pfms铣削单元上料机械手设计(附件)【字数：5115】
摘 要本文主要对上下料机械手的背景和用途进行了简单的概述，并根据要求提出本课题的总体设计方案。通过大量的计算和参考，选取了适合本课题设计任务书的气动手指、回转摆动气缸以及步进电机。同时设计出了标准的滚珠丝杠螺母副和梯形齿同步带和带轮，以此组成一套具有执行部分、传动部分、驱动部分的铣削单元上料机械手。
目 录
第一章 概述 1
第二章 铣削单元上料机械手的设计方案 2
2.1执行机构 2
2.1.1手部 2
2.1.2腕部 2
2.1.3臂部 2
2.2动力机构 2
第三章 手部 4
3.1夹紧力的计算 4
3.2气动手指的选型 5
第四章 腕部 6
4.1手腕转动时所需的驱动力矩 6
4.2回转气缸的选型 7
第五章 臂部 9
5.1确定滚珠丝杠的导程
5.2确定预期的额定动载荷
5.3根据位置精度要求确定滚珠丝杠螺母副允许的最小螺纹底径 10
第六章 动力装置 12
6.1传动比计算 12
6.2步进电动机的计算和选型 12
6.3计算步进电动机轴上等效负载转矩M 13
第七章 同步带传动的计算和选型 16
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
概述
在工件的大批量加工和生产中，上下料一直是加工过程中非常重要的环节。上下料工作的重复性很高，人工上下料不仅难以把握生产的节拍，生产效率低，而且其中的上料、装夹、下料都由人工操作，难以保证准确的定位精度，大大降低了零件质量。然而随着工业机器人的迅速发展，机械化生产逐渐取代了完全靠人力的手动生产，大批量生产中的上下料难题也有了解决方法——数控机床上下料机械手。
数控机床上下料机械手不仅提高了生产效率，能够很好的控制生产节拍，而且控制灵活，通过修改程序能够很好的适应工艺的修改。更重要的是，机械手自动化生产大大提高了零件质量，使工件表面更加美观。
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料机械手的设计方案
2.1执行机构
上料机械手执行机构由手部、腕部和臂部等运动部件组成。
2.1.1手部
由于课题规定加工工件为最大尺寸Ф40mm×80mm的圆柱毛坯，因此手指可采用两指夹钳式V形块手指（图11），传力机构可采用回转杠杆式气动手指，用以夹持工件。
/ /
图21 夹钳式执行爪图 图22 杠杆式气动手指肘部结构图
2.1.2腕部
腕部是连接手部和臂部的重要部件，并可以用来调整工件姿态。铣削单元上料工作中需要频繁地转动工件，故本课题可选用回转摆动气缸作为上料机械手的腕部。
2.1.3臂部
臂部即上下料机械手的传动部分。本课题选用滚珠丝杠螺母副配合线性滚动导轨作为上下料机械手的臂部，用以带动手部抓取工件，并按预定的要求将其搬运到指定的位置。
2.2动力机构
动力机构一般有气动、液动、电动和机械式四种形式。由于铣削单元上下料机械手属于小型工业机器人，因此可采用电动式驱动。又因为本课题的上下料机械手的执行速度较慢，可采用步进电机作为驱动电机。电机与滚珠丝杠之间的传动采用同步带传动。
第三章 手部
3.1夹紧力的计算
式中：——安全系数，这里可取;
——工作情况系数，。
其中：——运载工件时重力方向的最大上升加速度；
——重力加速度。
——运载工件时重力方向的最大上升速度；
——系统达到最高速度的时间。
——方位系数，按《工业机械手设计》表22选取。
——被抓取工件所受重力（N）。
计算手指夹持力：
当手指垂直位置夹水平位置放置的工件时
取安全系数；由于运载工件时重力方向的最大上升速度，故；方位系数
被抓取工件所受重力=7.73N，代入上式得
手指水平位置夹持垂直位置放置的工件时
取安全系数；由于运载工件时重力方向的最大上升速度，故；方位系数
被抓取工件所受重力=7.73N，代入上式得
3.2气动手指的选型
根据夹持力，选取MHT250D杠杆式气动手指。气动手指与执行爪的部件装配图如图31。
/
图31 气动手指与执行爪的部件装配图
第四章 腕部
4.1手腕转动时所需的驱动力矩
驱动手腕回转时的驱动力矩必须能够克服手腕回转支承处的摩擦力矩，转动件重心偏置的偏重力矩以及手腕启动时所产生的惯性力矩，。因此，手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算：
式中：——手腕转动时所需要的驱动力矩；
——手腕回转支承处的摩擦力矩；
——由于工件重心偏置所产生的偏重力矩；
——克服启动惯性所需要的力矩。
计算手腕回转支承处的摩擦力矩
手腕回转支承处的摩擦力矩的计算方法可简化为以下公式：
计算克服由于工件重心偏置所需要的力矩
假设工件、手爪、气动手指、回转气缸等部件为一个等效圆柱体，高为200mm，直径为60mm，总质量为8kg，重心偏离气缸轴60mm，则
Nm
计算克服启动惯性所需要的力矩
手腕启动过程近似等加速运动，可根据腕部角速度及启动过程转过的角度按下式计算克服启动惯性所需要的力矩：
式中：——工件对手腕回转轴线的转动惯量；
——手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量；
——手腕回转过程中的角速度；
目 录
第一章 概述 1
第二章 铣削单元上料机械手的设计方案 2
2.1执行机构 2
2.1.1手部 2
2.1.2腕部 2
2.1.3臂部 2
2.2动力机构 2
第三章 手部 4
3.1夹紧力的计算 4
3.2气动手指的选型 5
第四章 腕部 6
4.1手腕转动时所需的驱动力矩 6
4.2回转气缸的选型 7
第五章 臂部 9
5.1确定滚珠丝杠的导程
5.2确定预期的额定动载荷
5.3根据位置精度要求确定滚珠丝杠螺母副允许的最小螺纹底径 10
第六章 动力装置 12
6.1传动比计算 12
6.2步进电动机的计算和选型 12
6.3计算步进电动机轴上等效负载转矩M 13
第七章 同步带传动的计算和选型 16
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
概述
在工件的大批量加工和生产中，上下料一直是加工过程中非常重要的环节。上下料工作的重复性很高，人工上下料不仅难以把握生产的节拍，生产效率低，而且其中的上料、装夹、下料都由人工操作，难以保证准确的定位精度，大大降低了零件质量。然而随着工业机器人的迅速发展，机械化生产逐渐取代了完全靠人力的手动生产，大批量生产中的上下料难题也有了解决方法——数控机床上下料机械手。
数控机床上下料机械手不仅提高了生产效率，能够很好的控制生产节拍，而且控制灵活，通过修改程序能够很好的适应工艺的修改。更重要的是，机械手自动化生产大大提高了零件质量，使工件表面更加美观。
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料机械手的设计方案
2.1执行机构
上料机械手执行机构由手部、腕部和臂部等运动部件组成。
2.1.1手部
由于课题规定加工工件为最大尺寸Ф40mm×80mm的圆柱毛坯，因此手指可采用两指夹钳式V形块手指（图11），传力机构可采用回转杠杆式气动手指，用以夹持工件。
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图21 夹钳式执行爪图 图22 杠杆式气动手指肘部结构图
2.1.2腕部
腕部是连接手部和臂部的重要部件，并可以用来调整工件姿态。铣削单元上料工作中需要频繁地转动工件，故本课题可选用回转摆动气缸作为上料机械手的腕部。
2.1.3臂部
臂部即上下料机械手的传动部分。本课题选用滚珠丝杠螺母副配合线性滚动导轨作为上下料机械手的臂部，用以带动手部抓取工件，并按预定的要求将其搬运到指定的位置。
2.2动力机构
动力机构一般有气动、液动、电动和机械式四种形式。由于铣削单元上下料机械手属于小型工业机器人，因此可采用电动式驱动。又因为本课题的上下料机械手的执行速度较慢，可采用步进电机作为驱动电机。电机与滚珠丝杠之间的传动采用同步带传动。
第三章 手部
3.1夹紧力的计算
式中：——安全系数，这里可取;
——工作情况系数，。
其中：——运载工件时重力方向的最大上升加速度；
——重力加速度。
——运载工件时重力方向的最大上升速度；
——系统达到最高速度的时间。
——方位系数，按《工业机械手设计》表22选取。
——被抓取工件所受重力（N）。
计算手指夹持力：
当手指垂直位置夹水平位置放置的工件时
取安全系数；由于运载工件时重力方向的最大上升速度，故；方位系数
被抓取工件所受重力=7.73N，代入上式得
手指水平位置夹持垂直位置放置的工件时
取安全系数；由于运载工件时重力方向的最大上升速度，故；方位系数
被抓取工件所受重力=7.73N，代入上式得
3.2气动手指的选型
根据夹持力，选取MHT250D杠杆式气动手指。气动手指与执行爪的部件装配图如图31。
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图31 气动手指与执行爪的部件装配图
第四章 腕部
4.1手腕转动时所需的驱动力矩
驱动手腕回转时的驱动力矩必须能够克服手腕回转支承处的摩擦力矩，转动件重心偏置的偏重力矩以及手腕启动时所产生的惯性力矩，。因此，手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算：
式中：——手腕转动时所需要的驱动力矩；
——手腕回转支承处的摩擦力矩；
——由于工件重心偏置所产生的偏重力矩；
——克服启动惯性所需要的力矩。
计算手腕回转支承处的摩擦力矩
手腕回转支承处的摩擦力矩的计算方法可简化为以下公式：
计算克服由于工件重心偏置所需要的力矩
假设工件、手爪、气动手指、回转气缸等部件为一个等效圆柱体，高为200mm，直径为60mm，总质量为8kg，重心偏离气缸轴60mm，则
Nm
计算克服启动惯性所需要的力矩
手腕启动过程近似等加速运动，可根据腕部角速度及启动过程转过的角度按下式计算克服启动惯性所需要的力矩：
式中：——工件对手腕回转轴线的转动惯量；
——手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量；
——手腕回转过程中的角速度；
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