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1、编号： 毕业设计说明书题 目： XYZ直角坐标机械手的 机械结构设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 黄显昌 学 号： 1100110210 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 张旭 职 称： 实验师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2015年5月27 日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸摘 要在当今制造业迅速发展的年代，为了提高企业的生产效率，增加企业的经济效益，企业家们开始把目光和战略放到机械自动化上，力求能大量的使用自动化设备。目前自动化设备已经遍布企业的生产线。其中最为典型的自动化机械手。为了满足社会工业的需
2、求，人们开始研究设计更为先进的机械手。从另外的一个角度上，也可以这么认为，一个国家的机械手技术水平的先进程度和对机械手的应用广泛程度，体现出了一个国家目前的工业发达程度。本文通过概述机械手，介绍XYZ直角坐标机械手，说明了本次要设计怎么样的机械手结构。文中有三个直线运动模块的详细设计过程，包括电动机的选择计算，滚珠丝杠副还有滚动导轨的型号的选择，滚动轴承的选择，弹性联轴器的选择，轴承座的设计，电机安装座的设计选择，机架的设计，以及机械零件的相关指标的校核。零件的相关指标的校核包括，丝杆的刚度、使用寿命许用转速等的校核，滚动轴承载荷的校核，使用寿命的校核，导轨的使用寿命等校核。文中还详细介绍了一
3、个非标准零件的工艺，包括详细的尺寸设计加工工艺过程，即为从毛坯到形成所需零件的详细加工过程。零件的热处理工艺过程，包括正火，回火，调制处理等。最终就是要实现设计一个能升降运动，左右移动，前后移动的XYZ直角坐标机械手的机械结构。机械手结构的设计不仅要能满足机械手的基本运动，还要能满足机械手的高定位精度，高移动精度。且其外形还要体积小，外形美观。关键词：机械手；电动机；滚珠丝杠副AbstractIn todays era of rapid development of manufacturing industry, entrepreneurs have begun to focus their
4、eyes and strategies on mechanical automation, strive to use a lot of automation equipment, in order to improve the production efficiency and the economic benefits. Nowadays the automation equipment has been spread all over the production lines of enterprises, especially the automated. Due to meet th
5、e needs of the social industry, people begin to design more advanced s. From another perspective, the industrial level of a country depend on its manipulator technology and the extensive degree of manipulator application.An overview of robot is outlined, its XYZ rectangular coordinate is introduced,
6、 and the mechanical structure of the manipulator is described. The design process of three linear motion modules is detailed, including the selection calculation of the motor, type selection of the ball screw pair and the rolling guide, the selection of rolling bearing, the selection of flexible cou
7、pling, the design of bearing base, the design of motor mounting base, the design of the frame, and the check of the related indexes of machine parts. The check contains the stiffness of the guide screw, the allowable speed among the working life, the load of rolling bearing, the working life of guid
8、e screw. The process of a non-standard part is detailed, including the dimension design, the machining process from the rough to required part. The heat process contains normalizing, tempering, modulation processing.All the above work is aimed at designing a XYZ rectangular coordinate manipulator wh
9、ich can move up and down, move left and right, move forward and backward. The design of the structure must meet not only the basic movement but also the high locating and move accuracy. The manipulator must have the small volume and a beautiful appearance.Key words: manipulator; motor; ball screw引言1
10、1 ZYZ直角坐标机械手方案设计21.1本次设计的机械手21.2 本次设计的重点21.3 设计的机械手的外观结构三维图21.4 设计总体方框图32 Z轴运动模块的设计42.1滚珠丝杠的设计42.1.1 右旋磨制丝杠42.1.2最大载荷的计算42.1.3丝杠静载荷的计算62.1.4 丝杠副dn值的校验62.1.5 丝杠临界转速进行校核62.1.6螺杆强度校核72.1.7刚度的校核82.1.8丝杠的效率校核82.2滚动轴承的选择与校核92.2.1径向外载荷的计算Fr92.2.2计算轴向外载荷Fa92.2.3轴承支反力的计算92.2.4计算角接触轴承的派生轴向力92.2.5轴承所受轴向载荷102.2
11、.6计算轴承所受当量载荷Pr102.2.7基本额定动载荷C112.2.8选定轴承112.2.9轴承寿命Ln的校核112.3设计滚动轴承座112.4联轴器的选择与校核122.5步进电机的选择132.6导向机构的设计选择142.6.1计算滚动直线导轨的额定寿命152.6.2丝杠导轨的连接件152.6.3导轨的润滑162.7电机安装座172.8 Z轴运动模块连接架173 X轴运动模块的设计183.1滚珠丝杠的设计183.1.1滚珠丝杠副的特点183.1.2滚珠丝杆运动副基本参数及校核183.1.3刚度的校核263.2滚动轴承的选则与校核263.2.1径向外载荷Fa273.2.2选定轴承型号293.2
12、.3轴承寿命Ln的校核293.3滚动轴承座的设计293.4联轴器的选择与校核303.5电机的选择313.5.1电机所需基本参数313.5.2运动所需功率323.5.3计算丝杠转矩323.6导向机构的设计选择323.6.1滚动直线导轨的额定寿命333.6.2丝杠导轨连接件333.6.3导轨的润滑343.7电机安装座的设计353.8 X轴运动模块机架设计353.9 横梁的校核354 Y轴运动模块的的设计364.1滚珠丝杠的设计364.1.1滚珠丝杆基本参数及其校核364.1.2刚度的校核424.2滚动轴承的选则与校核434.2.1径向外载荷Fa434.2.2轴承支反力的计算434.2.3角接触轴承
13、的派生轴向力444.2.4轴承所受轴向载荷444.2.5轴承所受当量载荷Pr444.2.6基本额定动载荷C454.2.7轴承的选定454.2.8轴承寿命的校核454.3滚动轴承座的设计454.4联轴器的选择与校核464.5电机的选择474.6导向机构的设计选择485.6.1滚动直线导轨的额定寿命494.6.2导轨连接件494.6.3导轨的润滑504.7电机安装座的设计514.8 Y轴运动模块连接架设计515 非标准件零件的工艺设计526 结论53谢 辞54参考文献55桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第58页 共56页引言现在的社会是自动化的机械代替人工工作的时代，机械工作效率高，成本
14、比人工工作低，已经在大部分领域广泛应用推广。一个操作工人可以控制3到6台机器，工作安全性很高。现在大部分的自动化机构都运用到机械手结构，比如摘果机械手，自动上料机等等。XYZ直角坐标机械手，现在基本上是应用在自动化设备上的，可精确定位，一般用在高速高精度的工作环境，用来重复搬运；或者用来点胶，也可涂胶，也可焊接，甚至装配、检测、封装、剁码，锁螺丝当然也可以。在制造方面，它制造成本相当的低，它系统结构简单，只有控制系统，驱动系统，机械系统和操作工具。使用灵活，功能多，根据操作工具的不同，使用功能不同。可靠性高、速度快、精度高，可以代替人工，提高生产效率，稳定产品质量。它可以24小时在高温等恶劣环境下不停歇地工作，如果有故障，维修也很方便。近年来，世界及我国电子技术特别是电子计算机得到很快地技术提升，应用更加广泛，机器人的研究制造与改良和生产顿时成为高技术领域的一门新兴技术，且其发展迅速，它也就促进了机械手的进一步发展，所以机械手现在能更好地实现机械化和自动化。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把传统的机床设备加上机械手即可共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它在适中、小批量生产中特别受欢迎，通过机械手的应用
