【文章內(nèi)容簡介】 本設(shè)計(jì)中取 Dd/ =； F —— 工作循環(huán)中的最 大外負(fù)載，本設(shè)計(jì)中 F =500N； fF —— 液壓缸密封處的摩擦力， fF =F (1/ C? 1)； C? —— 密封處的機(jī)械效率，一般 C? =~，本設(shè)計(jì)中取 C? =； 將各值代入式 ()，可得： D =； 為便于采取標(biāo)準(zhǔn)的密封件，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，將內(nèi)徑 D 進(jìn)行圓整，取D =32mm。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中 Dd/ =，所以 d = 32=，同樣為便于采取標(biāo)準(zhǔn)密封件，根據(jù)活塞桿直徑系列，將活塞桿直徑 d 進(jìn)行圓整，取 d =8mm。 手指夾緊液壓缸的最大儲(chǔ)油量為： 4/2 ?LDV? () 式中 L 為活塞桿的最大行程，這里取 L =10mm， 則有：4/1032 2 ???V = 3mm = 活塞的寬度 DB )~(? =~32mm，為減少手指夾緊液壓缸的整體重量，取B =20mm。 活塞桿的導(dǎo)向長度 DH )~(? =~12mm。 由于本設(shè)計(jì)中手指夾緊液壓缸的缸體內(nèi)徑較小，并且活塞的行程也不大，為方便它的加工制造，在這里將活塞和活塞桿設(shè)計(jì)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(qiáng)度問題是次要的，一般不需要進(jìn)行驗(yàn)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(shí)心的 45 號(hào)鋼，并進(jìn)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(hào)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(jì)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。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17頁 缸蓋的材料選用 HT200 鑄件。 手臂伸縮液壓缸設(shè)計(jì) 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(jì)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(jì)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 0D =45mm,手臂伸縮液壓缸內(nèi)徑 D =63mm。 手臂伸縮液壓缸活塞桿的最大行程 L 取 60mm, 由式 ()可得手臂伸縮液壓缸 的最大儲(chǔ)油量為： 4/6463 2 ???V == 估算手臂伸縮液壓缸負(fù)載： 兩機(jī)械手手指的質(zhì)量： 1m = 2= kg； 上擋板的質(zhì)量： 2m = kg； 下?lián)醢宓馁|(zhì)量： 3m = kg； 后擋板的質(zhì)量： 4m =； 側(cè)擋板的質(zhì)量： 5m = 2=； 手指與活塞桿之間連接件的質(zhì)量： 6m =； 夾持工件的質(zhì)量： 7m =8kg； 取 654321 mmmmmmm ?????? =+++++= 取鋼與鋁合金之間的滑動(dòng)摩擦力 ? =， 則： mgF ??1 = = 設(shè)活塞達(dá)到穩(wěn)定速度過程中的加速度為： ? =20m/s2， 則： 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18頁 ?mF ?慣 = 20= 手臂伸縮液壓缸負(fù)載： 慣FFF ?? 1=+= 考慮到手臂在伸縮運(yùn)動(dòng)過程中的能量損失，取 ? =，則手臂伸縮液壓缸的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為： ?/FF ?? =在手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)， 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 F? =200N； 根據(jù)： 4/4/)( 212022 ?? DPDDPF ???? 得： )4//(]4/)([ 220221 ?? DDDPFP ???? () 式中： F? —— 手臂伸縮液壓缸的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力； 1P —— 液壓缸的工作壓力，由計(jì)算結(jié)果確定； 2P —— 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)， 2P =~，在本設(shè)計(jì)中初取估算值 2P =； D —— 手臂伸縮液壓缸內(nèi)徑； 0D —— 手指夾緊液壓缸外徑； 將各值代入式 ()，可得： 1P =[200+ （ 632－ 452） π /4]/（ 632 π /4） =（ 200+） /= 流量及流速的確定 手 指 夾 緊 液 壓 缸 活 塞 的 最 大 行 程 1L =10mm ， 取 其 夾 緊 時(shí) 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度2v =12m/min=， 則手指夾緊過程所需時(shí)間為： ???? vLt = 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19頁 根據(jù)： AQv /10? () 可得手指夾緊時(shí)的流量為： )410/(10321210/ 62222 ????? ? ?AvQ ??? mm3/min=當(dāng)手指夾緊液壓缸反行程運(yùn)動(dòng)，手指松 開時(shí)，取其流量： 23 ? =則根據(jù)式 ()可得其運(yùn)動(dòng)速度為： ]4/10)832/ [ (??? ?????? AQv =手指夾緊液壓缸反行程運(yùn)動(dòng)時(shí)間為： ???? vLt = 手 臂 伸 縮 液 壓 缸 活 塞 的 最 大 行 程 2L =60mm ， 取 其 伸 出 時(shí) 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度1v =，所需時(shí)間為： 0 9 ???? vLt = 則由式 ()可得： )410/(????? ? ?AvQ =取 手臂伸縮液壓缸反行程運(yùn)動(dòng)時(shí)的流量 4Q = 1Q =； 則其運(yùn)動(dòng)速度為： ]4/10)4563/ [ (??? ?????? AQv =所需運(yùn)動(dòng)時(shí)間為： ???? vLt = 液壓缸的最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算過程如下： 利用公 式： minmin/vQA? () 按最低速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，式中 minQ 為調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量。 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20頁 對于手指夾緊液壓缸，選用型號(hào)為 AQF3— 610B 的調(diào)速閥，其最小穩(wěn)定流量minQ =35mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度 2min vv ? =12m/min； 由式 ()可得 ： 2min2 /vQA ? =(35ml/min)/(12m/min)= cm2 本設(shè)計(jì)中 4/3222 ??A ==，故設(shè)計(jì)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 minQ =40mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度 1min vv ? =； 由式 ()可得 ： 1min1 /vQA ? =(40ml/min)/()= cm2 本設(shè)計(jì)中 4/6321 ??A = cm2 cm2，故設(shè)計(jì)符合要求，液壓缸能達(dá)到所需的低速要求。 手架旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 手架旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 估算手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載 兩機(jī)械手手指的質(zhì)量： 1m = 2=； 上擋板的質(zhì)量： 2m =； 下?lián)醢宓馁|(zhì)量： 3m =； 后擋板的質(zhì)量： 4m =； 側(cè)擋板的質(zhì)量： 5m = 2=； 手指與活塞桿之間連接間的質(zhì)量： 6m =； 夾持工件的質(zhì) 量： 7m =8kg； 手指夾緊液壓缸前端蓋質(zhì)量： 8m =； 手指夾緊液壓缸后端蓋質(zhì)量： 9m =； 手指夾緊液壓缸缸筒質(zhì)量： 10m =； 手臂伸縮液壓缸前端蓋質(zhì)量： 11m =； 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21頁 手臂伸縮液壓缸缸筒質(zhì)量： 12m =； 上套件質(zhì)量： 13m =； 上套件質(zhì)量： 14m =； 當(dāng)儲(chǔ)油量最大時(shí)油液的質(zhì)量： 3 5 k )(mm/kg900 315 ?????? Vm ? 手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的總質(zhì)量為： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 01 1 1 2 1 3 1 4 1 5( )2m m m m m m m m m m mm m m m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? =(++++++8+++ +) 2++++=； 手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為： mgF? = = 手架旋轉(zhuǎn)軸的校核 初取手架旋轉(zhuǎn)軸的軸徑 d =30mm； 手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為： m =； 手架旋轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量為： m? =； 取 手架旋轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)力距等于手架旋轉(zhuǎn)時(shí)受到的慣性力距，則根據(jù)文獻(xiàn) [11， 78106]有： ?? )( 02021 JJJM ???慣 () 式中： 01J —— 手臂回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 02J —— 手架旋轉(zhuǎn)軸 對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ? —— 手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度， 這里初取手架旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 n =1m/s,則其角速度 ? =2π rad/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(shí)間為 Δ t =,則： ? =Δ ? /Δ t =(2π rad/s)/()=20π rad/s2； 機(jī)械手夾緊力的校核： 2?MRF ?慣 () 取手架回轉(zhuǎn)的角速度 ?? 2? ， R =300mm， 則由式 ()得： 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22頁 慣F=8kg 300mm 2)2(? = 因慣F小于機(jī)械手 手指的夾緊力 ，所以機(jī)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?。?12/)3( 220 RLmJ ?? 本設(shè)計(jì)中 R =15mm,取 L =250mm， 則： 01J =（ 2+3 ） /12= 3m 02J = 2/2Rm? =2/2= N 3m 將值代入式（ ）可得： 2)20()0 0 0 1 2 ( ????慣M = Nm 手架旋轉(zhuǎn)軸的輸出功率： ?MP? = Nmm 2π rad/s = 手架旋轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核公式如下： ][/ ?? ?? nn WM () 式中： nM —— 手架旋轉(zhuǎn)軸的扭矩，此處 慣MMn ? = Nm； nW —— 手架旋轉(zhuǎn)軸的抗彎截面模量，對于實(shí)心軸有 16/3dWn ?? ，所以此處nW = 16/)1030( 93 ??? = ?? m3； 將值代入式 ()可得： ? =?? = 因 ][? =20MPa, ? ][? ，故所選軸安全。 手架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 目前常用的加工中心 換刀 機(jī)械手，它的手架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)液壓缸實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)液壓缸用來實(shí)現(xiàn)手架旋轉(zhuǎn) 75176。到達(dá)工作位置，換刀運(yùn)動(dòng)過程準(zhǔn)備開始。另一個(gè)液壓缸則是在拔刀過程結(jié)束后，實(shí)現(xiàn)手架旋轉(zhuǎn) 180176。的運(yùn)動(dòng)， 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(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu)卻比較復(fù)雜。而在本設(shè)計(jì)中，由于采用了兩個(gè)圓錐滾子軸承 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23頁 以及一個(gè)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(jī)構(gòu)，并且在手架旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)計(jì)了一個(gè) 很 長的鍵槽，所以只需要用一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)或蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，就可實(shí)現(xiàn)手架在拔、插刀前后的多次旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 對于這個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它需要能實(shí)現(xiàn)手架的 75176。、 180176。 和反向