【正文】 險(xiǎn)剖面上承受的拉力FQ0為工作載荷FQ和預(yù)緊力FQs ′之和： FQ0＝FQ+F′Qs式中 FQ＝ =ZDp42?F——驅(qū)動(dòng)力（N） Z——螺釘數(shù)目 p——工作壓力（Pa） FQs′——預(yù)緊力FQs′＝K FQ K=～ D——危險(xiǎn)剖面直徑（m）。 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ＝ ＝ ≤［ ］合??21jQ?d1 jQF?式中 FQ0— —計(jì)算載荷（N）； FQj＝ F Q0抗拉許用應(yīng)力（單位為MPa）［ ］＝ n＝ ～?sd1——螺紋內(nèi)徑（mm）——螺釘材料屈服極限（見(jiàn)表4－9）。s?設(shè)螺釘?shù)牟牧蠟?5號(hào)鋼 查得 ＝360MPas?經(jīng)過(guò)計(jì)算得 d1 ，為使螺釘整體相統(tǒng)一，在滿足以上所有條件下，選擇M8型號(hào)的螺釘。? 動(dòng)片與軸用鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖34。由于結(jié)構(gòu)的限制，即為適應(yīng)軸配油，必須將動(dòng)片與軸相對(duì)固定又不在軸上打徑向的螺釘孔（軸內(nèi)部有油道），這里為了解決這一矛盾將動(dòng)片的根部做成圓環(huán)將軸包住而且用鍵定位，動(dòng)片的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖35。當(dāng)油腔通高壓油時(shí)，動(dòng)片受油壓作用，產(chǎn)生一個(gè)合成油壓力矩，克服軸上所受的外載荷力矩。 這里要進(jìn)行的計(jì)算是對(duì)鍵的強(qiáng)度進(jìn)行校核： 依動(dòng)片所受力矩的平衡條件，有： M 驅(qū)＝ 8rpb2）（ ?R鍵的剪切力形成的力矩為 M剪 ＝Fr要得到結(jié)論為M剪≥M驅(qū)式中 F——鍵所能承受的剪切力（N）； b——?jiǎng)悠膶挾龋╩）。 p——回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（Pa）。 D——?jiǎng)悠鈴剑╩）； d——?jiǎng)悠c輸出軸配合處直徑（m）； r——軸的半徑（m）。 由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可知鍵的尺寸為： 5054（mm）由鍵的強(qiáng)度條件強(qiáng)度可知 F= A?抗剪許用應(yīng)力（單位為MPa）［ ］＝ n＝～式中 A——剪切截面積（m 2） ——鍵材料的屈服極限。s?查表得 ＝300MPa所以 F= A＝15010 6 =37500NM剪 ＝F r=37500m＝150 Nm顯然M剪＞M驅(qū)，所以鍵的尺寸合理。4 凸輪軸磨床上下料機(jī)械手的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)自60年代初到現(xiàn)在，已自機(jī)械手中獲得廣泛應(yīng)用。目前，雖然在中等負(fù)載以下的機(jī)械手中有采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但在簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型，重型的工業(yè)機(jī)械手和噴涂機(jī)械手中采用液壓系統(tǒng)的仍然占有較大比例。它的優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)力大、力（或力矩）慣性比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等。 液壓系統(tǒng)在機(jī)械手中所起的作用是通過(guò)電—液轉(zhuǎn)換元件把控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，對(duì)液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向、位置和速度的控制，進(jìn)而控制機(jī)械手的手臂按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)作。液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓缸或擺動(dòng)液壓缸。用于實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮升降以及手腕、手臂的回轉(zhuǎn)。 程序控制機(jī)械手的液壓系統(tǒng) 這類(lèi)機(jī)械手屬于非伺服控制機(jī)械手，在只有簡(jiǎn)單搬運(yùn)動(dòng)作業(yè)功能的機(jī)械手中，常常采用簡(jiǎn)單的邏輯控制裝置或編程控制，對(duì)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)有限位的控制。這類(lèi)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與其它液壓機(jī)械設(shè)計(jì)所考慮的問(wèn)題大致相同，只是在以下方面須加以重視。 1）液壓缸設(shè)計(jì)：在確保密封性的前提下，盡量選用橡膠與氟化塑料組合的密封件，以減少摩擦阻力，提高液壓缸的壽命。 2）定位點(diǎn)的緩沖與制動(dòng)：因機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)慣量較大，在定位點(diǎn)前要加緩沖與制動(dòng)機(jī)構(gòu)或鎖緊裝置。 3）對(duì)慣性較大的運(yùn)動(dòng)軸和接近機(jī)械手末端的腕部運(yùn)動(dòng)軸的液壓缸兩側(cè)，最好加設(shè)安全保護(hù)裝置，防止因碰撞過(guò)載損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)。 液壓系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定 各液壓缸的換向回路 為便于機(jī)械手的自動(dòng)控制，如采用可編程序控制器或微機(jī)進(jìn)行控制，從總體方案設(shè)計(jì)中可知系統(tǒng)系統(tǒng)的壓力和流量都不高，因此一般都選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動(dòng)化程度和經(jīng)濟(jì)效益。 液壓機(jī)械手一般采用單泵或雙泵供油，手臂伸縮、手臂俯仰、手臂旋轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)供油，這樣可有效降低系統(tǒng)的供油壓力，此時(shí)為了保證多缸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動(dòng)，換向閥需采用中位“O” 型換向閥。 綜上所述并結(jié)合本設(shè)計(jì)方案，夾緊缸換向選用二位二通電磁閥，其它缸全部選用O型三位四通電磁換向閥。選電磁閥便于自動(dòng)化控制，選中位為O型使定位準(zhǔn)確，如圖41。 圖41 調(diào)速方案 整個(gè)液壓系統(tǒng)只用單泵或雙泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的全流量工作是無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的。盡管有的液壓缸是單一速度工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，用以保證液壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行。各缸可選擇進(jìn)油路或回油路節(jié)流調(diào)速，因?yàn)橄到y(tǒng)為中低壓系統(tǒng)，一般適宜選用節(jié)流閥調(diào)速。 在一般情況下，機(jī)械手的各個(gè)部位是分別動(dòng)作的，手臂回轉(zhuǎn)缸、手腕回轉(zhuǎn)缸和夾緊缸所需的流量較為接近，手臂伸縮缸的流量較大，這兩組缸所需的流量相差較大，這樣可以選擇如圖42所示的單泵供油系統(tǒng)。 單泵供油系統(tǒng)要以所有液壓缸中需流量最大的來(lái)選擇泵的流量。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，所需的元件較少，經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)是當(dāng)所需流量較少的液壓缸（如手腕回轉(zhuǎn)缸，夾緊缸等）動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)的溢流損失較大，能源利用率低?？紤]到本設(shè)計(jì)的動(dòng)作簡(jiǎn)單，為使系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，減少成本，故選用但泵供油系統(tǒng)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 　　　圖42 減速緩沖回路 在液壓缸的起動(dòng)和停止的過(guò)程中都需要緩沖。如圖43所示采用一個(gè)二位二通電磁換向閥和一個(gè)節(jié)流閥形成緩沖回路。當(dāng)液壓缸運(yùn)動(dòng)到希望點(diǎn)時(shí)，由位置檢測(cè)裝置發(fā)信號(hào)給主機(jī)，然后主機(jī)控制電磁閥1YA通電切斷二位二通的通路，液壓缸的回路改經(jīng)節(jié)流閥回油箱，增大的回油路的阻力，使液壓缸速度減慢，防止沖擊達(dá)到緩沖目的。也可以在油路中設(shè)置單向行程節(jié)流閥進(jìn)行緩沖，它有可靠性好，定位精度高的特點(diǎn)，但在自動(dòng)化程度和通用性方面不如上述方案。綜合以上考慮，選用上述緩沖回路。 　　　　　　　 圖43 液壓系統(tǒng)的合成和完善 在上述主要液壓回路選好后，再加上其它功用的輔助油路（如卸荷、測(cè)壓等油路），就可以進(jìn)行合并，完善為完整的液壓系統(tǒng)，并編制液壓系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)及電磁鐵動(dòng)作順序表。完整的液壓原理圖如圖44所示，電磁鐵動(dòng)作順序表如表41所示。 圖44　　　　　　　　　　　　表４１5 凸輪軸磨床上下料機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手的電器控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，它指揮機(jī)械手的動(dòng)作，并協(xié)調(diào)機(jī)械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。機(jī)械手的工作順序、應(yīng)達(dá)到的位置，如手臂上下移動(dòng)、伸縮、回轉(zhuǎn)及擺動(dòng)、手腕上下、左右擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)、手指的開(kāi)閉動(dòng)作，以及各個(gè)動(dòng)作的時(shí)間、速度等，都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過(guò)每一運(yùn)動(dòng)部件沿各坐標(biāo)軸的動(dòng)作按照預(yù)先整定好的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 不論自動(dòng)電氣控制裝置復(fù)雜程度如何，對(duì)于生產(chǎn)線及各種功能的機(jī)械手來(lái)說(shuō)，一般都要求電氣控制系統(tǒng)按照預(yù)先規(guī)定的動(dòng)作程序進(jìn)行順序控制。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展以及工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的不斷成熟，可編程控制器被廣泛應(yīng)用，它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定、編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)觸點(diǎn)面配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少、維修工作量小，維修方便，體積小，能耗低。所以該機(jī)械手采用PLC控制。 輸入輸出接口端子分配圖 根據(jù)液壓原理圖上的電磁閥順序表和機(jī)械手上應(yīng)具有的行程開(kāi)關(guān)和一些手動(dòng)操作功能，其分配圖如圖51所示。 圖51 狀態(tài)流程圖 該機(jī)械手為通用機(jī)械手，它的路線可以隨程序的改變而改變，在此舉一個(gè)典型的例子加以說(shuō)明。在兩個(gè)機(jī)床之間安裝此機(jī)械手，將工件從一個(gè)機(jī)床搬到另一個(gè)機(jī)床，流程圖如圖52所示。圖 52 控制面板圖 此面板提供了一個(gè)人機(jī)交互的界面，當(dāng)該機(jī)械手需要調(diào)試和維修的時(shí)候就會(huì)用到它。當(dāng)然，當(dāng)生產(chǎn)線有暫停的時(shí)候，也需要人為的停止和起動(dòng)。控制面板圖如圖53所示。 圖53 控制梯形圖 為了實(shí)現(xiàn)該機(jī)械手的功能多樣化，其程序就要有相對(duì)應(yīng)的模塊。使用步進(jìn)梯形指令編程方式編寫(xiě)的梯形圖如圖54所示。大體上該梯形圖分四個(gè)功能模塊：１）初始化程序2） 手動(dòng)程序；3） 自動(dòng)返回原點(diǎn)程序； 4） 自動(dòng)程序?！　? 　結(jié)束語(yǔ) 經(jīng)過(guò)了四個(gè)多月的學(xué)習(xí)和工作，在鄭智老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，我終于完成了《凸輪軸磨床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)》的論文。從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)，每一步對(duì)我來(lái)說(shuō)無(wú)疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)，也成就了我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。記得在剛接到這個(gè)課題時(shí)，由于對(duì)機(jī)械手以及相關(guān)知識(shí)不是很了解，我都有些茫然不知所措。于是我給自己提出了第一個(gè)問(wèn)題：設(shè)計(jì)好一個(gè)機(jī)械手需要什么具體的專(zhuān)業(yè)知識(shí)？帶著這個(gè)疑問(wèn)我開(kāi)始了獨(dú)立地學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)：去圖書(shū)館查閱相關(guān)資料、上網(wǎng)去了解機(jī)械手的最新動(dòng)向、甚至在參觀實(shí)習(xí)的時(shí)候?qū)ｉT(mén)找具有機(jī)械手模型的機(jī)構(gòu)仔細(xì)的研究。實(shí)習(xí)回來(lái)后，我把自己在工廠里看到的實(shí)物和圖書(shū)館查閱的理論知識(shí)結(jié)合起來(lái)，并在鄭老師的指點(diǎn)下，對(duì)總體的模型和布局有了初步的規(guī)劃。有了最初的規(guī)劃后，我開(kāi)始一步一步的從最基本的入手，一點(diǎn)點(diǎn)的分析和總結(jié)。中途我在夾緊液壓缸的設(shè)計(jì)方面出現(xiàn)了一些疑惑，在一個(gè)小問(wèn)題上停滯不前，鄭智老師仔細(xì)的給我舉例，講解，在他的指導(dǎo)下我走出了這個(gè)誤區(qū)，重新端正了自己設(shè)計(jì)研究的方向。在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我遇到了更大的困難。我不斷地給自己提出新的問(wèn)題，然后去論證、推翻，再接著提出新的問(wèn)題。在這個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程中，我這篇稚嫩的設(shè)計(jì)日臻完善。每一次改進(jìn)我都收獲良多，每一次修改后的成功我都能興奮好長(zhǎng)一段時(shí)間。雖然我的設(shè)計(jì)作品不是很成熟，即使借鑒前人的很多資料仍然還有很多不足之處，但我仍然心里有一種莫大的幸福感，因?yàn)槲覍?shí)實(shí)在在地走過(guò)了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)所應(yīng)該走的每一個(gè)過(guò)程，并且享受了每一個(gè)過(guò)程，更重要的是這個(gè)設(shè)計(jì)中我加入了自己鮮活的思想。就此做結(jié)。參考文獻(xiàn)[1][M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997 [2]工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1985 [3][M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1982 [4][M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2022年． [5]李建新．可編程序控制器及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022年． [6][M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985 [7][M].北京:北京理工大學(xué)出版社，1987 [8][M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，1996 [9][M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2022 [10][M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022 [11][M].武漢：華中理工大學(xué)，2022 [12][M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2022 [13][M].北京：清華大學(xué)出版社，2022 [14]液壓轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海：上海人民出版社，1976 [15][M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2022 [16][M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991 [16][M].重慶：重慶大學(xué)出版社，20