【正文】 為機械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時間。 圖見零號圖機械手 。 換刀動作如圖 2所示： 圖 2 機械手的換刀動作 Manipulator movements. Change cutters 機械手種類簡介 臥式加工中心機械手的種類繁多，可以說每個廠家都推出自己的獨特 的換刀機械手，在臥式加工中心的自動換刀系統(tǒng)中，是機械手具體執(zhí)行刀具的自動更換，對其要求是迅速可靠、準確協(xié)調。由于臥式加工中心機床的刀庫和主軸，其相對位置距離不同，相應的換刀機械手的運動過程也不盡相同，它們由各種形式的機械手來完成。常見的機械手有： （ 1） 單臂單爪回轉式機械手 機械手擺動的軸線與刀具主軸平行，機械手的手臂可以回轉不同的角度來進行自動換刀，換刀具所花費的時間長，用于刀庫換刀位置的刀座的軸線相平行的場合。如圖 3所示： 圖 3 單臂單爪回轉式機械手 Single gripper rotary robot manipulators （ 2） 單臂雙爪回轉式機械手 這種機械手的手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪有所分工，一個卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務，另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務，其換刀時間較上述單爪回轉式機械手要短，如圖 4 所示。 圖 4 單臂雙爪回轉式機械手 Double claw rotary robot manipulators （ 3） 雙臂回轉式機械手（俗稱扁擔式） 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說明書和 設計 圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！該論文已經通過答辯 （ 5）雙機械手 這種機械手相當與兩個單臂單爪機械手，相互配合起來進行自動換刀。其中一個機械手執(zhí)行拔“舊刀”歸回刀庫，另一個機械手執(zhí)行從刀庫取“新刀”插入機床主軸上，如圖 8所示： 圖 8 雙機械手 Double manipulator 由于雙臂回轉式機械手的動作比較簡單，而且能夠同時抓取和裝卸機床主軸以及刀庫集中地刀具，換刀時間較短，本次設計所要求的換刀時間為 秒，故選用雙臂回轉式機械手。如果采用不能伸縮的機械手 ，由于機械手回轉時其手部回轉半徑較大，如刀庫中刀具排列較密，可能碰撞刀具，且用這種類型的機械手直接在刀庫與主軸之間換刀， 只宜采用順序換刀或刀具編碼式任意選刀，不然，換刀時間將增加。故本次設計采用可伸縮式的雙臂回轉式機械手。 手爪的選擇 機械手的手爪在抓住刀具后，還必須具有鎖刀功能，以防止在換刀過程中掉刀或刀具被甩出。當機械手松刀時，刀庫的夾爪既起著刀套的作用，又起著手爪的作用。對于雙臂回轉式機械手的手爪，大都采用機械鎖刀方式，有些大型加工中心，亦有采用機械液壓鎖刀方式，以保證大而重的刀具在換刀 中不被甩出。手爪的形式有： 機械鎖刀手爪 —— 彈簧銷式手爪，使用這種形式的抓持機構，手爪不需要設置專門的傳遞裝置，因而結構簡單，使用廣泛。但在機械手有旋轉運動時，為避免刀具甩脫，手爪就必須有自鎖夾持機構，其結構較復雜。 鉗形杠桿機械手。這種機械手手爪的張合需要動力傳遞裝置，傳動較復雜，但手爪的結構可較簡單。使用也較普遍。 虎鉗形指。在手爪中設有定位銷，使刀具在手爪中定位。用這種形式的夾持機構時，刀具需經特殊補充加工，不能使用標準刀具，所以使用者較少。 經綜合考量本次設計決定采用第一種手爪。 刀具 的夾持 在刀具自動交換裝置上，機械手抓刀具的方法大體上可以分為下列兩類： （ 1）柄式夾持（軸向夾持） （ 2）發(fā)蘭式夾持 圖 9 刀柄的型式 Handle type 這種夾持方式，在刀具夾頭的前端，有供機械手用的發(fā)蘭盤。采用發(fā)蘭式夾持，當應用中間搬運裝置時，可以很方便地從一個機械手將刀具夾頭過渡到另一個輔助機械手上去，刀具夾頭采用帶洼形的法蘭盤夾持刀夾。 經綜合考量，本次設計決定采用第一種夾持方式，刀柄型號為 BT40。 圖 9所示為標準刀具夾頭的錐柄柄部，由圖可見，刀柄圓柱部分的 V 形槽是供機械手夾 持之用。帶 V形槽圓柱右端，按所裝刀具（例如鉆頭、銑刀、鉸刀及鏜桿等）不同，根據標準可設計成不同形式。 機械手的驅動裝置 這種機械手的拔刀、插刀動作，大都由油缸動作來完成。根據結構要求，可以采用油缸動，活塞固定；或活塞動，油缸固定的結構形式。 整個機械手由機械臂伸縮機構，機械爪開合機構，回轉機構及裝卸刀具直線運動機構組成。圖見機械手的驅動裝置和驅動裝置外形。 表 1 日本 BT 標準刀柄的尺寸： The size of the Japanese BT standard handles 柄 部 型號 錐 體 螺 紋 孔 凸 緣 D1 L r l1 l2 l3 d1 g d2 t b BT40 1 9 30 70 17 M16 19 BT45 11 38 70 21 M20 23 29 BT50 13 45 90 25 M24 27 手臂的伸縮運動 回轉頭的兩端對稱分布著兩個機械臂，可以同時伸出抓刀。機械臂伸縮機構由回轉液壓缸 1（見 驅動外形圖），輸出軸 47，齒輪 44 以及齒條 39 和 45 組成（見機械手圖）。當壓力油通過支架 12和貫穿花鍵軸 50 的通孔（見機械手驅動裝置圖）進入回轉液壓缸1 時，推動輸出軸 47 轉動，軸上的齒輪 44 便帶動齒條 39 和 45 作直線運動，使兩只機械臂同時伸出，通過齒條 39 及 45 上的擋塊 52 壓向調整螺釘 53來限制終點位置。同時由左視圖中的微動開關 30 發(fā)出信號，以進行下一個動作。當回轉液壓缸改變油路時，機械臂便縮回。 手爪的開合（見機械手圖） 機械臂的頭部帶有固定手爪 14 與活動手爪 18，用來夾持刀柄之用?；顒邮肿?18 可繞小軸 15 轉動，其一端由彈簧桿 19 作用支靠在小軸 20 上。當彈簧頂桿 3 未碰到擋塊13而自由伸出時，擋桿 22 在彈簧作用下，其一端的斜面與活動手爪 18的端部斜面臺階相靠，從而將活動手爪 18 鎖死。當擋塊 13 右移，將彈簧頂桿 3壓入時，頂桿 3 的一端迫使杠桿 21 順時針轉動。這樣，杠桿 21的一端將擋桿 22 的斜面自活動手爪 18 的端部 斜面滑開。因此，當活動手爪 18 伸向刀柄拔刀或插刀后收回時，刀柄表面可使活動手爪18 壓縮彈簧而稍微張開，這樣機械爪即可將刀柄抱住或退出。與此同時，齒條 45（或39）上的擋桿壓于調整螺釘而限位， 同時微動行程開關動作發(fā)出下一動作的信號。由于機械爪伸向刀柄拔刀，或插刀后收回，都是當機械手處于軸向向右移動后的位置上進行的。為了使機械手的活動手爪 18 在這時能從自鎖狀態(tài)下松開，在機床床身立柱上設有固定桿 35，在機械臂的一側有擋塊裝置。擋塊 1錐孔盤 4（在端面上周向均勻分布有 4個錐孔）和軸 9 固定相連，軸 9裝于支架 12內，其左端又與一端蓋 10 用螺紋固定。當擋塊 13 未與固定桿 35 相碰時，錐孔盤 4 處于與鋼球 5 相對位置，彈簧銷 11 頂著端蓋10，使錐孔盤 4 緊靠于支架 12 的端面上，此時機械臂的彈簧頂桿 3自由伸出，活動手 爪18處于鎖死狀態(tài)。當機械手軸向向右移動后，固定桿 35迫使擋塊 13 轉動，由于此時錐孔盤 4端面上的錐孔與鋼球 5錯開，這樣錐孔盤 4 即連同擋塊 1軸 端蓋 壓縮彈簧銷 11向右移動。擋塊 13即將機械臂上的彈簧頂桿 3 壓入，將活動手爪 18 自鎖緊狀態(tài)下松開。 當機械爪伸出抓住刀柄后，機械手軸向向左伸出，此時擋塊 13 亦同時離開固定桿35，借彈簧 1的作用，將擋塊 13拉回原來的錐孔盤 4 上錐孔與鋼球 5 相對的原始位置，由彈簧銷 11 的作用，使擋塊 13 又向左移動至錐孔盤 4 與支架 12 端面壓緊的位置。這時機械臂上的彈簧頂桿 3 又自由 伸出，將活動手爪 18 鎖死，保證機械手將刀具拔出后，機械手能將刀具可靠地夾緊。 回轉運動（見驅動裝置圖） 回轉機械手用來實現(xiàn)刀具的交換動作，由圖驅動外形裝置圖可見它由手臂 16，回轉座 51 組成的。手臂 16 與花鍵軸 50 固定連接，花鍵軸與兩個花鍵套筒 49 相連，后者則由固定在機床立柱上回轉座 51 上的兩個滾動軸承 55支撐。齒輪 41 通過花鍵軸套筒安裝在花鍵軸的右端?；剞D液壓缸的結構見第三張圖，回轉缸缸體 79 和上端蓋 8下端蓋7定片 95 間均用螺釘聯(lián)接，并將它們作為一體通過上端蓋固定在立柱上。轉軸 90 支承 在上、下端蓋上，與動片 93固定聯(lián)接，其伸出端通過花鍵軸部分與中間座的齒輪聯(lián)接，向手臂傳遞運動，當液壓缸通入高壓油而使轉軸轉動時，通過傳動齒輪 99 帶動齒輪 41回轉，這樣，由花鍵軸 50 帶動手臂 16 轉動，其轉角兩相對 180176。的極限位置，可由螺釘 67 及 53 限定，同時由螺釘 65及 68 壓下微動開關 69及 52 發(fā)出到位信號，以進行下一個動作。 直線運動 回轉頭 14 的向左或向右（拔刀或插刀）的直線運動是由液壓缸來實現(xiàn)。液壓缸座系固定于機床立柱上，活塞桿端部有聯(lián)接件與花鍵軸相連。當活塞桿因液壓缸進入高壓油 而向左或 向右運動時，通過聯(lián)接件即可帶動花鍵軸作直線運動，從而帶動回轉頭及機械手臂作向左或向右運動。在液壓缸兩端設有緩沖裝置，可防止活塞與液壓缸端面的撞擊。當活塞在左右兩極限位置時，都設有可調擋塊，由微動開關作用發(fā)出到位信號。 需要提醒的是，既要保證不漏油，又要保證機械手動作靈活。過緊的密封，往往影響機械手的正常動作。 這種液壓缸活塞驅動的機械手，每個動作結束之前均需設置緩沖機構，以保證機械手的工作平穩(wěn)、可靠。緩沖結構可以是小孔節(jié)流，可以外接節(jié)流閥或是緩沖閥等。 為了使機械手工作平穩(wěn)可靠，除了要設有緩沖機構外，還要考 慮盡可能減小機械手的慣量。查理論力學（Ⅰ） [1]圓柱體圍繞旋轉中心的運動慣量可由下式確定： J=J0+WR2/ (^2) （ 1） 式中 J0—— 圓柱體繞其自身中心的慣量 （ Nms2） W—— 圓柱體的重量（ N） R—— 旋轉半徑 (m) 由上式可見，慣量與物體重量成正比，與旋轉半徑的平方成正比。因此要盡可能采用密度小質量請的材料制造有關的零件，要盡可能的減小機械手的回轉半徑。 由于液壓驅動的機械手需要采用 嚴格的密封，因此還需要緩沖機構。 設計計算 手指夾緊力的計算 查機械制造技術基礎 [2],手指對工件的夾緊力可按下式計算： N≥k1k2k3G kgf （ 2） 式中 k1—— 安全系數，通常取 ~2，本次設計取 k1=； k2—— 動載系數，主要考慮慣性力的影響，可按 k2＝ 1＋ a/g 估算； a 為機械手在搬運過程中的加速度，單位為 m/s2,a＝ ,g 為重力加速度，所以這 里 k2=2； k3—— 方位系數，按《機械工程手冊》（第 10 卷）表 選取 k3=~，本次設計取 k3=。 G—— 被夾持工件的重量，單位 kg，這里 G=11kg。 則我們設計的機械手手指的夾緊力為： N≥211 kgf = kgf 齒輪的設計 齒輪傳動按照兩齒輪軸在機構中相對位置的不同分為：兩軸相互平行，兩軸相交和 兩軸交錯（即不平行也不相交）三類。 用與平行軸傳動的有；直齒、斜齒、圓柱齒輪、直齒、斜齒內齒輪、直齒、斜齒緣，這些齒輪有稱為平面 齒輪。 用與相交軸傳動的有：兩軸線垂直相交和兩軸線相交但不垂直的直齒、圓弧齒、延伸外擺線齒錐齒輪。 用與交錯軸傳動的有：螺旋齒輪、蝸輪蝸桿和軸線偏置的錐齒輪（雙曲線齒輪）這些齒輪又稱空間齒輪。 齒輪齒形曲線主要采用漸開線、其它還有擺線、圓弧線等，由于漸開線齒形容易制造，便于安裝，所以大多數齒輪采用漸開線齒形。 齒形標準：（摘自 JB10060， JB30462） 輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用