（毕业设计全套）换刀机器人机械系统的设计（打包下载）

预拉伸量应略大于热膨胀量。

发热后热膨胀量抵消了部分预拉伸量，使丝杠内的拉应力下降，但长度却没有变化。

温升引起的伸长量.式中为温度变化值，般情况下为为丝杠的线膨胀系数，般情况下为为滚珠丝杠副的有效行程工作台行程安全行程余程螺母长度工作台行程螺母长度由式.可计算出方向的伸长量.滚珠丝杠预拉伸力的计算.式中为弹性模量，般取.为滚珠丝杠螺纹底径，由式可计算出.确定滚珠丝杠螺母副的规格型号滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为级滚珠丝杠螺母副的规格型号，其具体参数如下表滚珠丝杠螺母副几何参数名称符号计算公式和结果螺纹滚道公称直径导程接触角钢球直径.螺纹滚道法面半径偏心距螺杆螺杆外径.螺母螺母螺纹外径螺母螺纹的公称直径滚珠丝杠副的预紧为了保证滚珠丝杠螺母副的传动精度和刚度，必须对滚珠丝杠螺母副实施预紧措施。

预紧的目的有两个是消除轴向间隙，二是为了提高轴向刚度。

本机床采用垫片式双螺母进行预紧。

调整方法是在双螺母间加垫片，调整垫片使双螺母产生微量的相对轴向位移，达到消除轴向间隙和产生预紧力的目的。

这种方式结构紧凑，工作可靠，调整方便，应用广，但不很准确，并且当滚到磨损时不能随意调整，除非更换垫圈。

.滚珠丝杠螺母副支撑方式及轴承的选择为了满足数控机床进给系统高精度高刚度的需要，除了应该采用高精度高刚度的滚珠丝杠螺母副外，还必须充分重视支承的设计。

应注意选用轴向刚度高摩擦力矩小运转精度高的轴承，同时选用合适的支承方式，并保证支承座有足够的刚度。

滚珠丝杠螺母副支承方式的选择支承的作用是限制两端固定轴的轴向窜动。

支承方式对滚珠丝杠螺母副承载能力刚性及最高转速有很大影响。

滚珠丝杠副在安装时应满足以下要求滚珠丝杠螺母副相对工作台不能有轴向窜动螺母座孔中心应与丝杠安装轴线同心滚珠丝杠螺母副中心线应平行于相应的导轨能方便的进行间隙调整预紧和预拉伸。

用于精密和高精度机床包括数控机床的滚珠丝杠副，并且是竖直安装，为了提高滚珠丝杠的拉压刚度，采用端固定端游动的支撑方式。

综上，本机床滚珠丝杠副采用端固定端游动的支承方式。

所用轴承的选择由于滚珠丝杠轴承所受载荷主要是轴向载荷，径向除丝杠的自重外，般无外载荷。

因此，对滚珠丝杠轴承的要求是轴向精度和轴向刚度要高。

另外，丝杠转速般不会很高，或高速运转的时间很短，因此发热不是主要问题。

数控机床进给系统要求运动灵活，对微小的位移丝杠微小的转角要响应灵敏。

因此所用轴承的摩擦力矩要尽量低。

计算轴承所受的最大轴向载荷，有预拉伸的滚珠丝杠副应考虑到预拉伸力的影响，可按下式计算.式中为滚珠丝杠承受的最大轴向力因为由公式.可计算出计算轴承的预紧力。

计算轴承的当量轴向载荷。

计算轴承的基本额定动载荷。

选用轴承的重要依据是轴承的基本寿命，并使之小于或等于其基本额定寿命。

在实际使用中，习惯上常用工作小时数表示轴承的基本额定寿命，用下式计算.式中轴承的基本额定寿命轴承的基本额定动载荷轴承的工作转速，与滚珠丝杠的当量转速相同ε寿命系数，对于球轴承ε，对于滚子轴承ε轴承的当量动载荷，其计算公式为，径向，轴向动载荷系数，可从表中选取，径向，轴向载荷对球轴承，可将轴承的基本额定寿命公式变形得.根据此式即可计算球轴承的基本额定动载荷值，使之小于轴承样本上列出的基本额定动载荷值。

表载荷系数组合列数列列列承载列数列列列列列列列列列组合形式已知轴承的工作转速，轴承所受的当量轴向载荷.，轴承的基本额定寿命。

轴承的径向载荷和轴向载荷分别为.因为.，所以查表得，径向系数.，轴向系数.，故确定轴承的规格型号。

因为滚珠丝杠螺母副拟采取端固定端游动的安装方式，所以选用双向推力球轴承和深沟球轴承进行端固定，两种轴承分别承受轴向和径向力另端选用深沟球轴承使滚珠丝杠可以有游动间隙。

由于滚珠丝杠的螺纹底径为.，但是滚珠丝杠受力不是很大所将滚珠丝杠端部做三段成阶梯轴形式，阶梯轴直径为和，最后端有螺纹公称直径为，以方便丝杠的固定。

在滚珠丝杠的固定端选择双向推力球轴承深沟球轴承，双向推力球轴承的型号为，尺寸内径外径宽度为，选用脂润滑。

该轴承的预载荷能力为，大于计算所得的轴承预紧力.。

并在脂润滑状态下的极限转速为，高于滚珠丝杠的最高转速，故满足要求。

该轴承的额定动载荷为，而该轴承在工作寿命下的基本额定动载荷.，也满足要求。

深沟球轴承的型号为，尺寸内径外径宽度为，选用脂润滑。

该轴承的预载荷能力为，大于计算所得的轴承预紧力.。

并在脂润滑状态下的极限转速为，高于滚珠丝杠的最高转速，故满足要求。

该轴承的额定动载荷为，而该轴承在工作寿命下的基本额定动载荷.，也满足要求。

.减速齿轮的设计减速机构大小齿轮的验算选定齿轮类型精度等级材料及齿数根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

减速齿轮在此处要实现带动无触点行程开关转动来实现手部升降机构的精确定位，精度要求较高，选用级精度。

材料选择。

选择小齿轮材料为调质，硬度为，大齿轮材料为钢调质，硬度为，二者材料硬度差为。

确定传动比和齿数，减速机构只有级传动，主要作用是衡量要精确定位时丝杠要减速，就由减速齿轮来消耗马达的惯性功率。

初定传动比，取小齿轮齿数，按齿面接触强度设计有设计计算公式进行试算，即确定公式内的各计算数值试选载荷系数.。

计算小齿轮传递的转矩。

由表选取齿宽系数.。

表圆柱齿轮的齿宽系数装置状况两支撑相对于小齿轮做对称布置两支撑相对于小齿轮做不对称布置小齿轮做悬臂布置由表可查得材料的弹性影响系数.表弹性影响系数弹性模量齿轮材料配对齿轮材料灰铸铁球墨铸铁铸钢锻钢夹布塑胶续表.锻钢.铸钢球墨铸铁灰铸铁.由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限。

计算应力循环次数。

由图取接触疲劳寿命系数。

计算接触疲劳许用应力。

取失效概率为，安全系数，可得计算试算小齿轮分度园直径，代入中较小的值。

计算圆周速度ν。

.计算齿宽。

.计算齿宽与齿高之比模数齿高.计算载荷系数根据.，级精度，可得动载系数.直齿轮，由手册查得，使用系数由手册用插值法查得，级精度小齿轮相对支承悬臂布置时.由.，.，查手册得.，故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由下式可得计算模数。

.按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为确定公式内的各计算数值由手册查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限由手册查得弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳完全系数.，可得计算载荷系数.查取齿形系数由表查得。

查取应力校正系数由表查得。

表齿形系数及应力校正系数续表计算大，小齿轮的并加以比较大齿轮数值大设计计算.对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径即模数与齿数的乘积有关，可取由弯曲强度算得的模数.并就近圆整为标准值.。

故齿轮强度适合。

.减速齿轮轴的设计减速齿轮轴的设计初估最小直径假设轴的材料是钢，调质处理。

查表取得根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度最小直径在轴端处装螺母固定取直径，故轴段直径因为要采用螺母固定，而且是采用双螺母，查知个螺母厚.，所以取。

为满足无触点行程开关的装配和定位要求，故取段直径，。

由轴承与端盖的关系选，初选滚动轴承。

因轴承既承受径向载荷又承受轴向载荷，故选用角接触轴承。

参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选择基本游隙组，标准精度级的角接触轴承，其取安装齿轮的轴段的直径，为满足齿轮的轴向定位，轴段右侧需制出轴肩。

已知齿轮轮毂的宽度为，为使轴向定位可靠，故取。

根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取长度，。

轴上零件的周向定位齿轮与轴的轴向定位采用平键连接由查得与齿轮配合平键截面为，键槽用键槽铣刀加工，长为，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为同样无触点行程开关与轴的联接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。

滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选择轴的直径尺寸公差为。

确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各处轴肩的圆角半径为。

减速齿轮轴的校核轴传递的力矩齿轮圆周力径向力水平面内支反力可得铅垂面内支反力可得弯矩水平弯矩铅锤面内弯矩从图中可以看出截面为危险截面，其合成弯矩为转矩。

此轴输出转矩.由联轴器传递出去，轴单向运转，可以认为转矩应力为脉动循环变化，故取则求最大当量转矩强度校核查表取强度符合要求.驱动液压泵电机的选择选择电动机的类型按工作要求和条件，选用系列三相异步电动机，封闭式结构，电压，频率，级绝缘。

确定电动机容量传动装置需输入功率电动机至工作机的总效率．工作机需输入功率故液压缸的效率油泵的效率马达的效率滚珠丝杠的效率查表选择因为手的运动不是同时进行的，所以取耗能大的所以确定电动机转速查手册有三种适用电机型号额定功率，同步转速，满载转速额定功率，同步转速，满载转速额定功率，同步转速，满载转速综合考虑选择额定功率，同步转速，满载转速即结论与展望.结论将近个学期的毕业设计就要结束了，在这个学期的毕业设计中，遇到了很多的麻烦，也碰到了很多的挫折，伴随着这个个的问题走下来，我觉得自己在毕业之前得到了快速的成长。

在设计初期，总以为时间很长很长，可以慢慢的来，可到了中期检查的时候才知道自己的任务是很重的。

这样我才对毕业设计重视起来。

在设计开头阶段，是我感觉最难最难的，因为这个时候我对自己设计的东西基本上连感性认识都还不够，更谈不上什么理性认识了。

于是我在图书馆和网上查阅大量相关资料，加上李老师的耐心讲解，这样我才对自动换刀机器人有了感性认识以及有了理性认识。

在这段毕业设计的时间里，我学会了好多以前所没学到的东西，而且学的方式不再是老师传授，而是我自己从书本里挖掘，自己去理会，自己去组织，再经过老师讲解。

毕业设计对我们来说是非常重要的，这段时间我们要投入足够的精力来钻研自己所要设计的课题，要充分的理解和吸收新的知识再做到灵活运用。

我所接的课题是“自动换刀机器人的机械设计”，刚拿到任务书的时候以为挺简单的，所以在开始的时候并没有给予足够的重视，到后来真正的实质性问题时才不知道如何去解决。

再去查阅资料再去吸收，可真正要做的时候还不知从哪里开始。

后来到永亿精密铸造有限公司参观学习，见到机床实体在通过工人师傅的讲解后才自动换刀机器人有了深入的认识。

我要设计的是机械手和手部上下移动机构的设计。

内容包括加工中心的总体设计，机械手的设计和机械手上下移动装置的设计。

刚开始设计上下移动装置的时候，虽然知道主要有驱动机构，减速机构，丝杠传动副等组成，但实际不知道他们之间是怎么连接的，后来去公司看过实体再经过工人师傅们的讲解，终于对他有了深入的了解，再画