【正文】 . 4 6 ( 9 3 . 6 ) 1 2 7 . 6 ( . )4 8 0 . 1 5 3 . 6QF N c m?? ? ?? ? ? 又 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 14[]QjFd ??? 由已知條件可得： 14 1 2 7 .6 0 .3 0 63 .1 4 3 6 0 0 2d cm?? ? ?? mm 故設(shè)計(jì)滿足要求。 39。 20 缸蓋聯(lián)接螺釘計(jì)算 當(dāng)工作壓力 MPaP 15~5? 時(shí)應(yīng)有 0 150t mm? ，初取 0 45t mm? ， 26/P kg cm? 。 回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩 39。V 大小等于有桿腔進(jìn)油速 , 即 39。 油缸壁厚的設(shè)計(jì) 對(duì)于低壓系統(tǒng)或當(dāng) 16AL? ? ? 時(shí)，油缸的壁厚有： 2[ ]yP AL? ??? （ 8） yP —— 缸筒試壓力，當(dāng) 16nP? 時(shí)， ? ，當(dāng) 16nP? 時(shí)， ? [? ]—— 缸筒材料的許用應(yīng)力， 20 鋼， [? ]=100Mpa,所以， 561 . 5 8 1 0 8 0 0 . 0 4 82 [ ] 2 1 0 0 1 0yP A L mm?? ? ? ? ?? ? ???， 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取 8mm?? 。 16 又根據(jù)設(shè)計(jì)需要，（軸承的配合，螺釘?shù)陌惭b等）此活塞桿為空心桿。這里除了最末一項(xiàng)外全都是屬于性能設(shè)計(jì)的范圍。 12 3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓傳動(dòng)的概述 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系的，兩者往往同時(shí)進(jìn)行，相互協(xié)調(diào)。 手爪的整體尺寸設(shè)計(jì) 1. 首先考慮手爪部件的主要尺寸，設(shè)計(jì)如下： 手爪總長(zhǎng) 82mm ,活動(dòng)銷(xiāo)中心到聯(lián)接螺釘中心的距離為 別為 : 39。 則行程槽長(zhǎng)：12 10 .4l d a mm? ? ?（取 1 14l mm? ）， 卡銷(xiāo)材料為 35 鋼，熱處理硬度 28 38HRC? ， 表面氧化處理的 A 型圓柱銷(xiāo) （ GB11986） 卡銷(xiāo)直徑選 8mm (由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版，吳宗澤主編 )根據(jù)配合原理，則行程槽寬 ?? 。 機(jī)械手拔刀時(shí)，長(zhǎng)銷(xiāo) 4 與擋塊脫離接觸，鎖緊銷(xiāo) 2 被彈簧 3彈起，使活動(dòng)銷(xiāo) 4 頂住刀具不能后退，這樣機(jī)械手在回轉(zhuǎn)180時(shí)，刀具不會(huì)甩出。39。 表 1 自動(dòng)換刀機(jī)床用 7:24 圓錐刀具柄部尺寸 (GB/T 109441989) 柄部型號(hào) 椎體 螺紋孔 40 D1 I1 R I2 32 I3 43 I4 d1 17 d2 19 G M16 R1 1 柄部型號(hào) 凸緣 40 D4 56025 D5 X Y F T T1 25 J B R2 1 圖 2 刀具結(jié)構(gòu)與尺寸 因?yàn)?65 7 2 .3 0 6 3 .5 5 8 .7 5 7DD? ? ? ? ? ?， 故測(cè)量與刀柄槽相對(duì)位置如圖 3 所示。 5．雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手 這種機(jī)械手的兩手臂可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定的角度。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)。 c 控制系統(tǒng) 有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式 。對(duì)加工中心的加工精度、加工效率和可靠性起著保障作用。主軸軸承等部件組成，主軸是加工中心切削加工的功率輸出部件。智能化控制是提高數(shù)控加工效率的有效手段。但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專(zhuān)用封閉的系統(tǒng)，而第六代 —— 開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)將代表著數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 如數(shù)控車(chē)床、某些數(shù)控鏜銑床和加工中心等 。實(shí)際上從 20 世紀(jì)末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)是加工中心的控制中心，它主要由（ CNC）、可編程控制系統(tǒng) (PLC)、伺服系統(tǒng)構(gòu)成。 機(jī)械手在當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用的廣泛程度世人都有目共睹，隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，在某些工作條件復(fù)雜和危險(xiǎn)的情況下，機(jī)械手可以代替人類(lèi)進(jìn)行各種工作?；剞D(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手刀具交換裝置具有換刀時(shí)間短、動(dòng)作靈活可靠等 .應(yīng)用最為廣泛。第一個(gè)階段叫做 NC階段，經(jīng)歷了電子管、晶體管、和小規(guī)模集成電路三代。② 幾何形狀復(fù)雜的零件 ； ③ 在加工過(guò)程中必須進(jìn)行多種工序加工零件 ； ④ 切削余量大的零件 ； ⑤ 必須嚴(yán)格控制公差 (即公差帶范圍很小 )的零件 ； ⑥ 工藝設(shè)計(jì)會(huì)經(jīng)常變化的零件 ； ⑦ 加工過(guò)程中的錯(cuò)誤會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件 ； ⑧ 需全部檢測(cè)的零件 ,等等 。 80 年代末，我國(guó)還在 一定范圍內(nèi)探索實(shí)施 CIM，且取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)和教益。在體系結(jié)構(gòu)方面，數(shù)控系統(tǒng)已基本上實(shí)現(xiàn)由專(zhuān)用型封閉式結(jié)構(gòu)模式向通用型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)模式的轉(zhuǎn)型，并向基于 PC 的全數(shù)字化體系結(jié)構(gòu)發(fā)展；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上 ，數(shù)控系統(tǒng)可方便地與 CAD/CAM 集成為一體，數(shù)控機(jī)床的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，使得車(chē)間網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控、維護(hù)與管理變成了現(xiàn)實(shí)；在數(shù)控系統(tǒng)的高速、高精、高效控制方面，也采取了很多措施，如高速下的平滑控制算法、提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力、提高反饋和控制環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)分辨率等，獲得了不錯(cuò)的效果；在智能化控制方面，通過(guò)采樣加工過(guò)程中影響產(chǎn)品加工質(zhì)量的外部變量，實(shí)現(xiàn)了加工參數(shù)的自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償，有效提高了 CNC 的工作效率。這三部分不僅要承受加工中心的靜載荷，還要承受切削加工時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷。 （ 4） 自動(dòng)換刀系統(tǒng) 換刀系統(tǒng)主要由刀庫(kù)和換刀機(jī)械手組成，如需要進(jìn) 行換刀時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由機(jī)械手從刀庫(kù)中取出所需要的刀具裝入主軸孔內(nèi)，然后再把換下來(lái)的刀具放入刀庫(kù)。 另外經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題當(dāng)然也很重要 ， 采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的 ， 然而 ，利用機(jī)械手或類(lèi)似機(jī)械設(shè)備節(jié)省和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求 ， 今后還會(huì)增長(zhǎng) 。在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械手的形式也是多種多樣，常見(jiàn)的有以下形式。圖 1c 右邊的機(jī)械手在抓取或?qū)⒌毒咚腿氲稁?kù)及主軸上，兩臂可伸縮。最常用的一種換刀機(jī)械手形式，動(dòng)作簡(jiǎn)單。 1 . 7 52 2 ( ) 2 ( 0 . 8 7 5 6 0 ) 7 . 7 0s in 6 0Y P P P P P P tg? ? ? ? ? ? ? ? ? 542 2 2 60DDhXY tg tg?? ? ? ? ? ? ?? 則手爪口的型式與尺寸與 相匹配。 圖 5 刀具與銷(xiāo)的配合圖 1— 彈簧； 2— 活動(dòng)銷(xiāo)； 3— 刀具； 4— 長(zhǎng)銷(xiāo)； 9 手爪在抓刀時(shí)，隨傳動(dòng)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，主軸及刀庫(kù)附近的凸臺(tái)壓下長(zhǎng)銷(xiāo) 4，活動(dòng)銷(xiāo)（即彈簧鎖 輪）被解鎖。2 2 1 2 s i n 2 5 1 5 .9 6O O O O m m??， 39。彈簧中徑 2 9D mm? （ GB/135878）查表 的許用應(yīng)力 ] ???Ⅱ ，切面模量 80G GPa? 。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了設(shè)計(jì) ,機(jī)械手主要由手臂、手爪、手爪口三部分組成。前者著眼于安全；實(shí)際的設(shè)計(jì)工作則常常是這兩種觀點(diǎn)不同程度的組合。如表 3 所示： 表 3 按工作壓力選取 d/D 工作壓力 MPa ＜ ~ ＞ d/D ~ ~ 所以可以得出活塞的直徑： 21243 .1 4 ( (1 ) )FD PP ?? ?? （ 6） 22124 4 2 4 8 503 . 1 4 ( ( 1 ) ) 3 . 1 4 (0 . 8 0 . 9 ( 1 0 . 5 ) )FD m mPP ? ?? ? ?? ? ? ? ? 所以 25d D mm??，（ 1 P 與 P 的值是在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 和 選取的）， 根據(jù)所計(jì)算出的結(jié)果表 4 中選擇標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。d —— 空心桿外徑 ； tW—— 抗扭矩截面系數(shù)； 所以有 6 4 .7 7 1 .9 8d m m m m?? 空心桿壁厚 39。 VdDV? （ 9） 因?yàn)?1212 ??，其中 21 4AD??， 222 4A D d???； 17 式中 1A—— 無(wú)桿腔活塞有效作用面積； 2A —— 有桿腔活塞有效作用面積； D—— 活塞直徑 （ m ）； d—— 活塞桿直徑 （ m ）； 由行程 L 初定換刀過(guò)程所用時(shí)間為 1 秒 ,則平均速度為 。M M M??封 封 封， 39。 回轉(zhuǎn)缸壁厚的計(jì)算 對(duì)于低壓系統(tǒng)或當(dāng) 16AL? ? ? 時(shí)，回轉(zhuǎn)缸的壁厚有： 2[ ]yP AL? ??? （ 15） yP —— 缸筒試壓力，當(dāng) 16nP? 時(shí)， ? ，當(dāng) 16nP? 時(shí)， ? [? ]—— 缸筒材料的許用應(yīng)力， 20 鋼， [? ]=100Mpa； 5039。 式中 39。聯(lián)接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片與輸出軸的配合面緊密接觸 不留間隙。 對(duì)于受載較小或不太重要的軸，也可用 3A 、 5A 等普通碳素鋼。11[]bbMW????? （ 22） 式中 39。參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 1 . 0 ( 9 1 1 6 . 1 8 8 )P N M P a G B ?　 　 摘 自。 27 5 機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)圖的擬定 首 先我們應(yīng)該確定換刀機(jī)械手的工作過(guò)程 ,選定液壓執(zhí)行元件、油源類(lèi)型、調(diào)速方案和液壓基本回路確定之后，在增添一些必要的元件和配置一些輔助性油路，如控制回路、測(cè)壓回路等把它們有機(jī)結(jié)合在一起。電磁閥的通電或斷電由 PLC 編制的程序控制，從而使機(jī)械手動(dòng)作。其中最大流量必要時(shí)允許短期超過(guò)額定流量的 20％ ，否則會(huì)引起發(fā)熱、噪聲、壓力損失等增大和閥的性能的下降。流量閥的進(jìn)出口需要有一定的壓差，高精度流量閥約需 1MPa 的壓差。 本章小結(jié) 液 壓系統(tǒng)是由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)組成的。電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，KM1 得電后動(dòng)斷觸電 KT1 處于閉合狀態(tài)，所以電磁鐵 YA1 得電，同時(shí)時(shí)間繼電器 KT1也得電。實(shí)現(xiàn)手臂的逆轉(zhuǎn) 180176。 ，實(shí)現(xiàn)手臂復(fù)位動(dòng)作。行程開(kāi)關(guān)就是該元件的一種，這種開(kāi)關(guān)又叫做限位開(kāi)關(guān)。 PLC 的存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器（ ROM）和讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（ RAM），前者用來(lái)存放系統(tǒng)程序，它相當(dāng)于單片單板。主要用來(lái)控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向、 行程以及位置保護(hù)。同一時(shí)間動(dòng)合觸點(diǎn) KT5 閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn) KT6 且閉合，所以時(shí)間繼電器 KT6 得電。 31 延時(shí) 1s 后動(dòng)斷觸點(diǎn) KT3 斷開(kāi)， YA3 失電。 實(shí)現(xiàn)抓刀 動(dòng)作。因此傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法只需略作調(diào)整，伺服系統(tǒng)使液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的有關(guān)裝置精確地、平穩(wěn)地按某種給定的規(guī)律變化，它和伺服系統(tǒng)一樣涉及的主要是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)問(wèn)題。 70 以下時(shí)可用電磁換向閥，否則需用電液換向閥。 液壓缸的流速 V=110m/s,所以有： 20 . 0 8 1 . 1 3 3 . 1 6 / m i n4QL?? ? ? ? 回轉(zhuǎn)缸的流速為 V： 9 0 / 2 1 .5 7 /s l s?? ??， 則 39。該角度是由 PLC 的定時(shí)器所控制，在定時(shí)器時(shí)間到達(dá)后 4DT 自動(dòng)斷電，此時(shí)換向閥 7處于中位。 該系統(tǒng)的具有手臂升降，手臂回轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度。 升降缸中 (液壓缸及活塞桿工作 )密封元件 密封可分為靜密封和動(dòng)密封。 2 21()M M T???驅(qū) （ 23） 式中 ?—— 根據(jù)該換轉(zhuǎn)缸性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)， 取 11[] 60 0 .2 7 2 7[ ] 2 2 0?? ? ??? ? ?； M驅(qū) —— 回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩； 則有 1 0 . 2 7 2 7 5 . 9 9 1 . 6 3 3 .T N m m? ? ? ? 3 3 47 . 8 7 5 7 . 8 7 5 ( 0 . 1 8 1 0 ) 0 . 4