【文章內(nèi)容簡介】 =80=48mmA=80=48mmC=+35=導(dǎo)向長度 H≥L/20+D/2=210/20+80/2=+40=所以L=48+48+10+35++=260mm其中35為刀柄上拉釘?shù)拈L度，其值如下表35,尺寸參數(shù)如下圖33：圖33 標(biāo)準(zhǔn)MAS 403配用BT型刀柄表35 標(biāo)準(zhǔn)MAS 403配用BT型刀柄型號DD1D2MLL1L2HH1βLDA40BT171015166035286345176。液壓缸的油口直徑根據(jù)其換刀機(jī)械手的最高運(yùn)動(dòng)速度V與油口最高液流速度V1。由公式：d0=39。因?yàn)椋篤V1=A2A1= 其中A1=πD24，A2=π（D2d2）4式中 A1—無桿腔活塞有效作用面積；A2—有桿腔活塞有效作用面積；D—活塞直徑（m）；d—活塞直徑（m）；由工作行程L初定換刀過程所用時(shí)間為1s，則平均速度：V均==令無桿腔進(jìn)油速度V1=。，有桿腔進(jìn)油速度V2=。所以有：Vmax=V=V12+V22=+=V39。液流速度大小等于有桿腔進(jìn)油速度，所以只需V39。=所以有油口直徑d0：d0=39。=80=從本設(shè)計(jì)來說，因?yàn)椴捎每招幕钊麠U結(jié)構(gòu)，其缸底有孔，如圖34所示。圖34 缸底結(jié)構(gòu)圖查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊；有孔平缸底按下式計(jì)算：δ=[σ]式中 ——缸底厚度；——液壓缸內(nèi)徑；——試驗(yàn)壓力； ——缸底材料許用應(yīng)力；選取材料為45無縫鋼管，σ=82MPa。δ=[σ]=801068010382106()103=按設(shè)計(jì)要求取15mm。單葉片式擺動(dòng)液壓缸如下圖35所示圖35 單葉片式作用在葉片上的載荷例句M驅(qū)：M驅(qū)=MZ+M慣+M封+M回式中MZ工作阻力矩（kg?cm/s）M封—所有回轉(zhuǎn)缸密封處的摩擦阻力矩（kg?cm/s）M封=M封‘+M封’‘，M封’=μbb1PRM封‘’=2μb1RrFRcd，Rcd=（Rr）/2M封—參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩（kg?cm/s）M慣=J0ε=J0?V?t；ε—齒輪回轉(zhuǎn)時(shí)在啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中的角加速度（rad/s）Δw—角速度變化量（rad/s）?w=π/2；?t—啟動(dòng)過程時(shí)間，（?t=~）s,令t=；J0—參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg?cm2）J0=J+Ge2/g；J—回轉(zhuǎn)動(dòng)作的刀柄對中心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg?cm2）；G—機(jī)械手工作時(shí)的總重量（kg）；根據(jù)理論力學(xué)公式：J0=J=Ml212,所以J0=1012520101=?cm2M慣=J0ε=J0?v?t=π2=?cm/sM回=rRbP回ρdρ=P回b2（R2r2）其中P回的值從下表36中選擇（現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊P34表 33）：表36 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)～回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)～回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)～用不油泵的閉式回路～所以，參考以上數(shù)據(jù)，取P回=。如圖35所示擺動(dòng)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在葉片上合成力矩M驅(qū)’,M驅(qū)39。=rRpbρdρ=pd2(D2d2)擺動(dòng)缸內(nèi)徑D：M驅(qū)39。=M驅(qū)M驅(qū)=pb(D2d2)8D=8M驅(qū)pb+d2式中 M驅(qū)—作用在葉片的外載荷力矩D—擺動(dòng)缸內(nèi)徑（m）； p—擺動(dòng)缸的工作壓力（Pa）； b—葉片寬度（m） d—輸出軸與葉片連接處的直徑（m），設(shè)計(jì)時(shí)按D/d=～D/d=為了節(jié)省改造成本，葉片與輸出軸的連接螺釘所受載荷與葉片的懸伸長度，設(shè)計(jì)葉片的寬度時(shí)有：bDd/2≥2從理論力學(xué)可知，要想驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，其慣性力矩必須大于所有摩擦力矩才能驅(qū)動(dòng)葉片動(dòng)作。滿足M2M慣+M回。所以帶入上述式子：M驅(qū)==d0=M回==d0=所以：d0=。則通過所要設(shè)計(jì)的與之配合的花鍵軸，取d0=36mm。所以：D0==36=90mmb==36=54mm對于低壓系統(tǒng)當(dāng)pn≤16MPa時(shí)，Pt=；材料取45鋼，σ=4105=82MP有：δ≥pt?D2[σ]δ≥ptD2σ=10690282106=由于設(shè)計(jì)需要，為了滿足穩(wěn)定性要求，取δ’=20mm。連接螺釘?shù)挠?jì)算：當(dāng)工作壓力P=5～15MPa時(shí)，有t0150mm。取t0=45mm，P=6kg/cm2，螺釘數(shù)目Z：Z=πD039。t1VD0‘=D0+δ39。=90+20=110mm式中D0‘—為螺釘中心所在圓的直徑；代入，得：Z=，取整數(shù)Z=8。單個(gè)螺釘?shù)膹?qiáng)度校核計(jì)算：所選取的連接螺釘在危險(xiǎn)界面上所受的拉力FQ0為工作載荷與剩余鎖緊里FQ39。之和。有：FQ0=FQ39。+FQ=π4D039。 2ZP（1+K）式中FQ39。剩余鎖緊力，取FQ39。=KF0FQ—工作載荷Z—螺釘數(shù)目；K=～；P油缸內(nèi)液壓油工作壓力；因此，螺釘強(qiáng)度計(jì)算校核：d1≥4F計(jì)π[σ]式中F計(jì)—計(jì)算載荷，F(xiàn)計(jì)=；[σ]—許用拉伸應(yīng)力，σ=σs/n（kg/cm2）σs—螺釘材料的屈服強(qiáng)度極限MPa，這里選取45鋼材料的螺釘，δs=3600kg/cm2；n—安全系數(shù)，一般?。ā?，這里取n=2；則：d1≥4F計(jì)πσ=42036002=所以，取d1=6mm。葉片是與輸出軸連接的結(jié)構(gòu)，連接螺釘對稱安裝，并且用銷釘定位。螺釘?shù)淖饔檬鞘谷~片能夠輸出軸緊密配合，產(chǎn)生緊密聯(lián)系防止漏油。當(dāng)油腔通油時(shí)，葉片受到油壓產(chǎn)生力矩，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。其結(jié)構(gòu)如下圖36所示，動(dòng)力所受力矩的平衡條件計(jì)算：圖36 缸體結(jié)構(gòu)圖M摩=bp8D2d2=FQZfd2式中 FQ—單個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力（N）；b—葉片的寬度（m）；p—擺動(dòng)缸的工作壓力（Pa）：D葉片外徑（m）。d—葉片與輸出軸配合直徑（m）；Z—螺釘數(shù)目：f—被連接件間的配合摩擦系數(shù)（機(jī)械零件手冊，鋼與鋼之間取f=）；螺釘?shù)膹?qiáng)度：FQ=bp4Zfd（D2d2）從前面計(jì)算可知b=54mm=，P=6kg/cm2，D=9cm，Z=8,f=，d=，則有：FQ=648=?cm因?yàn)椋篸1≥4F計(jì)πσ=436002==6mm所以滿足設(shè)計(jì)要求。4 軸的設(shè)計(jì)軸是一切機(jī)器中最重要的機(jī)械零件之一。例如機(jī)床主軸、自行車輪軸、錄音機(jī)磁帶軸等各式各樣的軸。在本設(shè)計(jì)中主要設(shè)計(jì)的是花鍵軸，作為機(jī)械手的動(dòng)力輸出能夠達(dá)到擺動(dòng)以及升降的動(dòng)作要求。在設(shè)計(jì)軸的材料時(shí)，需要根據(jù)對軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及所要達(dá)到的工作壽命以及強(qiáng)度。同時(shí)從節(jié)省成本方面考慮經(jīng)濟(jì)的制造工作。一般材料的常用材料為Q235A，45 鋼，40Cr，40Cr，20Cr等材料。本設(shè)計(jì)選用45鋼作為軸的材料。（據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教程 P179）表82，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)如及力學(xué)性能相關(guān)參數(shù)如下表41所示：表41 軸的常用材料及主要力學(xué)性能材料牌號熱處理毛坯直徑/mm硬度/HBW抗拉強(qiáng)度σb屈服強(qiáng)度σs彎曲疲勞極限σ1剪切疲勞極限τ1許用彎曲應(yīng)力[σF]備注45鋼MPa正火≤100170～21759029525514055回火100～300162～217570285245135調(diào)質(zhì)≤200217～255640355275155100應(yīng)用最廣泛40Cr調(diào)質(zhì)≤100241～28673554035520070用于載荷大沖擊小100～30068549035518540CrN調(diào)質(zhì)≤100270～30090073543026075用于重要的軸100～300240～270785570370210由表41可知，45鋼，熱處理方式為正火，其各項(xiàng)參數(shù)可在表中選擇。表41可知45鋼的強(qiáng)度，又因?yàn)橐簤簣?zhí)行元件的最大工作壓力P1=106，管路的損失因素∑?p=，則P總=P1+∑?p=。從前面可知液壓油流量V39。=，擺動(dòng)缸的直徑D0=90mm，則：A0=πD024=π901034=103m2Q=A0V=103=ηV==P總QηV=106=T1=9549=?m據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教程得到軸直徑的計(jì)算公式：d≥[τT]n得出d≥A03P功n=110=式中 A0—材料的受載系數(shù)，選取軸為45鋼（根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教程表84）取A0=110P功—軸所傳遞的功率；n—回轉(zhuǎn)時(shí)的最大轉(zhuǎn)速n=1440r/min；根據(jù)設(shè)計(jì)需要，花鍵軸與擺動(dòng)缸滑動(dòng)配合；所需要的花鍵的尺寸（查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊P686）初步設(shè)計(jì)軸的個(gè)軸徑尺寸其所選用的花鍵尺寸，如下圖41，表42所示：NdDB其對應(yīng)的尺寸為（N—鍵數(shù)，D—大徑，B—鍵寬，d小徑）；618225圖41 矩形花鍵基本尺寸系列表42 矩形花鍵基本尺寸系列（GB/T 11442001 非等效采用ISO 141982）小徑d中系列規(guī)格NdDB鍵數(shù)N大徑D鍵寬B1661620462041861822522521621255255與該花鍵配合的公差內(nèi)花鍵為：623f726a115d10軸的許用彎曲應(yīng)力的計(jì)算：從玩具產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力σb1有σb1≤[σ1b]，由力學(xué)得知：σb1=M39。W≤[σ1b]式中M39。擺動(dòng)缸動(dòng)作時(shí)的當(dāng)量彎矩（N?m）W—軸的抗扭界面系數(shù)，W=πd332=M39。M驅(qū)2+（αT12） (α—應(yīng)力矯正系數(shù)，根據(jù)擺動(dòng)缸性質(zhì)來定)；取α=[σ1][σ+1]=60220=；M驅(qū)—?jiǎng)幼鲾[動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭矩；則：αT1==M驅(qū)=d3=103=104N?mM39。=M驅(qū)2+（αT12）=（104）2+=?mW=π32d3=π32=106m3σb1=106=106Pa≤σ1b=60MPa故，符合本課題所需要求。因?yàn)樵谝簤焊變?nèi)同時(shí)受到抗扭矩的作用，并且會(huì)在其最小截面上產(chǎn)生最大剪切力，則：τmax=Twt≤[τ]Wt=πd2+(Dd)(D+d)2bZn16D式中Zn—為花鍵齒數(shù)；b—為鍵寬；則：Wt=π+（）（+）6510316=105m3所以有τmax=Twt=105=≤τ1=155MPa符合設(shè)計(jì)要求。5 刀庫的設(shè)計(jì)刀庫是整個(gè)換刀裝置結(jié)構(gòu)中不可或缺的重要組成。其功能為刀具提供了一個(gè)庫存。本設(shè)計(jì)所需要設(shè)計(jì)的主要是針對成本低，符合小批量，多品種生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床的數(shù)控化改造要求，其所需要用到的刀具數(shù)量比較少。另外，刀庫的容量首先要考慮加工工藝的分許的需要。一般情況下，并不是刀庫中的刀具越多越好，太大的容量會(huì)增加刀庫的尺寸和占地面積，使選刀過程時(shí)間增長。根據(jù)以鉆、銑為主的立式加工中心所需刀具數(shù)的統(tǒng)計(jì)繪制出圖51所示曲線，按組成技術(shù)分析，曲線表明各種加工刀具所必須的刀具數(shù)的結(jié)果是：4把刀具的容量就可以完成90%左右的銑削工藝，10把孔加工刀可以完成70%的鉆削工藝，因此14把刀的容量就可以完成70%以上的工件鉆銑工藝，因此一般小型刀庫刀具在14～30把刀。本設(shè)計(jì)針對數(shù)控銑床換刀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以本刀庫的設(shè)計(jì)容量定為6把刀具。圖51 加工工件與刀具數(shù)量的關(guān)系刀庫的結(jié)構(gòu)多種多樣，其形式需根據(jù)刀庫容量的大小來選擇。其刀庫的結(jié)構(gòu)形式有下列幾種：1) 圓盤式刀庫結(jié)構(gòu)：可容納40把刀具主要由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，該種裝置比較簡單，總體布局比較緊湊，但是圓盤直徑較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，且由于刀庫離主軸較遠(yuǎn)，因此需要采用中間搬運(yùn)裝置來換刀。2) 鏈?zhǔn)綆斓慕Y(jié)構(gòu):主要由鏈輪伺服電動(dòng)機(jī)通過蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)。其刀庫容量更大，但是要求更高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3) 格子盒式刀庫：刀具分級拍直線排列。由縱橫向移動(dòng)的取刀機(jī)械手