紧或松开动作。1）手臂的前后伸缩部分手臂的前后伸缩部分山直线油缸带动实现。当直线油缸工作时通过活塞杆行程的变化，完成手臂的伸缩运动。2）手臂的上下升降部分手臂的上下升降部分是由电动

22、机、丝杆传动副、立柱等部分组成。当电动机工作时，通过联轴器转动丝杆，山于丝杆螺母周受到立柱的径向转 动限制，使得螺母及手臂架只能作上下运动。3）腰转部分腰转部分主要由转盘和回转油缸组成。当压力油进入回转油缸时，回转油缸的回转轴回转，通过活塞杆的伸缩带动 转盘的转动，从而实现机械手的左右转动，4）行走机构行走机构主要是III电动机、齿轮、带轮等组成。当电动机工作时，通过齿轮、带轮的传动，带动小车的轮子转动，从而实现 行走。第二章机械手的液压部分“机、电、液”中的"液”即指液压系统。液压系统相对于机械传动来说,是一门新兴的技术。人类使用水力机械及液 压技术虽然已有很长的历史，但是液压技术

23、在机械领域中得以应用并取得迅速发 展则是本世纪，特别是第二次世界大战以来的事。由于液压传动具有许多突出的 优点，因而U前已广泛的应用在工、农业机械、机床、交通运输、路地行走设备、 船船控制、火炮控制、飞机、导弹等各方面。2.1 液压系统的工作原理所谓液压系统就是以液体为介质，依靠运动者的液体的压力能来传递力的。 液压系统工作是，液压泵把电动机传来的回转式机械能转变成油液的压力能：油 液被输送到液压缸（或液压马达）后，乂山液压缸（或液压马达）把油液的压力能 变为直线式（或回转式）的机械能输出。液压系统中的油液在受调节、控制的状 态下进行工作的因此液压传动和液压控制在这个意义上来说难以截然分开。液

24、压 系统必须满足起执行元件在力和速度方面的要求。2.2 液压传动的工作特性液压系统工作是，外界负载越大（在有效承压面积一定的前提下）所需要的 压力也越大，反之亦然。因此液压系统的由压力（简称系统的压力，下同）大小取决 于外界负载。负载大，系统压力大;负载小，系统压力小；负载为零，系统压力为 零。另外，活塞或工作台的运动速度（简称系统的速度，下同）取决于单位时间通 过节流阀进入液压缸中油液的体积即流量。流量越大（在有效承压面积一定的前 提下）系统的速度越快，反之亦然。流量为零,系统的速度亦为零。液压系统的压 力和外在负载，速度和流量的这两个关系称作液压传动的两个工作特性。2. 3 液压系统的组成

25、液压系统由以下五个部分组成：1）动力元件它是将原动机输入的机械能转换为液压能的装置。液压泵即 为动力元件。2）执行元件它是将液体的压力能转换为机械能的装置，以驱动部件。液 压缸和液圧马达即为执行元件。3）控制调节元件控制调节元件是指各种阀类元件，它们的作用是控制液压 系统中油液的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期的工作运动。4）辅助元件 辅助元件是指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表、流量 表等。）工作介质 在液压系统中使用液压油（通常为矿物油）。24液压系统的优、缺点液压系统与机械、电力等传动相比。有以下特点：1）能方便的进行无级调速，调速范围大。2）体积小，、重量轻、功率大。一方面，

26、在相同输出功率的前提下，其体 积小、重量轻、惯性小、动作灵敏，这对于液压自动控制系统有重要的意义。另 一方面，在体积或重量相近的悄况下，其输出功率大，能传递较大的扭矩或推力（如万吨水压力等）。3）控制和调节简单、方便、省力，易实现自动化控制和过载保护。4）可实现无间隙传动，运动平稳。5）因为传动介质为油液，故液体元件有自我润滑作用，使用寿命长。6）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和推广使 用。7）可以采用大推力的液压缸和大扭矩的液压马达直接带动负载，从而失去了 中间的减速装置，使传动简化。液压传动的主要缺点：1）漏 由于作为传动介质的液体是在一定的压力下，有时是在较高的压

27、力下工作的，因此在有相对运动的表面间不可避免要产生泄漏。同时，山于油液并 不是不可以压缩的，油管等也回产生弹性变形，所以液压传动不宜用在传动比要 求较严格的场合。2）震液压传动中的“液压冲击和空穴现象”会产生很大的震动和噪声。3）热在能量转换和传递过程中，由于存在机械摩擦、压力损失、泄漏损失，因而易使油液发热，总效率降低，故液压传动不宜远距离转动。4）液压传动性能对温度比较敬感，故不宜在高温及低温下工作。液压传动 装置对油液的污染也较敬感，故要求有良好的过滤设施。5）液压元件加工要求高一般情况下乂要求有独立的能源（如液压泵站），这 些可能使产品成本提高。6）液压系统出现鼓故障时不宜追查原因，不

28、宜迅速排除。综上所述，液压传动山于其优点比较突出，故在工、农业各个部门获得广泛 的应用。它的某些缺点随着生产技术的不断发展、提高，正在逐步得到克服。曲于液压传动相对于机械传动有以上儿个突出的优点,所以确定机械手的前 伸后退、左转右转、夹紧放松着三部分动作用液压传动来实现。第三章 回转装置的总体组成及结构设计3.1回转装置的组成回转装置主要曲执行件、传递件、驱动件及控制系统四大部分组成。3.1. 1 执行件本设计选用的是回转台与传递件一一链轮共用的一个长平键的心轴。驱动件驱动传递件一一链轮传动,链轮通过共用件将回转运动直接传递给与 心轴件联接的回转台，并使之旋转。3.1. 2传递件本课题中机械手

29、要求作间歇往复回转运动，因此，考虑采用回转曲线传动。回转传动可分为齿轮传动、带传动和链传动。齿轮传动虽然效率高，工作可靠,寿命长，结构紧凑，圆周速度及功率范圉广, 但制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护，低精度时噪声大。山于本课 题中机械手回转精度要求不高，因此，不予考虑。链传动无弹性滑动和打滑现象，工作可靠，具有准确的平均传动比，传动效率 较高，在传动相同功率的悄况下，结构较为紧凑,链条张紧力小，作用于链轮轴的 力也较小，故链传动能够在低速重载的条件下使用。与齿轮传动相比，链传动制造 和安装精度要求较低链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比，传动平稳 性较差，工作时有冲击和噪声，

30、磨损后易发生跳齿，传动中有周期性的重载荷和啮 合冲击，不适合载荷变化很大和急速反向转动的场合。带传动是一种应用很广的机械传动，虽然结构简单，制作成本低，传动平稳, 无需润滑，制造和安装精度要求不高，噪声小，能缓冲吸震，有过载保护作用。同步带传动是一种啮合型带传动。它具有齿轮传动和摩擦带传动的特点。还 具有传递功率大，传动比准确等特点。故多用于要求传动平稳，传动精度较高的场 合。因此回转装置中的运动传递本设计使用同步带传动。3.1. 3驱动件驱动件主要有四种:气动驱动、电气驱动、机械驱动和液压驱动。其中以液 压、气动用的最多，占90%以上；电动、机械驱动用的较少。气压驱动所采用的元件为气压缸、气

31、压马达、气阀等。一般采用4-6个大 气压，个别的达到8-】0个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。 缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只 能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。为了减少停机时产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲机构。气驱动釆用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器 来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的釆用直线电动机。 通用机械手则考虑采用同一种形式的动力，出力比较大;缺点是控制响应速度比 较慢。机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优 点是动作确实可靠，

32、速度高，成本低;缺点是不易调整液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达 加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿 轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、 运动平缓,可无级变速，自锁方便,并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源, 系统复杂成本较高。本课题设讣采用液压驱动。利用液压缸带动带动链轮、链条实现回转运动。 设计配有液压总站，与回转装置并排置于小车之上。3. 14控制系统机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。控制系统可根据动作的要求，设计釆用数字顺序控制。它首先要编制程序加

33、 以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。本课题采用电机驱动。利用电动机带动带轮、带轮传动通过齿轮和轴的公用件实 现小车的行走运动。第四章 机械传动方案的设计与计算4. 1小车的主要组成部分1 ）驱动系统采用步进电动机带动同步带与带轮驱动小车沿导轨作径向往复运动。2）执行机构交换工作台的送出采用液压送出方式，交换工作台应沿相应的轨道送出。3）控制部分采用PLC可编程控制器来实现小车各个运动状态的控制。其小车示意图如图4-1所示图4一14. 2同步带传动方式优缺点（一）优点1、传动比准确，同步带是啮合传动，工作时无滑动。2、传动效率高，效率可达96%,与V带相比可节能】0%以上。3、传

34、动平稳，能吸收振动，噪声小。4、使用范围广，传动比可达10,且带轮直径比V带小得多，也不需 要大的张紧力，结构系统高速大5 0m/s ，传递功率300KW5、传动比准确，对轴及轴承的压力小，耐油耐磨性好，允许釆用较小的带轮直径，较短的中心距和较大是速比。6、维护保养方便，能在高温，灰尘、水及、腐蚀，介质的恶劣环境中 工作，不需润滑。（二）缺点：1、安装要求高。要求二带轮轴线平行。同步在与二带轮轴线垂直的平面内 运行。带轮中心距要求较严格。安装不当易发生干涉，爬齿，跳齿等现象。2、带与带轮的制造工艺比较复杂，成本受批量影响。4. 3驱动动力源步进电动机是一种把脉冲信号变换成直线位移或角位移的执行

35、元件,也可以 说是一种机械式的数模转换器，每输入一个脉冲，步进电动机就前进一步，因此称 作脉冲电动机，步进电动机的种类繁多，主要分三大类:反应式步进电动机、机床 磁式步进电动机以及永磁感应式步进电动机，本是合计采用反应式步进电动机, 因为其结构简单，是应用最广泛的一种。步进电动机能成为现代数字控制系统重要的执行元件。是因为步进电动机本 身也在不断发展,性能也在不断完善。其优点如下：1、可直接实现数字控制。2、控制性能好3、无接触式元件，没有电刷和转换器，运行平稳可靠，在步进电动机的负 载范围内，步距值不受电源电压的大小，负载大小，波形及周围环境温度变换的影 响，抗干扰能力强，能保持运行转速。4

36、、误差不长期积累。5、反应式步进电动机在一相绕组通电的情况下，具有自锁能力，永磁式 步进电动机在不通电的情况下也能保持转矩。4.4机械传动方案的设计计算本设计采用一级传动，传动比为1. 5本设计计算参照实用机械设计手册 （下册机械工业出版社出版）中的 第十章链传动和带传动中第五节多楔带和同步带传动中的同步带传动章节。4. 4. 1设计数据确定因为设计车速为3 km/h,考虑到实际车速有±50%的误差，所以实际最高 车速应为4.5 k m/h,折算成米/秒应为1. 2om/s,即V车二1. 25 m/s 据实际工作要求取车轮直径为1 3 0mm 因为车速为1 . 25m/ s所以车速也

37、应等于轮子的切向速度因为 V二兀 dn/60X1000V车轮切向速度V二1. 25m /sd车轮直径d = 1 30 m mn车轮转速所以经计算得 n= 6 0X10 OOV/兀 d =6 0 X 100 0 XI. 25/3. 14X130二 1 84r因为车轮转速也等于驱动轴转速n 转驱=1 8 4r p mT 二 9NMn=184r p m所以n转驱二n二I 8 4 rpm因为 T二9. 55X1O6P 驱/nT驱动转矩P驱一驱动轴功率n驱动轴转速所以经计算得9X 103=9. 55X1O6XP驱/184P 驱二0. 2KM因为I二n电/n驱n驱一驱动轴转速n驱=184rpmn电一电机轴

38、转速I传动比所以计算得n电=1. n电驱n电二1.5X 1 8 4 =2 7 6r p m记n电=2 7 6 rpm因为驱动轴转驱为9. m所以据实际工作要求选用型号为1 3OBFO0 1相数为5相，步距角为0. 75°电压为12/8 0 V相电流为10A最大转距为9. 3 IN. m空载 起动频率为3 0 0 0步/S,空载运行频率为16000步/S的反应式步进电动机 因为 T电二9. 55X 106P电/ n电T电一电机轴转矩T电二9. 31n. mn电一电机轴转速n电=276rpmP电一电机功率所以计算得P 电=T 电乂 n 电/9. 55X10°二9. 3 1X I

39、O3 X276 / 9. 55X 106=0. 2 6kmP 电二0 2 6 km 因为 总二带联滚总一总的传动效率“带一同步带的传动效率带二0. 9 8“联一联轴器的传动效率联=0.99“滚一滚动轴承的传动效率“滚=0. 99所以总=0.98X0.9 9 X0. 9 9 =0. 99总二0. 99因为卩驱=戸实电X 总P驱驱动轴功率P驱=0. 2 Kw总一一总机械传动功率总=0.99P实电一电动机实际功率所以计算得 P实电二P驱/总二0. 2/0. 9 9 = 0.21 kwP 实电=0.21kw因为P实电P电所以符合工作要求4. 4.2同步带结构的设计计算I ）求出设计功率因为 Pd=Pm

40、*KoPd设计功率Pm名义传递功率也就是电动机功率P P二0. 2 6kwKo 载荷修正系数 实用机械设计手册（下）表】0. 5-9载荷修正系数 K。取1. 8 乂因为传动装置未及张紧装置和系统为减速运动 所以其附加修正系 数为零所以 Pd=1.8X0. 26=0. 5kw2）选择带的节距因为P d二0. 5kw n电二2 7 6rpm=nl一小带轮转速查实用机械设计手册（下）图】0.5-4查得同步带的节距代号为H,对应的节 距 P d =1 2.7mm3）确定带轮直径和带节线长查实用机械设计手册表10. 5-8得H型带，小带轮转速nl二2 7 6rp m小于 900rpm所以小带轮最少齿数Z

41、 1应为14Z1 取 22 因为 i 二Z2/Z1i 传动比i二15Z2大带轮齿数Z 1 小带轮齿数 Z 1=22所以 i 二Zl i =1. 5X22 = 33查机电一体化机械系统设计表3- 1 1大带轮齿数Z 2取标准值32Z2=3 2小带轮节圆直径=Pb Z1/ 兀因为 d 1Pb同步带节距P b 12. 7 nun所以计算得同理可得Z1小带轮齿数Zl=2 2dl二 12.7X 2 2 /3. 1 4= 8 8. 9 4 mm大带轮节圆直径 d 2 =129. 36mmdl = 88 94mmd2 = 12 9 3 6mm选择带长LP初定中心距a因为 0. 7 (d2+d 1) VaV2

42、(d 2 + d 1)d2大带轮节圆直径d 2=129. 36mmdl小带轮节圆直径dl=8 8 9 4mm所以 1 5 2.8 1 <a< 4 3 6 . 6a=42 0 mm(d2-dl) / ISOa 取 4 2 Omm因为 Lp二2&COS0十兀(d2 + dl)/ 2+兀0定0角因为 0二arcs i n_1 (d 2 d 1 / 2a)所以(P二 a resin"1 (1 2 9. 3 6-88. 9 4/2X4 2 0 )=3所以 a = 42 0 mm所以 Lp 二 2 X42 0 XCOS3+兀(129.3 6 +88. 94) / 2 +X3

43、(1 2 9. 36-88. 9 4) /18 0 *=8 39+3 4 3+2=118 4 mm节线长 Lp= 1184mm查实用机械设计手册（下）表10. 5-5取整后选用长度代号为510Lp二I 295. 4 mm 齿数Zb= 1 02的同步带4）传动中心距&的确定M修正系数Pb同步带节距Zb同步带齿数Z1大带轮齿数Z2小带轮齿数因为 M=Pb/8 （2Zb-Zl-Z2）Pb= 1 2. 7mmZb= 1 0 2Zl = 22Z2=3 2所以计算得 M=1 2. 7/8 (21X102-22-32)=2 3 8. 125H=23 8. 125mm因为a二M+JM? -1/8&qu

44、ot;幺2 -乙尸/兀2 38. 125+ J(238.125尸 一 204.483 二476mma=4 7 6mm所以节线长Lp=1295. 4mm传动中心距a= 4 7 6 mm5）选择标准带宽确定小带轮齿数Zl = 22 小带轮转速n 1 = 184 r pm查实用机械设计手册（下）表1 0.517用差值法计算得H型带的基准额定功率 P。=2.7Kw确定实际带宽bs查实用机械设计手册（下）表10. 5-4Pd=0. 5kw据实际工作要求K2=l7）i/i.i4=7. 4因为 bsbso (Pd/k2 Po) b So 标准带宽bso =76. 2mm Pd-设计功率K2啮合齿数系数K2所

45、以 b s $76.2 (0.5 / 1 X2.查实用机械设计手册表1 0. 5 4 b s取标准为25.4mm其标准宽度代号为1 0 0宽度极限偏差为:粘b s二25. 4mm确定带宽系数Kw因为 Kw 二（bs/bs。）小所以 Kw = （25. 4 / 7 6. 2）1,4 =0. 29Kw=0. 29确定额定功率P因为P二K2KwP。K2啮合齿数系数k2=lKw带宽系数kw=O. 2 9Po 一基准额定功率P。=2. 7kw所以计算得 P二0. 2 9X2. 7=0. 7 7kw 因为 P>Pd所以满足设计要求带的圆周速度V的确定因为 V二 Pb Zlnl/6 0X1000Pb带

46、的节距Pb二12. 7mmZ 1 小带轮齿数Zl=2 2nl-小带轮转速nl=276r/mm所以计算得 V二 1 2.7X22X 2 7 6 / 60X10 0 0 = 1. 3m/s工作能力验算因为 P=(K2 kw Ta-bs m v? /bs。) VX10-3K2啮合齿数系数Kw带宽系数Ta许用工作拉力K2 二 1Kw二 0 2 9查实用机械设计手册表1 0. 5-9Ta二21 0 0 . 85Nm单位长度质量查实用机械设计手册表1 0. 5-9m=0. 4 4 8 kg/m所以 P二(1X(25. 4/76.2) U4 X2 1 00.8 5 -25. 4 X0. 448X1. 32

47、/ 76. 2) X1 .3/100 0 =0. 78因为PPd所以额定功率大于设讣功率故带的传动能力足够。最小轴径的确定 因为 dminA/?/?A- 修正系数查简用机械设计手册表1 4 一 1 3轴的材料为45 钢A为11 8P传递功率为0. 26kwn驱动轴转速为18 4 r/mm所以 d m in二118 *0.26/184 =1 3 mmd 取 30mm6）结果整理选用H型同步带Pb = 12. 7 mmBs二25. 4mm小带轮 Z二22d 二 8 8. 94mm大带轮 Z二32d =129. 36mm传动的中心距a=4 7 6mm带的长度带号为510宽度带号为100Lp二1293

48、. 4mm10. 5-10其余查实用机械设计手册表10. 5-2 0 最小轴径为30mm第五章零件加工编程5.1数控车床加工程序编制基础数控车床是LI前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、 盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、 成型表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以及狡孔 等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工程序，提高加工精度和生产效 率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。山于数控车床的加工对象多为回转 体，一般使用通用三爪卡盘夹具。数控车床的编程特点:加工坐标系加工坐标系应于机床坐标系的坐标方 向一致，x

49、轴对应径向,z轴对应轴向，c轴（主轴）的运动方向则以从机床尾架 向主轴看，逆时针为+c向，顺时针为-c向。直径编程方式采用直径尺寸编程 与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给 编程带来很大方便。进刀和退刀方式切削起点的确定与工件毛坯余量大小有 关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。S功能 恒线速切削G96 S其中S后面的数字表示的是恒定的线 速度，单位为rn/rn i no恒线速取消G97 S其中S后面的数字表示恒线速度 控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。T功能 编程格式T 其中T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。 但也

50、有T后面用四位数字，前两位是刀具号,后两位是刀具长度补偿号，乂是刀 尖圆弧半径补偿号。M功能 M00：程序暂停;M3:主轴顺时针旋转;M04:主轴逆时针旋转；H05: 主轴旋转停止;M08:冷却液开：M09:冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始 位置。G功能GOO快速点定位;G01直线插补指令；G02为按指定进给速度的 顺时针圆弧插补；G03为按指定进给速度的逆时针圆弧插补;G04暂停；G90外 圆切削循环;G9 4端面切削循环;G96恒线速切削;G97恒线速切削;G76为螺纹 切削循环。刀具半径补偿指令在零件轮廓铳削加工时，由于刀具半径尺寸影响，刀具的 中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为

51、了避免计算刀具中心轨迹，直接按零件图样 上的轮廓尺寸编程,数控系统提供了刀具半径补偿功能。其中G 4 1为左偏刀具半 径补偿,G4 2为右偏刀具半径补偿，G40是撤消刀具半径补偿指令。子程序的调用:M01表示段落结束选择停止;M02段落结束不回程序开头；M 03主轴顺时针旋转：M 0 4主轴逆时针旋转* 0 5主轴停止；M 0 7 切削液打开 成雾状;M08切削液打开成水柱状；H09切削液关闭；M30锻炼结束回程序 开头;M98 P其中：P表示子程序调用情况。P后共有8位数字，前四位为调用 次数,省略时为调用一次;后四位为所调用的子程序号。M99表示子程序结束，并 返回到调用子程序的主程序中。

52、确定走刀路线和安排加工顺序应注意以下儿点：1、寻求最短加工路线；2、 最终轮廓一次走刀完成;3、选择合理的切入切出方向。5. 2程序编制5. 2.1 加工时所用刀具一号车刀：端面车刀二号车刀：外圆车刀（刀尖圆弧R0. 2）三号车刀：割刀（刀宽5）四号车刀：镇刀五号车刀：中心钻（直径6）六号车刀：麻花钻（直径28 ）七号车刀：外圆车刀（反刀）八号车刀：30度螺纹车刀5. 2. 2 程序00046G 2 8 U0 W0 ；GOO TO 1 00 ;GOO TO 101 ；G97 M03 S120 0 ；M 0 8 ;GOO Z2. X90.;GOO ZO.；GO1 X-l. HO. 08 ；GOO

53、 Z 2.;G2 8 UO WO ；MO 1；N2GOO T0200 ；GOO TO 2 0 2 ；G97 MO 3 S130 0 ；G7 1 PIO Q50 UO. 5 WO. 02 DI .5 FO. 08N1 0 GOO Zl. X90.;N20 G 0 1 ZO. X86. 3 F 0.06 ；N 30 A135. X88. 3；N 4 0 Z- 5 7.;N50 X90.；GOO Z2.；GOO Z2.;G28 UO WO ；MO 1 ；N5GOO T05 0 0 ；GOO T0505 :G97 M 0 3 SI 2 00 ;GOO Z 2 . X 0 .；GO 1 Z-2. FO.

54、 08;GOO Z2.;G28 U 0 WO ;MOI；GOO T060 0 ；GOO T0606 ；G97 M03 S700;GOO Z2. XO.;GO 1 Z-l 0 FO. 05 :GOO W-3.;GO 0 Z-8.;GO 1Z-20 ；GOO W- 3 ；GOO Z-l 8.；G01Z30.;GO 0 W-5.；GOO Z- 2 8 ；G01 Z-4 0:GOO W-5.；GO 0Z-38.；G 0 1 Z-50.；GOO W-5.;GOO Z-48.;GOl Z-60.；GOO Z2.:G28 UO WO ；MOI;N4GOO T 0 40 0 ；GOO TO 404 ;G9 7

55、 M03 S 1 000 ；G71 PIO Q80 UO. 5 WO. 02 D1- 2 FO. 08N10 G 00 Zl. X37.；N20 GOl Z 0. X 37.;N30 Al 9 5.X35；N40Z-25.；N 5 0 X32:N60 A2 2 5. X28；N70 W-4；N80 X26；G2 8 UO WO ;MOI ；N3GOO TO 3 0 0 ；GOO T0303 ；G 97 M03 S700 :GOO X90.Z-42. 7 ；GO1 X86 - 8 FO. 05;GOO X90.;W4. 5.;G 0 1 X7 1 .;GOO X 90.;GOO W-4. 5.;G01 X7 1 ；GO