棱管法兰自动焊机机械手结构设计.doc

1、 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 摘 要现有技术中的棱管与法兰焊接，大多都是人工进行焊接，焊接的效率低，而且焊接的质量不高，导致焊接处打磨时间增长，焊材严重的浪费，而且有特殊方位的焊处，无法通过人工达到焊接，致使大大增加了操作工人的劳动强度，使得加工的质量不高，加工能力弱，自动化程度低。本设计针对送变电、风力机、大型户外广告牌塔筒的棱管与法兰焊接工艺，开发棱管法兰自动焊机。在自动焊接设备的设计过程中引入焊接机器人的结构和控制方法，使得该设备兼有焊接机器人的特点，通用性和智能型与焊接专机相比显著增强，但成本却比焊接机器人低。本说明书讨论的主要是棱管法兰自动焊机机械手结构设计，包括自由度，运动方

2、式。确保能够完成棱管焊接焊缝的运动轨迹，并且保证一定的精度。关键词：自动焊接；Pro ENGINEER；机械手；直角坐标机器人AbstractExisting technology edge tube and flange welding, mostly manual welding, welding of low efficiency, and the welding quality is not high, resulting in the growth of weld grinding time, a serious waste of welding consumables, and t

3、he special position of the weldingplace, unable to reach manual welding, resulting in greatly increased the labor intensity of the operations workers, making the processing quality, and processing capacity is weak, the low degree of automation. The design for the Transmission and Distribution, wind

4、machines, outdoor billboards tower edge tube and flange welding process, development edge Pipe Flanges automatic welding machine. The introduction of the structure and control of welding robot automatic welding equipment in the design process, making the device both the characteristics of the weldin

5、g robot, compared to the versatility and intelligent welding machine significantly enhanced, but low costs than welding robot . Discussed in this manual are mainly edge tube flange automatic welding robot structural design, including the freedom movement. Ensure that the complete edge tube welding t

6、he weld trajectory, and to guarantee a certain accuracy.Keywords: automatic welding；Pro ENGINEER； robot； Cartesian coordinate robot目 录引 言1第一章 绪论21.1 工业机械手的国内外发展状况21.2 棱管法兰自动焊机机械手的优点3第二章 棱管法兰自动焊机机械手结构设计42.1 课题来源42.2 设计题目42.3 设计主要技术参数42.4 设计目的及意义5第三章 机械手总体设计方案63.1 机械手运动方式的确定63.2 机械手自由度的确定83.3 机械手传动方案的

7、确定83.4 机械手夹具方案的确定8第四章 机械手各部件设计计算94.1 电动机的选择94.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型104.2.1 竖直丝杠的计算和选型104.2.2 水平丝杠的计算和选型154.3 轴承的选择154.3.1 深沟球轴承154.3.2 角接触球轴承174.4 键的选择和键连接的强度计算184.4.1 键的选择184.4.2 键的校核194.5 联轴器的选择194.6 润滑方式204.7 基座结构设计204.8 夹具结构设计21结 论23参考文献24谢 辞25引 言现有技术中的棱管与法兰焊接，大多都是人工进行焊接，焊接的效率低，而且焊接的质量不高，导致焊接处打磨时间增长，焊

8、材严重的浪费，而且有特殊方位的焊处，无法通过人工达到焊接，致使大大增加了操作工人的劳动强度，使得加工的质量不高，加工能力弱，自动化程度低。随着工业水平的发展，各个机械行业都采用自动化技术，采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。为了解决棱管法兰焊接人工，效率低，工作环境差等问题，我们设计了棱管法兰自动焊机。主要分为以下几个部分，棱管法兰自动焊机机械手结构设计，棱管法兰自动焊机组对机构设计，棱管法兰自动焊机主轴系统设计，棱管法兰自动焊机PLC控制系统设计。本说明书主

9、要是介绍棱管法兰自动焊机机械手结构设计，再满足要求的前提下，分析各种运动方案优缺点，确定最优的方案，接着进行详细结构的设计，传动部件的计算与选择，利用Pro ENGINEER软件建立三维实体模型，最后用CAXA软件完成装配图和零件图的绘制，在整个设计过程主要有以下工作内容：1. 棱管法兰自动焊机机械手结构整体方案设计，包括自由度，各运动副的顺序，传动方式，传动的结构。2. 传动部分的设计与计算。3. 完成棱管法兰自动焊机机械手结构总装图及零件图。 第一章 绪论本章就针对于工业机械手的发展、棱管法兰自动焊机机械手的优点，进行了详细的介绍。1.1 工业机械手的国内外发展状况工业机械手最早应用在汽车

10、制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMs)和计算机集成制造系统(CIMS)，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断善和提高，机械手的应用领域日益扩大。工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的，始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手

11、研究，它是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的；1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，又试制成一台数控示教再现型机械手，命名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做存储装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成立万能自动公司(Unimation)。专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可作点位和轨迹控制；

12、该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimation-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于lmm。联邦德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业；联邦德国Kuka公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自196

13、9年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前以成为世界上工业机械手(机器人)应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械化、自动化程序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代。1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划(1986-,1990)开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入的大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研

14、究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所(sn)和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DC-PWM等等。我国的工业机械手(或第一代机械手)发展主要是逐步扩大其应用范围；在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造

15、，又便于更换工件，扩大了应用范围。1.2 棱管法兰自动焊机机械手的优点1）稳定和提高焊接质量；2）提高劳动生产率；3）改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；4）降低了对工人操作技术的要求；5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。第二章 棱管法兰自动焊机机械手结构设计本章针对于课题来源、设计题目、设计主要技术参数和设计目的意义做了详细的介绍。2.1 课题来源钢管塔的发展给钢管塔生产工艺和设备带来了新的挑战，而法兰的焊接特别是棱管的法兰焊接也成为了一个难点。以往的钢管塔法兰焊接通常分两步完成，第一步是组对，第二步是焊接，分两个工序完成。通常是在法兰组对设备上先将法兰固定在左右两个法兰

16、卡盘上，然后再将圆管或者棱管放在滚轮架上，通过调节滚轮架将圆管或者棱管插入两法兰孔内，通过点焊使法兰与管固定，然后将焊件整体拆下，送到焊接工位，用法兰焊接机，对法兰与柱管之间的内外缝实施焊接。焊接时，在法兰内外各设一把焊枪，焊枪不动，滚轮架上的滚轮带动管件转动，焊枪对内外两焊缝进行焊接。这种方法比较适合对圆管与法兰进行焊接，但对棱管与法兰的焊接就很困难，因为棱管无法在滚轮架上平稳旋转，即使工件可以平稳旋转，焊枪与工件距离、焊接速度、焊枪角度也是时刻发生变化的，更关键的是对工件在焊接过程中形成的热变形难以控制。所以对棱管与法兰无法进行连续、自动焊接，只能手工焊。 针对以上问题,设计了法兰与柱管组

17、对内外环缝自动焊接设备，该设备不但能实现棱管的自动化焊接，更重要的是它将以前的组对焊接中两个工序组合到一个工位上，其中最主要的就是空心卡盘设计，使内缝焊接与外缝焊接得以同时进行，缩短了焊接时间，同时由于用工装强制防止工件变形，被焊接件的转动是靠卡盘提供，而不是滚轮架，这样就使焊接工件变形问题得到解决。2.2 设计题目棱管法兰自动焊机机械手结构设计2.3 设计主要技术参数 设计参数见表2-1。表2-1 设计参数项目工件直径壁厚机床最大长度机械手重复定位精度参数1.22.0m8mm20m0.05mm2.4 设计目的及意义本课题目的是研究焊接机械手结构的设计问题及方法设计，设计的机械手可以实现棱管与

18、法兰自动焊接，作为前沿的产品和自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需要的工作。通过毕业设计要求学生综合运用所学的基础理论知识、技术基础知识、专业知识及相邻学科知识解决工程技术的实践问题，掌握工程设计方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力。第三章 机械手总体设计方案对焊接机械手的基本要求是能快速、准确地寻找焊接位置，这就要求机械手具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计机械手的原则是：满足系统功能要求和环境条件：明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的

19、要求；尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。本次设计的机械手是棱管法兰自动焊机机械手，用于棱管与法兰的焊接。3.1 机械手运动方式的确定按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其坐标型式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。机械手的运动可以分为主运动和辅助运动。手臂和立柱的运动称为主运动，因为他们能改变被抓取工件在空间的位置。手腕和手指的运动称为辅助运动，因为手腕的运动只能改变被抓取工件的方位(即姿势)，而手指的夹放不能改变工件的位置和方位，故他不计为自由度数，其它运动均计为自由度数。 方案一：关节式焊接机器人图3-1 关节坐标机器

20、人结构 关节坐标机器人具有三个转动关节，其中两个关节是轴线平行的，构成较为复杂的工作范围，结构见图3.1，其特点如下；1) 有很高的自由度，灵活性， 从不同角度不同方位来工作。2) 速度可达6米/秒，加速度10米/每秒；工作效率高，3) 6轴机器人主要应用于汽车点焊，弧焊，装配（拧螺丝），检测类这些轻巧 类工作。该方案工作精度重复定位精度0.06mm,轻载荷小半径0.02mm,重载荷精度0.2mm。关节型集成化程度高，整体性好，但需要专业人员进行机械安装。安装空间较直角坐标型小，但是其工作空间是其整个工作半径，工作区域需要做防护处理，故设备总占地面积不小于直角坐标型。软件系统集成化，库函数直接

21、调用，是其软件优点。但编程和操控必须由供应商通过专业培训才能完成（，而且特殊软件需要收费。关节型可细分为6自由度机器人、Scara机器人、四连杆机器人，种类相对少，选择性和灵活性较直角坐标型小很多。对于棱管法兰的焊接，由于焊缝的特殊性，这种方案将造成成本太高，故不采用。方案二：圆柱坐标式机器人圆柱坐标式机器人具有一个转动关节和两个移动关节，构成圆柱形状的工作范围。方案三；球坐标式机器人球坐标式机器人具有两个转动关节和一个移动关节，构成球缺形状的工作范围。由于焊枪运动轨迹为棱形，并且具有一个旋转，以上两种方案均有缺陷。方案四；直角坐标式机器人 直角坐标式机器人具有三个移动关节。能使手臂末端沿直角

22、坐标系的X,Y,Z三个坐标轴作直线运动。其特点如下；1）任意组合成各种样式，形成两轴到六轴不同结构形式。2）超大行程：单根最多长度是6米，但可以多根方便地级连成超大行程。3）负载能力强：通常是到200公斤，但当采用多根多滑块结构时其负载能力可增加到数吨。4）高动态特性：轻负载时其最高运行速度每秒8米，加速度每秒5米。5）高精度：重复定位精度可达到0.05mm0.01mm。6）扩展能力强：可以方便改变结构或通过编程来适合新的应用。7）简单经济：编程简单类同数控铣床，易培训员工和维修，使其具有非常好的经济性。8）寿命长：直角坐标机器人的寿命一般是10年以上，维护好可达40年。9) 应用范围广：可以

23、方便地装配多种形式和尺寸的手爪，可以胜任许多常见的工作，如焊接、切割，搬运、上下料、包装、码垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码和喷涂等任务。在直角坐标式机器人末端增加一个旋转，即可达到焊接要求。所以采用第四种方案，具体设计以下介绍。3.2 机械手自由度的确定 由于本机械手在对不同直径棱管焊接时手臂具有竖直方向的移动和水平两个方向移动，相应的机械手具有三个自由度。因为机械手夹持焊枪焊接过程中焊枪的角度与棱管平面夹角不时的发生变化，增加了垂直与棱管平面的自由度，为了调整焊枪与棱管与法兰直接的角度，增加了棱管轴向方向的旋转。由于被抓取工件是在工作过程中不需要动，因此可以省略手腕模块。因此机

24、械手总共具有五个自由度。棱管轴向方向的旋转在工作过程中不需要改变，只是为了可以获得完善的焊缝，采用了手动拧紧装置控制旋转。3.3 机械手传动方案的确定机械手具有空间三个方向的直线运动，传动方案为电机接联轴器，接丝杠，丝杠带动滑块运动。旋转方向的传动一个是有电机接联轴器，接传动轴。另一个直接用螺旋拧紧装置控制旋转。3.4 机械手夹具方案的确定机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置，又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。

25、在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。夹具种类按使用特点可分为：万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、吸盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种 标

26、准附件。专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。用于该焊接的机械手夹具是为了夹持焊枪，在工作过程中夹具只需要夹紧焊枪，不存在松开，夹紧的过程。夹具用螺栓拧紧，为了保证焊每次安装的位置固定，在夹具一定增加

27、了限位部分，三维模型见图3-2。图3-2 机械手夹具第四章 机械手各部件设计计算4.1 电动机的选择伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。控制焊枪摆动的电机直接驱动又轴连接，驱动焊枪，扭矩很小，选用步进电机，参数见表4-1。表

28、4-1 焊枪摆动电机参数名称型号转矩（Nm）驱动器焊枪摆动电机86BYG350BH5SH-30806 控制移动的电机选用伺服电机，参数见表4-2。表4-2 伺服电机参数名称型号额定功率(KW)驱动器前后运动电机80CB075C-0100000.75GS0075A左右运动电机80CB075C-0100000.75GS0075A上下运动电机80CB075C-0100000.75GS0075A4.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型4.2.1 竖直丝杠的计算和选型（1） 最大工作载荷Fm的计算作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括移动件的重量在导轨上的摩擦力。因而其数值的大小与导轨的型式有关，由于在设计中采

29、用的是加有导轨块的滚动导轨，所以选择的计算公式为综合导轨的计算公式。计算公式为： （4-1）式中 ： 移动件（N）G=200N； 导轨上的摩擦系数，随导轨型式而不同； 考虑颠复力矩影响系数；圆柱滚动导轨的,， 代入计算得 （2） 计算最大动载荷FQ选用滚珠丝杆副的直径时，必须保证在一定轴向负荷作用下，丝杠在回转15000h后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负荷的最大值即为该滚珠丝杠能承受的最大动负荷FQ。丝杆转速 =200/5=40(r/min)丝杆寿命系数（以转为1单位） 最大动负荷 式中：丝杠轴向当量负载； 最大移动速度（m/min），可取最高进给速度的300m/s； 滚珠丝杠导程，

30、=5mm；硬度系数，取1.0；载荷系数，按一般运转中等冲击取=1.21.5，计算取1.2；滚珠丝杆的使用寿命，取12000h；所计算出来的最大动负荷应小于滚珠丝杆的额定动载荷。根据额定动载荷，根据表4-3，选择规格为BSS2005-3E的丝杠。表4-3 丝杠参数验证所初步选择的滚珠丝杠螺母副是否符合要求。（3）初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁丝杠厂制造生产的G系列20043型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈X 2列，精度等级取5级，额定动载荷为5243N，大于，满足要求。图4.1丝杠螺母结构（4）传动效率 滚珠丝

31、杠螺母副的传动效率一般在0.80.9之间，由下式计算。 =95.5% = arctanPh/d0 =式中：公称直径d0=20mm，导程为Ph=4mm。丝杠螺旋升角；摩擦角，滚珠丝杠螺母副的滚动摩擦系数=0.0030.004，其摩擦角约等于。(5）系统刚度验算 滚珠丝杆副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动平稳性。因此，应考虑以下引起轴向变形的因素：丝杠的拉伸或压缩变形量、滚珠与螺纹滚道间接触变形。 机械手升降进给滚珠丝杠副的支承方式草图如图4-2所示。卧式镗铣床的主轴箱升降的滚珠丝杠副的支承采用“一端双推-端游动。丝杠角接触球轴承。上下两支承德中心距离L=400mm丝杠螺母及轴承均进行预紧

32、，预紧力为最大轴向负载的1/3，选择波形管防护装置。图4-2 机械手升降进给滚珠丝杠副的支承方式式中：E钢的弹性惯量，取；丝杠低径，查表4-3得17.2mm；滚珠直径，查表4-3得2.381mm;S丝杠截面积，取;式中:丝杠预紧力， Z 单圈滚珠数，由与该型号为单螺母，滚珠圈数列数为32 所以滚珠总数为144。根据以上计算得到滚珠丝杠的总体变形量：在此次设计中,丝杠有效行程为400mm,，五级精度滚珠丝杠有效行程在400-500mm之间时，行成误差可达27m，可见，丝杠刚度足够。6）稳定性校核滚珠丝杠属于受轴向力的细长杆，对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向负荷时，应验算其是否产

33、生弯曲失稳现象。产生失稳的计算临界负载=23703N式中:丝杠材料弹性模量，钢：；截面惯性矩，丝杠：，为丝杠螺纹的底径；丝杠两支承端距离，L=600mm；丝杠支承方式系数。故丝杠不失衡，是稳定的。4.2.2 水平丝杠的计算和选型水平丝杠的计算竖直丝杠的计算相同，与竖直导轨连接的水平丝杠选择与竖直丝杠相同的型号，有效行程为600。末端丝杠受力较小，根据表4-4选择规格为MPFD 0801-3，有效行程为200。表4-4 丝杠参数4.3 轴承的选择轴承是支承轴的零件，其功用有两个：支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；减轻转轴与支承之间的摩擦和磨损。与滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活、摩擦阻力小

34、、效率高、润滑简便及易于互换等优点，所以应用广泛。它的缺点是抗冲击能力差，高速时有噪声，工作寿命也不及液体摩擦滑动轴承。本设计选用深沟球轴承和角接触球轴承，以及用于支撑圆柱导轨的直线轴承。4.3.1 深沟球轴承 深沟球轴承的特性有承能力较小，额定动载荷为1；主要承载径向载荷，也可同时承受一定的轴向载荷。当轴承的径向游隙加大时，具有角接触轴承的功能，可承受较大的轴向载荷；允许一定的轴向位移，但轴向位移限制在轴向游隙范围内；摩擦系数小，极限转速高。水平丝杠用此类轴承。结构见图4-3。深沟球轴承(摘自GB/T 276-1994) 深沟球轴承1：606 ，d：6mm，D：15mm，B：5mm深沟球轴承

35、2：6002，d：15mm，D：32mm，B：9mm 图4-3 深沟球轴承结构 计中主要使用此类轴承限制同轴心的转动不使其偏动，此类轴承用于水平丝杠的支撑。基本尺寸/mm d: 6 15基本尺寸/mm : 15 32基本尺寸/mm B: 5 9安装尺寸/mm da (min): 7.6 17.4安装尺寸/mm Da (max): 13.4 29.6安装尺寸/mm ra (max): 0.2 0.3 其他尺寸/mm d2 : 8.6 20.4 其他尺寸/mm D2 : 12.4 26.6其他尺寸/mm r (min): 0.2 0.3基本额定载荷/kN Cr: 1.48 5.58基本额定载荷/k

36、N C0r: 0.6 2.85极限转速/(r/min) 脂: 32000 19000极限转速/(r/min) 油: 40000 24000重量/kg W : 0.0045 0.031轴承代号|60000型: 606 60024.3.2 角接触球轴承 角接触球轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，也可以单独承受轴向载荷。能在较高转速下正常工作。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此，一般都是成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角有关，接触角大的，承受轴向载荷的能力也高。机械手的竖直丝杠在工作过程中会产生扭矩，故用该种轴承支撑，结构如图4-4。图4-4 角接触球轴承结构角接触球轴承(摘自GB/T 27

37、6-1994)基本尺寸/mm d: 15 基本尺寸/mm : 32 基本尺寸/mm B: 9 安装尺寸/mm da (min): 17.4 安装尺寸/mm Da (max): 29.6 安装尺寸/mm ra (max): 0.3 其他尺寸/mm d2 : 20.4 其他尺寸/mm D2 : 26.6 其他尺寸/mm r (min): 0.3 其他尺寸/mm r1(min): 0.15基本额定载荷/kN Cr: 5.95 基本额定载荷/kN C0r: 3.25 极限转速/(r/min) 脂: 17000 极限转速/(r/min) 油: 24000 重量/kg W : 0.028 轴承代号|600

38、00型: 7002AC 4.4 键的选择和键连接的强度计算键是标准件，通常用于联接轴和轴上的零件，起到周向固定的作用并传递转矩。有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。根据所设计的要求。此次设计所采用的有平键联接。键的两侧面是工作面，工作时候，靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩；键的上表面与轮毂槽底面之间则留有间隙。平键联结不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用。常用的平键有普通平键和导向平键两种。平键联结具有结构简单，装拆方便，对中良等优点，因而得到广泛的应用。普通平键用于静联结。A型号或B型号平键，轴上的键槽用键槽铣刀铣出，键在槽中固定良好，但当轴工作时，轴上键槽端

39、部的应力集中较大。4.4.1 键的选择由于平健具有结构简单对中性好拆装方便等优点，所以本次设计轴的连接选用平键。根据丝杠的轴颈为15mm，由表4-5得键宽b键高h为55。根据丝杠的轴长约为8mm，由表4-5得键长为6mm。根据丝杠的轴颈为6 mm，由表4-5得键宽b键高h为22。根据丝杠的轴长约为8mm，由表4-5得键长为6mm。根据电机的轴颈为15mm，由表3-8得键宽b键高h为55。根据丝杠的轴长约为8mm，由表4-5得键长为6mm。表4-5轴的直径d6881010121217172222303038键宽b键高h223344556687108键的长度系列L6,8,10,12,14,16,1

40、8,20,22,25,2832,36,4045,50,56,63,70,80,90,100,110,125，4.4.2 键的校核机械手运动过程中没有太大的阻力，所产生的扭矩很小，所以各键合适。4.5 联轴器的选择机械手共需要四个联轴器，用于电机轴与丝杠和传动轴的连接。机械手在工作中较为平稳，载荷较小且平稳。凸缘联轴器结构简单，制造方便，成本较低，工作可靠，装拆、维护均较简便，传递转矩较大，能保证两轴具有较高的对中精度，一般常用于载荷平稳，高速或传动精度要求较高的轴系传动。故选用凸缘联轴器。结构如图4-5。图4-5表4-6根据表4-6，选择GY1轴孔直径12的凸缘联轴器。轴上负载较小，该联轴器适

41、用。4.6 润滑方式丝杠的运转速度并不高，轴承润滑采用脂润滑。丝杠也采用脂润滑。用滚动轴承润滑脂（SH/T 0386-1992）。4.7 基座结构设计基座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，是支撑起机械手全部重量的构件。对其结构的要求是刚性好、占地面积小、操作维修方便和造型美观。基座结构从形式上可以分为落地式和悬挂式，或分为固定式、可移动式、和行走式。无论哪一种形式，机械手工作时基座应予以固定。根据总体设计中焊接机械手的设计要求，本机械手的基座采用落地固定式。基座的结构与机械手的总体布置有关传动和控制部分通常是单独布置，故基座比较简单或不设基座。本机械手基座机构

42、设计如图4-6。图4-6 底座结构4.8 夹具结构设计结构如图4-7。图4-7 夹具结构结 论 本文主要研究对象是棱管法兰自动焊机机械手结构，通过三个月的独立设计，得到了丰厚的成果。通过本次设计了解了我国工业机器人的发展现状，机械手结构设计的步骤和方法，运用所学知识及其参考文献设计出能够基本满足要求的棱管法兰焊接机械手的机构，并在pro/e环境下完成了自动焊机机械手结构的三维建模，还使我掌握了查一些机械手册以及一些重要的资料的能力，使我学会了独立完成一项基本设计的全过程。通过这次毕业设计，基本上将四年大学所学知识联系起来，初步具备了独立设计的能力，积累了宝贵的经验，为将来走向工作岗位打下了良好

43、的基础。参考文献1 濮良贵 纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社.2006.2 机械设计手册编委会.机械手册M.北京：机械工业出版社.2008.3 吴振彪 王正家. 工业机器人.武汉：华中科技大学出版社.2006.4 陈冰冰.气动机械手的结构设计、分析及控制的研究 学位论文东华大 学.20065 龚桂义主编机械设计课程设计图册.北京：高等教育出版社.1989.6 赵学跃 杨大成.Pro E Wildfire5.0立体词典：产品建模M.杭州:浙江大 学出版社.2010.7 王承义机械手及其应用北京：机械工业出版社，1981：458 王彬.我国焊接自动化技术的现状与发展趋势J.焊接技术,2000（12） 38-41.9 王之栋，王大康.机械设计综合课程设计.北京：机械工业出版