【正文】 。用這種形式的夾持機(jī)構(gòu)時(shí)，刀具需經(jīng)特殊補(bǔ)充加工，不能使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，所以使用者較少。這種機(jī)械手手爪的張合需要?jiǎng)恿鬟f裝置，傳動(dòng)較復(fù)雜，但手爪的結(jié)構(gòu)可較簡(jiǎn)單。對(duì)于雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手的手爪，大都采用機(jī)械鎖刀方式，有些大型加工中心，亦有采用機(jī)械液壓鎖刀方式，以保證大而重的刀具在換刀 中不被甩出。如果采用不能伸縮的機(jī)械手 ，由于機(jī)械手回轉(zhuǎn)時(shí)其手部回轉(zhuǎn)半徑較大，如刀庫(kù)中刀具排列較密，可能碰撞刀具，且用這種類型的機(jī)械手直接在刀庫(kù)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(shí)間將增加。如圖 3所示： 圖 3 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 Single gripper rotary robot manipulators （ 2） 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪有所分工，一個(gè)卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)的任務(wù)，另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要短，如圖 4 所示。 圖見(jiàn)零號(hào)圖機(jī)械手 。 4 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 自動(dòng)換刀裝置介紹 臥式加工中心 區(qū)別于 NC 鏜銑床的主要特點(diǎn)就在于它具有根據(jù)工藝要求自動(dòng)更換所需刀具的功能，即自動(dòng)換刀（ ATC）機(jī)能。 2）立柱 立柱有側(cè)面導(dǎo)軌型與正面導(dǎo)軌型。 國(guó)外研究現(xiàn)狀：國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快，目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門(mén)操持危險(xiǎn)物品的主 從式操作手也常稱為機(jī)械手。 3)可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng) 化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 應(yīng)用機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來(lái)越多的被應(yīng)用。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定得操作。在汽車(chē)、航天航空、船舶和發(fā)電等行業(yè)被大量用于復(fù)雜零件的精密和高效加工。臥式加工中心主要通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置控制機(jī)床基本運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)的主要特征是主軸水平設(shè)置，通常由 35 個(gè)運(yùn)動(dòng)部件（主軸箱、工作臺(tái)、立柱或主軸套等）組成。 設(shè)計(jì)此機(jī)械手的目的是為了使加工中心能夠更快的的工作，使加工中心能夠得到更加充分的利用，以實(shí)現(xiàn)其的價(jià)值所在；另外，使用了機(jī)械手，減少了由于人工換刀帶來(lái)的生產(chǎn)效率低，并且容易出事故的弊端。 Manipulator。機(jī)械手的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平。目前，機(jī)械手主要承擔(dān)著焊接、噴漆、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作。 Magazine tool。 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有回轉(zhuǎn)液壓缸裝置和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于其中動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)則由電氣控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。在臥式加工中心上設(shè)置自動(dòng)交換工作臺(tái)，構(gòu)成柔性制造單元（ FMC），實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)交換，即在加工的同時(shí)可進(jìn)行另一件工件的裝卸。國(guó)產(chǎn)臥式加工中心的水平有很大提高，可以達(dá)到一般零件的高速、精密加工，基本上可以滿足用戶需求，但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，在精度、效率、智能化和可靠性等方面尚有差距，因此，高檔臥式加工中心進(jìn)口量較大。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第三類是專業(yè)機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。 2)改善勞動(dòng)條件，避免人身事故。 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù) 的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕 工和原子能等部門(mén)。 3 加工中心的總體布局 技術(shù)條件 主要的技術(shù)參數(shù)要求有： 1）刀具最大重量： 2）換刀時(shí)間： 3）刀柄：標(biāo)準(zhǔn)刀柄 總體布局 圖 1 臥式加工中心的總體布局 Horizontal processing center of the general layout 臥式加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu) ： 1）主軸組件 對(duì)加工中心主軸組件的基本要求是具有足夠的剛度，精度，傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，以及高速運(yùn)轉(zhuǎn)和適應(yīng)自動(dòng)換刀的條件。側(cè)面導(dǎo)軌型立柱便于機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，制造成本也較低，并易于與非數(shù)控臥式鏜銑床 建立模塊化系列關(guān)系，但這類立柱在機(jī)床工作時(shí)受力狀況較差，且熱變形的對(duì)稱性差，因而對(duì)機(jī)床加工精度影響較大。機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫(kù)上 的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過(guò)的刀具返回刀庫(kù)上的任務(wù)。 換刀動(dòng)作如圖 2所示： 圖 2 機(jī)械手的換刀動(dòng)作 Manipulator movements. Change cutters 機(jī)械手種類簡(jiǎn)介 臥式加工中心機(jī)械手的種類繁多，可以說(shuō)每個(gè)廠家都推出自己的獨(dú)特 的換刀機(jī)械手，在臥式加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，是機(jī)械手具體執(zhí)行刀具的自動(dòng)更換，對(duì)其要求是迅速可靠、準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。 圖 4 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 Double claw rotary robot manipulators （ 3） 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手（俗稱扁擔(dān)式） 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。故本次設(shè)計(jì)采用可伸縮式的雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。手爪的形式有： 機(jī)械鎖刀手爪 —— 彈簧銷(xiāo)式手爪，使用這種形式的抓持機(jī)構(gòu)，手爪不需要設(shè)置專門(mén)的傳遞裝置，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛。使用也較普遍。 經(jīng)綜合考量本次設(shè)計(jì)決定采用第一種手爪。 圖 9所示為標(biāo)準(zhǔn)刀具夾頭的錐柄柄部，由圖可見(jiàn)，刀柄圓柱部分的 V 形槽是供機(jī)械手夾 持之用。 整個(gè)機(jī)械手由機(jī)械臂伸縮機(jī)構(gòu)，機(jī)械爪開(kāi)合機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及裝卸刀具直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)壓力油通過(guò)支架 12和貫穿花鍵軸 50 的通孔（見(jiàn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置圖）進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸1 時(shí)，推動(dòng)輸出軸 47 轉(zhuǎn)動(dòng)，軸上的齒輪 44 便帶動(dòng)齒條 39 和 45 作直線運(yùn)動(dòng)，使兩只機(jī)械臂同時(shí)伸出，通過(guò)齒條 39 及 45 上的擋塊 52 壓向調(diào)整螺釘 53來(lái)限制終點(diǎn)位置。活動(dòng)手爪 18 可繞小軸 15 轉(zhuǎn)動(dòng)，其一端由彈簧桿 19 作用支靠在小軸 20 上。因此，當(dāng)活動(dòng)手爪 18 伸向刀柄拔刀或插刀后收回時(shí)，刀柄表面可使活動(dòng)手爪18 壓縮彈簧而稍微張開(kāi)，這樣機(jī)械爪即可將刀柄抱住或退出。擋塊 1錐孔盤(pán) 4（在端面上周向均勻分布有 4個(gè)錐孔）和軸 9 固定相連，軸 9裝于支架 12內(nèi)，其左端又與一端蓋 10 用螺紋固定。 當(dāng)機(jī)械爪伸出抓住刀柄后，機(jī)械手軸向向左伸出，此時(shí)擋塊 13 亦同時(shí)離開(kāi)固定桿35，借彈簧 1的作用，將擋塊 13拉回原來(lái)的錐孔盤(pán) 4 上錐孔與鋼球 5 相對(duì)的原始位置，由彈簧銷(xiāo) 11 的作用，使擋塊 13 又向左移動(dòng)至錐孔盤(pán) 4 與支架 12 端面壓緊的位置。齒輪 41 通過(guò)花鍵軸套筒安裝在花鍵軸的右端。 直線運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)頭 14 的向左或向右（拔刀或插刀）的直線運(yùn)動(dòng)是由液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)活塞在左右兩極限位置時(shí)，都設(shè)有可調(diào)擋塊，由微動(dòng)開(kāi)關(guān)作用發(fā)出到位信號(hào)。緩沖結(jié)構(gòu)可以是小孔節(jié)流，可以外接節(jié)流閥或是緩沖閥等。s2） W—— 圓柱體的重量（ N） R—— 旋轉(zhuǎn)半徑 (m) 由上式可見(jiàn)，慣量與物體重量成正比，與旋轉(zhuǎn)半徑的平方成正比。f （ 2） 式中 k1—— 安全系數(shù)，通常取 ~2，本次設(shè)計(jì)取 k1=； k2—— 動(dòng)載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可按 k2＝ 1＋ a/g 估算； a 為機(jī)械手在搬運(yùn)過(guò)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(shù)，按《機(jī)械工程手冊(cè)》（第 10 卷）表 選取 k3=~，本次設(shè)計(jì)取 k3=。f 齒輪的設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)按照兩齒輪軸在機(jī)構(gòu)中相對(duì)位置的不同分為：兩軸相互平行，兩軸相交和 兩軸交錯(cuò)（即不平行也不相交）三類。 齒輪齒形曲線主要采用漸開(kāi)線、其它還有擺線、圓弧線等，由于漸開(kāi)線齒形容易制造，便于安裝，所以大多數(shù)齒輪采用漸開(kāi)線齒形。這對(duì)大功率傳動(dòng)十分重要，因?yàn)榧词剐手惶岣?1%，也有很大的經(jīng)濟(jì)效益。 傳動(dòng)比穩(wěn)定 傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。如在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡(jiǎn)易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動(dòng)沒(méi)有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。而汽車(chē)、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng) ，都是裝在精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體（機(jī)匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動(dòng)（齒輪箱）。 設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。換刀的運(yùn)動(dòng)是由回轉(zhuǎn)液壓缸 8 驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)液壓缸的輸出軸上安裝有齒輪 99，齒輪 41 裝在套筒上，回轉(zhuǎn)液壓缸固定在立柱上。 /280176。 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ,硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼 (調(diào)質(zhì) )硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σHlim2=550MPa。 直齒輪 ,假設(shè) KAFt/b≤100N/ [3]圖 108 可得： KHα=KFα=。 b 設(shè)計(jì)計(jì)算 m≥[（ 2105） /1242]]1/3mm= 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞 強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=3。 軸的設(shè)計(jì) 軸是組成機(jī)械的一個(gè)常用的重要零件，它支持著其他轉(zhuǎn)動(dòng)零件如齒輪、蝸輪等零件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，它由軸系支持、軸承則安放在箱體或機(jī)架上面，軸承、軸和軸上零件形成一個(gè)組成體，稱為軸系。 （ 3）初步估計(jì)軸的直徑。 （ 7）繪出軸系的裝配圖、零件圖等。 軸的總類 ： 軸按受載情況分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸，其中轉(zhuǎn)軸既支承傳動(dòng)機(jī)件又傳遞力，即承受彎矩和扭矩兩種作用；心軸只起支承旋轉(zhuǎn)件作用而不傳遞動(dòng)力，即只承受彎矩作用；傳動(dòng) 軸主要傳遞動(dòng)力，即主要承受扭矩作用。對(duì)于高速軸還應(yīng)考慮震動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題。 根據(jù)工作條件要求，軸可在加工前或加工后經(jīng)過(guò)整體或表面處理，以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、輥壓、氮化等），以提高其強(qiáng)度（尤其疲勞強(qiáng)度）和耐磨、耐腐蝕等性能。對(duì)于形狀復(fù)雜的軸，可采用鑄造。 零件與軸的固定或聯(lián)接方式，隨零件的作用而異。當(dāng)回轉(zhuǎn)缸通入壓力油而使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)傳動(dòng)齒輪 99 帶動(dòng)齒輪 41轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，花鍵軸即可帶動(dòng)回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動(dòng)，又由于直線液壓缸活塞桿端部有聯(lián)接件與花鍵軸相連，當(dāng)活塞桿因油缸進(jìn)入高壓油而向左或向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)聯(lián)接件即可帶動(dòng)花鍵軸作直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)頭及機(jī)械臂作向左或向右運(yùn)動(dòng)。tgα=4088tg20176。 在垂直面內(nèi)的支反力（圖 10e）： 由： ΣMA=0得： RBy(a+b)=－ 425 (280+80) Nmm=153000Nmm （ 29） M′Dy=RBymm=447000 N現(xiàn)對(duì) D 截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。其優(yōu)點(diǎn)主要有摩擦阻力小，功率消耗少，起動(dòng)容 易等。 根據(jù)載荷的大小選用軸承類型時(shí)，由于滾子軸承中的主要元件是線接觸，宜用于承受較大的載荷， 承載后的變形也較小。球軸承與滾子軸 承相比較，有較高的 極限轉(zhuǎn)速，故在高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。且承受軸向載荷的能力與接觸角α有關(guān)。在進(jìn)行壽命計(jì)算時(shí)，其基本額定動(dòng)載荷和基本額定靜載荷均應(yīng)取雙列軸承的數(shù)值，如單列軸承的 基本額定動(dòng)載荷和基本額定靜載荷分別為 Cr、 C0r，則成對(duì)安裝的軸承的基本額定動(dòng)載荷為 C=C r 基本額定靜載荷 C0=iC0r（其中 I 為支撐整體中單個(gè)軸承數(shù)），極限轉(zhuǎn)速為單個(gè)軸承的60%~80%。其中圖 11c 的 Ft 是通過(guò)另加轉(zhuǎn)矩而平移到的，指向軸線，由分析可知： Fr1V=Fr(280+80)/280=1488360/280N=