【文章內(nèi)容簡介】 工制造，在這里將活塞和活塞桿設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)需要決定。 材料的選擇根據(jù)文獻(xiàn)[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(shè)計中，為了減輕結(jié)構(gòu)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(shè)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(cè)手臂的伸縮范圍都能達(dá)到60mm，本設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的密封件，結(jié)合手指夾緊液壓缸的相關(guān)計算，并根據(jù)文獻(xiàn)[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(fù)載：兩機械手手指的質(zhì)量： =2= kg； 上擋板的質(zhì)量： = kg；下?lián)醢宓馁|(zhì)量： = kg；后擋板的質(zhì)量： =；側(cè)擋板的質(zhì)量： =2=；手指與活塞桿之間連接件的質(zhì)量：=；夾持工件的質(zhì)量： =8kg；取 =+++++=取鋼與鋁合金之間的滑動摩擦力=，則：==設(shè)活塞達(dá)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(fù)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(qū)動力為：=在手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)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(qū)動力；——液壓缸的工作壓力，由計算結(jié)果確定； ——液壓缸回油腔背壓力，根據(jù)文獻(xiàn)[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(shè)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(dāng)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(shè)計中==，故設(shè)計符合要求，液壓缸能達(dá)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(shè)計中= cm2 cm2，故設(shè)計符合要求，液壓缸能達(dá)到所需的低速要求。 手架旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計 手架旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計估算手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載兩機械手手指的質(zhì)量： =2=；上擋板的質(zhì)量： =；下?lián)醢宓馁|(zhì)量： =；后擋板的質(zhì)量： =；側(cè)擋板的質(zhì)量： =2=；手指與活塞桿之間連接間的質(zhì)量：=；夾持工件的質(zhì)量： =8kg；手指夾緊液壓缸前端蓋質(zhì)量： =；手指夾緊液壓缸后端蓋質(zhì)量： =；手指夾緊液壓缸缸筒質(zhì)量： =；手臂伸縮液壓缸前端蓋質(zhì)量： =；手臂伸縮液壓缸缸筒質(zhì)量： =；上套件質(zhì)量： =；上套件質(zhì)量： =；當(dāng)儲油量最大時油液的質(zhì)量：手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的總質(zhì)量為：=(++++++8++++)2++++=；手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為：= =手架旋轉(zhuǎn)軸的校核初取手架旋轉(zhuǎn)軸的軸徑=30mm；手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為：=；手架旋轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量為：=；取手架旋轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動力距等于手架旋轉(zhuǎn)時受到的慣性力距，則根據(jù)文獻(xiàn)[11，78106]有： ()式中：——手臂回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量；——手架旋轉(zhuǎn)軸對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量；——手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時的角加速度，這里初取手架旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速=1m/s,則其角速度=2πrad/s，設(shè)手架旋轉(zhuǎn)軸從靜止開始到達(dá)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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸工作正常。由于手臂回轉(zhuǎn)部件的回轉(zhuǎn)軸線與其重心軸線重合，所以可取：本設(shè)計中=15mm,取=250mm，則：=（+3）/12===將值代入式（）可得：= Nm手架旋轉(zhuǎn)軸的輸出功率：= Nmm 2πrad/s =手架旋轉(zhuǎn)軸強度校核公式如下： ()式中：——手架旋轉(zhuǎn)軸的扭矩，此處 = Nm；——手架旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)75176。到達(dá)工作位置，換刀運動過程準(zhǔn)備開始。另一個液壓缸則是在拔刀過程結(jié)束后，實現(xiàn)手架旋轉(zhuǎn)180176。的運動， 是主軸刀具與刀庫刀具互換位置。雖然這種結(jié)構(gòu)工作原理很簡單，但由于驅(qū)動機構(gòu)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(gòu)卻比較復(fù)雜。而在本設(shè)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(zhuǎn)軸的連接機構(gòu)，并且在手架旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)計了一個很長的鍵槽，所以只需要用一個驅(qū)動機構(gòu)帶動齒輪機構(gòu)或蝸輪蝸桿機構(gòu)，就可實現(xiàn)手架在拔、插刀前后的多次旋轉(zhuǎn)運動。對于這個驅(qū)動機構(gòu)，它需要能實現(xiàn)手架的75176。、180176。和反向75176。三種角度的旋轉(zhuǎn)。若采用液壓缸和行程開關(guān)進行控制，則一般只能實現(xiàn)一種角度的旋轉(zhuǎn)。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(yù)期的運動。所以本設(shè)計中的手架旋轉(zhuǎn)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(shù)，具有齒輪減速、蝸輪減速、直線往復(fù)等多種結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、減速比大、體積小、輸出轉(zhuǎn)矩大及運行可靠等特點[12]，因此，本設(shè)計中的手架旋轉(zhuǎn)機構(gòu)選用TYV系列高精度微型特種減速電動機作為驅(qū)動機構(gòu)。電動機型號的選擇根據(jù)文獻(xiàn)[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(yīng)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(fù)載為=60w，輸出轉(zhuǎn)速為=150r/min，轉(zhuǎn)矩為=。 單級圓錐齒輪的設(shè)計與校核根據(jù)文獻(xiàn)[13，813]，各軸轉(zhuǎn)速為：=150r/min==150r/min==50r/min各軸轉(zhuǎn)距為：======3=各軸的輸入功率為：=/9550=50/9550=======手架旋轉(zhuǎn)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(xiàn)[7，]，圓錐齒輪的設(shè)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(yīng)力：由于此齒輪為硬齒面，并經(jīng)淬火處理，故可取=1350N/