檢測(cè)工作臺(tái)精密定位機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

編號(hào)：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書(shū)題目：檢測(cè)工作臺(tái)精密定位機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：機(jī)械電子工程學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：姓名：職稱(chēng)：2013年5月26日摘要隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，現(xiàn)代化高科技產(chǎn)品向著細(xì)小化、智能化、集成化發(fā)展，因而微小零件在工業(yè)上需求越來(lái)越大，和對(duì)微小零件的質(zhì)量要求也不斷提高，所以對(duì)微小零件的檢測(cè)方法的探究越來(lái)越引起人們的注意。對(duì)零件精密測(cè)量是現(xiàn)代科技領(lǐng)域最為關(guān)鍵和共性的基礎(chǔ)技術(shù)之一，在尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中占有極其重要的地位。其中在微小零件中，螺釘在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用非常廣，幾乎所有的機(jī)械都有螺釘；螺釘廣泛應(yīng)用于連接、固定等，具有重要的作用，是我們生活、生產(chǎn)中不可缺少的一部分。所以螺釘?shù)馁|(zhì)量直接關(guān)系到與它相關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量，從而對(duì)螺釘?shù)臋z測(cè)就顯得越來(lái)越重要。光電測(cè)量以其非接觸、高精度和快速性等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量。對(duì)微小零件的外形尺寸進(jìn)行光電自動(dòng)檢測(cè)，需要對(duì)微小零件進(jìn)行精密定位，其定位精度直接決定了檢測(cè)精度、檢測(cè)速度和自動(dòng)化程度。本文主要研究基于光電開(kāi)關(guān)技術(shù)下對(duì)螺釘在工作臺(tái)上的定位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)螺釘外形尺寸光電自動(dòng)檢測(cè)。在本文中，首先，依據(jù)零件在工作臺(tái)上的功能要求，分析情況，選出符合要求的機(jī)構(gòu)方案；接著對(duì)所選的方案進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括導(dǎo)軌、電機(jī)、絲桿、軸承、機(jī)械手等選擇；最后對(duì)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：檢測(cè)；機(jī)械設(shè)計(jì)；步進(jìn)電機(jī)；控制

AbstractWiththeconstantprogressofscienceandtechnology,modernhigh-techproductsturntowardssmall,intelligent,integrateddevelopment.Therefore,thesmallpartsdemandisbiggerandbiggerinindustry,andthequalityforsmallpartsisalsorequiredtoimproveconstantly.Sopeopletakemoreandmoreattentiontotheresearchoftestingmethodonsmallparts.Precisionmeasurementforthepartsisoneofthekeyandcommonfoundationtechnologiesinmodernscience,anditoccupiesanextremelyimportantpositioninindustrialproductionandscientificresearch.Amongthesmallparts，thescrewiswidelyusedinourdailylife.Youcanseethescrewsinalmostallthemachinery.Thescrewiswidelyusedinconnection,fixinganditlikes.Itisanindispensablepartinourlifeandproduction.Sothescrewqualityisdirectlyrelatedtothequalityoftheproductsassociatedwithit，thenthedetectionforthescrewbecomesmoreandmoreimportant.Photoelectricmeasurementiswidelyusedinallkindsofmeasurementswithitsnon-contact,highprecisionandrapiditycharacteristics.Thephotoelectricautomaticdetectionforthedimensionofsmallpartsneedstheprecisionpositioningoftinyparts,andItspositioningaccuracydirectlydeterminesthedetectingprecision,speedandthedegreeofautomation.Thispapermainlystudiesthelocationforthescrewontheworkbench,whichisbasedonthephotoelectricswitchtechnology,soitcanrealizethephotoelectricautomaticdetectionforthescrewdimension.Inthisarticle,firstly，theinstitutionalprogramsthatmeetstherequirementsmustbeselectoutaccordingtothefunctionalrequirementsofpartsonthetableandtheanalyzingthesituation.Andthenthemechanicalsystemselectedshouldbedesigned,includingitsselectingguiderail,motor,wirerod,bearings,manipulator,etc.Finally,thecontrolsystemwillbeanalyzed.Keywords:Detection；Mechanicaldesign；Steppermotor；Control目錄1引言 11.1課題研究的背景 11.2課題研究目的和意義 11.3研究的任務(wù) 22總體方案選擇 22.1機(jī)械部分總方案 22.2控制部分的總方案 32.2.1PLC特點(diǎn) 3單片機(jī)特點(diǎn) 4方案選用 42.3送料機(jī)構(gòu)方案選擇 42.4夾具機(jī)構(gòu)選擇 5方案選擇 5材料選擇 93機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 103.1工作臺(tái)面外形設(shè)計(jì) 113.2導(dǎo)軌選擇 123.3絲杠選擇、計(jì)算 16絲桿選擇 16滾珠絲杠計(jì)算 173.4電機(jī)選擇 18電機(jī)類(lèi)型 18工作臺(tái)電機(jī)選擇 19出料機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 22夾具機(jī)構(gòu)的電機(jī)選擇 233.5聯(lián)軸器的選用 243.6軸承選擇 243.7機(jī)械手設(shè)計(jì) 254控制系統(tǒng)分析 274.1單片機(jī)選擇 284.2控制過(guò)程 305結(jié)論 31謝辭 32參考文獻(xiàn) 33附錄 341引言隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,在航天技術(shù)、計(jì)量科學(xué)技術(shù)、微電子工程、精密工程、生物工程、光學(xué)與光電子工程、納米科學(xué)與技術(shù)等領(lǐng)域中,儀器和設(shè)備越來(lái)越細(xì)小化、智能化,對(duì)微小零件的檢測(cè)要求越來(lái)越高，因此要求在線(xiàn)檢測(cè)平臺(tái)對(duì)零件的精密定位要求越來(lái)越高，以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。本章從現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)零件的檢測(cè)情況入手，分別主要介紹現(xiàn)在工業(yè)上對(duì)微小零件的檢測(cè)發(fā)展概況和本課題研究的內(nèi)容和意義。1.1課題研究的背景產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)是工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，檢測(cè)的效率和質(zhì)量直接影響到公司的效益和產(chǎn)品的最終質(zhì)量。當(dāng)今世界，提高檢測(cè)效率已成為制造業(yè)面臨的一個(gè)重大課題，檢測(cè)技術(shù)也隨之掀起了不斷革新的浪潮。在這種注重自動(dòng)高速精確檢測(cè)的創(chuàng)新前提下，對(duì)測(cè)量?jī)x器行業(yè)也提出了更高的要求，即量?jī)x產(chǎn)品必須實(shí)現(xiàn)高速、高精度和系統(tǒng)化，而且必須與自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相對(duì)應(yīng)，同時(shí)應(yīng)進(jìn)一步提高對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)。比如在過(guò)去，一些零配件尺寸的檢測(cè)，很多產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)都是靠人工來(lái)完成，所以在過(guò)去工廠(chǎng)的生產(chǎn)流水線(xiàn)需要數(shù)以百計(jì)的檢測(cè)工人，這樣的檢測(cè)方法給工廠(chǎng)增加了工人的勞務(wù)成本和管理成本，但是仍然無(wú)法保證100%地選擇出次品率。當(dāng)前，制造業(yè)省人化、自動(dòng)化趨勢(shì)進(jìn)展迅猛異常，生產(chǎn)的效率原來(lái)越高，對(duì)于用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)零件，尤其是微小的零件，由于零件的外形和尺寸都很小，很難用人工進(jìn)行檢測(cè)，再加上效率和效益底下，因此這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到生產(chǎn)的要求。因此，越來(lái)越需要研究出一些快速而又準(zhǔn)確的方法來(lái)對(duì)微小零件的質(zhì)量進(jìn)程檢測(cè)。所以，本課題是基于在精密工作臺(tái)上對(duì)螺釘進(jìn)行精確定位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)小螺釘小零件的外形進(jìn)行檢測(cè)。1.2課題研究目的和意義目前,國(guó)內(nèi)大多數(shù)螺釘生產(chǎn)企業(yè)還只能采用抽檢方式對(duì)螺釘進(jìn)行尺寸檢測(cè),即抽取部分螺釘用卡尺或光學(xué)放大儀測(cè)量其尺寸。對(duì)于有全檢要求的螺釘，企業(yè)不得不使用大量人力進(jìn)行手工篩選。對(duì)于大批量生產(chǎn)、尺寸較小的螺釘,人工檢測(cè)相當(dāng)困難和繁瑣，耗時(shí)費(fèi)力,且存在許多技術(shù)漏洞,檢測(cè)精度不高,難以保證螺紋質(zhì)量。隨著定位技術(shù)的飛速發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外有很多精密的微動(dòng)平臺(tái)，如壓電式的微動(dòng)平臺(tái)、xyz三自由度精密工作臺(tái)、柔性鉸鏈?zhǔn)蕉S微動(dòng)平臺(tái)。其中，在這些精密工作臺(tái)中，有相當(dāng)一部分就是采用精密絲桿進(jìn)行傳動(dòng)、用光柵或壓電式進(jìn)行精密定位。針對(duì)螺釘尺寸檢測(cè)現(xiàn)狀，我們探討在利用這些精密工作臺(tái)能實(shí)現(xiàn)精密定位的基本功能上，在利用光電開(kāi)關(guān)、單片機(jī)系統(tǒng)等一些工具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化光電非接觸式螺釘在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采樣精密絲桿進(jìn)行傳動(dòng)，利用光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行對(duì)螺釘零件的定位；在檢測(cè)中該系統(tǒng)將才CCD和數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用于螺釘?shù)拇笈繖z測(cè),對(duì)螺釘?shù)母鱾€(gè)尺寸參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)在線(xiàn)測(cè)量,并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各參數(shù)檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn),自動(dòng)完成對(duì)螺釘?shù)脑诰€(xiàn)篩選,并統(tǒng)計(jì)出檢測(cè)數(shù)量、不合格數(shù)、合格率等檢測(cè)數(shù)據(jù)。該檢測(cè)技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)螺釘?shù)脑诰€(xiàn)檢測(cè),而且測(cè)量速度快，精度高，代表了螺紋檢測(cè)的發(fā)展方向,具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。1.3研究的任務(wù)對(duì)零件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，那么工作臺(tái)具有精密傳動(dòng)和準(zhǔn)確定位是實(shí)現(xiàn)對(duì)零件精密定位的關(guān)鍵部分，所以本設(shè)計(jì)旨在探求主要內(nèi)容有：（1）課題的調(diào)研、資料的獲取、有關(guān)知識(shí)的準(zhǔn)備等，了解檢測(cè)工作臺(tái)精密定位的基本知識(shí)；了解檢測(cè)工作臺(tái)精密定位系統(tǒng)基本構(gòu)成，選取合適的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制方案；（3）學(xué)習(xí)Solidworks或PRO/E三維軟件，掌握三維建模技術(shù)，對(duì)檢測(cè)工作臺(tái)精密定位系統(tǒng)進(jìn)行建模；（4）了解和掌握檢測(cè)工作臺(tái)精密定位系統(tǒng)控制電路，并進(jìn)行分析。2總體方案選擇本設(shè)計(jì)的工作臺(tái)要能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，要具備對(duì)零件實(shí)現(xiàn)精密定位的性質(zhì)，所以該系統(tǒng)中既要有工作臺(tái)的基本部分，包括電機(jī)、絲桿、導(dǎo)軌、聯(lián)軸器、軸承等；同時(shí)也要有能實(shí)現(xiàn)定位功能的控制部分，它可以是基于PLC為核心的控制，也可以是基于單片機(jī)下控制系統(tǒng)，由于系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)定位，所以必須還要有光電開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)；考慮到這是一個(gè)完整的系統(tǒng)，那么就必須有送料機(jī)構(gòu)和出料機(jī)構(gòu)以及在對(duì)螺釘檢測(cè)中實(shí)現(xiàn)對(duì)螺釘進(jìn)行固定的機(jī)構(gòu)以便實(shí)現(xiàn)精密的檢測(cè)。2.1機(jī)械部分總方案綜合該檢測(cè)工作臺(tái)精密定位機(jī)械系統(tǒng)的總體要求，可以初步得到該系統(tǒng)機(jī)械部分的基本構(gòu)成為：圖2-1機(jī)械總方案注釋?zhuān)汗ぷ髋_(tái)上是有夾緊螺釘?shù)膴A具機(jī)構(gòu)該系統(tǒng)的執(zhí)行步序如下：（1）工作臺(tái)向右運(yùn)到行程開(kāi)關(guān)處，由于行程開(kāi)關(guān)的作用，工作臺(tái)停止在此處；（2）由送料機(jī)構(gòu)送料螺釘，螺釘在進(jìn)入工作臺(tái)上的夾緊機(jī)構(gòu)，此時(shí)夾緊機(jī)構(gòu)動(dòng)作，把螺釘固定??；（3）接下來(lái)就是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，在絲桿的傳動(dòng)下，工作臺(tái)面進(jìn)行向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到光電開(kāi)關(guān)處，由于光電開(kāi)關(guān)作用，工作臺(tái)停止下來(lái)；（4）CCD檢測(cè)鏡頭對(duì)螺釘進(jìn)行拍照和數(shù)據(jù)傳輸給后續(xù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較，比較完之后，給出螺釘質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)，從而在此驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使得工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)；（5）工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)到行程開(kāi)關(guān)處，就會(huì)停下來(lái)，那么此時(shí)出料機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，把檢測(cè)好的螺釘按照質(zhì)量的好壞給拿走到具體的收集箱中；（6）在螺釘被拿走之步進(jìn)電機(jī)再次得到向右的信號(hào)，使工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)到右邊的行程開(kāi)關(guān)處，從而實(shí)現(xiàn)一次工作循環(huán)。2.2控制部分的總方案該檢測(cè)工作臺(tái)精密定位系統(tǒng)的控制部分可以是PLC為核心下的控制，也可以是單片機(jī)為核心下的控制。PLC和單片機(jī)的控制各有其特點(diǎn)。2.2.1PLC特點(diǎn)PLC，又ProgrammableLogicController的簡(jiǎn)稱(chēng)，就是可編程邏輯控制器，PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)控制。它采用可編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等一系列操作的指令，而且還可以以數(shù)字或模擬的方式輸入和輸出，控制各類(lèi)機(jī)械運(yùn)動(dòng)或生產(chǎn)過(guò)程；PLC具有：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)：采用LSI，開(kāi)關(guān)是無(wú)觸點(diǎn)的，并且硬繼電器采用機(jī)械觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，可靠程度無(wú)法比擬，具有軟硬件抗干擾措施。（2）編程軟件，簡(jiǎn)單易學(xué)：從清晰直觀(guān)的繼電器控制線(xiàn)路演化過(guò)來(lái)的梯形圖程序容易學(xué)易懂易修改，深受電器工作人員的歡迎。

（3）適應(yīng)性好，具有柔性：當(dāng)生產(chǎn)工藝或設(shè)備改變時(shí)，不必要改變硬設(shè)備，只需改變相應(yīng)的軟件或編程就可滿(mǎn)足新的控制要求。產(chǎn)品現(xiàn)在已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化，可以適應(yīng)不同的控制要求。PLC是工業(yè)控制領(lǐng)域中的一種通用控制器。

（4）功能完善，接口多樣：除基本單元外，還可選配各種特殊適配器，滿(mǎn)足不同的需要，如數(shù)字量/模擬量輸入輸出，定時(shí)計(jì)數(shù)，A/D與D／A轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，通信聯(lián)網(wǎng)等功能。

（5）易于操作，維護(hù)方便。安裝方便：具有DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝用卡扣。

連接方便：具有輸入/輸出端子排，只要用螺絲刀就可以與不同的控制設(shè)備連接。

調(diào)試方便：輸入信號(hào)可用開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，輸出信號(hào)可觀(guān)察面板發(fā)光二極管。

維護(hù)方便：完善的自診斷功能和運(yùn)行故障指示裝置（6）體積小、重量輕、功耗低：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低。如FX1S－20MT型PLC：外形尺寸：75mm×90mm×87mm，重量：400g，功耗：20W2.2.2單片機(jī)特點(diǎn)單片機(jī)是集成在一個(gè)芯片內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它具有計(jì)算機(jī)的全部功能。單片機(jī)具有：（1）小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化，它能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備以及各種智能儀表。（2）具有面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類(lèi)控制任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)獲得最佳性?xún)r(jià)比。（3）抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣條件下都能可靠地工作，這是其它機(jī)型所無(wú)法比擬的。（4）可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高2.2.3方案選用PLC可編程邏輯控制器，語(yǔ)言簡(jiǎn)單，可圖形編程，多用于大功率電器的工作，如電梯，大型戶(hù)外廣告燈、工業(yè)上大型控制等。

單片機(jī)是小型中央處理器，可用匯編或C語(yǔ)言編程，可擴(kuò)展性好，可以做各種微型，智能控制，各種智能電器都有單片機(jī)的身影。綜合PLC和單片機(jī)各自的特點(diǎn)和使用范圍，可以知道，在實(shí)現(xiàn)控制上，用這兩個(gè)都能實(shí)現(xiàn)。但在這里考慮到本設(shè)計(jì)的微小性、小功率性，同時(shí)為了節(jié)省成本，可以選用單片機(jī)來(lái)控制。2.3送料機(jī)構(gòu)方案選擇現(xiàn)在工業(yè)上送料機(jī)構(gòu)多種多樣，有轉(zhuǎn)盤(pán)式、傳送帶式、機(jī)械手式等。它們各有各的特點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)傳送帶式多用于那些外形比較對(duì)稱(chēng)的方塊狀的零件，因?yàn)檫@些零件在傳送帶上由于摩擦力的原因一直保持相對(duì)靜止的狀態(tài)、不會(huì)發(fā)生翻滾地向目標(biāo)送料；而機(jī)械手式送料機(jī)構(gòu)一般用在零件的外形比較特別，不能用常規(guī)的方式來(lái)傳輸?shù)牧慵?。這里的送料機(jī)構(gòu)是要實(shí)現(xiàn)對(duì)外形不勻稱(chēng)、在傳送帶上會(huì)發(fā)生翻滾的螺釘?shù)膫魉停砸话闱闆r下可以考慮用機(jī)械手進(jìn)行送料，但考慮到機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和成本性，可以對(duì)螺釘進(jìn)行分析，找出其外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種特殊的機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行送料。圖2-2檢測(cè)的螺釘假設(shè)如圖2-2所示的為要檢測(cè)的螺釘，它的外形是可以發(fā)生滾動(dòng)的，就可以利用它在重力作用下會(huì)發(fā)生滾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)送料；同時(shí)考慮到螺釘?shù)膬深^大小不一樣和在滾動(dòng)中螺釘不會(huì)發(fā)生方向性的偏移，那么就要設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)就要對(duì)這些方面進(jìn)行充分的考慮。圖2-3送料機(jī)構(gòu)模型圖2-4送料機(jī)構(gòu)尺寸該送料機(jī)構(gòu)如圖2-3、圖2-4中設(shè)計(jì)它與水平方向夾角為20QUOTE，那么螺釘就會(huì)由于重力的作用向下滑落到指定的地方；考慮到螺釘?shù)乃俣炔荒芴笠灾劣陔y以控制它的穩(wěn)定性，所以在設(shè)計(jì)該斜板與水平方向夾角不能太大，一般在10-25度之間為宜，同時(shí)與螺釘接觸的板面應(yīng)該有一定的摩擦，這樣就能保證螺釘能準(zhǔn)確到達(dá)預(yù)定的位置。（其中d應(yīng)該比螺釘?shù)拈L(zhǎng)度稍長(zhǎng)，h比螺釘頭尺寸稍大，a比螺釘頭的厚度也要稍大一點(diǎn)）2.4夾具機(jī)構(gòu)選擇2.4.1方案選擇在現(xiàn)代加工或者檢測(cè)中，無(wú)論是在傳統(tǒng)制造業(yè)還是現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)中或者是現(xiàn)代化自動(dòng)在線(xiàn)檢測(cè)中，都需要夾具。夾具設(shè)計(jì)在檢測(cè)系統(tǒng)中就顯得非常重要,它直接影響檢測(cè)質(zhì)量，檢測(cè)效率和檢測(cè)成本。在一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)中,夾具設(shè)計(jì)制造的費(fèi)用占到整個(gè)系統(tǒng)費(fèi)用的10-15%夾具在單件、成批、大量生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，它是在檢測(cè)過(guò)程中根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，在合理的位置定位和牢固裝夾零件，從而完成所要求檢測(cè)過(guò)程的一種裝置。在現(xiàn)代夾具中，按照原理和結(jié)構(gòu)都有創(chuàng)新的柔性?shī)A具可分為：真相或偽相變式柔性?shī)A具、適應(yīng)性?shī)A具、模塊化程控式夾具。在傳統(tǒng)夾具中又可分為可調(diào)整夾具(adjustablefixtures)和組合夾具(modularfixture)?？烧{(diào)整夾具包括通用可調(diào)整夾具和專(zhuān)用的可調(diào)整夾具，在后者中主要是以成組技術(shù)(GT)為技術(shù)工具。在本設(shè)計(jì)中，由于零件時(shí)比較微小的,外形也比較特殊；所以針對(duì)螺釘可以自行設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單而又能實(shí)現(xiàn)裝夾功能的夾具；考慮到螺釘?shù)耐庑魏退土蠙C(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，很容易就可以得到夾具的底部的部分為圖2-5圖2-5夾具底部依據(jù)送料機(jī)構(gòu)容易得到夾具底部的面QUOTE的夾角應(yīng)該與送料機(jī)構(gòu)的夾角相一致，所以得到夾角QUOTE=20QUOTE，槽p的尺寸與送料機(jī)構(gòu)的板上的槽的尺寸相一致。該夾具底部實(shí)現(xiàn)了把送來(lái)的螺釘進(jìn)行初步的定位，要把螺釘固定不動(dòng)，必須要繼續(xù)找一個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)螺釘進(jìn)行壓住。那么很容易可以知道，這個(gè)機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)就可以啦，這樣結(jié)合機(jī)械原理里的知識(shí)，能實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多，但經(jīng)常使用的就是連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)具有以下傳動(dòng)特點(diǎn)：（１）連桿機(jī)構(gòu)中一般均為低副，低副兩元素為面接觸，在承受同樣載荷的條件下

壓強(qiáng)較低，承載能力較大，潤(rùn)滑好，磨損小，因而可用來(lái)傳遞較大的動(dòng)力；又由于低副元素的幾何形狀比較簡(jiǎn)單（如平面、圓柱面），故容易制造加工。（２）構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式具有多樣性。連桿機(jī)構(gòu)中既有繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄，繞定軸往復(fù)擺動(dòng)的搖桿，又有作平面一般運(yùn)動(dòng)的連桿、作往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)的滑塊等，利用連桿機(jī)構(gòu)可以獲得各種形式的運(yùn)動(dòng)，這在工程實(shí)際中具有重要價(jià)值。（３）在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的情況下，只要改變連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度，從而從動(dòng)件可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)要求。（４）連桿曲線(xiàn)具有多樣性。連桿機(jī)構(gòu)中的連桿，可以看作是在所有方向上無(wú)限擴(kuò)展的一個(gè)平面，該平面稱(chēng)為連桿平面。在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，固接在連桿平面上的各點(diǎn)，將描繪出各種不同形狀的曲線(xiàn)。連桿機(jī)構(gòu)存在的一些缺點(diǎn)為：（1）由于連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)必須經(jīng)過(guò)中間構(gòu)件的傳遞，將會(huì)造成傳遞路線(xiàn)較長(zhǎng)，容易產(chǎn)生較大的誤差積累，同時(shí)也會(huì)降低機(jī)械傳遞效率；（2）連桿機(jī)構(gòu)中，連桿及滑塊所產(chǎn)生的慣性力難以用一般的平衡方法加以消除，所以連桿機(jī)構(gòu)不宜用在高速運(yùn)動(dòng)中。結(jié)合上面夾具底部的數(shù)據(jù)和特征，結(jié)合連桿機(jī)構(gòu)中的知識(shí)我們可以得到通過(guò)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸得到一個(gè)偏心輪機(jī)構(gòu)，如圖2-6圖2-6夾板機(jī)構(gòu)在圖2-6中，通過(guò)偏心輪的運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)外邊的矩形框的上下運(yùn)動(dòng)，再在矩形框的下面加上一個(gè)形如夾具底部形狀的壓板，那么矩形框的上下運(yùn)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)螺釘?shù)膲壕o和松開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)螺釘?shù)墓潭ㄒ员銠z查和螺釘松開(kāi)以便取走螺釘，從而進(jìn)行下一次循環(huán)檢查螺釘。通過(guò)對(duì)圖2-6機(jī)構(gòu)的分析以及結(jié)合圖2-5夾具底部的分析，那么運(yùn)用三維軟件solidworks進(jìn)行建?？梢缘玫綂A具的三維模型為圖2-7。圖2-7夾具機(jī)構(gòu)模型1凸輪機(jī)構(gòu)是由具有曲線(xiàn)輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過(guò)高副接觸帶動(dòng)從動(dòng)件從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械，特別是自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制裝置和裝配生產(chǎn)線(xiàn)中，是工程實(shí)際中用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的一種常用機(jī)構(gòu)。按照凸輪的形狀分為盤(pán)形凸輪、圓柱凸輪；按推桿的形狀分為尖頂凸輪、滾子凸輪、平底凸輪。凸輪機(jī)構(gòu)具有的特點(diǎn)：

凸輪機(jī)構(gòu)具有極少的活動(dòng)構(gòu)件，并且構(gòu)件占據(jù)的空間也比較小，是一種結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單、緊湊的機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)在的特征就是它具有多用性和靈活性，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線(xiàn)的形狀，只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線(xiàn)，就可以使從動(dòng)件獲得各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。幾乎對(duì)于任意要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，都可以毫無(wú)困難地設(shè)計(jì)出凸輪廓線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，是這種機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)。凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)在于：凸輪廓線(xiàn)與從動(dòng)件之間是點(diǎn)或線(xiàn)接觸的高副，易于磨損，所以多用在傳動(dòng)力不是很大的場(chǎng)合中。綜合上面夾具底部的數(shù)據(jù)和特征，我們?cè)诮Y(jié)合凸輪中的知識(shí)，可以容易得到對(duì)心直動(dòng)尖頂盤(pán)形凸輪就可以滿(mǎn)足上下運(yùn)動(dòng)的要求。在這里選擇尖頂推桿作為從動(dòng)件，雖然尖頂推桿在一定程度上存在磨損，但是由于這里的整個(gè)機(jī)構(gòu)都是受力很小，那么在小的受力下，這種凸輪機(jī)構(gòu)是可以采用的。然后采用solidworks進(jìn)行三維建模，可以得到圖2-8的模型：圖2-8夾具機(jī)構(gòu)模型2因此本設(shè)計(jì)中的夾具有兩種方案，方案一為演化的連桿機(jī)構(gòu)，方案二為凸輪機(jī)構(gòu)。方案一中的機(jī)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，但它的外形尺寸相對(duì)比較大，還有它與夾具底部的機(jī)構(gòu)是在同一直線(xiàn)上，那么它就會(huì)很可能在檢測(cè)中會(huì)發(fā)生于送料機(jī)構(gòu)或CCD檢測(cè)頭發(fā)生相碰，從而造成儀器的損壞；方案二中，凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小并能實(shí)現(xiàn)把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，雖然存在一定的摩擦而造成的磨損，但在這里的機(jī)構(gòu)中由于是低載荷，所以磨損小，在這里機(jī)構(gòu)中考慮的整個(gè)系統(tǒng)都是微型的，同時(shí)不會(huì)發(fā)生于送料機(jī)構(gòu)和CCD檢測(cè)頭相碰，所以在本設(shè)計(jì)中，可以采用凸輪機(jī)構(gòu)。綜合分析可得應(yīng)該選擇方案二的凸輪機(jī)構(gòu)，既能實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作，又能減少機(jī)構(gòu)的體積。2.4.2材料選擇本系統(tǒng)是用來(lái)檢測(cè)螺釘，那么再對(duì)零件螺釘?shù)亩ㄎ簧喜捎昧藢?duì)射式光電開(kāi)關(guān)，也就是利用螺釘是否擋住光電開(kāi)關(guān)發(fā)射出來(lái)的光線(xiàn)來(lái)判別螺釘是否到達(dá)預(yù)定的位置，從而得到電路的通斷的信號(hào)以來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)工作的控制，那么又與系統(tǒng)具有這一特性，那么在這里選擇的夾具機(jī)構(gòu)就必須是透明的，不能擋住光電開(kāi)關(guān)的光線(xiàn)，所以可得到該夾具機(jī)構(gòu)的材料（夾具底部和運(yùn)動(dòng)部分的凸輪、壓板）可選投光的材料。按照材料的透光率大小，可以透光材料其分為：透明材料：波長(zhǎng)400nm-800nm可見(jiàn)光的透光率在80%以上；半透明材料：400nm-800nm可見(jiàn)光的透光率在50%-80%之間；不透明材料：400nm-800nm可見(jiàn)光的折射率在50%以下。依據(jù)上述透光材料的分類(lèi)，可以將樹(shù)脂分為透明性樹(shù)脂，主要包括PMMA、PC、PS、PET、PES、J.D系列、CR-39、SAN(又稱(chēng)AS)、TPX、HEMA、BS（又稱(chēng)K樹(shù)脂）等；半透明樹(shù)脂：PP、PA；不透明樹(shù)脂：ABS、POM、PTFE、PF等。由于系統(tǒng)性能的需要，在這里夾具機(jī)構(gòu)的材料明顯要選透明樹(shù)脂。而在我們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常用的熱塑樹(shù)脂PMMA樹(shù)脂、PC樹(shù)脂、PS樹(shù)脂、PET樹(shù)脂，它們的特性為表2-1：表2-1透光材料比較名稱(chēng)特性用途PMM樹(shù)脂透光性好，可透過(guò)9996以上的太陽(yáng)光，著色性佳。有一定的強(qiáng)度，比普通玻璃高7～8倍。耐紫外線(xiàn)及大氣老化，耐腐蝕，電絕緣性好，可在-60～100℃下使用。在一定條件下尺寸穩(wěn)定，容易成型。缺點(diǎn)：質(zhì)較脆，易溶于有機(jī)溶劑中，作為透光材料，表面硬度不夠，易擦傷起毛透明件，裝飾件PC樹(shù)脂綜合性能優(yōu)良，突出的抗沖擊強(qiáng)度和抗蠕變性，在這方面是熱甥性塑料中最優(yōu)異的；可在-60～120℃溫度內(nèi)長(zhǎng)期使用，吸水性低，尺寸穩(wěn)定性好，成型收縮率低；電絕緣性?xún)?yōu)良，無(wú)色透明，著色性佳。但自潤(rùn)滑性差，耐磨性低于尼龍，不耐堿、酮、胺及芳香烴，有應(yīng)力開(kāi)裂傾向儀器儀表零件，耐沖擊件，透明件，絕緣件PS樹(shù)脂無(wú)色透明，透光率僅次于有機(jī)玻璃，著色性好；有一定的機(jī)械強(qiáng)度，耐水及耐化學(xué)腐蝕性能好，能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿；電絕緣性?xún)?yōu)良，尤其是高頻絕緣性。易于成型，價(jià)格低廉。但質(zhì)脆而硬，不耐沖擊，耐熱性低（80℃），耐有機(jī)溶劑性較差高頻絕緣件、透明件、裝飾件、耐腐蝕件PET樹(shù)脂具有突出的耐磨性，可與尼龍、聚甲醛比美，韌性與聚甲醛相似，抗蠕變，剛性和尺寸穩(wěn)定性也很高，電性能良好，線(xiàn)脹系數(shù)小，吸濕性低，耐老化，長(zhǎng)期使用溫度為-40～120℃；可耐稀酸、漂白粉、有機(jī)溶劑及石油產(chǎn)品，但不耐堿和熱水。缺點(diǎn)是沖擊韌度和熱強(qiáng)度差。一般用玻璃纖維增強(qiáng)后使用減摩耐磨零件，絕緣件，薄膜。用玻纖增強(qiáng)的線(xiàn)型聚酯可作高溫（H級(jí)）高強(qiáng)度絕緣材料由表中可知，PC樹(shù)脂（聚碳酸酯）具有良好的機(jī)械性能和透光性，價(jià)格也比較低，所以機(jī)構(gòu)材料選用PC樹(shù)脂。3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了保證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠安全可靠的工作，那么在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中就要滿(mǎn)足它的一些要求：(1)滿(mǎn)足使用功能要求：零件的設(shè)計(jì)首先是能夠按照預(yù)期的技術(shù)要求順利地執(zhí)行機(jī)械的全部功能；其次是能在預(yù)定的壽命期限內(nèi)可靠地工作但又不發(fā)生被破壞，不致因過(guò)度的磨損或產(chǎn)生過(guò)度的變形而導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)的失效，也不會(huì)因機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)不準(zhǔn)確，以及強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng)等而從而影響機(jī)械的正常工作質(zhì)量。(2)滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性要求：機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性是指在設(shè)計(jì)、制造上要求上成本要低、制造周期要短；在使用上要求生產(chǎn)率要高，效率好，適應(yīng)使用范圍要大；能源和輔助材料消耗少，操作方便；以及維護(hù)費(fèi)用低廉等。(3)滿(mǎn)足工藝性要求：零件的工藝性要求是指在不影響機(jī)械工作性能的前提下，應(yīng)使機(jī)械的結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)化，選用最簡(jiǎn)單合理的機(jī)構(gòu)組合方案，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的零部件，并要求制造裝配的勞動(dòng)量最少，裝拆維修方便。(4)滿(mǎn)足勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境的要求：勞動(dòng)保護(hù)是指機(jī)械操作的安全性，要最大限度地減少工人操作時(shí)的體力和腦力消耗，改善操作者的工作條件，降低噪聲等，同時(shí)要把環(huán)境保護(hù)提高到一個(gè)重要的位置，改善機(jī)械及操作者周?chē)沫h(huán)境條件，如防止有毒、有害的介質(zhì)滲漏及對(duì)廢水、廢氣和廢液進(jìn)行有效的治理以滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)法提出對(duì)環(huán)境的要求。(5)滿(mǎn)足其他專(zhuān)用特殊要求：有些機(jī)械各自還有本身的特殊要求，如航空航天產(chǎn)品要求重量輕，經(jīng)常搬動(dòng)的機(jī)械要便于拆、裝和運(yùn)輸?shù)?。針?duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的要求，在本章中對(duì)設(shè)計(jì)的零件，如工作臺(tái)面、導(dǎo)軌、絲桿、電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承等系統(tǒng)中關(guān)鍵的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1工作臺(tái)面外形設(shè)計(jì)圖3-1檢測(cè)螺釘該系統(tǒng)是要求對(duì)微小零件進(jìn)行定位以便進(jìn)行光電自動(dòng)檢測(cè)，在此假設(shè)以M530的圓頭螺釘（圖3-1）為檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。由于要檢測(cè)的零件時(shí)微小的，要求的測(cè)量為比較精密，因此整個(gè)工作臺(tái)的機(jī)構(gòu)也是比較細(xì)小；再考慮到檢測(cè)零件時(shí)是全自動(dòng)的過(guò)程，所以在設(shè)計(jì)工作臺(tái)的尺寸是要加上進(jìn)料和出料所要占據(jù)的空間，綜合可以取工作臺(tái)的尺寸為150（長(zhǎng)）150（寬）5（厚），在整個(gè)工作流程中的有效行程為100mm。重量：按重量=體積×材料比重估算m=15015057.8=877.5g=0.8775kgQUOTE8.8N工作臺(tái)面上考慮到上面有夾具部分以及后面的導(dǎo)軌滑塊和絲桿底座的一些零件相連，所以面板上應(yīng)該有相對(duì)應(yīng)的螺釘孔或螺紋孔，因此得到工作臺(tái)面的外形為：圖3-2工作臺(tái)臺(tái)面3.2導(dǎo)軌選擇工作臺(tái)的直線(xiàn)導(dǎo)向是由導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)的,導(dǎo)軌的主要作用是支撐和引導(dǎo)工作臺(tái)面運(yùn)動(dòng)部件沿著一定的軌跡運(yùn)動(dòng),這是工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ),因此導(dǎo)軌的質(zhì)量直接影響工作臺(tái)的精度,是工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確定位的一個(gè)重要部分。在我們?nèi)粘Ｖ谐Ｓ玫膶?dǎo)軌副有普通滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、動(dòng)壓導(dǎo)軌等。表3-2各種導(dǎo)軌的對(duì)比特性名稱(chēng)導(dǎo)向精度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性承載能力耐磨性使用環(huán)境成本適用范圍滑動(dòng)導(dǎo)軌較高較好大差要求不高低普通機(jī)床、冶金設(shè)備上應(yīng)用普遍滾動(dòng)導(dǎo)軌高較好較低較好要求較高較高各類(lèi)精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床紡織機(jī)械液體靜壓導(dǎo)軌高好較大好要求高高各種大型、重型機(jī)床、精密機(jī)床空氣靜壓導(dǎo)軌高好較低好要求高高精密、輕載、高速機(jī)械由于滾動(dòng)導(dǎo)軌具有如下特性：(1)導(dǎo)軌的定位精度高，可重現(xiàn)性好

直線(xiàn)導(dǎo)軌平滑的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，摩擦系數(shù)特別小，尤其靜摩擦力與動(dòng)摩擦力的差距很小，即使在微量進(jìn)給時(shí)也不會(huì)有空轉(zhuǎn)打滑的現(xiàn)象，解析能力與重現(xiàn)性最佳，因此可以實(shí)現(xiàn)μm級(jí)的定位精度。

(2)低摩擦阻力，可長(zhǎng)時(shí)間維持精度

直線(xiàn)導(dǎo)軌的滾動(dòng)摩擦阻力可減小至滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力的1/20-1/40，尤其潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑容易，潤(rùn)滑效果優(yōu)良，摩擦接觸面的磨耗最低，因此可以長(zhǎng)時(shí)間維持行走精度。

(3)可承受四個(gè)方向的高負(fù)荷能力

幾何力學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可同時(shí)承受徑向、反徑向與橫方向的負(fù)荷，并保持其行走精度，同時(shí)可輕易地藉由施于預(yù)壓與增加滑塊數(shù)量，就可以提高其剛性與負(fù)荷能力。由施于預(yù)壓與增加滑塊數(shù)量，就可以提高其剛性與負(fù)荷能力。(4)適合高速化之應(yīng)用

摩擦阻力小的特性，對(duì)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)馬力需求低，節(jié)省能源效果大，尤其運(yùn)動(dòng)磨耗小，溫升效應(yīng)低，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械小型化與高速化的需求。(5)組裝容易并具互換之特性

滾動(dòng)導(dǎo)軌的互換之特性，可以將滑塊任意配裝在同型號(hào)的導(dǎo)軌上，同時(shí)又保持相同的順暢度與精密度，機(jī)臺(tái)組裝最容易，維修保養(yǎng)最簡(jiǎn)便。所以滾動(dòng)導(dǎo)軌廣泛用于各類(lèi)精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床紡織機(jī)械等。再結(jié)合機(jī)械手冊(cè)可選擇決定選用直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。圖3-3導(dǎo)軌受力分析導(dǎo)軌為水平安裝、臥式導(dǎo)軌、滑塊座移動(dòng)、工作臺(tái)質(zhì)量均勻分布，重心在中間，其受力情況如圖3-3所示，G工作臺(tái)面和導(dǎo)軌滑塊的總重量，初步設(shè)其為20N，外力F的作用點(diǎn)和工作臺(tái)重心重合，工作臺(tái)為勻速運(yùn)動(dòng)或靜止。因?yàn)楣ぷ髋_(tái)在工作時(shí)受到外力F的沖擊很小，因此F20N，所以有+F=5+20=25N所以最大工作載荷為：Fmax=25N取安全系數(shù)為：，則基本動(dòng)載荷=25×4=100N可以初選微型直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)：MSC7M其額定動(dòng)載荷Ca=0.94N，額定靜載荷C0a=1.28kN；工作臺(tái)面的尺寸為150mm×150mm，行程為100mm，選導(dǎo)軌的長(zhǎng)度要有一定的余量，因此可選導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為300mm，查表有MSC7M得一些參數(shù)為：表3-3導(dǎo)軌參數(shù)型號(hào)導(dǎo)軌尺寸基本額定負(fù)荷容許靜力矩重量寬度W1高度H1節(jié)距PEStd.動(dòng)負(fù)荷CkN靜載荷C0kNMpN-mMYN-mMBN-m滑塊g導(dǎo)軌Kg/m單單MSC7M70-0.054.71550.941.2130.22MSC系列微型導(dǎo)軌具有的特性為：圖3-4導(dǎo)軌特點(diǎn)MSC不銹鋼系列直線(xiàn)導(dǎo)軌采用2列歌德圓弧接觸式及45°接觸角的鋼珠設(shè)計(jì)（如圖3-4），提供徑向、反徑向及橫方向四方向的相同額定負(fù)荷能力，無(wú)論X、Y、Z等軸的各種安裝方式都可以使用。超小型化與低摩擦阻力的設(shè)計(jì)，適合小型化設(shè)備使用。配合潤(rùn)滑油路設(shè)計(jì)，能夠均勻的將潤(rùn)滑油脂注入每個(gè)循環(huán)回路，無(wú)論那種安裝方式都可以獲得最佳的潤(rùn)滑效果，并且提升整體的行走順暢度與使用壽命，實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠度及平滑穩(wěn)定的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)需求。（1）鋼珠鋼絲保持器設(shè)計(jì)：具有鋼珠鋼絲保持器設(shè)計(jì)，可有效防止鋼珠不當(dāng)脫落。（2）導(dǎo)軌行走順暢度佳：噪音低簡(jiǎn)單圓滑的鋼珠回流路徑設(shè)計(jì)，并采用耐沖擊的強(qiáng)化合成樹(shù)脂之鋼珠循環(huán)配件，運(yùn)轉(zhuǎn)順暢度佳，噪音度低。（3）導(dǎo)軌具很好的互換性：在嚴(yán)密的制造精度管控下，尺寸能夠維持在穩(wěn)定的公差內(nèi)，所以對(duì)于互換型直線(xiàn)導(dǎo)軌，組裝時(shí)可將滑塊任意配裝在同型號(hào)的導(dǎo)軌上，并且保持其相同的順暢度、預(yù)壓及精度，組裝與維修最容易選取的MSC7M型導(dǎo)軌副的相關(guān)參數(shù)：滾道硬度為HRC60，工作溫度不超過(guò)100℃，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為3級(jí)，工作速度較低，載荷很小。查表機(jī)械手冊(cè)，分別取硬度系數(shù)=1.0，溫度系數(shù)=1.00，接觸系數(shù)=0.81，精度系數(shù)=0.9，載荷系數(shù)=1.5，代入，得距離壽命（3-1）所以L(fǎng)=294374km，遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求。導(dǎo)軌潤(rùn)滑使用直線(xiàn)導(dǎo)軌時(shí)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑是非常必要的，如果導(dǎo)軌沒(méi)有得到充分的潤(rùn)滑，運(yùn)作時(shí)滾動(dòng)體與滾動(dòng)面之間的摩擦?xí)黾?，并有可能成為壽命縮短的主要原因。保證導(dǎo)軌的良好的潤(rùn)滑，是減少導(dǎo)軌的摩擦和磨損的一個(gè)有效措施。選擇導(dǎo)軌潤(rùn)滑油的主要原則是載荷越大、速度越低，則油的粘度應(yīng)越大；垂直導(dǎo)軌的潤(rùn)滑油粘度，應(yīng)比水平導(dǎo)軌的潤(rùn)滑油的粘度大些。在工作溫度變化時(shí)，潤(rùn)滑油的粘度變化要小。潤(rùn)滑油應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑性能和足夠的油膜強(qiáng)度，不侵蝕機(jī)件，油中的雜質(zhì)應(yīng)盡量少。對(duì)于精密機(jī)械中的導(dǎo)軌，應(yīng)根據(jù)使用條件和性能特點(diǎn)來(lái)選擇潤(rùn)滑油，常用的潤(rùn)滑油有機(jī)油、礦物油、精密機(jī)床液壓導(dǎo)軌油和變壓器油等。還有少數(shù)精密導(dǎo)軌，選用潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑。在這里由于系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度不是很快，同時(shí)考慮到潤(rùn)滑的經(jīng)濟(jì)性，所以在這里可以選擇用專(zhuān)用的導(dǎo)軌油進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑的方法為手工定時(shí)潤(rùn)滑，依據(jù)該廠(chǎng)家產(chǎn)品的特性，潤(rùn)滑油的粘度選擇在30-150cst。其中：cst數(shù)值指的是100攝氏度時(shí)該油的運(yùn)動(dòng)粘度3.3絲杠選擇、計(jì)算3.3.1絲桿選擇這里的傳動(dòng)為電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，因此有滑動(dòng)螺旋和滾珠螺旋。滑動(dòng)螺旋的特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便；②易于實(shí)現(xiàn)逆行程自鎖，工作安全可靠；③摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低；④容易磨損，軸向剛度較差。滾動(dòng)螺旋的特點(diǎn)：①摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高；②磨損小、壽命長(zhǎng)、工作可靠性好；③具有運(yùn)動(dòng)的可逆性，應(yīng)設(shè)防逆動(dòng)裝置；④軸向剛度較高，抗沖擊性能較差；⑤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較難；⑥預(yù)緊后得到很高的定位精度（約達(dá)5um/300㎜）和重復(fù)定位精度（可達(dá)1~2um）。本設(shè)計(jì)是細(xì)小精密機(jī)械，要求效率和精度相對(duì)來(lái)說(shuō)較高，因此選用滾動(dòng)螺旋較佳，先考慮用滾珠絲桿副傳動(dòng)。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。為保證工作臺(tái)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行和要求的精度，絲杠應(yīng)滿(mǎn)足以下條件圖3-5絲桿機(jī)構(gòu)1.具有足夠的剛度，力變形要小。儀器和工件的重量及支撐的自重會(huì)引起的變形，被測(cè)件的質(zhì)量的改變會(huì)引起載荷力的變形。2.穩(wěn)定性好，內(nèi)應(yīng)力變形小。由于材料的內(nèi)應(yīng)力會(huì)造成絲杠的緩慢的變形。選擇材料時(shí)一定要進(jìn)行時(shí)效處理，消除內(nèi)應(yīng)力，減小力變形，提高精度。3.熱變形要小，對(duì)于尺寸較大，精度要求較高的儀器，熱變形是造成誤差的一個(gè)重要因素。如對(duì)于較長(zhǎng)的絲杠來(lái)說(shuō)，溫度變形會(huì)引起凸凹的變形。4.有良好的抗震性。在精密和超緊密的測(cè)量中，震動(dòng)的測(cè)量不可忽略的，它不僅造成整機(jī)的晃動(dòng)還可能造成零件與部件之間相互位置變動(dòng)或者產(chǎn)生彎曲與扭曲，從而對(duì)儀器精度產(chǎn)生影響。在滿(mǎn)足感性的要求情況下，盡量減輕重量，提高固有頻率，防止共振；合理的進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如合理的選擇截面形狀和尺寸，提高固有頻率，避免產(chǎn)生共振；采用減震或隔振設(shè)計(jì)，如彈簧隔振、橡膠隔振、氣墊隔振等。3.3.2滾珠絲杠計(jì)算1.最大動(dòng)載荷的計(jì)算（3-2）查機(jī)械手冊(cè)有，取載荷系數(shù).2，滾道硬度為HRC60時(shí)，取硬度系數(shù)，壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)設(shè)工作臺(tái)在承受最大力時(shí)的最快進(jìn)給速度:v=2000mm/min，初選絲杠導(dǎo)程:Ph=4mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速:n=v/Ph=500r/min。

取滾珠絲杠的使用壽命：T=15000h，代入L=450得絲杠壽命系數(shù):L=450最大工作載荷計(jì)算：（3-3）其中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003-005，F(xiàn)x=(0.1-0.6)Fz，可取Fx=0.5Fz，f=0.005,=20N；=1.150.520+0.005(20+21.1)=11.71N所以最大動(dòng)載荷為：==111.53N根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為:14-04T4-FSIC其基本參數(shù)為：表3-4絲杠參數(shù)型號(hào)dIDaDABLWHXYZQnCaC0aKSFK0100410422646103436284.584.5M6346880517其中：d為導(dǎo)程，Da為珠徑；K為剛性，Ca為動(dòng)額定載荷，C0a為靜額定載荷。其額定動(dòng)載荷為4586N>足夠用。2.傳動(dòng)效率計(jì)算公稱(chēng)直徑：=10mm，導(dǎo)程：Ph=4mm，螺旋升角λ=

將摩擦角φ=，代入η=tanλ/tan(λ+φ)（3-4）

得傳動(dòng)效率：η=94.8%3.穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。4.剛度驗(yàn)算絲杠的兩端各采用一對(duì)深溝球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距離約為：a=300mm；鋼的彈性模量：，絲桿底徑為d=8.3mm滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)（3-5）F=11.71，，S=1.02=0.223cm絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為=5.57cmE級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差[Δ]=15μm/m，所以剛度符合要求。3.4電機(jī)選擇3.4.1電機(jī)類(lèi)型在日常生活中常用的電機(jī)有三相異步電機(jī)、直流電機(jī)和微特電機(jī)。其中微特電機(jī)包括小功率異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、自角電機(jī)等。三相異步電機(jī)具有效率水平較高，起動(dòng)性能較好，噪聲低振動(dòng)小，防護(hù)性能較好，運(yùn)行可靠使用壽命長(zhǎng)，外形美觀(guān)大方，所以三相異步電機(jī)常用于工業(yè)上控制。但在控制小功率的系統(tǒng)中，我們常用直流電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，它們具有不同的特點(diǎn)。直流電機(jī)——直流電機(jī)加上適當(dāng)減速比的減速器，那么直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，控制起來(lái)也比較簡(jiǎn)單，直流電機(jī)只需要通上直流電源就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)電源電壓的大小就可以改變電機(jī)的速度。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上就是一個(gè)功率放大器。常用的驅(qū)動(dòng)方式是pwm方式，即采用單片機(jī)產(chǎn)生具有一定脈寬的pwm信號(hào)然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)放大電路從而來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種方法性能較好，電路和控制都比較簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)——步進(jìn)電機(jī)具有良好的控制性能。當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，所以可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。它與直流電機(jī)不同，要使步進(jìn)電機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，需要連續(xù)不斷的輸入點(diǎn)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定。而且其電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受溫度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關(guān)。但步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)較復(fù)雜，必須要由控制器和功率放大器組成。直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別如下表3-5電機(jī)控制方式對(duì)比直流電機(jī)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速性能較好較差位置控制精度較差好驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單復(fù)雜穩(wěn)定性較好好，僅與控制脈沖有關(guān)由上表可以看出步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)都有各自的優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)能進(jìn)行精確的位置控制，但驅(qū)動(dòng)電路麻煩。本設(shè)計(jì)中要用到三個(gè)電機(jī)，它們分別是工作臺(tái)部分傳動(dòng)的電機(jī)，夾具機(jī)構(gòu)中帶動(dòng)凸輪上下運(yùn)動(dòng)的電機(jī)和出料機(jī)構(gòu)中帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的電機(jī)它們要求電機(jī)的特點(diǎn)有有所不同，下面就進(jìn)行選擇。3.4.2工作臺(tái)電機(jī)選擇任務(wù)書(shū)規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等；同時(shí)直流電機(jī)的位置控制精度比較差，達(dá)不到理想的控制效果，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)零件進(jìn)行精密定位。所以綜合電動(dòng)機(jī)的特性可以得到，本設(shè)計(jì)中的工作臺(tái)可以選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，就可以達(dá)到控制的效果。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算對(duì)于軸、軸承、聯(lián)軸器、絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式，當(dāng)鋼材材料密度為時(shí)，有其中：D為圓柱體直徑，L為圓柱體長(zhǎng)度。（1）根據(jù)滾珠絲杠慣量折算到電機(jī)軸上為：，為絲杠與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比。根據(jù)滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑d=10mm，其長(zhǎng)度L=300mm，i=1。則=0.0234（2）工作臺(tái)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式進(jìn)：（3-6）其中：為絲杠導(dǎo)程，為工作臺(tái)總質(zhì)量，則其等效工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=0.081（3-7）所以折算到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩為：J=++（3-8）電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有：J=0.10442）步進(jìn)電機(jī)的選用計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq（3-9）式中：Tamax——快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，N.mTf——移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，N.mT0——滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，N.m因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，相對(duì)Tamax和Tf很小，T0可以忽略不計(jì)；則有：（3-10）（3-11）式中：J——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2ε——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度，rad/s2nm——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/minta——電動(dòng)機(jī)加速所用時(shí)間，s,一般在0.3～1s之間選取。(這里取0.4s)η——齒輪組總效率，取η=0.9式中：Vmax——空載最快移動(dòng)速度，取2000mm/min;α——步進(jìn)電機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為1.5°δ——脈沖當(dāng)量，取0.01mm/脈沖由式2-10得（3-12）移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：式中F摩——導(dǎo)軌的摩擦力，NPh——滾珠絲杠導(dǎo)程，mη——總效率，取η=0.95i——總的傳動(dòng)比，i=nm/ns，其中nm為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，ns為絲杠的轉(zhuǎn)速，這里為i=1；μ——導(dǎo)軌摩擦因數(shù)（滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.15~0.18）,滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.003～0.005）；這里取0.005Fz——垂直方向的工作載荷，取Fz=20N=0.0043Nm（3-13）考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足：（3-14）步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率（3-15）為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動(dòng)頻率要大于最高運(yùn)行頻率,同時(shí)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇45BF003型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。其參數(shù)為：表3-6步進(jìn)電機(jī)1參數(shù)型號(hào)主要技術(shù)參數(shù)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn)矩(n.m)空載啟動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率分配方式45BF00331.56020.1963700120003相6拍外形尺寸(mm)重量kg0.38外直徑長(zhǎng)度82453.4.3出料機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇在這個(gè)機(jī)構(gòu)中，電機(jī)的主要任務(wù)是帶動(dòng)小機(jī)械手中小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而小齒輪在外嚙合的條件下帶動(dòng)另一個(gè)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得于兩小齒輪成為一體的連桿一起運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)小機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到夾取小螺釘，從而實(shí)現(xiàn)把小螺釘從工作臺(tái)上取下來(lái)。在分析這機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可以得到，夾取小螺釘?shù)臋C(jī)械手是一個(gè)比較精密的運(yùn)動(dòng)，在每一次循環(huán)中小齒輪都是轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)很小的角度。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理——當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，所以可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。所以在這里選用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制機(jī)械手是合適的。由于機(jī)械手是小型的，整體加起來(lái)初步估算不超過(guò)0.5kg，并且機(jī)械手夾取螺釘?shù)牧σ埠苄?。所以總的加起?lái)該機(jī)構(gòu)需要的轉(zhuǎn)矩不大，比上面工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)需要的轉(zhuǎn)矩的要小得多，所以可以選擇與工作臺(tái)的電機(jī)要小一點(diǎn)的同類(lèi)型的電機(jī)，那么查機(jī)械手冊(cè)可得到，出料機(jī)構(gòu)電機(jī)型號(hào)為：36BF003表3-7步進(jìn)電機(jī)2參數(shù)型號(hào)主要技術(shù)參數(shù)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn)矩(n.m)空載啟動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率分配方式45BF00331.5271.50.07831003相6拍外形尺寸(mm)重量kg＜0.22外直徑長(zhǎng)度43363.4.5夾具機(jī)構(gòu)的電機(jī)選擇由上面夾具機(jī)構(gòu)方案選擇中可以知道，夾具的材料為聚碳酸酯PC，它的密度大概是玻璃的密度的一半，而玻璃密度為QUOTE=2.5g/QUOTE，那么可得到聚碳酸酯PC密度為QUOTE=1.25g/QUOTE，由于夾具機(jī)構(gòu)也尺寸也很小，那么初步估算它是不會(huì)超過(guò)200g，又因?yàn)镴=rQUOTE知道，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將很小，同時(shí)由該機(jī)構(gòu)只要完成上下運(yùn)動(dòng)，壓板壓緊螺釘即可，從而知道該機(jī)構(gòu)中對(duì)位置的精度要求不是很高，比較表4的內(nèi)容可知道可選擇直流電機(jī)。為了減小機(jī)構(gòu)的外形，使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單而又實(shí)現(xiàn)功能，可以選擇直流減速電機(jī)，那么就可以省去減速箱部分，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。因?yàn)橹绷鳒p速電機(jī)具有高精度、低噪音、長(zhǎng)壽命、體積小、重量輕、力矩大、控制能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，完全可替代同型號(hào)的高品質(zhì)的進(jìn)品產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、生產(chǎn)自動(dòng)化、醫(yī)療器械、金融機(jī)械、游戲機(jī)等領(lǐng)域，如：自動(dòng)開(kāi)窗機(jī)、銀行ATM機(jī)、自動(dòng)點(diǎn)鈔機(jī)、紙幣分撿機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)麻將機(jī)等各種自動(dòng)機(jī)器。所以?shī)A具機(jī)構(gòu)可選擇直流減速電機(jī)，產(chǎn)品型號(hào):JGA25-370。表3-8直流減速電機(jī)參數(shù)電壓空載NoLoad負(fù)載LoadTorque堵轉(zhuǎn)Stall減速器Reducer重量額定轉(zhuǎn)速電流轉(zhuǎn)速電流扭矩功率扭矩電流減速比尺寸WeightRatedSpeedCurrentSpeedCurrentTorqueOutputTorqueCurrentRatioSize單位Volt.Vrpmmarpmmakg.cmWkg.cmma1:00mm約g125050402404.78418120017125913.5聯(lián)軸器的選用（1）聯(lián)軸器類(lèi)型選擇聯(lián)軸器可分為：剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器常用的有：凸緣聯(lián)軸器（最常用）、套筒式聯(lián)軸器夾殼式聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器特點(diǎn)及應(yīng)用：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)補(bǔ)償性能，不能緩沖減振，對(duì)兩軸安裝精度要求較高，用于振動(dòng)很小的工況條件，聯(lián)接中、高速和剛性不大的且要求對(duì)中性較高的兩軸。撓性聯(lián)軸器常用的有：鼓形齒式聯(lián)軸器、滾子鏈聯(lián)軸器、十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器和輪胎式聯(lián)軸器。特點(diǎn)及應(yīng)用：工作可靠、承載能力大，具有少量補(bǔ)償性能。與其他類(lèi)型聯(lián)軸器相比較，尺寸相同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩最大。但是構(gòu)造復(fù)雜、制造困難、有噪聲、成本高、不能減振。經(jīng)濟(jì)型梅花聯(lián)軸器具有重量輕，低慣性動(dòng)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠具有鑄鋁和鑄鐵兩種材料，中間體有彈性丁晴橡膠聚荌脂等多種選擇，應(yīng)用范圍及其廣泛等特點(diǎn)。它多用在微型的系統(tǒng)中，如各種精密儀器、機(jī)械等。在本設(shè)計(jì)中考慮的整個(gè)系統(tǒng)都是小型并且受力不大，所以可以選擇LK20系列（經(jīng)濟(jì)型）夾緊螺絲固定型梅花聯(lián)軸器，它的型號(hào)為：LK20-C25夾緊螺絲固定型梅花聯(lián)軸器，它的型號(hào)為：LK20-C25圖3-6聯(lián)軸器（2）載荷計(jì)算由上面計(jì)算電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)矩有公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩T0.0043Nm，取工況系數(shù)為=1.3有：0.00431.3=0.006Nm因?yàn)長(zhǎng)K20系列（經(jīng)濟(jì)型）夾緊螺絲固定型梅花聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩：2.2~860（N.m）許用轉(zhuǎn)速：3400~19000r/min，所以選擇LK20-C25夾緊螺絲固定型梅花聯(lián)軸器符合要求。3.6軸承選擇現(xiàn)代機(jī)械中廣泛使用滾動(dòng)軸承作為支承件，工作時(shí)依靠主要組成元件間的滾動(dòng)來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件。滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小、效率高、啟動(dòng)靈活、軸向尺寸小、安裝和維修方便，價(jià)格較便宜等優(yōu)點(diǎn)，比滑動(dòng)軸承應(yīng)用更廣泛。其缺點(diǎn)是承受沖擊載荷能力較差，高速重載荷下軸承壽命較低，振動(dòng)及噪聲較大，徑向尺寸比滑動(dòng)軸承大。滾動(dòng)軸承己經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，常用規(guī)格的滾動(dòng)軸承由專(zhuān)業(yè)工廠(chǎng)大量生產(chǎn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中可根據(jù)工作條件選用合適的滾動(dòng)軸承類(lèi)型型號(hào)進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在我們?nèi)粘Ｖ谐Ｓ玫妮S承有深溝球軸承、調(diào)心球軸承、推力球軸承、推力圓柱滾子軸承，它們的性能與它們各自的結(jié)構(gòu)有關(guān)，在不同的受力下表現(xiàn)出不同的性能，它們的特點(diǎn)為表3-9所示：表3-9各類(lèi)滾動(dòng)軸承性能和價(jià)格比較軸承類(lèi)型徑向承載軸向承載高速性調(diào)心性調(diào)隙性?xún)r(jià)格比單向雙向深溝球軸承良差良中中1調(diào)心球軸承中中中優(yōu)差1.8推力球軸承無(wú)優(yōu)無(wú)差無(wú)無(wú)1.1推力圓柱滾子軸承無(wú)優(yōu)無(wú)差無(wú)無(wú)差依據(jù)上面的表及上節(jié)中計(jì)算的絲桿所受的最大動(dòng)載荷及電動(dòng)機(jī)的受到的轉(zhuǎn)矩，可得到該系統(tǒng)受到的力很小，因此可得到軸承要受到的軸向力和徑向力都較小。由于深溝球軸承比較經(jīng)濟(jì)，大量生產(chǎn)，價(jià)格最低，并且由于滾動(dòng)絲桿既要承受一定量徑向載荷，又能少量承受軸向載荷；查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，并依據(jù)絲桿的公稱(chēng)直徑d=10mm,因此可選比10mm稍小的內(nèi)徑為8mm的特輕系列的深溝球軸承，其代號(hào)為：608表3-10軸承608參數(shù)型號(hào)dDDBDD2Rsmind2zDw608822718.20.311.894.483.7機(jī)械手設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)械手，由于使用場(chǎng)合和工作要求的不同，其結(jié)構(gòu)型式亦各不相同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差。但是它們都有類(lèi)似人的手臂、手腕和手的部分動(dòng)作及功能，一般都能按預(yù)定程序自動(dòng)地、重復(fù)循環(huán)地進(jìn)行工作。此外，還有些非自動(dòng)化的裝備，具有與人體上肢類(lèi)似的部分動(dòng)作，結(jié)構(gòu)上與工業(yè)機(jī)械手是一致的，亦可歸屬于工業(yè)機(jī)械手的范疇。機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)間，幾乎遍及各行各業(yè)，尤其是在制造加工業(yè)中和現(xiàn)代化檢測(cè)技術(shù)中，機(jī)械手已經(jīng)起到了不可估量的作用。主要應(yīng)用于（1）配合單機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)上出現(xiàn)的許多高效專(zhuān)用加工設(shè)備(如各種專(zhuān)用機(jī)床等)，如果工件的裝卸等輔助作業(yè)，繼續(xù)用人工操作，不僅會(huì)增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度同時(shí)亦不能允外發(fā)揮專(zhuān)用設(shè)備的效能，必然合影響勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高、若采用機(jī)械手代替人工上、下料，則可改變上述不相適應(yīng)的情況，實(shí)現(xiàn)單機(jī)白動(dòng)化生產(chǎn)。（2）組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)在單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，若采用機(jī)械手自動(dòng)裝卸和輸送零部件可使一些單機(jī)連接成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。（3）高溫作業(yè)自動(dòng)化在高溫環(huán)境下作業(yè)(如熱處理、鑄造和鍛造等)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大并且勞動(dòng)條件差，采用機(jī)械手操作，更具有現(xiàn)實(shí)意義。（4）操作工具用機(jī)械手握持工具，在高溫、粉塵及有害氣體環(huán)境下進(jìn)行自動(dòng)化操做可以使人脫離惡劣的勞動(dòng)條件并減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量（5）進(jìn)行特殊作業(yè)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，原子能的應(yīng)用，海底資源的開(kāi)發(fā)，星際探索等等都已為人們所熟悉。但放射性輻射，或海底、宇宙等環(huán)境常常是人體不能直接接觸或難以接近的，采用遙控機(jī)械手代替人們進(jìn)行這種作業(yè)，既能完成這些特殊作業(yè)又能長(zhǎng)時(shí)間地安全地進(jìn)行工作，成為人類(lèi)向新的自然領(lǐng)域進(jìn)軍的一種有效手段。針對(duì)機(jī)械手的作用，和本設(shè)計(jì)對(duì)螺釘進(jìn)行下料的要求，在這里采用機(jī)械手來(lái)進(jìn)行出料是很有必要的。因?yàn)槿绻捎靡话愕姆椒?，是很難從夾具底部的孔中把螺釘給取出來(lái)的，或者說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)，但它的機(jī)構(gòu)必定會(huì)尤其而變得很復(fù)雜，在實(shí)際工程中很難得到使用，所以這里采用機(jī)械手作為初料機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)機(jī)械手中，依據(jù)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作，明顯知道機(jī)械手必須能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作為：夾取——釋放——夾取——這樣連續(xù)的動(dòng)作，為了使機(jī)械手的動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)其它的動(dòng)作不產(chǎn)生影響和整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)性，那么機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)際應(yīng)該要能做到：向下運(yùn)動(dòng)是夾取螺釘，然后向上運(yùn)動(dòng)時(shí)才釋放螺釘。結(jié)合連桿機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)、機(jī)構(gòu)的自由度的知識(shí)，可以初步設(shè)計(jì)機(jī)械手的草圖為圖3-7圖3-7機(jī)械手草圖設(shè)計(jì)步驟為：（1）由機(jī)構(gòu)的大小特性，先初步假設(shè)齒輪為模數(shù)為1、齒數(shù)為20，齒輪桿a為33mm，約束桿b為30mm，假設(shè)兩a、b兩桿在與豎直線(xiàn)成QUOTE時(shí)兩桿d是合并夾取螺釘?shù)模敲蠢密浖olidworks中的繪制草圖命令就基本上得到圖3-7的關(guān)系；（2）在得到圖3-7的草圖關(guān)系后，在厲害軟件中的智能尺寸就很容易得到連桿c和爪d的基本尺寸，以及它們之間的關(guān)系；（3）時(shí)間上圖3-7就是機(jī)械手的一個(gè)縮小、簡(jiǎn)化的小模型，從這個(gè)小縮略圖中我們可以基本上機(jī)械手的實(shí)際模型的輪廓；（4）在上面的基礎(chǔ)上，利用三維軟件solidworks和已經(jīng)初步知道的關(guān)系進(jìn)行初步建模，得到實(shí)際的模型Q；（5）由于在建模中是利用圖3-7的平面圖，它與實(shí)際的模型在尺寸相比是被放大的，如在圖3.7中的線(xiàn)會(huì)被擴(kuò)大為一個(gè)如長(zhǎng)方體一樣的小板塊連桿b；所以實(shí)際得到的模型Q并不一定就是在QUOTE時(shí)就剛好就是夾取螺釘?shù)奈恢?，那么這時(shí)可以再得到的模型Q進(jìn)行反向修改，直到它們?cè)谝粋€(gè)合適的角度相貼合也夾取螺釘為止；（6）這樣經(jīng)過(guò)反復(fù)的修改即可得到機(jī)械手的實(shí)際模型為圖3-8。圖3-8機(jī)械手模型4控制系統(tǒng)分析檢測(cè)工作臺(tái)精密定位控制系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)、傳感器、人機(jī)交互界面。在設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意幾點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)性能好、造價(jià)低、可維護(hù)性、人機(jī)交互界面可操作性比較好。4.1單片機(jī)選擇（1）隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片也很多，如目前應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)AT89S51，價(jià)格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。因此硬件單片機(jī)選用AT89S51，AT表示ATMEL公司的產(chǎn)品，9表示內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，S表示含有串行下載Flash存儲(chǔ)器。AT89S51的性能參數(shù)為：Flash存儲(chǔ)器容量為4KB、16位定時(shí)器2個(gè)、中斷源6個(gè)（看門(mén)狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷0、外部中斷1、定時(shí)器0和定時(shí)器1中斷）、RAM為128B、14位的計(jì)數(shù)器WDT、I/O口共有32個(gè)。(2)單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能在本設(shè)計(jì)中，用到了三個(gè)電動(dòng)機(jī)，它們分別是工作臺(tái)的步進(jìn)電機(jī)、夾具機(jī)構(gòu)的直流減速電機(jī)、出料機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)。單片機(jī)在控制直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)中，它們所要考慮的因素是有所區(qū)別的。單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)要素控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)需要三個(gè)要素：轉(zhuǎn)角﹑方向和轉(zhuǎn)速。對(duì)于含有硬件環(huán)形分配器的驅(qū)動(dòng)電源，轉(zhuǎn)角取決于控制送出的步進(jìn)脈沖個(gè)數(shù)，方向取決于控制器送出的方向電頻的高低，而轉(zhuǎn)速則取決于控制器發(fā)出的步進(jìn)脈沖的頻率。在步進(jìn)電動(dòng)的控制中，方向和轉(zhuǎn)角控制簡(jiǎn)單，而轉(zhuǎn)速控制則比較復(fù)雜。由于步進(jìn)電動(dòng)的轉(zhuǎn)速正比于控制脈沖的頻率，所以對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖頻率的調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度的調(diào)節(jié)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)頻的軟件延時(shí)和硬件定時(shí)。采用軟件延時(shí)法來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，程序簡(jiǎn)單，不占用其他硬件資源；缺點(diǎn)是控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，CPU不能做其他事。硬件定時(shí)要占用一個(gè)定時(shí)器。本設(shè)計(jì)沒(méi)有從硬件上布置，由于單片機(jī)功能強(qiáng)大，采用軟件延時(shí)。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率低于它本身的起動(dòng)頻率時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以用運(yùn)行頻率直接起動(dòng)，并以該頻率連續(xù)運(yùn)行；需要停止的時(shí)候，可以從運(yùn)行頻率直接降到零，無(wú)需升降頻控制。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率（為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有載起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)頻率）時(shí)，若直接起動(dòng)，由于頻率太高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)失步，甚至?xí)G步，甚至停轉(zhuǎn)；同樣在頻率下突然停止，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)超程。因此，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行頻率下工作時(shí)，就需要采用升降頻控制，以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)頻率開(kāi)始，逐漸加速升到運(yùn)行頻率，然后進(jìn)入勻速運(yùn)行，停止前的降頻可以看作是升頻的逆過(guò)程。②單片機(jī)控制直流電機(jī)要素直流電機(jī)的控制非常簡(jiǎn)單，當(dāng)直流電機(jī)通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，當(dāng)給電機(jī)反向通電時(shí)，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢直接于加在它兩端的電壓有關(guān)，如兩端的電壓高，那么電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)大，反之，則轉(zhuǎn)速小。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制可以有很多種方法，可以使用晶閘管調(diào)整導(dǎo)通角從而調(diào)整輸出來(lái)電壓來(lái)調(diào)整直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，也可以通過(guò)D/A輸出不同的電壓來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，目前在實(shí)際應(yīng)中用的比較多的是PWM（脈沖寬度調(diào)制）.PWM利用脈沖沖量等效原理，通過(guò)一系列周期相等但寬度可以調(diào)節(jié)的脈沖來(lái)等效理想的電壓波形，例如一個(gè)恒為3V的電壓波形可以用幅值為5V的PWM脈沖序列等效。圖4-1單片機(jī)外部接口示意圖AT89S51要完成的任務(wù)：（1）將行程開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)的狀態(tài)讀入CPU，通過(guò)信息處理從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）通過(guò)程序?qū)崟r(shí)控制電機(jī)運(yùn)行。（3）接受鍵盤(pán)中斷指令，并響應(yīng)指令，對(duì)電機(jī)實(shí)行控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用。（4）P1.0-P1.5控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的A、B、C線(xiàn)圈通電，形成A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍正轉(zhuǎn)模式和A-AC-C-CB-B-BA-A的反轉(zhuǎn)模式。（5）P1.6口控制直流減速電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。（6）P3.2和P3.3兩個(gè)中斷源，它讀入人機(jī)界面讀入的信息并觸發(fā)中斷（7）P0.0-P0.2口讀取兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)和光電開(kāi)關(guān)的信息，并發(fā)生中斷。P1.0-P1.2P0.0P1.3-P1.5P0.