【文章內(nèi)容簡介】 工制造，在這里將活塞和活塞桿設計成一體的形式。對于手指夾緊液壓缸，因其為低壓系統(tǒng)，而在中、低壓系統(tǒng)中，液壓缸缸筒的壁厚常由結構工藝上的要求決定，強度問題是次要的，一般不需要進行驗算，所以，此手指夾緊液壓缸的缸筒壁厚由結構需要決定。 材料的選擇根據(jù)文獻[5，8792]，對手指夾緊液壓缸各元件的材料選取如下：活塞桿材料采用實心的45號鋼，并進行表面淬火處理，以提高活塞桿硬度；由于活塞與活塞桿是一體的，所以活塞的材料也為45號鋼，但為了增加它的耐磨性，需在活塞的表面覆蓋一層耐磨材料，常用耐磨材料有青銅、黃銅、尼龍等等。一般情況下，壓力較低的液壓缸的缸筒材料多采用鑄鐵，但在本設計中，為了減輕結構的整體重量，將選用鋁合金作為手指夾緊液壓缸缸筒的材料。缸蓋的材料選用HT200鑄件。 手臂伸縮液壓缸設計 手臂伸縮液壓缸各尺寸數(shù)據(jù)的確定由于受到刀庫刀具和主軸刀具之間距離的限制，為保證兩側手臂的伸縮范圍都能達到60mm，本設計中采用了伸縮式液壓缸，即用手指夾緊液壓缸來代替手臂伸縮液壓缸的活塞和活塞桿部分。為方便采用標準的密封件，結合手指夾緊液壓缸的相關計算，并根據(jù)文獻[9，512]，中的活塞桿直徑系列和液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，取手指夾緊液壓缸的缸體外徑為=45mm,手臂伸縮液壓缸內(nèi)徑=63mm。手臂伸縮液壓缸活塞桿的最大行程取60mm, 由式()可得手臂伸縮液壓缸的最大儲油量為：==估算手臂伸縮液壓缸負載：兩機械手手指的質量： =2= kg； 上擋板的質量： = kg；下?lián)醢宓馁|量： = kg；后擋板的質量： =；側擋板的質量： =2=；手指與活塞桿之間連接件的質量：=；夾持工件的質量： =8kg；取 =+++++=取鋼與鋁合金之間的滑動摩擦力=，則：==設活塞達到穩(wěn)定速度過程中的加速度為：=20m/s2， 則：=20=手臂伸縮液壓缸負載：=+=考慮到手臂在伸縮運動過程中的能量損失，取=，則手臂伸縮液壓缸的實際驅動力為：=在手架旋轉軸旋轉時，手臂伸縮液壓缸受到的慣性力較大，為保證手臂伸縮液壓缸的安全，這里取=200N；根據(jù)：得： ()式中： ——手臂伸縮液壓缸的實際驅動力；——液壓缸的工作壓力，由計算結果確定； ——液壓缸回油腔背壓力，根據(jù)文獻[9，表2—2]，對于簡單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，=~，在本設計中初取估算值=；——手臂伸縮液壓缸內(nèi)徑；——手指夾緊液壓缸外徑；將各值代入式()，可得：=[200+（632－452）π/4]/（632π/4）=（200+）/= 流量及流速的確定手指夾緊液壓缸活塞的最大行程=10mm，取其夾緊時的運動速度=12m/min=，則手指夾緊過程所需時間為： =根據(jù)： ()可得手指夾緊時的流量為：mm3/min=當手指夾緊液壓缸反行程運動，手指松開時，取其流量：=則根據(jù)式()可得其運動速度為：=手指夾緊液壓缸反行程運動時間為： =手臂伸縮液壓缸活塞的最大行程=60mm，取其伸出時的運動速度=，所需時間為：=則由式()可得：=取手臂伸縮液壓缸反行程運動時的流量==；則其運動速度為：=所需運動時間為：=液壓缸的最小穩(wěn)定速度的驗算過程如下：利用公式： ()按最低速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，式中為調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量。對于手指夾緊液壓缸，選用型號為AQF3—610B 的調(diào)速閥，其最小穩(wěn)定流量=35mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度=12m/min；由式()可得：=(35ml/min)/(12m/min)= cm2本設計中==，故設計符合要求，液壓缸能達到所需的低速要求。對于手臂伸縮液壓缸，選用QF3—E610B的調(diào)速閥，其最小穩(wěn)定流量=40mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度=；由式()可得：=(40ml/min)/()= cm2本設計中= cm2 cm2，故設計符合要求，液壓缸能達到所需的低速要求。 手架旋轉機構設計 手架旋轉軸的設計估算手架旋轉軸所承受的負載兩機械手手指的質量： =2=；上擋板的質量： =；下?lián)醢宓馁|量： =；后擋板的質量： =；側擋板的質量： =2=；手指與活塞桿之間連接間的質量：=；夾持工件的質量： =8kg；手指夾緊液壓缸前端蓋質量： =；手指夾緊液壓缸后端蓋質量： =；手指夾緊液壓缸缸筒質量： =；手臂伸縮液壓缸前端蓋質量： =；手臂伸縮液壓缸缸筒質量： =；上套件質量： =；上套件質量： =；當儲油量最大時油液的質量：手架旋轉軸所承受的總質量為：=(++++++8++++)2++++=；手架旋轉軸所承受的負載為：= =手架旋轉軸的校核初取手架旋轉軸的軸徑=30mm；手架旋轉軸所承受的負載為：=；手架旋轉軸的質量為：=；取手架旋轉所需的驅動力距等于手架旋轉時受到的慣性力距，則根據(jù)文獻[11，78106]有： ()式中：——手臂回轉部件對回轉軸線的轉動慣量；——手架旋轉軸對回轉軸線的轉動慣量；——手架旋轉軸旋轉時的角加速度，這里初取手架旋轉軸的轉速=1m/s,則其角速度=2πrad/s，設手架旋轉軸從靜止開始到達到穩(wěn)定速度所需的時間為Δ=,則：=Δ/Δ=(2πrad/s)/()=20πrad/s2；機械手夾緊力的校核： ()取手架回轉的角速度， =300mm，則由式()得：=8kg300mm=因小于機械手手指的夾緊力，所以機械手的手架旋轉軸工作正常。由于手臂回轉部件的回轉軸線與其重心軸線重合，所以可取：本設計中=15mm,取=250mm，則：=（+3）/12===將值代入式（）可得：= Nm手架旋轉軸的輸出功率：= Nmm 2πrad/s =手架旋轉軸強度校核公式如下： ()式中：——手架旋轉軸的扭矩，此處 = Nm；——手架旋轉軸的抗彎截面模量，對于實心軸有，所以此處==m3；將值代入式()可得：=因=20MPa, ，故所選軸安全。 手架旋轉驅動機構的選擇電動機類型的選擇目前常用的加工中心換刀機械手，它的手架旋轉運動是由兩個液壓缸實現(xiàn)的。一個液壓缸用來實現(xiàn)手架旋轉75176。到達工作位置，換刀運動過程準備開始。另一個液壓缸則是在拔刀過程結束后，實現(xiàn)手架旋轉180176。的運動， 是主軸刀具與刀庫刀具互換位置。雖然這種結構工作原理很簡單，但由于驅動機構較多，它們之間以及它們和手架伸縮液壓缸的活塞桿之間的連接機構卻比較復雜。而在本設計中，由于采用了兩個圓錐滾子軸承以及一個套筒作為手架伸縮液壓缸活塞桿和手架旋轉軸的連接機構，并且在手架旋轉軸上設計了一個很長的鍵槽，所以只需要用一個驅動機構帶動齒輪機構或蝸輪蝸桿機構，就可實現(xiàn)手架在拔、插刀前后的多次旋轉運動。對于這個驅動機構，它需要能實現(xiàn)手架的75176。、180176。和反向75176。三種角度的旋轉。若采用液壓缸和行程開關進行控制，則一般只能實現(xiàn)一種角度的旋轉。而如果采用電動機進行傳動，則只需控制好電動機的起、停時間就可以實現(xiàn)各種預期的運動。所以本設計中的手架旋轉運動由電動機帶動單級圓錐齒輪來實現(xiàn)。TYV系列高精度微型特種減速電動機采用高新技術，具有齒輪減速、蝸輪減速、直線往復等多種結構，并可配有電子無級調(diào)速、阻尼制動、電磁剎車等功能，適用于交流、直流多種電壓，是一種高效、節(jié)能、低噪音的微特減速電動機，它還具有結構緊湊、安裝方便、減速比大、體積小、輸出轉矩大及運行可靠等特點[12]，因此，本設計中的手架旋轉機構選用TYV系列高精度微型特種減速電動機作為驅動機構。電動機型號的選擇根據(jù)文獻[13，813]，各傳動副傳動效率為：彈性柱銷連軸器： =；圓錐滾子軸承： =；單級圓錐齒輪： =；總的傳動效率為：==取單級圓錐齒輪的傳動比為=3； 所選電動機應滿足：=3r/s=180r/min= =根據(jù)上述條件，查電機系列，取TYV4型齒輪減速電動機，其基本參數(shù)如下：允許負載為=60w，輸出轉速為=150r/min，轉矩為=。 單級圓錐齒輪的設計與校核根據(jù)文獻[13，813]，各軸轉速為：=150r/min==150r/min==50r/min各軸轉距為：======3=各軸的輸入功率為：=/9550=50/9550=======手架旋轉軸的實際角速度=(5/3)πrad/s，因=P2, 所以安全。初算齒輪軸直徑：==根據(jù)文獻[7，]，圓錐齒輪的設計與校核如下過程：選定齒數(shù)、： 取=19,則==319=57實際齒數(shù)比：分錐角、：因=90176。，=3，故：=arctg（1/）=arctg（1/3）=18176。26′==90176。18176。26′=71176。34′初選齒寬系數(shù)：，這里取=；工況系數(shù)：因其載荷特性為工作平穩(wěn)，故可取=；動載系數(shù)：這里取=1；試驗齒輪的接觸疲勞極限應力：由于此齒輪為硬齒面，并經(jīng)淬火處理，故可取=1350N/