龍門桁架機械手設(shè)計的五個選擇

在設(shè)計自動化機械時，通常最好首先全面了解所需的任務(wù)和有效載荷，必須連接至系統(tǒng)的末端執(zhí)行器抓爪以及行進距離和行進過程中所需速度的近似值。從那里，可以確定Z軸的大小和行程長度，然后確定其他行程軸。

懸臂軸：專用懸臂軸是一個完整的子組件，設(shè)計時考慮了Z軸應(yīng)用程序。線性執(zhí)行器模塊（例如，來自Bishop-Wisecarver的模塊）包含V型導(dǎo)輪軸承，該軸承在硬化和磨削的線性導(dǎo)軌上運行，皮帶提供動力傳輸。它們可以作為懸臂軸的特殊版本使用，其中傳動帶固定在梁上。它遵循圍繞在中間的電機皮帶輪的歐米茄形狀。

當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動驅(qū)動皮帶輪時，線性運動平臺的橫梁部分移動。這是龍門系統(tǒng)Z軸的理想配置，因為可以簡化電纜布線并且電動機不會增加運動質(zhì)量。

這些執(zhí)行器類型的另一個重要特點是，基座由T型槽鋁制成，可以很容易地連接到其他運動軸或框架構(gòu)件上。盡管可用作Z軸線性模塊，但由于皮帶系統(tǒng)和較小尺寸的線性軸承，這些執(zhí)行器的負(fù)載能力有限。這些特性使該產(chǎn)品非常適合較小的負(fù)載和較高的速度，但不應(yīng)考慮用于重負(fù)載（圖6）。

圖6.所示為帶有皮帶驅(qū)動器和Z懸臂的皮帶驅(qū)動XZ龍門。

滾珠絲杠致動器：滾珠絲杠驅(qū)動的致動器是用于線性運動平臺的另一種完整的子組件，可以很容易地以各種有用的方向連接到其他致動器。它們基于類似的執(zhí)行器技術(shù)，并具有相同的關(guān)鍵優(yōu)勢，包括T型槽鋁制橫梁框架，內(nèi)部線性輪廓導(dǎo)軌軸承，帶磁性密封的不銹鋼蓋板，內(nèi)部行進保險杠以及簡單的龍門系統(tǒng)連接方法。與皮帶驅(qū)動懸臂執(zhí)行器的主要區(qū)別在于使用滾珠絲杠作為驅(qū)動技術(shù)。它使電動機可以線性方式安裝在軸上方，并提供有效的有效推力，非常適合提升和降低重物（圖7）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖7.裝有驅(qū)動馬達的滾珠絲杠致動器的特寫視圖。

準(zhǔn)尺寸，光束長度可達2,800 mm。它們可提供多種直徑和導(dǎo)程的滾珠絲杠選擇。典型的滾珠絲杠致動器可以承受徑向安裝的高達68,000 N的載荷，但是當(dāng)安裝為Z軸時，其最大扭矩載荷容量為4215 Nm。通過這些產(chǎn)品類型，可以在360 Nm的最大行程10,000 km下獲得足夠的使用壽命（圖8）。

　圖8.這是由滾珠絲杠致動器制成的笛卡爾機器人的圖示。

重型滾珠絲杠系統(tǒng)：這些是重型線性導(dǎo)軌產(chǎn)品線中預(yù)先配置的組件組裝。帶有集成滾珠絲杠驅(qū)動器的預(yù)配置致動器系統(tǒng)可以徑向承受最大40,000 N的扭矩，或者在機架Z軸位置3220 Nm的扭矩力矩負(fù)載下進行處理。他們使用各種大型鋁型材作為重型線性運動的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并且包括各種V型導(dǎo)輪軸承和線性導(dǎo)軌。這些項目可作為單獨的組件和子組件獲得。

重型系統(tǒng)的鋁制橫梁具有許多用于連接點的T型槽。橫截面中有一些可以螺紋攻絲的特征?？梢杂眠@種大鋁梁制造出完整的結(jié)構(gòu)。V型滑塊線性軌道連接到鋁制梁基座，并由中間背板擠壓件支撐。該組件為滾珠絲杠提供了足夠的間隙（圖9）。

             　　　　　　　　　　   圖9.重型滾珠絲杠直線運動組件的橫截面。

重型滾珠絲杠系統(tǒng)可根據(jù)軸承的外徑尺寸提供標(biāo)準(zhǔn)尺寸，以及不同的精密等級，包括商業(yè)和精密版本。這些等級表示直線導(dǎo)軌的選擇。兩種型號均由高碳鋼制成，并經(jīng)過表面硬化處理以提高耐磨性。商業(yè)版本提供了良好的精度，并蝕刻在車輪運行表面上。精密版本磨削在V型通行面和安裝面上，以提供更高的精度（圖10）。

                         圖10.此圖顯示了具有XYZ定位功能的重型龍門裝置。

重型緊湊型滾珠絲杠系統(tǒng)：重型緊湊型系統(tǒng)也是預(yù)配置的滾珠絲杠線性致動器。與重型滾珠絲杠系統(tǒng)相比，緊湊型系統(tǒng)使用較少的巨型鋁擠壓件作為執(zhí)行器基座。V型滑軌碳鋼線性導(dǎo)軌軌道直接連接到橫梁，而無需軌道背板，并且輪廓形狀的凹槽可容納滾珠絲杠。因此，組件的整體高度可以顯著降低。這些梁可容納與重型滾珠絲杠系統(tǒng)相同的線性導(dǎo)軌和軸承（圖11）。

                          圖11.重型緊湊型滾珠絲杠致動器組件。

重型緊湊型滾珠絲杠系統(tǒng)有標(biāo)準(zhǔn)尺寸。帶軌道的梁截面的最大長度可以達到2740毫米，但在某些特殊情況下，其長度可以長達5840毫米。vee滑動組件與重型滾珠絲杠系統(tǒng)中使用的組件相同，因此有不同的可用精度等級，包括商業(yè)版本和精密版本。

滾珠絲杠的螺距和導(dǎo)線也有幾種選擇。由于使用了相同的Ve導(dǎo)向軸承和Ve滑動直線導(dǎo)軌，因此這些執(zhí)行器與重型滾珠絲杠系統(tǒng)具有相似的負(fù)載能力，并且這些裝置可徑向容納40,000N。當(dāng)它們在Z軸龍門配置中使用時，負(fù)載能力可以達到1291 Nm（圖12）。

　　　　　　　　　　　　　　　　圖12.這是一種重型滾珠絲杠，用作XZ龍門配置上的Z軸，其中X軸是皮帶驅(qū)動的致動器。

重型緊湊型滾珠絲杠執(zhí)行器是大多數(shù)Z軸垂直提升操作的理想尺寸，并且易于與其他運動平臺集成。還可以提供波紋管樣式的通道罩，以防止碎屑進入導(dǎo)軌和滾珠絲杠中（圖13）。  

　　　　　　　　　　　　　　　　圖13.這是重型緊湊型梁滾珠絲杠致動器的橫截面。

定制的Z軸：將標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品組裝到運動平臺時，有許多可能的組合，并且設(shè)備制造商設(shè)計了許多變體。已證明適用于Z軸運動平臺的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的許多配置。

設(shè)計從緊湊型滾珠絲杠配置中使用的緊湊型鋁梁開始。盡管它被標(biāo)記為緊湊型光束，但其結(jié)構(gòu)相當(dāng)大，適合Z軸應(yīng)用。接下來，將V型滑塊線性導(dǎo)軌直接連接到鋁梁。帶有機械齒條齒的版本用于動力傳遞，而不是其他類型的執(zhí)行器使用的滾珠絲杠或皮帶。僅其中一個V型滑軌需要齒輪齒條來驅(qū)動它們的致動器（圖14）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖14.示出了具有驅(qū)動馬達和小齒輪的托架組件。

有一些帶有導(dǎo)向輪軸承和用戶固定螺紋的預(yù)先配置的托架板組件。設(shè)計者可以選擇托架板或指定自己的設(shè)計。可以提供適用于該應(yīng)用的完整機架驅(qū)動托架，以制成用于重型應(yīng)用的完整驅(qū)動Z軸。