1、精選優質文檔-傾情為你奉上學校代碼： 10128企鵝號： 本科畢業設計說明書（題 目：六自由度伸縮式并聯機床結構設計學生姓名：學 院：機械學院系 別：機械系專 業：機械電子工程班 級：機電10-4班指導教師：講師需微要信 swan165摘 紅字 要并聯系聯機微床信，也可叫獲取做整套并聯結構機床(Parallel Structured Machine Tools)、虛擬軸機床(Virtual Axis Machine Tools)，曾經被稱為六條腿機床、六足蟲(Hexapods)。并聯機床是近年來國內外機床研究的方向，它具有多自由度、剛度高、精度高、傳動鏈短、制造成本低等優點。但其也不足之處，其

2、中位置正解復雜就是關鍵的一條。6-THRT伸縮式并聯機床是Stewart機床的一種變形結構形式，它主要構成是運動和靜止的兩個平臺上的6個關節點分別分布在同一個平面上，且構成的形狀相似。并聯機床是一種氣動機械，集氣（液），在一個典型的機電一體化設備的控制技術，它是很容易實現“六軸聯動”，在第二十一世紀將成為主要的高速數控加工設備。本次畢業設計題目結合本院實驗室現有的六自由度并聯機床機構進行設計，使其能根據工藝要求進行加工。 d)dL%9K$ 提高學生的工程素質、創新能力、綜合實踐及應用能力。 此次畢業設計的主要內容是對并聯機床結構設計，其內容主要包括機器人結構設計總體方案的確定，機器人機構設計的

3、相關計算，以及滾珠絲杠螺母副、步進電機、滾動軸承、聯軸器等主要零部件的計算選用，并利用CAXA軟件繪制各相關零部件的零件圖和總裝配圖，以期達到能直觀看出并聯機床實體機構的效果。關鍵詞：并聯機床；步進電動機；空間變換矩陣；滾珠絲杠螺母副AbstractPMT (Parallel Machine Tools), also known as the parallel structure machine (Parallel Structured Machine Tools), Virtual Axis Machine Tool, has also been known as the six-legge

4、d machine, six-legged insects (Hexapods).Parallel machine is in recent years the domestic machine tool research hot spot, it has multiple degrees of freedom, high rigidity, high precision, short transmission chain, with low manufacturing cost.But its shortcomings, in which the forward solution of po

5、sition of a complex is the key. 6-THRT telescopic type parallel machine tool is Stewart machine tools, a deformable structure form, it is the main characteristics of dynamic, static platform on the 6joints are respectively distributed on the same plane, and form the shape similarity.Parallel machine

6、 is a mechanical, pneumatic (hydraulic), control technology in one of the typical electrical and mechanical integration equipment. Parallel machine is easy to achieve "six-axis", is expected to become the 21st century, the main high-speed light CNC machining equipment. The combination of h

7、ospital laboratory construction project, located six-DOF parallel machine tool sector, so that it can be processed according to process requirements. Improve their engineering quality, innovation, comprehensive practice and application of skills.The main topics for the design of parallel machine too

8、l design, its content includes the determination of robot design, robot design and calculation, and the ball screw pair, stepping motor, bearings, couplings, limit switch, spindle ,and other major components using CAXA software to draw the relevant parts of the parts drawings, and assembly drawings

9、to achieve the parallel machine tool can directly see the effect of physical bodies.Keywords: parallel machine；Six axis linkage；space transformation matrix；ball screw pair目 錄專心-專注-專業第一章 緒論1.1 課題的研究背景為了改善生產環境的適應性，滿足快速變化的市場需求，近年來制造設備和系統，全球機床制造業正在積極探索和開發新的功能，其中在機床結構技術上的突破性進展當屬90年代中期問世的并聯機床(Parallel Mac

10、hine Tools)，又稱虛(擬)軸機床(Virtual Axis Machine Tool)或并聯運動學機器(Parallel Kinematics Machine)12。并聯機床實質上是機器人技術與機床結構技術結合的產物，其原型是并聯機器人操作機。與實現等同功能的傳統五坐標數控機床相比，并聯機床具有如下優點： 1、剛度與重量的比大：通過使用并行靜態和非靜態成員，并在靜態情況下，傳動部件的理論二力桿拉壓載荷，單位重量的驅動機構具有很高的承載。2、響應速度快：慣性大大減少，有效地提高了伺服控制器的動態品質的運動部件，允許移動平臺來實現一個高的進給速度和加速度，特別適用于各種高速數控操作。3、

11、環境適應性強：方便重組和模塊化設計，布局和自由度，可結合不同的形式。在移動平臺上的安裝工具可以多軸銑，鉆，磨，拋光，和異形刀具磨削。設備的機械手腕，高能束源或CCD相機和其他的末端，但也能完成特殊加工，精密裝配，測量操作。4、技術附加值高：并聯機床具有“硬件”簡單，“軟件”復雜的特點，是一種技術附加值很高的機電一體化產品，因此可望獲得高額的經濟回報。當今，國際學術界和工程界的高度重視，對并聯機床的研究與開發，并在90年代中期推出產品結構是不同的。1994年在芝加哥國際機床博覽會上，美國Ingersoll銑床公司、Giddings & Lewis公司和Hexal公司首次展出了稱為“六足蟲

12、”(Hexapod)和“變異型”(VARIAX)的數控機床與加工中心，引起轟動。此后，英國Geodetic公司，俄羅斯Lapik公司，挪威Multicraft公司，日本豐田、日立、三菱等公司, 瑞士ETZH和IFW1研究所，德國亞琛工業大學、漢諾威大學和斯圖加特大學等單位也研制出不同結構形式的數控銑床、激光加工和水射流機床、坐標測量機和加工中心。與之相呼應，由美國Sandia國家實驗室和國家標準局倡議，已于1996年專門成立了Hexapod用戶協會13，并在國際互聯網上設立站點。近年來，有關并聯機床和層出不窮的并聯機器人學術會議，如七分之四的年度會議上，1999  CIRA

13、 1998會議上，美國機械工程師協會五分之二十屆第十機制，TMM世界大會上有大量的關于這方面的文章。由美國國家科學基金會的活動，在意大利，米蘭在并聯機床國際會議第一次會議在1998日召開的研討會，并決定于2000在美國密歇根大學舉行。在此期間從1994到1999，在以前的大型國際機床展覽會有這種類型的機床展，并有望成為第二十一世紀的高速數控加工的主要設備。中國取得了并聯機床的研究與開發已列入國家“九五”項目和863高技術發展計劃的，連續的基礎理論研究是由國家自然科學基金、國家攀登計劃項目基金資助。部分高校還將并聯機床的研發納入教育部211工程重點建設項目，并得到地方政府部門的支持且吸

14、引了機床骨干企業的參與。在國家自然科學基金委員會的支持，在中國大陸地區研究的骨干，在1999六月舉行了第一次并聯機器人和并聯機床設計理論與關鍵技術研討會在清華大學，未來的發展趨勢，并聯機床和需要解決的問題進行了討論。總的來說，傳統的工具機的串行機制，在數學上是簡單的和復雜的機床機構，和相對簡單的并聯機構，機床結構和數學的復雜性，平臺的運動涉及數學非常大，因此，虛擬軸并聯機床是一種知識密集型組織。這臺新機器完全打破了傳統機床結構的概念，廢棄的工具型固定導軌，采用了多桿并聯機構驅動，大大提高了機床的剛度，使加工精度和加工質量都有較大的改進。此外，增加的速度，使高速，超高速加工更容易實現。因為這種具

15、有高剛性機床，承載力高，速度快，精度高，重量輕，機械結構簡單，制造成本低，標準化程度高，已成功地應用在許多領域，因此受到學術界的廣泛關注。并聯，串聯和混合的數控機床，不僅具有并聯機床的優點，并已在使用更多的實用價值。1.2 課題研究的意義為實現生產過程自動化并聯機床，提高勞動生產率，降低勞動強度，具有十分重要的意義，保障生產安全。并聯機床是集機械、氣動（液壓）、控制技 9! Eq 術于一體的典型的機電一體化設備。并聯機床容易實現“六軸聯動”，有望成為21世紀高速輕型數控加工的主力設備。本課題結合本院實驗室建設以及現有的設備，對六自由度并聯機床機構進行設計，使其能根據工藝要求進行加工。從中得到一

16、次機械結構設計、電氣系統設計 d)3ceJ: 的訓練。 d)dL%9K$ 提高學生的工程素質、創新能力、綜合實踐及應用能力。1.3 課題的研究內容步驟設計過程中需要做的工作主要有：第一、收集相關資料，在了解6-THRT伸縮式并聯機床工作原理的基礎上，制定出滿足設計要求的結構方案，繪制出主要結構。第二、完善機床的結構設計，完成傳動零部件的設計、選型、以及校核。第三、對并聯機床工作原理及運行情況做簡單分析、計算。第四、利用CAXA軟件建立零件圖、裝配模型，完善整機結構。第五、在時間允許的情況下可以對并聯機床進行三維的建模以及簡單的動態仿真以驗證設計的正確合理性。1.3.1并聯機構介紹一、并聯機構的

17、定義并聯機構（Parallel Mechanism，簡稱PM）14，可以被定義為運動平臺和固定平臺至少由兩個獨立的運動鏈連接，機構有兩個或兩個以上的自由度，一個閉環機床和并聯。 并聯機構主要具有以下特點： （1）與串聯機構相比剛度大，結構穩定； （2）承載能力大； （3）微動精度高； （4）運動負荷小； （5）在位置求解上，串聯機構的求解比較容易，但是反解卻十分困難，而并聯機構正好相反。三、6自由度并聯機構6度的自由度并聯機構是一種并聯機構的并聯機器人機構，是國內外學者研究得最多的，但這種機制有許多關鍵技術沒有或沒有完全解決，例如，正解，模型和并聯機床精度標定等運動學和動力學。從完全并聯的角度

18、出發，這類機構必須具有6個運動鏈。但現有的并聯機構中，也有擁有3 個運動鏈的6 自由度并聯機構，如3-PRPS 和3-URS 等機構，還有在3 個分支的每個分支上附加1個5桿機構作這驅動機構的6自由度并聯機構等。 1.3.2并聯機床設計類型的選定組成空間機構的一些基本運動副有如表1-1所示：運動副符號相對自由度f轉動R1移動P1球面S3虎克鉸T2螺旋H1圓柱C2平面E3表1-1 運動副的自由度6自由度并聯機器人有很多種結構類型，如6-SPS型、6-PTRT型、6-PSS型、6-THRT等等。根據導師提供的參考資料以及畢業設計任務書，選定6-THRT型并聯機床進行設計。6-THRT伸縮式并聯機構

19、是將6套驅動機構固定在連桿上，每套驅動機構連接1套連桿機構，連桿機構末端與運動平臺連接，由步進電機驅動絲杠螺母副，使螺母滑座做傾斜（與連桿平行）方向的運動，然后通過連桿聯動，帶動運動平臺產生運動。可以被定義為運動平臺和固定平臺是由六個獨立的運動鏈連接，機構具有6個自由度，一個閉環機伸縮和并聯。其中鉸鏈的選擇如表1-2所示：鉸鏈剛度轉角價格壽命摩擦力磨損自由度虎克鉸一般較大較低較長小小2球鉸較高一般偏高較長小小3表1-2 球鉸與虎克鉸的性能比較1.3.3 并聯機床結構設計的相關計算I、并聯機器人位置逆解的算： 坐標系的建立； 初始條件的確立； 空間變換陣的求解； 求各軸的變化距離，實現逆解； 計

20、算結果的簡化分析。II、滾珠絲杠螺母副的計算與選型III、步進電機的計算與選型IV、其他主要零部件的計算與選用 1.3.4 各零部件與裝配圖的設計出圖為了更好直接的看出機床的結構特征，利用CAXA出一張整體的裝配圖，一張部件圖，和零件圖若干，以便打印出圖對設計的后期修改。第二章 并聯機床部件設計與計算本章主要包括6-THRT伸縮式并聯機床位置逆解的有關計算與分析，滾珠絲杠螺母副的計算與選型，滾動軸承的選用，步進電機的計算與選型，聯軸器的選用與校核的選用等。所設計的6-THRH伸縮式并聯機床三維圖如圖2-1所示：三維模型 pre/E 微需信要 swan165圖2-1 6-THRT伸縮式并聯機床三

21、維模型2.1 6-THRT 伸縮式并聯機床位置逆解計算與分析該部分參考劉國平、李建武等6-PTRT并聯機器人一種逆解算法研究里面介紹了6-PTRT并聯機器人位置逆解的一種求解方法1，該方法利用坐標變換原理，在新的坐標轉換任意點的移動平臺，經過旋轉后，根據6-THRT機械結構的特點，通過幾何法計算各軸移動滑塊的距離，從而實現逆解，并根據張曙的并聯運動機床加以求解與分析2。2.1.1 6-THRT并聯機器人機械結構簡介該類型并聯機器人選用6-PTRT結構，簡圖如圖2-2所示，其中1：固定支；2：運動螺母座；3：連桿；4：活動平臺。 圖2-2 6-PTRT并聯機床機構簡圖6-PTRT并聯機器人的工作

22、原理是通過步進電機帶動滾珠絲杠，帶動絲杠上螺母座與連桿并行的移動，絲杠又通過虎克鉸帶動連桿運動，從而使運動平臺變化在空間的位置與姿態的改變。而與6-THRT之有一個運動副的差別，所以其運動原理相同，可以根據6-PTRT的工作原理以及算法對6-THRT進行計算。2.1.2坐標系的建立為求解6自由度平臺的空間位置關系，首先建立動、靜兩坐標系，靜坐標系原點位于上平臺中心，動坐標系原點。位于下平臺中心，各軸指向如圖所示，動靜平臺坐標系方向保持一致，坐標系如圖2-3所示。其中，Bi各點是上虎克鉸的幾何中心，Bi所在圓是以上虎克鉸幾何中心所構成圖形的外接圓；Pi各點是下虎克鉸的幾何中心，Pi所在圓是以下虎

23、克鉸幾何中心所構成圖形的外接圓(i=l、26)。 123456 圖2-3 坐標系示意圖其中上下虎克鉸中心所在平面之間的距離初始定為324mm，上虎克鉸中心 B1OB2 = 40O; B3OB4 = 40O; B5OB6 = 40O;且關于上虎克鉸幾何中心所構成圖形的外接圓成分布，對稱。下虎克鉸中心 P2OP3 =40O; P4OP5 =40O; P6OP1 =40O ; 且關于下虎克鉸幾何中心所構成圖形的外接圓成分布、對稱。上平臺虎克鉸幾何中心所在圓半徑為500mm，運動平臺虎克鉸的幾何中心所在圓半徑為120mm。平臺半徑為200mm。2.1.3 初始條件的確立當機構基本尺寸是已知的，坐標，因

24、為，在每個節點的平臺和（i= 1，26）坐標系統的幾何形狀已被確定（如鉸鏈點的角度和線和X軸的起源是常數），通過幾何關系可以計算在靜止坐標值的每個點的坐標，即協調各鉸點，可以計算出的值作為已知條件1。經計算可知： 上平臺各個交點坐標為： B1(-171.01，-469.85，324) B2 (171.01，-469.85，324) B3(492.4，86.82，324) B4(321.39，383.02，324) B5(-321.39，383.02，324) B6(-492.40，86.82，324) 下平臺各個交點坐標為： P1(-82.60，-87.04，0) P2(82.60，

25、-87.04，0) P3(116.68，-28.01，0) P4(34.08，115.06，0) P5(-34.08，115.06，0) P6(-116.68，-28.01，0)2.1.4 空間變換矩陣的求解假定動坐標系沿定坐標系的X、Y、Z坐標軸分別平移XPYPZP后，再在新的坐標系下繞X軸旋轉，繞Y軸旋轉，繞Z軸旋轉 ，則坐標變換矩陣：1 3 （ 21)其中： ；其他依此類推。隨著螺母座的移動，動平臺鉸鏈點達到新的位置，以協調新的價值定位，則有Pi=TPi。根據畢業設計任務書技術參數中機床運動平臺的動作范圍，其中運動平臺處于其中一極限位置時有XP = YP = ZP = 100mm且；于是

26、計算可得： 0.933 -0.250 0.259 100 =0.317 0.916 -0.250 100-0.175 0.317 0.933 100 00 01假定運動平臺處于另一極限位置時有且；此時：2.1.5 新坐標及各軸滑塊移動量的計算 當 求Pi到Ci的距離SBi，Pi到Bi的距離SCi： 如圖2-4所示，PiAi是與Z軸平行且經過Di點的直線，BiDi垂直于PiDi，垂足為Di (i=1,2,.,6)，則可構建出一個直角三角形BiPiDi，由于PiDi平行于靜坐標系的Z軸，所以Di與Pi僅Z軸坐標不同，即=，=，= 。圖2-4 計算幾何圖于是， (23)Pi到Ci得距離為上下虎克鉸中

27、心的距離，此距離不變所以：SB1 = SBi = SBi = SBi = SBi = SBi =509.27由于 (24)代入相關數據可求得： ； ；求各軸上滑塊的移動量： (25) 代入相關數 以上計算結果,“-”值表示沿Z軸負方向移動；“+”則表示沿Z軸正方向移動。 當 計算滑塊的移動量計算新坐標： 根據上述相同計算方法與過程Pi=TPi，同理可以計算得： 求Pi到Ci的距離SBi，Pi到Bi的距離Bi： 同上， 代入相關數據可求得：而 代入相關數據可求得： ； ；求各軸上滑塊的移動量：代入相關數據可求得： 。2.2 滾珠絲杠螺母副的計算與選型該部分主要介紹滾珠絲杠螺母副最大工作載荷的計算

28、、初選型號和剛度的驗算等。2.2.1 最大工作載荷的計算由機電一體化系統設計課程設計指導書第37頁滾珠絲杠副的計算與選型條件，最大工作載荷是指滾珠絲杠在驅動時所承受的的最大軸向力，也叫進給牽引4。它包括滾珠絲杠螺母副的進給力和移動部件的重力。從左邊的幾何圖可以看出： (26) 豎直方向最大工作載荷為： （27) 折算到滾珠絲杠上的最大工作載荷： (28) 圖2-5 幾何圖2.2.2 最大動載荷的計算 (29) (210) (211) 式中： 滾珠絲杠副壽命，以10r為單位 硬度系數，=1 載荷系數，機電一體化系統設計課程設計指導書表3-30查得，取中等沖擊值=1.2 =3470.42.2.3

29、規格型號的初選初選滾珠絲杠副的規格時，應使其額定動載荷 ；初選濟寧博特精密型滾珠絲杠，型號為G系列2005-3型滾珠絲杠，其參數如表2-1所示：2.2.4 傳動效率的計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率由機電一體化系統設計課程設計指導書3-24式可6： (212) 式中: 絲杠螺旋升角 摩擦角，其摩擦角約等于 其中: (213) 絲杠導程，=5mm 公稱直徑，近似取為=20mm 所以 代入公式計算得：2.2.5 剛度的驗算根據機電一體化系統設計課程設計指導書3-28表，采用單推-單推的形式來安裝滾珠絲杠副 滾珠絲杠副的軸向變行主要包括絲杠的拉伸或壓縮、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形等，從以下方面計算：

30、絲杠的拉伸或壓縮變形量在總的變形量中占的比重較大,按機電一體化系統設計課程設計指導書3-25式計算4，公式如下： (214)式中: 絲杠的變形量（mm） 絲杠的最大工作載荷（N） 材料彈性模數，對鋼E=21MPaS絲杠按底徑確定的截面積（）絲杠兩端支承間的距離（mm）“+”號用于拉伸，“-”號用于壓縮。其中；（絲杠的底徑，按照機電裝備設計136頁5，取d=20mm）。由機電裝備設計課本3-21表可知8，取余程為20mm，所選絲杠副螺母裝配總長為L=46mm，則初步計算螺桿螺紋長度： (215)取支承跨距為=320mm 代入公式計算得：=0.0058mm 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量由機電一體化

31、系統設計課程設計指導書3-27式可知4： (216)式中: 滾珠直徑，=3.175mm預緊力，取軸向預緊力為 2.2.6 穩定性的校驗滾珠絲杠屬于受軸向力的細長桿，如果軸向負載過大，則可能產生失穩現象。可根據機電一體化系統設計課程設計指導書3-28式進行校6： (218) 式中： 臨界載荷，單位為N； 絲杠支撐系數，根據機電一體化系統設計課程設計指導書3-34表，取；材料彈性模數，對鋼E=21MPa K 壓桿穩定安全系數，一般取為2.54，垂直安裝取K=3； a 絲杠兩端支承間的距離（mm），a=320mm；I 滾珠絲桿橫截面慣性矩單位，按底徑計算；其中：（材料力學）6 (219) 代入公式計

32、算得：顯然，>，即所選滾珠絲桿壓桿穩定性完全滿足要求。2.3 滾動軸承的選用2.3.1 基本額定載荷由 (220) 式中： 速度系數，由機電一體化系統設計課程設計指導書查表4.2-8，取=0.370； 壽命系數，由機電一體化系統設計課程設計指導書查表4.2-8，取=3.11； 當量動載荷，由機電一體化系統設計課程設計指導書查表4.2-84，取；2.3.2 滾動軸承的選擇滾珠絲桿的公稱直徑為20mm，基本額定載荷=9309N，根據以上條件選擇（角接觸球軸承）。基本尺寸mm基本額定載荷/KN極限轉速/（r/min）質量/kg軸承代號dDB脂油70000C（AC.B）型圖2-8 軸承外形尺寸絲

33、桿的伸縮端選用銅套功能與直線軸承相同，如圖2-9所示：圖2-9 銅套外形其尺寸可以選擇標準件也可以根據安裝尺寸進行定制。2.3.3 軸承的校核（1）壽命校核 (223) 式中： 額定動載荷，=11200N 工作轉速， 當量動載荷，=1205N遠大于15000h，所以滿足要求。（2）額定靜載荷校核 (222) 式中： 基本額定靜載荷（N） 當量靜載荷，由機械設計使用手冊7查表4.2-84得 安全系數，由機械設計使用手冊查表4.2-16得=2遠大于2410N，所以滿足要求。2.4 步進電動機的計算與選型根據機電一體化系統設計課程設計指導書61頁4，對步進電動機的計算與選型，通常按一下幾個步驟進：

34、根據機械結構，求得加在步進電動機轉軸上總轉動慣量； 計算不同工況下加在步進電動機轉軸上的等效負載轉矩； 取其中較大值，作為確定步進電動機最大靜轉矩的依據； 根據運行矩頻特性、起動慣頻特性等，對初選步進電動機進行校核。2.4.1 步進電機轉軸上總轉動慣量的計算、滾珠絲杠的轉動慣量計算 由機電一體化系統設計課程設計指導書表4-1知，圓柱體轉動慣量計算公式如下4： (223) 式中: 材料密度（kg/cm3），取; L 絲杠總長，L=356mm=35.6cm； d0絲杠的公稱直徑，取d0=20mm=2cm； 代入公式計算得 ： 控制系統采用步進電機，調速靈活，可不用減速齒輪直接通過聯軸器與電機直接連

35、接，絲杠折算到電機軸上的轉動慣量： (224) 、螺母座等部件折算到絲杠上的轉動慣量根據機電一體化系統設計課程設計指導書4-1表公式4： (225) 式中： 絲杠導程，取； 分配到每根軸移動部件的平均質量，取為3kg；代入公式計算得： 、傳動系統等效轉動慣量的計算由于絲杠是通過聯軸器與電機直接進行連接的，所以，絲杠傳動時傳動系統折算到電機軸上的總轉動慣量為： (226) 根據機電裝備設計課本第2445，為使步進電機具有良好的起到性能及較快的響應速度，所選電機轉子的轉動慣量應滿足，由此可知所選電機轉動慣量不小于719.75。據此可初步選擇步進電機：由北京和利時56系列二相混合式步進電機.由海特采

36、購pdf第一頁，初選步進電機為56BYG250E-SASSBL0601型號，其參數表如表2-3所示： 顯然，該步進電動機轉動慣量為750g·cm2，初步滿足要求。2.4.2 步進電機轉軸上等效負載轉矩的計算步進電機負載轉矩步進電機軸的軸承在不同的條件下有所不同，通常考慮兩種情況：一是快速負荷（工作負荷為0）時所需要的力矩，以下分別進行計算：、快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩 (227) 式中 ： 快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩() 快速空載起動時折算到電機轉軸上的最大加速轉矩() 移動部件折算到電機軸上的摩擦轉矩() 絲杠預緊后折算到電機軸上的附加摩擦力矩() 快速

37、空載起動時折算到電機轉軸上的最大加速轉矩 (228) 式中： 步進電動機轉軸上總的轉動慣量 ； 電機加速到最快進給速度所需時間，取； 電動機的最大轉速（r/min），； 由于 (229) 代入公式計算得 ： 移動部件運動時折算到電機轉軸上的摩擦轉矩 (230) (231) 式中：F摩 導軌的摩擦力（N） Ph 滾珠絲杠導程（m） 傳動鏈總效率，取 總傳動比，=1 FZ 垂直方向工作載荷，FZ =670N 運動部件總重力，=98N 導軌的摩擦因數，取=0.15代入上式得： 絲杠預緊后折算到電機軸上的附加摩擦轉矩 由于滾珠絲杠的傳動效率很高，所以相對于很小，在這里也忽略不予計算。 (234) 其中

38、： 進給方向最大工作載荷（N），； 傳動鏈總效率，取0.85； 于是 代入公式得： 、步進電機轉軸上最大等效負載轉矩 Teq=Teq1,Teq2=1.309N·M (235) 、步進電動機性能校核圖2-9 步進電動機矩頻特性曲線 最快工作進給速度時電動機輸出轉矩校核： 由最快工作進給速度和系統脈沖當量，可計算出電動機對應的運行頻率為： （取脈沖當量0.01） (236) 根據初選型號步進電動機矩頻特性曲線（圖2-9），頻率下對應的電機輸出轉矩Tmaxf=1.49N·M。顯然 ，即所選電動機滿足要求。 最快空載移動時電動機輸出轉矩校核：同上計算公式： 根據初選型號步進電動機矩

39、頻特性曲線（圖2-9），頻率下對應的電機輸出轉矩Tmaxf=1.49N·M。顯然 ，即所選電動機滿足要求。 最快空載移動時電動機運行頻率的校核： 由的計算可知，顯然未超出所選電機的極限空載頻率。 綜上所述，所選步進電動機型號完全滿足要求。2.4.3 步進電動機尺寸 所選步進電動機具體尺寸參數圖如2-10所示：圖2-10 步進電機圖2-11 型號說明圖2-12 步進電動機外形尺寸圖2.5 聯軸器的選用聯軸器是機械傳動裝置常用，主要用于連接軸與軸（或連接軸和旋轉部分），來傳遞運動和轉矩。聯軸器分為剛性聯軸器和撓性聯軸器兩類。撓性聯軸器是機床進給傳動中廣泛采用的一種無間隙傳動聯軸器。剛性聯

40、軸器是不能補償兩軸有相對位移的聯軸器。根據所選步進電動機型號的主軸尺寸a=8mm，以及所選絲杠的型號，初步選用剛性聯軸器，其型號LS9-25-88，其規格尺寸及性能如表2-5所示：圖2-13 聯軸器外形尺寸表2-5 聯軸器規格尺寸根據機電一體化系統設計課程設計指導書51頁聯軸器的選用，對所選聯軸器進行校6： 由步進電機的計算與選型2.4.2中的計算可知：所需聯軸器工作中的最高轉速為n=650r/min,傳遞的最大轉矩為T=1.309N.m；從上表可知，該型號聯軸器的最高轉速，許用轉矩T=2N.m。 顯然：且；所以所選該型號的聯軸器完全滿足設計要求。即所選聯軸器的型號：鋼性聯軸器型號LS9-25

41、-88。其他零部件如圖紙。第三章 并聯機床的結構設計此部分主要包括并聯機構整體的構成，還有最主要的伸縮桿部分的設計，以及整個機床的機構。3.1 機床中的并聯機構3.1.1概念設計概念設計是并聯機床設計的第一步，其目的是所需的自由程度，包含一個主剛體（平臺）的各種并聯機構桿對結構，驅動方式和可能的組合的整體布局。根據不同含支鏈并聯機床的伺服致動器的數目，大致可分為3種類型的并聯，串并聯。在一個分枝只包含一個或多個執行器的前兩個，直接生成3 6自由度；由2個或更多的自由度并聯機構串聯組合，以生成所需的自由度或串行程度小于后者。根據不同的位置在支鏈并聯機床的致動器，可用于對和外側的驅動，和線性驅動單

42、元的一般用途，如伺服電機和滾珠絲杠副、直線電機等。多樣性的并聯機床的總體布局框架結構的變化，也使工作空間的大小，形狀和運動靈活性差。因此，在整體布局方案的制定，應使用的概念設計與運動學設計的交互方式，并作出決定，根據特殊要求。3.1.2運動學設計平行的包括工作空間的定義和描述機床運動學設計，分析和工作空間和兩個內容。工作空間的合理定義在并聯機床的運動學設計的第一步。不同于傳統的機床，并聯機床的工作空間是支鏈的工作空間的交集，通常被封閉的空間曲面。為了適應多軸數控操作的需要，通常將柔性（巧克力）的規則定義的幾何題為機床的編程工作空間工作空間。對于純的6自由度并聯機床，實現能力的平臺的位置和姿態耦

43、合，增加的工作態度，逐漸狹窄的空間。因此，為了實現實現可視化的姿態能力的平臺，往往需要或姿態降維描述。3.2桿件的配置桿件是并聯運動機構的驅動元件。桿系的配置對并聯運動機構的結構和性能都將起到絕對性的作用。桿件的配置主要考慮的問題是：（1）桿件的基點是固定的還是移動的（2） 桿件的長度是可變的還是固定的（3） 桿件與動平臺的連接形式我選擇的是一個可變長度的桿，他的性格特征是桿長度可伸縮機構改變，的鉸鏈桿一端固定在機架上，而另一端通過鉸鏈連接的移動平臺。位置控制信號發送給步進電機，驅動滾珠絲杠傳動，實現伸縮桿，伸縮位移或角位移測量系統或解碼器回到位置控制系統。顯然，可以改變范圍欄的長度，最大和最

44、小的長度對機器的工作空間將產生直接影響，而且通過伸縮桿的結構限制。3.2.1 桿件設計(1) 桿件的分類桿并聯機構運動輸入組件。從運動學角度，這是一個一定長度的剛性體。長變化（主軸或表），速度，加速度，位置和姿態。物理結構構件可以包括機械部件，電器元件，液壓元件及它們的組合。桿件可以分為固定桿長和可變桿長兩大類。在并聯機床，由直線電機驅動的滾珠絲杠伸縮桿或棒是目前使用最廣泛的兩種。(2) 伸縮桿伸縮桿是 以滾珠絲桿傳動為基礎組成的可伸縮（可變桿長）的桿件如圖3-1所示：圖3-1伸縮桿由圖3-1可見，通過有角接觸球軸承將滾珠絲桿固定在桿件左端，滾珠螺母與伸縮管固定連接。由于伸縮套管外表面有軸套向

45、導向，當絲桿轉動時，螺母只能帶動伸縮套管作直線移動。這樣就把滾珠絲桿的轉動轉換成套管與塑料軸套的相對移動，形成一根可伸縮的桿件。3.2.2 伸縮套筒伸縮套筒是一個空心的管，其內徑比絲桿的外徑大，通過安裝可與絲桿構成相對的運動，從而實現伸縮的功能如圖3-2所示：圖 3-2 伸縮筒尺寸圖如圖所示，由于伸縮筒與其他零件直接存在相對的運動，所以對其表面的光滑程度有一定的要求。3.3鉸鏈的設計（虎克鉸）(1)鉸鏈是連接桿件和動平臺的構件，其功能是提供繞某一運動中心的轉動以及傳遞實現運動所需的力。為了實現這一目標，鉸鏈應該有旋轉自由度，并在所有的旋轉位置，旋轉軸可以通過同一點鉸鏈。(2)空間鉸鏈是并聯機構

46、的活動關節，對并聯運動機床的工作精度有很大的影響，制造精度要求較高。通過第一章中的對比選用虎克鉸，既可以滿足要求，有具有經濟實用性。其結構如圖3-3所示：圖 3-3虎克鉸結構圖虎克鉸具有標準件，也可有十字軸承進行定制，根據本機構的特點，所以選用標準的十字軸承，其中的上下配件可根據安裝的需求進行定制。3.4機床框架和床身的設計機床的框架除了保證實現所要求的工作空間和并聯運動機構及其驅動裝置的安裝要求外，在設計過程中還考慮以下問題：（1） 框架零件的組成。（2） 回轉工作臺的連接。（3） 刀具交換系統和刀具交換位置（4） 排屑傳送帶的位置（5） 電源和其他管路的連接方法將其設計成左右對稱的框架和床

47、身底座。將各種部件和裝置安裝到機床框架和底座上。如圖3-4示：圖 3-4 機床框架和床身第四章 并聯機床的裝配出圖在裝配圖的出圖與設計時先用Pro/E進行了簡單的三維建模，以便更好的了解其結構，各個部件之間的位置關系，以及視圖的樣子。4.1 Pro/E軟件的概述pro-e是Pro/Engineer的簡稱，更常用的簡稱是ProE或Pro/E，Pro/E是美國參數技術公司 （Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產品，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。pro-e作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業界的認可和推廣，是現今主流的模具和產品設計三維C