（毕业设计全套）数控车床上下工件机械手设计（打包下载）

手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。

手腕自由度的选用与机械手的通用性加工工艺要求工件放置方位和定位精度等许多因素有关。

由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设绕轴转动回转运动才可满足工作的要求目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油气缸，因此选用回转气缸。

它的结构紧凑，但回转角度小于，并且要求严格的密封。

腕部的设计计算此部分选用摆动气缸。

摆动气缸有齿轮齿条式和叶片式两大类。

根据需要，本设计选用齿轮齿条式摆动气缸。

.预选气缸的缸径根据负载的运动状态，负载率与气缸工作压力有关，且综合反映活塞的快速作用合气缸的效率，的最佳值为，参考气动设备创新设计与生产制造手册，如表所示，预选气缸的负载率表负载运动状态表负责的运动状态静载荷动载荷气缸速气缸速度大于负载率小于小于小于根据气源供气条件，压力，已知，和，对于双作用气缸，预选，根据关系可初选缸径已经过尺寸标准化.预选气缸的行程根据使用环境，预选气缸行程为。

.活塞杆直径的计算与计算气缸内径相同。

般取，必要时也可取，这里根据，计算出，尺寸标准化选取。

.气缸输出拉力的校核.所以气缸能正常工作。

.机械手手臂模块的设计机械手手臂运动的目的把手部送到空间运动范围内任意点。

如果改变手部的姿态方位，则用腕部的自由度加以实现。

因此，般来说臂部应该具备个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩左右回转和升降运动。

手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部手部和工件的静动载荷，而且自身运动较多。

因此，它的结构工作范围灵活性等直接影响到机械手的工作性能。

手臂模块是机械手的主要握持模块。

它的作用是支撑腕部和手部包括工件或工具，并带动它们作空间运动。

手臂运动应该包括个运动伸缩回转和升降。

手臂的结构的选择及其驱动机构机械手的手臂升降伸缩运动都为直线运动。

直线运动的实现般是气动传动，液压传动以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。

我选用的是滚珠丝杠结构的手臂，螺母带动丝杠进行升降和平移，采用电机驱动，中间为丝杆，两边为光杆。

运行方式为电机带动锥齿轮，继而带动丝杠螺母，丝杠螺母是固定点，相对的丝杠做上下移动。

滚珠丝杠设计选取的滚珠丝杠转动系统为磨制丝杠右旋上固定端到螺母间距离临界长度下固定端到螺母间距离临界长度设计后丝杠总长最大行程支承方式为两端固定。

定位精度由表得，有效行程内目标行程公差，行程变动量，由表得，任意行程内行程变动量，弧度内行程变动量。

丝杠精度为级，可靠性。

计算载荷手腕手爪部分重量重力加速度取.轴向载荷。

初算导程丝杠螺母转速，直臂移动速度选工作寿命查表得.式中，查机械手册得，精度系数查机械手册得，可靠性系数查机械手册得，载荷性质系数查机械手册得，预加载荷系数所以，静载计算由机械手册得式中.选取滚珠丝杠型号采用外循环导珠管埋入式.型，其中，满足承载能力要求。

计算预紧力，.值校验由机械手册得符合要求。

临界转速校核.式中，查机械手册得，满足转速要求。

螺杆强度螺杆材料为钢，调质处理，其许用应力螺杆当量应力.式中，。

符合强度要求。

系统刚度计算刚性为机械刚度的指标，滚珠丝杠的刚性取决于螺杆与螺母之间轴向负荷珠槽接触刚性及螺杆轴的刚性来决定。

机械驱动系统总刚性的惯性经由测试，可将螺帽螺杆及钢珠珠槽两者间的刚性合二为，成为螺帽刚性，因此.锥齿轮及锥齿轮轴的设计锥齿轮传动的特点锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动，两轴交角称为轴角，其值可根据传动需要确定，般多采用。

锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如图.所示。

由于这特点，对应于圆柱齿轮中的各有关圆柱在锥齿轮中就变成了圆锥，如分度锥节锥基锥齿顶锥等。

锥齿轮的轮齿有直齿斜齿和曲线齿等形式。

直齿和斜齿锥齿轮设计制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动曲线齿锥齿轮具有传动平稳噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。

本节采用的标准直齿锥齿轮传动。

图.锥齿轮计算条件负载转矩，直线锥齿轮，传动比为，锥齿轮转速，。

材料为钢，调质处理，齿面硬度，齿面粗糙度。

.锥齿轮设计计算初步计算电机轴端齿轮转矩载荷系数齿数比估算时，安全系数接触疲劳强度极限因此估算时的齿轮许用接触应力.估算结果所以考虑到丝杠需从锥齿轮中心穿过，且所选用丝杠的公称直径，丝杠螺母，故取，。

几何计算齿数取大端模数.强度校核齿根弯曲疲劳强度设计其条件为.其中载荷系数齿形系数应力校正系数齿宽系数查机械手册得，查图得查机械手册得，查表得可得，取常用值代入计算得.即，故安全。

齿面接触疲劳强度计算其条件为.其中为弹性影响系数。

查机械手册得代入计算得.即，故安全。

.锥齿轮轴的设计几何计算齿数小端模数强度校核齿根弯曲疲劳强度设计其条件为.其中载荷系数齿形系数应力校正系数齿宽系数查机械手册得，查图得查机械手册得，查表得可得，取常用值代入计算得.即，故安全。

齿面接触疲劳强度计算其条件为.其中为弹性影响系数。

查机械手册得代入计算得.即，故安全。

轴的初步设计为了减少校核，选取的轴半径尽可能的大点。

靠近齿轮的地方选取轴的半径为轴肩处比前端轴大，所以后段轴半径选取为电机选型计算条件丝杠轴向工作载荷约为，丝杠移动速度，圆锥齿轮传递效率。

设计计算丝杠工作的功率.丝杠转矩电机选用同步转速的三相异步电机，速度比。

电机输出轴负载转矩电机输出轴功率电机选用三相异步电动机。

直臂导杆气缸的设计直臂导杆气缸的作用是实现机械手在方向大行程的运动，工作行程小于或等于，且收缩力要大于，气缸动作速度为。

由于气缸的行程大，必须设计导向装置进行导向。

所以直臂导杆气缸的结构分成气缸体和导向机构。

.气缸体的设计气缸的选用注意以下几个方面选择气缸类型根据使用场合和负载特点选择不同类型的气缸选定气缸缸径大小根据有关负载使用空气压力及作用方向确定选择安装形式由气缸的安装位置，使用目的等因素决定确定气缸作用力大小根据工作机构所需的作用力大小来确定，并要留有定的裕度确定气缸行程与使用场合和机构所需的行程比有关，也受加工和结构的限制，有些场合，应按所需行程增加的行程余量确定运动速度普通气缸的运动速度为.，应根据需要在系统中设置调速元件，如节流阀等，且多采用排气节流调速，以增加系统刚性，防止爬行注意润滑除无油润滑气缸外，均应注意气缸的合理润滑，在气源入口处设置油雾器，并根据需要调节供油量。

预选气缸的缸径根据负载的运动状态，负载率与气缸工作压力有关，且综合反映活塞的快速作用合气缸的效率，的最佳值为，参考气动设备创新设计与生产制造手册，如表所示，预选气缸的负载率表负载运动状态表负责的运动状态静载荷动载荷气缸速气缸速度大于负载率小于小于小于根据气源供气条件，压力，已知，和，对于双作用气缸，预选，根据关系可初选缸径已经过尺寸标准化预选气缸的行程根据气缸的操作距离及浮动压筒的行程，预选气缸行程为，为了便于安装调试，对行程留有余量，则总行程选。

气缸的类型选择根据气缸承担的任务要求选择气缸品种，设计要求说明为了减少噪音，要求气缸达到行程终端无冲击现象和撞击噪声，应选用缓冲气缸。

活塞杆直径的计算与计算气缸内径相同。

般取，必要时也可取，上面考虑双作用气缸，这里根据，计算出，尺寸标准化选取。

气缸筒壁厚的计算由于此气缸是用磁性开关控制行程的，活塞内要装磁铁环，因此，气缸用非磁性材料制造，选择不锈钢。

般气缸筒壁厚与缸径之比小于，可按薄壁圆筒公式计算式中，为缸筒内径为实验压力取为工作压力的.倍为缸筒材料的许用应力为缸筒材料的抗拉强度般选取为安全系数，般取。

则可计算出气缸筒壁厚.由表可确定缸壁厚度为。

表缸筒壁厚材料缸筒内径铸铁刚及.号无缝钢管续表铝合金气缸输出拉力的校核由气动设备创新设计与生产制造手册，可知.所以气缸能正常工作。

耗气量的计算气缸耗气量与其自身结构动作时间以及连接管道容积等有关。

般连接管道容积比气缸容积小得多，故可忽略。

因而气缸个往复行程的压缩空气耗量为.换算成自由空气耗量为.式中为气缸行程为气缸个往复行程所用的时间，本系统取为气缸容积效率，般取分别为气缸工作压力和大气压力，则可计算出最大耗气量.则自由空气平均耗气量为缓冲计算气缸运动速度很快，最高达到.。

为了使活塞与端盖在行程末端不发生碰撞。

设置缓冲装置。

在活塞接近行程末端时，利用缓冲柱塞将柱塞孔堵死，使封在气缸右腔内的剩余气体压缩，并经节流阀缓慢流出，被压缩的气体起到吸收运动活塞动能的缓冲作用。

缓冲室内气体被急剧压缩，属绝热过程，其中气体所吸收的能量为.式中为绝热指数，对空气.为缓冲柱塞堵死柱塞孔时，环行缓冲气室的容积为气缸排气背压力为大气压.为缓冲室内空气被压缩最后达到的压力，其最高值等于气缸安全强度所容许的压力，取。

由式.算出运动部件在行程末端的动能为.式中为运动部件总质量.为活塞运动行程末端的速度取.。

由式.算出按能量平衡原则应近似有.因此能满足缓冲要求。

.导杆机构的设计由于气缸行程很长，只依靠活塞与缸体间的配合来导向难免会发生偏离，导杆机构的作用就是要使活塞杆保持直线运动。

其结构如图.所示。

图.导向装置结构示意图它主要由导杆，导座，导套及其定位联接件组成。

其中型块及固定块的选取在此不做详细介绍。

结论与展望通过近半年的毕业设计，经过资料的收集方案的选择比较和论证，到分析计算，再到工程图纸的绘制以及毕业设计论文的撰写等各个环节，我对大学四年所学的知识有了个整体的深层次的理解，同时对机械设计这门专业的理解更加深刻和准确。

随着现代工业的发展