龙门桁架机械手设计的五个选择

在设计自动化机械时，通常最好首先全面了解所需的任务和有效载荷，必须连接至系统的末端执行器抓爪以及行进距离和行进过程中所需速度的近似值。从那里，可以确定Z轴的大小和行程长度，然后确定其他行程轴。

悬臂轴：专用悬臂轴是一个完整的子组件，设计时考虑了Z轴应用程序。线性执行器模块（例如，来自Bishop-Wisecarver的模块）包含V型导轮轴承，该轴承在硬化和磨削的线性导轨上运行，皮带提供动力传输。它们可以作为悬臂轴的特殊版本使用，其中传动带固定在梁上。它遵循围绕在中间的电机皮带轮的欧米茄形状。

当电动机转动驱动皮带轮时，线性运动平台的横梁部分移动。这是龙门系统Z轴的理想配置，因为可以简化电缆布线并且电动机不会增加运动质量。

这些执行器类型的另一个重要特点是，基座由T型槽铝制成，可以很容易地连接到其他运动轴或框架构件上。尽管可用作Z轴线性模块，但由于皮带系统和较小尺寸的线性轴承，这些执行器的负载能力有限。这些特性使该产品非常适合较小的负载和较高的速度，但不应考虑用于重负载（图6）。

图6.所示为带有皮带驱动器和Z悬臂的皮带驱动XZ龙门。

滚珠丝杠致动器：滚珠丝杠驱动的致动器是用于线性运动平台的另一种完整的子组件，可以很容易地以各种有用的方向连接到其他致动器。它们基于类似的执行器技术，并具有相同的关键优势，包括T型槽铝制横梁框架，内部线性轮廓导轨轴承，带磁性密封的不锈钢盖板，内部行进保险杠以及简单的龙门系统连接方法。与皮带驱动悬臂执行器的主要区别在于使用滚珠丝杠作为驱动技术。它使电动机可以线性方式安装在轴上方，并提供有效的有效推力，非常适合提升和降低重物（图7）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图7.装有驱动马达的滚珠丝杠致动器的特写视图。

准尺寸，光束长度可达2,800 mm。它们可提供多种直径和导程的滚珠丝杠选择。典型的滚珠丝杠致动器可以承受径向安装的高达68,000 N的载荷，但是当安装为Z轴时，其最大扭矩载荷容量为4215 Nm。通过这些产品类型，可以在360 Nm的最大行程10,000 km下获得足够的使用寿命（图8）。

　图8.这是由滚珠丝杠致动器制成的笛卡尔机器人的图示。

重型滚珠丝杠系统：这些是重型线性导轨产品线中预先配置的组件组装。带有集成滚珠丝杠驱动器的预配置致动器系统可以径向承受最大40,000 N的扭矩，或者在机架Z轴位置3220 Nm的扭矩力矩负载下进行处理。他们使用各种大型铝型材作为重型线性运动的基础结构，并且包括各种V型导轮轴承和线性导轨。这些项目可作为单独的组件和子组件获得。

重型系统的铝制横梁具有许多用于连接点的T型槽。横截面中有一些可以螺纹攻丝的特征。可以用这种大铝梁制造出完整的结构。V型滑块线性轨道连接到铝制梁基座，并由中间背板挤压件支撑。该组件为滚珠丝杠提供了足够的间隙（图9）。

             　　　　　　　　　　   图9.重型滚珠丝杠直线运动组件的横截面。

重型滚珠丝杠系统可根据轴承的外径尺寸提供标准尺寸，以及不同的精密等级，包括商业和精密版本。这些等级表示直线导轨的选择。两种型号均由高碳钢制成，并经过表面硬化处理以提高耐磨性。商业版本提供了良好的精度，并蚀刻在车轮运行表面上。精密版本磨削在V型通行面和安装面上，以提供更高的精度（图10）。

                         图10.此图显示了具有XYZ定位功能的重型龙门装置。

重型紧凑型滚珠丝杠系统：重型紧凑型系统也是预配置的滚珠丝杠线性致动器。与重型滚珠丝杠系统相比，紧凑型系统使用较少的巨型铝挤压件作为执行器基座。V型滑轨碳钢线性导轨轨道直接连接到横梁，而无需轨道背板，并且轮廓形状的凹槽可容纳滚珠丝杠。因此，组件的整体高度可以显着降低。这些梁可容纳与重型滚珠丝杠系统相同的线性导轨和轴承（图11）。

                          图11.重型紧凑型滚珠丝杠致动器组件。

重型紧凑型滚珠丝杠系统有标准尺寸。带轨道的梁截面的最大长度可以达到2740毫米，但在某些特殊情况下，其长度可以长达5840毫米。vee滑动组件与重型滚珠丝杠系统中使用的组件相同，因此有不同的可用精度等级，包括商业版本和精密版本。

滚珠丝杠的螺距和导线也有几种选择。由于使用了相同的Ve导向轴承和Ve滑动直线导轨，因此这些执行器与重型滚珠丝杠系统具有相似的负载能力，并且这些装置可径向容纳40,000N。当它们在Z轴龙门配置中使用时，负载能力可以达到1291 Nm（图12）。

　　　　　　　　　　　　　　　　图12.这是一种重型滚珠丝杠，用作XZ龙门配置上的Z轴，其中X轴是皮带驱动的致动器。

重型紧凑型滚珠丝杠执行器是大多数Z轴垂直提升操作的理想尺寸，并且易于与其他运动平台集成。还可以提供波纹管样式的通道罩，以防止碎屑进入导轨和滚珠丝杠中（图13）。  

　　　　　　　　　　　　　　　　图13.这是重型紧凑型梁滚珠丝杠致动器的横截面。

定制的Z轴：将标准产品组装到运动平台时，有许多可能的组合，并且设备制造商设计了许多变体。已证明适用于Z轴运动平台的标准产品的许多配置。

设计从紧凑型滚珠丝杠配置中使用的紧凑型铝梁开始。尽管它被标记为紧凑型光束，但其结构相当大，适合Z轴应用。接下来，将V型滑块线性导轨直接连接到铝梁。带有机械齿条齿的版本用于动力传递，而不是其他类型的执行器使用的滚珠丝杠或皮带。仅其中一个V型滑轨需要齿轮齿条来驱动它们的致动器（图14）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图14.示出了具有驱动马达和小齿轮的托架组件。

有一些带有导向轮轴承和用户固定螺纹的预先配置的托架板组件。设计者可以选择托架板或指定自己的设计。可以提供适用于该应用的完整机架驱动托架，以制成用于重型应用的完整驱动Z轴。