滾珠螺桿型單軸機(jī)械手臂應(yīng)用要領(lǐng)

《滾珠螺桿型單軸機(jī)械手臂應(yīng)用要領(lǐng)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、滾珠螺桿型單軸機(jī)械手臂應(yīng)用要領(lǐng)????單軸機(jī)械手臂種類繁多，又稱精密定位滑臺(tái)、精密線性模塊、電動(dòng)滑臺(tái)、引動(dòng)器（Actuator）等，在自動(dòng)化工業(yè)中扮演關(guān)鍵角色。單軸機(jī)械手臂是機(jī)電整合的具體實(shí)踐，也是產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)，是這個(gè)領(lǐng)域的工程師必須熟識(shí)的技術(shù)。機(jī)械手臂產(chǎn)品的種類雖然很多，但是基本構(gòu)造卻大同小異，本文將從使用者的角度就基本構(gòu)造、使用壽命、承載負(fù)荷、安裝方式、使用環(huán)境、定位精度、動(dòng)力匹配等方面提供選用要領(lǐng)，期使第一線的工程師對(duì)本類產(chǎn)品的應(yīng)用能更順手。?????在產(chǎn)業(yè)機(jī)器人中，應(yīng)用最廣的當(dāng)屬單軸機(jī)械手臂。單軸機(jī)械手臂看似簡(jiǎn)單，只在單一方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但在實(shí)際應(yīng)用上功能各異，種類繁多。由于構(gòu)造簡(jiǎn)

2、單，一般教科書甚至把它當(dāng)作計(jì)算的例題。可是使用者往往發(fā)現(xiàn)，雖然它看似很簡(jiǎn)單的東西，要能真正全面深入做精確的計(jì)算卻并不容易。理論和實(shí)際之間畢竟存有差距，例如摩擦系數(shù)就很難確定，而且工程師通常沒有那么多時(shí)間仔細(xì)的一步一步推導(dǎo)公式。不但如此，單軸機(jī)械手臂的應(yīng)用正是典型的機(jī)電整合，既要計(jì)算負(fù)荷、結(jié)構(gòu)，也要匹配馬達(dá)和控制，還必須從數(shù)以百計(jì)的廠商型錄中挑選適合的產(chǎn)品，過程冗長(zhǎng)而且復(fù)雜。因此，本文擬為第一線的工程師或產(chǎn)品選購(gòu)者提出一些解說，由基本的認(rèn)識(shí)切入，讓使用者能更正確地判讀廠商型錄，選用產(chǎn)品時(shí)也更省力。???單軸機(jī)械手臂的驅(qū)動(dòng)方式有：滾珠螺桿、時(shí)規(guī)皮帶、齒輪齒條、線性馬達(dá)、液壓缸、氣壓缸等。限于篇幅

3、，本文將以滾珠螺桿型機(jī)械手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)為主，從使用者的角度針對(duì)應(yīng)用上必須注意的要領(lǐng)列舉一二供讀者參考。???圖1單軸機(jī)械手臂構(gòu)造基本構(gòu)造????單軸機(jī)械手臂構(gòu)造簡(jiǎn)單，最常見的形式如圖1所示。其中，滑臺(tái)承載負(fù)荷，負(fù)荷傳遞到線性滑軌上，滾珠螺桿負(fù)責(zé)推動(dòng)滑臺(tái)，馬達(dá)則通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)螺桿。螺桿的支撐通?？拷R達(dá)端的軸承為固定端，另一端為支撐端。????滾珠螺桿的轉(zhuǎn)速有限制，在共振發(fā)生之前的最高轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。為免發(fā)生共振，常以臨界轉(zhuǎn)速的80%當(dāng)作最大容許轉(zhuǎn)速，計(jì)算方式如下：??其中Np=最大容許轉(zhuǎn)速(RPM)?Mf=組裝型式系數(shù)，例如固定－支撐Mf=0.689?dr=螺桿根徑(mm)?Lr=軸承間的

4、螺桿跨距(mm)???由于容許轉(zhuǎn)速和跨距的平方成反比，大大限制了螺桿的長(zhǎng)度，機(jī)械手臂的有效行程也因而受到限制。所以選用單軸機(jī)械手臂的第一步，先確認(rèn)工作運(yùn)轉(zhuǎn)的速度（mm/sec），用螺桿導(dǎo)程換算成螺桿的轉(zhuǎn)速（RPM），再以此轉(zhuǎn)速確認(rèn)螺桿跨距及有效行程。????有些產(chǎn)品雖然提供足夠長(zhǎng)的行程，但是由于共振的限制，超過某個(gè)規(guī)定長(zhǎng)度以上會(huì)限制轉(zhuǎn)速，超過愈多，轉(zhuǎn)速降得愈多，應(yīng)特別注意。????如果工作行程確實(shí)很長(zhǎng)，則須選用長(zhǎng)行程的產(chǎn)品。目前長(zhǎng)行程的機(jī)械手臂除了線性馬達(dá)和皮帶驅(qū)動(dòng)者外，滾珠螺桿型的有兩種：一是旋轉(zhuǎn)螺帽式，螺桿本身根本靜止不轉(zhuǎn)，靠中空馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺帽；另一種是在跨距中間增設(shè)移動(dòng)式的螺桿支撐座，形

5、同跨距減半，螺桿總長(zhǎng)度達(dá)2,500mm不成問題。?使用壽命????最困擾使用者的，大概是使用壽命的計(jì)算。壽命和負(fù)荷直接相關(guān)，簡(jiǎn)單的說，負(fù)荷輕松則長(zhǎng)壽，負(fù)擔(dān)勞苦則短命；壽命和負(fù)荷必須相提并論。????單軸機(jī)械手臂的基本構(gòu)造有三個(gè)關(guān)鍵組件，滾珠螺桿、線性滑軌、軸承，都是運(yùn)用滾珠的組件，各有其使用壽命。「壽命」都和「基本動(dòng)額定負(fù)荷」有關(guān)，因此欲計(jì)算壽命，必須先提出負(fù)荷條件，亦即承載的方式、方向、重量、距離、運(yùn)動(dòng)方式等等，計(jì)算出等效負(fù)荷，接著再用等效負(fù)荷計(jì)算壽命，計(jì)算過程十分復(fù)雜。????大部分的單軸機(jī)械手臂制造廠商并不會(huì)讓使用者自己計(jì)算壽命，而是給一個(gè)經(jīng)過換算的既定壽命值，例如行走5,000Km或

6、是10,000Km，然后限制欲達(dá)到此壽命的容許負(fù)荷條件。????要注意的是，此容許負(fù)荷并非從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的觀點(diǎn)來(lái)理解，而是表示某一壽命值的參考負(fù)荷點(diǎn)。例如某廠商設(shè)定產(chǎn)品壽命10,000Km，并且給了一個(gè)容許負(fù)荷表，其意義是指如果負(fù)荷狀況超過表列的容許值則壽命將短于10,000Km，反之如果實(shí)際負(fù)荷低于容許值，則使用壽命將高過10,000Km。當(dāng)然，為了延長(zhǎng)使用壽命，應(yīng)用時(shí)盡可能不要超過容許負(fù)荷為宜。????雖然單軸機(jī)械手臂中有滾珠螺桿、線性滑軌、軸承等三個(gè)關(guān)鍵組件，但是除了垂直安裝（Z軸）或大角度傾斜安裝之外，承載負(fù)荷的組件仍以線性滑軌為主，螺桿只負(fù)責(zé)推力，不承擔(dān)重量，故壽命計(jì)算也是以線性滑軌的

7、動(dòng)額定負(fù)荷為計(jì)算基礎(chǔ)。?線性滑軌的壽命計(jì)算式如下：??其中L=預(yù)期壽命fh=硬度系數(shù)C=基本動(dòng)額定負(fù)荷ft=溫度系數(shù)Pc=計(jì)算所得的等效工作負(fù)荷fw=負(fù)荷系數(shù)????對(duì)單軸機(jī)械手臂而言，上式其實(shí)只提供了一個(gè)重要的訊息：壽命和負(fù)荷的三次方成反比，意即稍微增加負(fù)荷就會(huì)使壽命快速減少。上式難以直接套用的關(guān)鍵是Pc的計(jì)算。????使用者在選用階段從型錄上或廠商提供的CAD圖上根本看不到單軸機(jī)械手臂的內(nèi)部構(gòu)造和尺寸，也