第第頁(yè)濾膜的鍍覆工藝和機(jī)器人方案擬定分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u23041濾膜的鍍覆工藝和機(jī)器人方案擬定分析案例 128791.1微孔濾膜鍍覆過(guò)程 145971.2SCARA機(jī)械臂的設(shè)計(jì) 3222601.1.1工作空間位置及機(jī)械臂基本尺寸設(shè)計(jì) 3172161.1.3材料選擇 5144461.1.4電機(jī)的選型 61.1微孔濾膜鍍覆過(guò)程在連續(xù)的鍍覆過(guò)程中機(jī)械臂需要完成以下動(dòng)作：1）從存放被鍍件的插槽中夾取一片被鍍件，如下圖1.1.1所示。本工藝采用的掛具為不銹鋼疊環(huán)，以此來(lái)固定不銹鋼網(wǎng)保證其在操作中不變型且鍍鎳均勻。圖1.1.1被鍍件2）夾取被鍍件，將其盛有放入0.5%磷酸三鈉（Na3PO4·12H2O）水溶液的超聲波水槽中對(duì)被鍍件進(jìn)行除油操作。除油操作所需的時(shí)間可以根據(jù)被鍍件實(shí)際受污染程度進(jìn)行調(diào)整。本流程中取平均值：2-3分鐘。同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)和攪拌，目的在于使被鍍件上被除取的污染雜質(zhì)及時(shí)脫落，從而使被鍍件得到更好的除油效果。3）在除油操作結(jié)束之后，立刻夾取被鍍件進(jìn)入盛有60~70℃的熱蒸餾水燒杯中，對(duì)被鍍件進(jìn)行充分的水洗，機(jī)械爪同時(shí)需進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和攪拌操作。時(shí)間為2分鐘。4)結(jié)束再熱蒸餾水中的水系操作之后，夾取被鍍件進(jìn)入盛有冷蒸餾水的燒杯中再次進(jìn)行同樣的水洗操作。時(shí)間也為2分鐘。5)在除油和水洗操作之后，不銹鋼絲網(wǎng)的保護(hù)層難免會(huì)被破壞并引起銹蝕，所以還需要對(duì)其進(jìn)行除銹操作。因?yàn)椴讳P鋼網(wǎng)非常細(xì)薄，強(qiáng)酸的除銹可能會(huì)導(dǎo)致被鍍件的再次腐蝕并在空氣中快速氧化。所以本流程中使用體積比為1：2的稀鹽酸進(jìn)行除銹操作。夾取被鍍件進(jìn)入盛有稀鹽酸（HCL）的燒杯中，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和攪拌，本操作持續(xù)5分鐘（在不銹鋼網(wǎng)停止冒泡之后繼續(xù)浸泡2-3分鐘）。6)為了防止除銹之后被鍍件的再次氧化，需要被鍍件立刻在冷蒸餾水中水洗。因此在完成上一步操作后夾取被鍍件快速進(jìn)入盛有冷蒸餾水的燒杯中進(jìn)行攪拌。時(shí)間為1-2分鐘。7)夾取被鍍件進(jìn)入盛有鹽酸-氯化鎳的玻璃水槽中進(jìn)行化學(xué)預(yù)鍍鎳操作。因?yàn)椴讳P鋼是一種表面非常易鈍化的金屬，化學(xué)鍍鎳是這層致密的氧化膜可能會(huì)影響到不銹鋼絲網(wǎng)與鍍層之間的結(jié)合力，而且不銹鋼本來(lái)就屬于難以被鍍覆的基體，所以在進(jìn)行化學(xué)鍍鎳操作之前必須先對(duì)其進(jìn)行預(yù)鍍鎳操作。在本流程中采用化學(xué)活化-預(yù)鍍鎳一步法，首先將被鍍件夾取進(jìn)入鹽酸-氯化鎳溶液中浸泡10分鐘，為了使不銹鋼絲網(wǎng)表面被槽液中的鹽酸充分侵蝕，之后進(jìn)行陰極的預(yù)鍍鎳。采用鎳板作為陽(yáng)極材料，陰極預(yù)鍍鎳的時(shí)間平均為2-3分鐘。完成此預(yù)鍍鎳操作后被鍍件的表面會(huì)被鍍上一層極薄的鎳層，在之后的化學(xué)鍍鎳中即可達(dá)到化學(xué)鍍鎳基體和鍍層之間的結(jié)合力牢固需求。8)完成上一步操作之后立刻夾取被鍍件進(jìn)入已加熱至88℃的化學(xué)鍍鎳槽中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳操作。本流程中可不必進(jìn)行水洗，使用JMX-301EN全光亮中磷化學(xué)鍍鎳-磷合金濃縮液進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。時(shí)間為5分鐘9)最后將被鍍件夾至起始的插槽，放下已鍍件。從被鍍件插槽中夾取一片新的待鍍件進(jìn)行以上操作直至插槽中的不銹鋼絲網(wǎng)全部完成鍍覆。1.2SCARA機(jī)械臂的設(shè)計(jì)1.1.1工作空間位置及機(jī)械臂基本尺寸設(shè)計(jì).本項(xiàng)目的工作場(chǎng)地為實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)柜的規(guī)格。同時(shí)用來(lái)盛放鍍膜所需的化學(xué)試劑的容器及特殊設(shè)備的尺寸固定，所以需要根據(jù)實(shí)際情況合理的安排各部件的空間擺放位置。初步規(guī)劃擺放位置如下圖1.1.1所示：圖1.1.1工作空間規(guī)劃布局其中500ml的燒杯高為120mm，直徑88mm，1000ml的燒杯高為160mm，直徑105mm，玻璃水槽高為110mm，直徑210mm，超聲波水槽尺寸為175x100x125mm，超級(jí)恒溫水槽尺寸為440x325x210mm。各容器盛圓周排布，間隔60°。此空間位置方案可充分利用通風(fēng)柜的空間1000×800×600，且能充分體現(xiàn)SCARA機(jī)器人的靈活特性。并且由此空間規(guī)劃方案可進(jìn)一步大致的確定機(jī)械臂的尺寸，根據(jù)方案排布圖可知機(jī)械臂的工作半徑應(yīng)為300-450mm。根據(jù)各容器的尺寸可知，機(jī)械臂的z軸行程應(yīng)該至少有210mm。1.1.2SCARA機(jī)械臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械臂使由數(shù)個(gè)連桿和關(guān)節(jié)組成的運(yùn)動(dòng)鏈，關(guān)節(jié)一般被分為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和平動(dòng)關(guān)節(jié)兩種類型。而本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的SCARA機(jī)械臂是由三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)平動(dòng)關(guān)節(jié)組成的平面四關(guān)節(jié)圓柱結(jié)構(gòu)機(jī)械臂。SCARA機(jī)械臂是由一個(gè)底座、大臂、小臂、末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成基本開鏈結(jié)構(gòu)。由微孔濾膜的鍍覆過(guò)程可見，機(jī)械臂需要具備X，Y，Z軸的正反方向移動(dòng)的能力，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要能夠完成夾取動(dòng)作并可以在夾取的同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)完成水平的擺動(dòng)?；赟CARA機(jī)械臂的基本結(jié)構(gòu)和實(shí)際鍍覆任務(wù)的工作條件，本文預(yù)設(shè)了兩種結(jié)構(gòu)方案：1）對(duì)該方案解釋不夠詳細(xì)：如有幾個(gè)關(guān)節(jié)和連桿組成，如何配合可實(shí)現(xiàn)哪些鍍覆工藝等等。將垂直升降單元安置在大臂與小臂的關(guān)節(jié)處如下圖1.1.1所示：圖1.1.1機(jī)械臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖O2處為升降和旋轉(zhuǎn)單元，將升降關(guān)節(jié)放置于此的優(yōu)點(diǎn)在于大臂的重量可從所需升降的部分中剔除，即只需升降小臂及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以升降運(yùn)動(dòng)的的速度和平穩(wěn)性將可以得到很大的提升。而且由于主軸固定，所以機(jī)械臂整體的穩(wěn)定性也得到了提升。但是另一方面，升降和旋轉(zhuǎn)單元置于一處會(huì)使O2關(guān)節(jié)處的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而由于升降機(jī)構(gòu)偏離軸心導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩增加，同時(shí)造成了整體的體積增大。2）將升降裝置安置在主軸。如下圖1.1.2所示：圖1.1.2機(jī)械臂升降此方案可使整體對(duì)主軸扭矩大幅減少，提高機(jī)械臂整體的穩(wěn)定性，同時(shí)減少機(jī)械臂的體積，提高機(jī)械臂的靈活性，增加機(jī)械臂的工作空間，并且整體外觀也更加美觀。因此本項(xiàng)目采用該方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。本方案的基本結(jié)構(gòu)由以下部分組成：底座、升降臂、大臂、小臂和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（機(jī)械爪）構(gòu)成。主軸與底座之間的關(guān)節(jié)1控制整體的旋轉(zhuǎn)，主軸上安裝絲杠電機(jī)構(gòu)成升降裝置，大臂與小臂之間構(gòu)成旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2，小臂與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3，用于執(zhí)行末端機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)攪拌動(dòng)作。1.1.3材料選擇由于被鍍件不銹鋼絲網(wǎng)尺寸小且質(zhì)量輕，所以工作載荷很小，主要的載荷來(lái)自機(jī)械臂自身的質(zhì)量。所以在材料選擇上盡量選擇材質(zhì)較輕，方便裝配且成本相對(duì)較低的材料作為機(jī)械臂的構(gòu)成。根據(jù)上述條件，本項(xiàng)目擬采用鋁合金1060H作為機(jī)械臂的材料。鋁合金的密度小質(zhì)量輕，但是在強(qiáng)度和剛度明顯滿足本鍍膜工藝流程的需求，同時(shí)方便裝配且價(jià)格相對(duì)低廉。1.1.4電機(jī)的選型由于被鍍件的體積小且質(zhì)量極輕，故工作載荷非常小。已知鋁合金的密度為1.82g/cm3，大臂小臂的長(zhǎng)寬高，故整體質(zhì)量約為3-4kg（按實(shí)心計(jì)算，實(shí)際重量遠(yuǎn)小于該估值）。并且因?yàn)闄C(jī)械臂關(guān)節(jié)的動(dòng)作均需要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)完成，所以選擇適合的電機(jī)是非常重要的。同時(shí)鍍覆要求機(jī)械臂的動(dòng)作精確快速，所以根據(jù)機(jī)械臂工作載荷、運(yùn)動(dòng)速度、大概尺寸、采購(gòu)成本等要求，參考實(shí)驗(yàn)室機(jī)械臂的電機(jī)和網(wǎng)上信息，本項(xiàng)目選取LDX-218型舵機(jī)作為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)。對(duì)于其他類型的電機(jī)來(lái)說(shuō)，直流伺服電機(jī)雖然可以較為準(zhǔn)確快捷的調(diào)整速度，但是在低速的條件下動(dòng)態(tài)特性較差，輸出的扭矩過(guò)小，而且尺寸較大不適合裝配在此機(jī)械臂上。而交流伺服電機(jī)雖然體積小重量輕且輸出足夠的優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格過(guò)高。而舵機(jī)具有信號(hào)響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、扭矩大、成本低等