應國內(nèi)一大型機床制造企業(yè)要求，力拓公司于2009年開始為其研發(fā)多臺數(shù)控加工中心自動上下料機械人。

　　一、機器人名稱及用途，名稱：加工中心自動上下料機械人。用途：為三臺同樣的加工中心提供上料及下料服務。

　　二、使用環(huán)境及原始設計要求動力、環(huán)境條件

　　1、工作環(huán)境：機械加工車間粉，氣溫-5℃～45℃，相對濕度小于85%

　　2主要技術參數(shù)

　　2.1、行程

　　X坐標軸行程：14000mm（水平方向）,不含限位空間

　　Z坐標軸行程：1650mm（垂直方向）,不含限位空間

　　2.2速度

　　最大驅(qū)動速度：X坐標軸（水平方向）1200mm/s；平均速度：1000mm/s,加速度2m/s2；

　　最大驅(qū)動速度：Z坐標軸（垂直方向）1200mm/s；平均速度：1000mm/s,加速度2m/s2。

　　2.3負載

　　作用在垂直升降坐標軸的負載小于等于50kg(含抓手)。

　　2.4重復精度

　?。?）X坐標軸重復位置精度±0.1mm（水平方向）；

　　（2）Z坐標軸重復位置精度±0.1mm（垂直方向）。

　　三、項目分析與設計

　　3.1、機械設計過程

　　3.1.1、X軸定位系統(tǒng)及驅(qū)動的選擇

　　因為X方向行程較大，而且一臺機械手要分時為三臺加工中心上料和下料，包括上料倉位置和下料倉位置，全程有五個位置需要精確定位，我們選擇了齒輪齒條傳動形式的直線定位系統(tǒng)ALLZQ203，把齒條固定在安裝基準上，伺服電機驅(qū)動齒輪在齒條上滾動。

　　ALLZQ203是BAHR公司專門針對大負載大行程應用場合開發(fā)的一款精密型直線定位系統(tǒng)，全程重復定位精度為+-0.1mm，負載能力Fy=8700N，水平推力4600N，無接縫最大長度為7600mm。齒條安裝在兩個導向軌道中間，有一個隨動的時時潤滑系統(tǒng)跟隨驅(qū)動的齒輪，時刻給齒輪和齒條提供潤滑。

　　該定位系統(tǒng)具有較大的截面慣性距和極慣性矩，適合大跨距安裝。

　　為方便運輸和安裝，實際使用中我們將該定位系統(tǒng)分成3段，每段的長度為4900mm，總長度為14700mm。一個特殊設計接縫將三段定位系統(tǒng)依次連接起來：

　　接縫圖

　　連接好的ALLZQ203直線定位系統(tǒng)。

　　ALLZQ203的驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖

　　X軸驅(qū)動的選擇

　　作用在X軸定位系統(tǒng)上的負載大約有200Kg，其中負載50Kg；整個Z軸及驅(qū)動的重量為100Kg，X軸滑塊和驅(qū)動的重量為50Kg。

　　為了獲得較好的動態(tài)性能，我們必須計算系統(tǒng)的運動慣量和驅(qū)動扭矩，

　　我們已知X軸的加速度為2m/s2，運動速度為1000mm/s,運動的質(zhì)量為200Kg，ALLZQ203驅(qū)動輪的周長為197.92,我們就可以計算出其負載慣量為1984Kg.cm2,加速扭矩為48Nm。

　　據(jù)此我們選擇了一個3000W，轉(zhuǎn)速3000rpm，慣量為7.8Kg.cm2的伺服電機和10：1的一個減速機作為驅(qū)動元。

　　3.2、Z軸定位系統(tǒng)及驅(qū)動的選擇

　　通過垂直軸負載及剛性計算，我們選擇了BAHR公司的ELSZ80作為垂直軸，該直線定位系統(tǒng)的垂直拉力為3800N，同步帶輪的周長為256mm,

　　沿垂直軸運動的物體總重量為70Kg，其負載慣量為1186Kg.cm2,加速扭矩為40Nm。

　　據(jù)此我們選擇了一個1500W，轉(zhuǎn)速3000rpm，慣量為3.17Kg.cm2的伺服電機和10：1的一個減速機作為驅(qū)動元。

　　4、末端抓手的設計

　　通過對被抓取的物體的形態(tài)分析，我們設計了一個具有定位功能的氣動抓手，四個定位銷安裝在抓取底板上。抓取物體前四個定位銷先慢速插入被抓物體的工藝孔里。并且將物體壓實，然后抓手物體的兩側(cè)向里動作，將物體夾住。

      如圖

　　設備整體外觀