多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置的結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\u1 緒論 摘要：很多種類的焊接作業(yè)是在現(xiàn)場(chǎng)完成工作的,比如大型自動(dòng)定位點(diǎn)焊機(jī),大型飛行器船艙,甲板焊接和各種大型的球形存放物(倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)罐焊接等)。在這些工藝中,各種工藝的焊縫形式有所不同,所以要求自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)要滿足不同的需求，以提高其焊接的自動(dòng)化水平。所以設(shè)計(jì)一款能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊的裝置就可以提高生產(chǎn)效率，提高自動(dòng)化的水平。本文主要是對(duì)多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置的XYZ軸進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)驅(qū)動(dòng)方式，傳動(dòng)方式等進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。關(guān)鍵詞：多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緒論課題研究背景及意義焊接是一種古老的加工方法，其歷史是在1885年俄羅斯人伯納德（Bernardus）發(fā)明碳弧焊之后引入的。為了滿足各種焊接工藝的要求，已經(jīng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了各種合適的電弧焊機(jī)。也可以作為輔助設(shè)備附加在別的加工設(shè)備上，如車(chē)床，定位器等，也得到了廣泛使用。隨著焊接領(lǐng)域各種先進(jìn)控制技術(shù)的不斷引入，先進(jìn)的焊接制造設(shè)備，例如數(shù)控焊接和切割，計(jì)算機(jī)編程控制焊接和切割以及機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)大量涌現(xiàn)。另外，為了確保質(zhì)量并重復(fù)焊接和批量生產(chǎn)，已經(jīng)快速開(kāi)發(fā)了焊接設(shè)備，方法，材料，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，并引起了很多關(guān)注。測(cè)試焊接質(zhì)量的方法和設(shè)備發(fā)展迅速，金相組織，機(jī)械性能和檢查內(nèi)部缺陷的方法也發(fā)展迅速。自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的發(fā)展當(dāng)前電阻焊的研究主要包括以下幾個(gè)方面：1.電阻焊形成理論研究。2.點(diǎn)焊質(zhì)量控制研究3.電阻焊新設(shè)備的研究另外，近年來(lái)，隨著各種電阻點(diǎn)焊機(jī)的不斷發(fā)展，為適應(yīng)不同的焊接要求，逐漸出現(xiàn)了越來(lái)越多的具有特定焊接要求的電阻點(diǎn)焊機(jī)。特殊電阻焊機(jī)主要針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的特定生產(chǎn)目的而開(kāi)發(fā)。在許多其他國(guó)家，為了適應(yīng)不同的焊接要求，已經(jīng)有了越來(lái)越多的具有專門(mén)用途的電阻點(diǎn)焊機(jī)。在過(guò)去的幾年中，我國(guó)不同的專用焊接機(jī)的數(shù)量已大大增加。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在此，研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)包括三個(gè)方面：上述具有三個(gè)自由度的自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)（automaticspot焊機(jī)）旨在提高焊接的自動(dòng)化程度。這是自動(dòng)點(diǎn)焊設(shè)備的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；結(jié)構(gòu)工程研究和發(fā)展趨勢(shì)的現(xiàn)狀；運(yùn)動(dòng)分析的常用方法。這里設(shè)計(jì)的自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)是自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)，但是現(xiàn)有自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)技術(shù)在焊接中的應(yīng)用是由于該領(lǐng)域焊接自動(dòng)化水平較低，這已經(jīng)是自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的當(dāng)前技術(shù)。隨著工業(yè)水平的發(fā)展，在工業(yè)加工中許多需要焊接的零件需要很大所以，電阻點(diǎn)焊就需要滿足能夠焊接這些大的零件。不僅如此，還有許多的焊接零件不能在室內(nèi)車(chē)間中進(jìn)行焊接，必須要去外面進(jìn)行焊接，例如大型球形罐（儲(chǔ)存罐）的焊接。在這些焊接場(chǎng)合，自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)必須適應(yīng)焊縫的變化，以提高焊接自動(dòng)化程度。毫無(wú)疑問(wèn)，自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)技術(shù)和接縫跟蹤技術(shù)的結(jié)合將有效解決現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)焊接大型零件的問(wèn)題。如今，隨著技術(shù)的不斷不發(fā)展，越來(lái)越多的自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)能夠根據(jù)焊縫的變化來(lái)進(jìn)行焊接工作。但是，點(diǎn)焊機(jī)能夠自動(dòng)化的程度仍然很低，基本上沒(méi)有自主運(yùn)動(dòng)工作的能力。本課題的研究設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法已經(jīng)收集了有關(guān)該主題的大量技術(shù)數(shù)據(jù)，并了解了自動(dòng)多點(diǎn)焊機(jī)的開(kāi)發(fā)以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。根據(jù)焊機(jī)的設(shè)計(jì)原理和要求，設(shè)計(jì)了自動(dòng)多點(diǎn)焊機(jī)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)。在確保焊接機(jī)的良好物理性能，強(qiáng)度和剛度的條件下，研究的具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1.收集自動(dòng)多點(diǎn)焊機(jī)的研究數(shù)據(jù)。2.根據(jù)焊接機(jī)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造原理，結(jié)合自動(dòng)多點(diǎn)焊機(jī)的實(shí)際加工要求，確定焊接機(jī)的總體施工計(jì)劃和技術(shù)參數(shù)，并設(shè)計(jì)和說(shuō)明機(jī)械手爪、同步帶、電機(jī)、直線導(dǎo)軌的選型計(jì)算。3.先確定需要抓取的工件重量來(lái)確定需要選取的機(jī)械手，然后就是直線導(dǎo)軌、同步帶、電機(jī)的計(jì)算來(lái)選擇其類型。在三維建模軟件中，完成三維建模和工程圖。2多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置的總體設(shè)計(jì)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，他們的主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)：對(duì)于控制精度，對(duì)于伺服電機(jī)來(lái)說(shuō)，伺服電機(jī)裝有編碼器，所以他的控制精度要比步進(jìn)電機(jī)高，而本次要做的是多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置，所以，對(duì)于定位精度有一定的要求，選用伺服電機(jī)更適合本裝置。對(duì)于低頻特性，步進(jìn)電機(jī)的低頻特性是在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度低時(shí)會(huì)出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，而交流的伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。所以對(duì)于本次多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置在工作中會(huì)有低速運(yùn)行的情況，選用步進(jìn)電機(jī)會(huì)影響工作，足以選用伺服電機(jī)更適合。矩頻特性的不同，步進(jìn)電機(jī)他的一個(gè)力矩大小是由與他的轉(zhuǎn)速和頻率，力矩大小隨著他的轉(zhuǎn)速的增加就會(huì)使他有一個(gè)急劇下降，會(huì)出現(xiàn)高速丟步的現(xiàn)象，而伺服電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)這樣現(xiàn)象。過(guò)載能力不同，步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力，而伺服電機(jī)有一個(gè)比他額定的扭矩大3倍的一個(gè)過(guò)載能力，所以選用伺服電機(jī)，伺服電機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)，更適合本次設(shè)計(jì)選用?？刂品绞讲煌竭M(jìn)電機(jī)的控制方式是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制，而伺服電機(jī)是一個(gè)閉環(huán)控制，有反饋控制。速度響應(yīng)不同，步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而伺服電機(jī)只需要幾毫秒就夠了，對(duì)于多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置需要可以快速啟動(dòng)，基于這個(gè)要求，所以選用伺服電機(jī)。效率不同，步進(jìn)電機(jī)的效率較低在60%以下，伺服電機(jī)的效率在80%以上。所以，在本次設(shè)計(jì)中，多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇伺服電機(jī)。2.2傳動(dòng)方式的選擇目前，常用的傳動(dòng)方式有：絲杠傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等。絲杠傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)：精度高，比起其他傳動(dòng)方式來(lái)（同步帶、齒輪齒條、齒輪）精度高。傳動(dòng)平穩(wěn)，絲桿傳動(dòng)是由其中的滾珠和桿的滑動(dòng)摩擦來(lái)完成的，傳動(dòng)絲滑，震動(dòng)小。傳動(dòng)行程長(zhǎng)，傳動(dòng)行程能達(dá)到1米～2米左右。響應(yīng)慢。有噪音，在某些需要特殊低音作業(yè)的環(huán)境中不能使用。行程較同步帶模組相比傳動(dòng)行程短。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比起同步帶要繁瑣。設(shè)計(jì)成本高，經(jīng)過(guò)比較，從設(shè)計(jì)成本，工作范圍，傳動(dòng)行程等方面來(lái)看，最終選用同步帶模組作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。同步帶的優(yōu)點(diǎn)：1.高精度本次設(shè)計(jì)的多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置是機(jī)電一體化產(chǎn)品，對(duì)于點(diǎn)焊精度有較高的要求，每個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)焊需要精確地定位，要是精度不夠的化會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。所以，對(duì)于多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊的精度有很高的要求。2.快速響應(yīng)性同步帶能夠快速的響應(yīng)，對(duì)于多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊，需要工作時(shí)能夠快速響應(yīng)，所以選用同步帶更適合。3.良好的穩(wěn)定性同步帶有良好的穩(wěn)定性，在工作過(guò)程中就能保證裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，對(duì)于多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置，點(diǎn)焊時(shí)的平穩(wěn)性，能使焊接的工件質(zhì)量更好。所以，對(duì)于多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置的傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)采用的同步帶傳動(dòng)。2.3直線導(dǎo)軌直線導(dǎo)軌特點(diǎn)：1.直線導(dǎo)軌在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,是通過(guò)滑塊在直線導(dǎo)軌副沿著直線運(yùn)動(dòng)，所以直線導(dǎo)軌的承載能力強(qiáng)，更適合多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置的設(shè)計(jì)。2.采用直線導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)也小,動(dòng)、靜摩擦差別很小。3.采用直線導(dǎo)軌時(shí)工件運(yùn)動(dòng)的摩擦力小，所以能增加直線導(dǎo)軌的使用壽命，運(yùn)動(dòng)控制精準(zhǔn)，在機(jī)械手工作的過(guò)程中能夠很好地控制點(diǎn)焊的位置尺寸，而且不會(huì)發(fā)生空轉(zhuǎn)打滑,并能實(shí)現(xiàn)超微米級(jí)精度的進(jìn)給。2.4機(jī)械手一般機(jī)械手有真空吸盤(pán)，氣動(dòng)夾爪，電磁鐵等執(zhí)行抓取裝置。吸盤(pán)一般吸取小型零件；氣動(dòng)夾爪可根據(jù)機(jī)械手指夾件的方式不同，來(lái)夾取不同的零件，既可以?shī)A取圓形，圓柱形還可以?shī)A取規(guī)則的幾何零件甚至能夾取不規(guī)則幾何零件；電磁鐵一般用來(lái)吸取含鐵金屬件。綜上所述，選取氣動(dòng)夾爪比較適合本項(xiàng)目要求。2.5總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了X軸、Z軸、Y軸，多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置通過(guò)X軸可以實(shí)現(xiàn)水平方向的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)Z軸可實(shí)現(xiàn)垂直方向的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)Y軸實(shí)現(xiàn)前后方向的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)點(diǎn)焊。三個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)方式都是采用的伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式選擇同步點(diǎn)進(jìn)行傳動(dòng)，還有直線導(dǎo)軌來(lái)控制工件運(yùn)動(dòng)的方向使工件沿著直線方向運(yùn)動(dòng)。所以，總體的工作方式為：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶運(yùn)動(dòng)，同步帶驅(qū)動(dòng)工件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，工件沿著直線導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)，三個(gè)軸分別作三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手在三個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程為：機(jī)械手抓取待焊接零件，然后在XYZ軸三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手將待焊接零件送到點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行點(diǎn)焊，由于機(jī)械手有三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，所以就實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊。3機(jī)械手爪設(shè)計(jì)3.1機(jī)械手爪驅(qū)動(dòng)方式的選擇機(jī)械手爪的驅(qū)動(dòng)方式有：電力驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)。對(duì)于氣壓傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用安全，由于需要夾取的不是重量很大的零件，所以采用氣壓傳動(dòng)滿足設(shè)計(jì)要求。通常用于夾取物料的有手指氣缸平行夾爪、吸盤(pán)。手指氣缸平行夾爪行程較短，在夾取大物料時(shí)，吸盤(pán)力可能不夠。所以，采用平行機(jī)械夾可以適用于抓取大物料的工作場(chǎng)合。經(jīng)查閱資料，最終選擇臺(tái)灣亞德客HFD系列薄型氣動(dòng)手指。3.2機(jī)械手爪的選型多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置中的機(jī)械手爪抓取的零件為10kg。有效夾持力的確定受力分析如圖1.1所示：圖1.1工件不掉落的條件：n即F>m?gn?μ（3F=mgnμ×a式中：n：夾爪數(shù)F：夾持力Nμ：配件與工件間的摩擦系數(shù)，取0.1m：工件質(zhì)量g：重力加速度，取9.8ma：安全系數(shù)，取4但是實(shí)際夾爪安裝方式如圖1.2所示：圖1.2夾持力為：L2×G=F×L1由公式（3.3）得：F=單個(gè)夾爪的夾持力為98N。夾持點(diǎn)的確認(rèn)：圖1.3L為夾持點(diǎn)，一般氣缸的工作氣壓為0.5MPa左右,夾持點(diǎn)選擇20mm圖1.4最終選取臺(tái)灣亞德客HFD20×80型氣動(dòng)手爪。表1.1HFD20×80型氣動(dòng)手爪參數(shù)缸徑行程mm單個(gè)手爪夾持力有效值N重量kg208014119.834多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置X向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1X軸直線導(dǎo)軌在X軸上的直線導(dǎo)軌是用來(lái)完成機(jī)械手在水平方向上的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌的工作行程設(shè)定為1.2m。直線導(dǎo)軌的布置形式為懸臂式布置，所受的力與水平布置的有所不同，不止有垂直方向上的載荷，還會(huì)有徑向的載荷，就會(huì)有力偶的產(chǎn)生，所以就需要對(duì)滑塊進(jìn)行受力分析，確定軸向、徑向載荷的大小。X軸上直線導(dǎo)軌受的力為裝置末端的執(zhí)行元件，即機(jī)械手爪的重量為20kg，抓取的物料為10kg。如圖所示為X軸上兩個(gè)滑塊的受力分析如圖4.1所示：圖4.1P1=P2=mg+a×?2d=P1T=P2T=mg+a×e2d=30kg×式中：P——徑向受力為113KN；PT——側(cè)向受力1.7KN。根據(jù)受力分析進(jìn)行計(jì)算容許動(dòng)力矩：Mp=mg+a×d=30kg×（9.8+1.5m/s2）×0.3m=101.7N·m根據(jù)已知條件和工況系數(shù)計(jì)算壽命行程和額定動(dòng)載荷?；绢~定載荷：C=fw?Pc式中：L為設(shè)計(jì)總壽命行程：L=l?n?L?8.3=28915.66m式中：L為設(shè)計(jì)總壽命行程l為工作行程，1.2mn為每分鐘往返次數(shù)，取每分鐘往返10次L?為設(shè)計(jì)總壽命時(shí)間,20000h選用HSR4RM型號(hào)的直線導(dǎo)軌，來(lái)帶動(dòng)手臂水平方向的移動(dòng)，參數(shù)見(jiàn)表4.1。表4.1公稱型號(hào)外形尺寸基本額定載荷高度寬度長(zhǎng)度CC0HSR4RM1116241.08KN2.16KN直線導(dǎo)軌三維建模：圖4.24.2X軸同步帶同步帶有梯形齒和圓弧齒兩類，梯形齒同步由于自身結(jié)構(gòu)的原因，在收到外界壓力時(shí)，力都會(huì)集中在一處，這就使得梯形齒在工作中要比圓弧齒更容易發(fā)生變形，影響機(jī)器的正常工作。相對(duì)于梯形齒來(lái)說(shuō)，圓弧齒不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題，能使齒輪均勻受力，不會(huì)出現(xiàn)硬齒輪變形影響嚙合，圓弧齒同步帶還有其它傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)。所以，在X軸的同步帶采用的是圓弧形同步帶。4.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)負(fù)載：30kg運(yùn)行速度：0.5m/s加速時(shí)間：0.1s摩擦系數(shù)：0.1同步帶輪直徑：80mm4.2.2同步帶選型功率：F=μ?m?g+m?a（4.6）=0.1×30kg×10P=F?v（4.7）=180N×0.5同步帶輪轉(zhuǎn)速：n=vπD=500mm/s3.14×80mm設(shè)計(jì)功率PdPd=Ka?P表4.2工況系數(shù)KA選取表根據(jù)表4.2，本設(shè)計(jì)中選取Ka=1.8，所以，Pd=1.8×90W=162W圖4.3圓弧形同步帶型號(hào)選定表根據(jù)圖4.2，選取3M的圓弧形同步帶，節(jié)距Pb同步帶的節(jié)距是同步帶和同步帶輪在設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)參數(shù)，它決定各個(gè)部分設(shè)計(jì)尺寸的大小。節(jié)距越大，同步帶的承載能力也就越強(qiáng)。表4.33M圓弧形同步帶帶齒尺寸mm帶型節(jié)距齒高齒頂圓角半徑齒根圓角半徑齒根厚齒形角帶高3M31.220.870.24-0.301.7814°2.40選取同步帶輪齒數(shù)：表4.4圓弧齒同步帶傳動(dòng)小帶輪最少齒數(shù)查表4.4得，3M同步帶輪齒數(shù)最低不能低于12，所以選取同步帶輪的齒數(shù)為56。計(jì)算同步帶理論節(jié)線長(zhǎng)度：同步帶輪節(jié)圓直徑：d1=d2=初選同步帶的中心距a0=500mm,L=2a0+d1表4.53M圓弧齒同步帶長(zhǎng)度系列同步帶的理論節(jié)線長(zhǎng)度1967.99mm不是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，查表4.5，接近該計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為1800mm，所以，最后選定同步帶的實(shí)際節(jié)線長(zhǎng)度為1800mm。確定實(shí)際中心距：a=a0+確定同步帶寬度：bs?bs0?式中：bs0：圓弧制同步帶標(biāo)準(zhǔn)帶寬，查表4.6取2KL：節(jié)線長(zhǎng)度系數(shù)，取1KZP0：基準(zhǔn)額定功率，查資料取0表4.6同步帶標(biāo)準(zhǔn)帶寬選取表型號(hào)3M5M8M14M20Mb692040115通過(guò)查閱資料，帶寬取15mm。最終，選用圓弧形同步帶。帶的尺寸如表4.7，帶的三維建模如圖4.3表4.7型號(hào)節(jié)距齒根厚齒高齒頂圓角半徑齒根圓角半徑3M31.781.220.870.3圖4.44.3X軸伺服電機(jī)伺服電機(jī)是用來(lái)驅(qū)動(dòng)X軸上的同步帶，是同步帶帶動(dòng)機(jī)械手沿著直線導(dǎo)軌在水平方向作直線運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)的選用要有一定的定位精度，因?yàn)闄C(jī)械手是抓取零件后放到點(diǎn)焊機(jī)上進(jìn)行多點(diǎn)點(diǎn)焊，所以對(duì)定位精度有較高的要求，在選用電機(jī)時(shí)要考慮這一點(diǎn)。伺服電機(jī)還要有一定的轉(zhuǎn)矩負(fù)載。4.3.1確定機(jī)構(gòu)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)、同步帶機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)這些機(jī)構(gòu)中都會(huì)用到伺服電機(jī)。在本次方案中在X軸上采用的是同步帶傳動(dòng)。負(fù)載重量：30kg帶輪直徑：53mm帶輪質(zhì)量：0.5kg4.3.2伺服電機(jī)選型計(jì)算負(fù)載部分的慣量：JL=同步帶機(jī)構(gòu)慣量+帶輪慣量J慣量比：初步選用松下MSMP系列200W電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JM=0.14JLJM=9<20最高速度：加減速時(shí)間為0.1s，勻速時(shí)間為0.8s,循環(huán)時(shí)間為2s，移動(dòng)距離為1.4m。V轉(zhuǎn)速：N=π?dVmax×60=57.83rmin所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000rmin移動(dòng)轉(zhuǎn)矩：Tf=PD2加速時(shí)轉(zhuǎn)矩：Ta=JL+減速時(shí)轉(zhuǎn)矩：Td=JL+所選電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為1.91N有效轉(zhuǎn)矩：T所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為0.64N·m大于0經(jīng)過(guò)計(jì)算，選用松下MSMD系列200W伺服電機(jī)。電機(jī)參數(shù)見(jiàn)表4.8。表4.8系列額定輸出功率適配驅(qū)動(dòng)器型號(hào)外形分類MSMD200WMADDT1207A型額定轉(zhuǎn)矩（N·m）最大轉(zhuǎn)矩（N·m）額定轉(zhuǎn)速（rmp）最高轉(zhuǎn)速（rmp）0.641.91300050005多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1Z軸直線導(dǎo)軌Z軸的直線導(dǎo)軌是用來(lái)保證機(jī)械手在垂直方向的直線運(yùn)動(dòng)，所以Z軸直線導(dǎo)軌的安裝方式為垂直放置，和懸掛式放置的直線導(dǎo)軌一樣，也是受到兩個(gè)方向的載荷，滑塊受到力的作用，也會(huì)產(chǎn)生力偶。所以，也要對(duì)每個(gè)滑塊進(jìn)行受力分析然后進(jìn)行計(jì)算。Z軸滑塊的受力分析如圖5.1所示：圖5.1P1=P2=mg+a×?P1T=P2T=mg+a×e2d由公式（4.1）（4.2）計(jì)算得：P：徑向受力為301KN；PT：側(cè)向受力4.52KN。根據(jù)受力分析進(jìn)行計(jì)算容許動(dòng)力矩：由（4.3）得：Mp=mg+a×d=80kg×（9.8+1.5m/s2）×0.3根據(jù)已知條件和工況系數(shù)計(jì)算壽命行程和額定動(dòng)載荷：基本額定載荷：由（4.4）得：C=式中：L為設(shè)計(jì)總壽命行程由（4.5）得：L=式中：L為設(shè)計(jì)總壽命行程l為工作行程，0.5mn為每分鐘往返次數(shù)，取每分鐘往返10次L?為設(shè)計(jì)總壽命時(shí)間,20000h選用HSR10RM型號(hào)的直線導(dǎo)軌，具體參數(shù)見(jiàn)表5.1。表5.1公稱型號(hào)外形尺寸基本額定載荷高度寬度長(zhǎng)度CC0HSR10RM1320311.96KN3.82KN直線導(dǎo)軌三維建模：圖5.25.2Z軸同步帶Z軸同步帶同樣選用圓弧形同步帶。Z軸是豎直放置的，所以同步帶的安裝方式也是水平放置，Z軸上的同步帶通過(guò)帶動(dòng)X軸在垂直方向上運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了垂直方向上的運(yùn)動(dòng)。5.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)負(fù)載：80kg運(yùn)行速度：0.5m/s加速時(shí)間：0.1s摩擦系數(shù)：0.1同步帶輪直徑：80mm5.2.2確定同步帶型號(hào)功率：由（4.6）（4.7）得F=μ?m?g+m?a=0.1×80kg×10P=F?v=480N×0.5同步帶輪轉(zhuǎn)速：由（4.8）得：n=設(shè)計(jì)功率Pd由（4.9）得：P由表4.2選取工況系數(shù)KA本設(shè)計(jì)中選取Ka=1.8，所以，Pd由圖4.2選取圓弧形同步帶型號(hào)，選取5M的圓弧形同步帶，節(jié)距Pb表5.25M圓弧形同步帶參數(shù)表帶型節(jié)距齒高齒頂圓角半徑齒根圓角半徑齒根厚齒形角帶高5M52.061.490.40-0.443.0514°3.80選取同步帶輪齒數(shù)：查閱資料得，5M同步帶輪齒數(shù)最低不能低于14，所以選取同步帶輪的齒數(shù)為56。計(jì)算同步帶理論節(jié)線長(zhǎng)度：同步帶輪節(jié)圓直徑：由（4.10）得：d初選同步帶的中心距a0=500mm,由（4.11）得：L=2經(jīng)過(guò)計(jì)算，同步帶的理論節(jié)線長(zhǎng)度1279mm，但是這不是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，查資料得，接近該計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為1270mm，所以，最后選定同步帶的實(shí)際節(jié)線長(zhǎng)度為1270mm。確定實(shí)際中心距：由（4.12）得：a=確定同步帶寬度：由（4.13）得：b式中：bs0：圓弧制同步帶標(biāo)準(zhǔn)帶寬，查表4.6KL：節(jié)線長(zhǎng)度系數(shù)，取1KZP0：基準(zhǔn)額定功率，查資料取0經(jīng)查閱資料，帶寬取40mm。最終，選用5M圓弧形同步帶。帶的尺寸如表5.3，帶的三維建模如圖5.2。表5.3型號(hào)節(jié)距齒根厚齒高齒頂圓角半徑齒根圓角半徑5M53.052.061.490.3圖5.25.3Z軸伺服電機(jī)5.3.1確定機(jī)構(gòu)在Z軸上采用的是同步帶傳動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手垂直方向上的運(yùn)動(dòng)，Z軸帶動(dòng)X軸和機(jī)械手，使機(jī)械手完成上下的運(yùn)動(dòng)，用來(lái)抓取焊接件。負(fù)載重量：80kg帶輪直徑：89mm帶輪質(zhì)量：0.5kg5.3.2伺服電機(jī)選型設(shè)計(jì)負(fù)載部分的慣量：由（4.14）得：JJ慣量比：初步選用松下MSMP系列200W電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J由（4.15）得：J最高速度：加減速時(shí)間為0.1s，勻速時(shí)間為0.8s,循環(huán)時(shí)間為2s，移動(dòng)距離為1.4m。V轉(zhuǎn)速：由（4.16）得：N=所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000rmin大于157移動(dòng)轉(zhuǎn)矩：由（4.17）得：T加速時(shí)轉(zhuǎn)矩：由（4.18）得：T減速時(shí)轉(zhuǎn)矩：由（4.19）得：T所選電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為1.91N有效轉(zhuǎn)矩：T所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為0.64N·m大于0.266N·m。經(jīng)過(guò)計(jì)算，選用與X軸相同的松下MSMP系列200W伺服電機(jī)。6多點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)焊裝置Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1Y軸直線導(dǎo)軌Y軸承載著Z軸和X軸，Y軸的直線導(dǎo)軌可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的前后運(yùn)動(dòng)，直線導(dǎo)軌的負(fù)載為150kg，滑塊數(shù)量設(shè)為2個(gè)，工作行程1.5m。Y軸直線導(dǎo)軌的受力分析如圖所示：圖6.1基本額定載荷：由（4.4）得：C=Pc=m?g2=750N式中：L為設(shè)計(jì)總壽命行程由（4.5）得：L=式中：L為設(shè)計(jì)總壽命行程l為工作行程，1.5mn為每分鐘往返次數(shù)，取每分鐘往返10次L?為設(shè)計(jì)總壽命時(shí)間,20000h（每天工作8小時(shí)）經(jīng)過(guò)計(jì)算得：基本額定動(dòng)載荷C=80668.05N。根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用HSR45R型號(hào)的直線導(dǎo)軌，參數(shù)見(jiàn)表6.1。表6.1公稱型號(hào)外形尺寸基本額定載荷高度寬度長(zhǎng)度CC0HSR45R708013982.2KN101KN直線導(dǎo)軌的三維建模：圖6.26.2Y軸同步帶Y軸同樣也是采用圓弧形同步帶的傳動(dòng)方式，Y軸是整個(gè)運(yùn)功裝置的最底端，承載上面兩個(gè)軸，并帶動(dòng)X、Z軸一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)Y軸同步帶的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手裝置就可以實(shí)現(xiàn)前后方向上的運(yùn)動(dòng)。6.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)負(fù)載：150kg運(yùn)行速度：0.5m/s加速時(shí)間：0.1s摩擦系數(shù)：0.1同步帶輪直徑：80mm6.2.2確定同步帶型號(hào)功率：由（4.6）（4.7）得：F=μ?m?g+m?a=0.1×150kg×10P=F?v=900N×0.5同步帶輪轉(zhuǎn)速：由（4.8）得：n=設(shè)計(jì)功率Pd由（4.9）得：P本設(shè)計(jì)中選取Ka=1.8，所以，P選取8M的圓弧形同步帶，節(jié)距Pb表6.28M圓弧形同步帶參數(shù)表帶型節(jié)距齒高齒頂圓角半徑齒根圓角半徑齒根厚齒形角帶高8M83.362.460.64-0.765.1514°6.00選取同步帶輪齒數(shù)：查資料得，8M同步帶輪齒數(shù)最低不能低于22，所以選取同步帶輪的齒數(shù)為56。計(jì)算同步帶理論節(jié)線長(zhǎng)度：同步帶輪節(jié)圓直徑：由（4.10）得：d初選同步帶的中心距a0=500mm,由公式（4.11）得：L=2表6.38M圓弧齒同步帶長(zhǎng)度系列同步帶的理論節(jié)線長(zhǎng)度1447.76mm不是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，查表6.3，接近該計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為1440mm，所以，最后選定同步帶的實(shí)際節(jié)線長(zhǎng)度為1440mm。確定實(shí)際中心距：由（4.12）得：a=確定同步帶寬度：由（4.13）得：b式中：bs0：圓弧制同步帶標(biāo)準(zhǔn)帶寬，查表4.6取2KL：節(jié)線長(zhǎng)度系數(shù)，取1KZP0：基準(zhǔn)額定功率，查資料取0所以，帶寬取20mm。同步帶的基準(zhǔn)額定功率：同步帶的基準(zhǔn)額定功率為0.12KW。最終，選用8M圓弧形同步帶。帶的尺寸如表6.4，帶的三維建模如圖6.2。表6.4型號(hào)節(jié)距齒根厚齒高齒頂圓角半徑齒根圓角半徑8M85.153.362.460.64圖6.36.3Y軸伺服電機(jī)6.3.1確定機(jī)構(gòu)在Y軸上采用的是同步帶傳動(dòng)。所以，Y軸上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)Y軸上的同步帶帶動(dòng)工件進(jìn)行前后方向的運(yùn)動(dòng)，工件沿著直線導(dǎo)軌進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手前后方向上的運(yùn)動(dòng)。負(fù)載重量：150kg帶輪直徑：80mm帶輪質(zhì)量：0.5kg6.3.2伺服電機(jī)選型計(jì)算負(fù)載部分的慣量：由（4.14）得：JJ慣量比：初步選用松下MSMP系列750W電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J由（4.15）得：J最高速度：加減速時(shí)間為0.1s，勻速時(shí)間為0.8s,循環(huán)時(shí)間為2s，移動(dòng)距離為1.4m。V轉(zhuǎn)速：由（4.16）得：N=所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000rmin移動(dòng)轉(zhuǎn)矩：由（4.17）得：T加速時(shí)轉(zhuǎn)矩：由（4.18）得：T減速時(shí)轉(zhuǎn)矩：由（4.19）得：T所選電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為1.91N·m大于加速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，所以符合設(shè)計(jì)要求。有效轉(zhuǎn)矩：T所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為0.64N?m大于0經(jīng)過(guò)計(jì)算，選用松下MSMD系列750W伺服電機(jī)。表6.5電機(jī)參數(shù)系列額定輸出功率適配驅(qū)動(dòng)器型號(hào)外形分類MSMD750WMCDDT3520C型額定轉(zhuǎn)矩（N·m）最大轉(zhuǎn)矩（N·m）額定轉(zhuǎn)速（rmp）最高轉(zhuǎn)速（rmp）2.47.1300050007總結(jié)最終結(jié)果如下：自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)分析，主要從進(jìn)給系統(tǒng)著手，可以滿足自動(dòng)焊接要求，并可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可加工性強(qiáng)。本次設(shè)計(jì)仍有很多缺陷與不足之處，比如，同步帶的設(shè)計(jì)不完善，加工零件不能調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度等，加工面單一等等，仍有很多改進(jìn)之處。通過(guò)這次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)的一些基本流程，對(duì)于本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)，先確定需要抓取的零件的質(zhì)量，然后就是對(duì)機(jī)械手夾持力的選擇校核，然后就是對(duì)機(jī)械手進(jìn)行選型，本次設(shè)計(jì)選擇的臺(tái)灣亞德客公司生產(chǎn)的HFD系列氣缸機(jī)械手。本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)三軸機(jī)械手，有XYZ軸。三個(gè)軸分別控制三個(gè)方向，Z軸控制的機(jī)械手上下方向的運(yùn)動(dòng)，X軸控制的是左右方向的運(yùn)動(dòng)，Y軸控制的是機(jī)械手前后方向的運(yùn)動(dòng)。由此，機(jī)械手就實(shí)現(xiàn)了三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)軸上的傳動(dòng)方式采用的是同步帶傳動(dòng)，同步帶的選用的是圓弧形同步帶，同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算主要有功率的計(jì)算，帶長(zhǎng)的計(jì)算，帶寬的選擇，節(jié)線長(zhǎng)度的計(jì)算，同步帶輪齒數(shù)的計(jì)算等等，完成同步帶的選型之后，確定驅(qū)動(dòng)同步帶的電機(jī)的型號(hào)，本次設(shè)計(jì)采用的是伺服電