【導(dǎo)讀】本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。題目加工中心自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　

【正文】 1relTeY? =， 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23頁(yè) 當(dāng) ? =600 N/ 2mm ， 2?FY = 時(shí)，查得 2relTeY? =， 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力集中系數(shù) STY ：取 STY =； 彎曲計(jì)算用的尺寸 系數(shù) XY ： 因?yàn)榇?、小齒輪材料和熱處理方式都相同， m =2，所以 1XY = 2XY =1； 計(jì)算齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力 limF?? ： 111111l i m1l i m XR r e lTr e lT eNTSTFF YYYYY ??? ?? =35011=222222l i m2l i m XR r e lTr e lT eNTSTFF YYYYY ??? ?? =35011=彎曲計(jì)算安全系數(shù) FS ： 1FS = 11lim / FF ??? =2FS = 22lim / FF ??? =彎曲計(jì)算最小安全系數(shù) minFS =，因 1FS minFS ， 2FS minFS 故安全。 主架伸縮液壓缸的設(shè)計(jì) 主架伸縮液壓缸各尺寸數(shù)據(jù)的確定 估算手架伸縮液壓缸負(fù)載如下： 軸承套筒質(zhì)量： 1m =； 兩軸承質(zhì)量： 2m =； 旋轉(zhuǎn)軸質(zhì)量： 3m =； 手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為： 4m =； 上述結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量為： 4321 mmmmm ???? =+++= 設(shè) 手架伸縮液壓缸的活塞桿在達(dá)到穩(wěn)定速度過(guò)程中的加速度 ga 2? ，則手架伸縮液壓缸承受的負(fù)載為： )( gamF ?? = 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 24頁(yè) 考慮到液壓缸密封處的摩擦力，取 C? =，則手架伸縮液壓缸實(shí)際的負(fù)載為：F? =； 液壓缸回油腔背壓力，由于此液壓缸在不工作時(shí)需保證它的負(fù)載能長(zhǎng)時(shí)間的保持在某一位置上，所以在本設(shè)計(jì)中初取估算值 2P =1MPa， 取 1P =，因工作壓力 1P 2MPa，取活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比 Dd/ =。 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 =50mm；又因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中 Dd/ =，所以 d = 50=15mm，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 =16mm；活塞的寬度DB )~(? =30~50mm，這里取 B =40mm。 材料的選擇 根據(jù)文獻(xiàn) [5， 8792]，對(duì)手架伸縮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，此處選用 HT200 ；缸蓋的材料選用 HT200 鑄件。 手架伸縮液壓缸活塞桿的校核 活塞桿強(qiáng)度校核 活塞桿直徑 d =16mm；取液壓缸負(fù)載 F =850N； 則由式 ()可得： )3 0 0/(8 5 04 ???d = mm 因本設(shè)計(jì)中 d =16mm，大于 ，故強(qiáng)度可以保證。 活塞桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 本設(shè)計(jì)中手架伸縮液壓缸的支承方式為一端固定、一端自由，所以取 2? =，1? =85，所以有： 21 ?? ?? = 取手架伸縮液壓缸安裝長(zhǎng)度取 l =150mm； 由式 ()可得活塞桿橫斷面的最小回轉(zhuǎn)半徑： kr 4/d? =16/4=4 mm 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 25頁(yè) 故活塞桿細(xì)長(zhǎng)比為 l / kr =150/4=； 本設(shè)計(jì)中手架伸縮液壓缸活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比 ?krl/ 21 ?? 且 21 ?? =20~120，故手架伸縮液壓缸的活塞桿保持工作穩(wěn)定的臨界負(fù)載 kF 應(yīng)按公式 ()進(jìn)行驗(yàn)算有： )]/(1/[ 222 kk rlfAF ???? = )5 0 0 0/1 1 011/()4/( 2862 ????? ? ? =將上述各值代入式 ()可得： kF / kn =36899/4= 由于本設(shè)計(jì)中的手架伸縮液壓缸的活塞桿所承受的負(fù)載 F =850N kF / kn ，故活塞桿的穩(wěn)定性也可以保證。 本章小結(jié) 本章對(duì)手指夾緊液壓缸、手臂伸縮液壓缸及手架伸縮液壓缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)手指夾緊力、各液壓缸的活塞桿以及重要部位的螺栓和鍵進(jìn)行了校核。同時(shí)，本章也對(duì)手架旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，選用電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用單級(jí)圓錐齒輪傳遞動(dòng)力，并通過(guò)對(duì)圓錐齒輪的計(jì)算和校核，保證了換刀的安全性、 可靠性以及設(shè)計(jì)的實(shí)用性。 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 26頁(yè) 第 4 章 控制部分的設(shè)計(jì) 液壓缸的流量、流速及壓力 伸縮式液壓缸 在本設(shè)計(jì)中，由于考慮到兩側(cè)手臂伸出后要受到主軸刀具與刀庫(kù)刀具之間距離的限制，所以將手指夾緊液壓缸與手臂伸縮液壓缸一起設(shè)計(jì)成了伸縮式液壓缸，并由液壓控制系統(tǒng)單獨(dú)控制手指的夾緊與松開(kāi)運(yùn)動(dòng)和手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖 所示。 各運(yùn)動(dòng)過(guò)程的流速如下： 1v =2v =12m/min=3v =4v =手臂伸縮液壓缸進(jìn)油腔油壓力： 1P =； 手指夾緊液壓缸進(jìn)油腔油壓力： 1P =； 手臂伸縮液壓缸流量： 1Q =； 手指夾緊液壓缸流量； 2Q =； 手架伸縮液壓缸 伸出時(shí)： 1v =18m/min=； 1Q =； 縮回時(shí)： 2v =15m/min=； 2Q =； 手架伸縮液壓缸伸出時(shí)進(jìn)油腔油壓力： 1P =； 確定液壓泵的流量、壓力及液壓泵的型號(hào) 泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： PPPp ???? 1 () 式中： pP —— 液壓泵的最大工作壓力； 1P —— 執(zhí)行元件的最大工作壓力； 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 27頁(yè) P?? —— 進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取 ~，復(fù)雜系統(tǒng)可取~，本設(shè)計(jì)中取 P?? p=； 將各值代入式 ()，得 pP =+=； 上述計(jì)算中所得的 pP 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在工作過(guò)程中出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力，另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并保證泵的壽命，因此，選用泵的額定壓力 nP 應(yīng)滿足 ?nP (~) pP ，在中低壓系統(tǒng)中取小值，高壓系統(tǒng)中取大值，本設(shè)計(jì)為低壓系統(tǒng)，故取 nP = pP = =； 泵的流量的確定 泵的最大流量 : m ax1 )( qKQ p ??? () 式中： pQ —— 液壓泵的最大流量； 1K —— 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 1K =~，本設(shè)計(jì)中 1K =； max)( q? —— 同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，這里取max)( q? =； 將各值代入式 ()，得： m ax1 )( qKQ p ??? = =液壓泵的選擇 泵的主要類型有：齒輪泵、葉片泵、 柱塞泵等。柱塞泵主要用在高壓、大流量、大功率的液壓系統(tǒng)中，而本設(shè)計(jì)為低壓系統(tǒng)，故不可選用柱塞泵。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，體積小，自吸能力強(qiáng)，但它還具有徑向不平衡力大，泄漏大，噪聲較高的缺點(diǎn)。與齒輪泵相比，葉片泵流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、噪聲小，同時(shí)，它的輪廓尺寸也較小，在中低壓系統(tǒng)的普通機(jī)床中應(yīng)用廣泛，在精密機(jī)床中應(yīng)用也較多。所以，在本設(shè)計(jì)中選用葉片泵。 根據(jù)以上計(jì)算的 pP 和 pQ 值，現(xiàn)選用 YB1— 20 型葉片泵，其基本參數(shù)為：額定壓力為 ，驅(qū)動(dòng)功率為 ，公稱排量為 20mL/r，轉(zhuǎn)速為 960r/min，在額定壓力下的流量為 ，容積效率 v? ≥ ，總效率 ?≥ ，本設(shè)計(jì)取 v? ＝ ， ? ＝ ； 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選擇 所選電動(dòng)機(jī)的功率按下式進(jìn)行驗(yàn)算： 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 28頁(yè) ?/Pbn QPP ? () 式中： nP —— 所選電動(dòng)機(jī)功率； bP —— 葉片泵的額定壓力，這里 bP =； pQ —— 額定壓力下泵的輸出流量，這里 pQ =18L/min； 將各值代入上式得： nP ≥ 18/(60 )= 根據(jù)上述計(jì)算，選用 YBZS6 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其額定功率為 ，額定轉(zhuǎn)速為960r/min。 各液壓缸緩沖裝置的設(shè)計(jì) 由于當(dāng)工作機(jī)構(gòu)質(zhì)量較大，活塞速度較高 (v 12m/min） 時(shí)，液壓缸將有較大的動(dòng)量，使得液壓缸在行程終點(diǎn)停止時(shí)，易產(chǎn)生很大的沖擊及噪音，這種沖擊不僅會(huì)引起液壓缸的損壞，而且還會(huì)引起各類閥及相關(guān)部件的損壞，具有很大的危險(xiǎn)性。為消除這種沖擊，可設(shè)置緩沖裝置。在本設(shè)計(jì)中，手指夾緊液壓缸的負(fù)載雖然不是很大，可是由于它的速度較高，為保證各類部件的安全，仍給它設(shè)置了緩沖裝置。但 由于它的行程較短，不宜采用兩端緩沖裝置，否則會(huì)導(dǎo)致非緩沖行程過(guò)短，甚至沒(méi)有緩沖行程。所以，本設(shè)計(jì)中只在手指夾緊液壓缸的前端設(shè)置了緩沖裝置。 而對(duì)于手臂伸縮液壓缸，因其所取的速度不是很大，故不需設(shè)置緩沖裝置。 對(duì)于 手架伸縮液壓缸，由于它的行程較大，為縮短加工中心換刀機(jī)械手的整體換刀時(shí)間，本設(shè)計(jì)中將手架伸縮液壓缸的速度取得較大，同時(shí)由于它的負(fù)載也很大，所以在它的兩端都需要設(shè)置緩沖裝置。 液壓系統(tǒng)回路 本設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)的控制主要 由壓力繼電器、電磁換向閥以及流量控制閥等元件實(shí)現(xiàn)。 控 制過(guò)程如下： 當(dāng)手臂伸出 信號(hào)發(fā)出后，電磁鐵 DT1 動(dòng)作，兩側(cè)手臂同時(shí)伸出。當(dāng)手臂伸縮液壓缸的活塞桿及手指夾緊液壓缸的后端蓋運(yùn)動(dòng)到設(shè)計(jì)位置后，由于受到阻礙，便不再運(yùn)動(dòng)。 a腔內(nèi)油壓力升高，壓力繼電器 1YJ 動(dòng)作，同時(shí)，電磁鐵 DT1 斷電，電磁鐵 DT3 通電，開(kāi)始手指夾緊動(dòng)作。同理，當(dāng)手指夾緊液壓缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)到設(shè)計(jì)位置后便不再運(yùn)動(dòng) 。 d 腔內(nèi)油壓力升高，壓力繼電器 2YJ 動(dòng)作，電磁鐵 DT5 通電，手架伸縮液壓缸開(kāi)始拔刀動(dòng)作。當(dāng)手架伸縮液壓缸運(yùn)動(dòng)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的線圈 KT2 恰好延時(shí)結(jié)束，它所控制的常開(kāi)延時(shí)閉觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，手架旋轉(zhuǎn)軸開(kāi) 始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行刀庫(kù)刀具和主軸刀具的互換動(dòng)作。在手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 180176。后，發(fā)出插刀信號(hào)。電磁鐵 DT6 通電，手架伸縮液壓缸開(kāi)始反行程運(yùn)動(dòng)。但運(yùn)動(dòng)到初始位置后，活塞不運(yùn)動(dòng)，油腔 f內(nèi)油壓力升高，壓力繼電器 3YJ 動(dòng)作，控制電磁鐵 DT4 通電，手指夾緊液壓缸反行程運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng) 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 29頁(yè) 刀設(shè)計(jì)位置后，油腔 c 內(nèi)油壓力升高，電磁鐵 DT2 通電，手臂伸縮液壓缸開(kāi)始反行程運(yùn)動(dòng)，當(dāng)回到初始位置后，換刀動(dòng)作結(jié)束，手架旋轉(zhuǎn)軸準(zhǔn)備復(fù)位。 旋轉(zhuǎn)軸控制線路 手指夾緊時(shí)間： 1t =； 手臂伸出時(shí)間： 2t =； 手指松開(kāi)時(shí)間： 3t =； 手臂縮回時(shí)間： 4t =； 手架伸出時(shí)間 : 5t =； 手架縮回時(shí)間 : 6t =； 手架旋轉(zhuǎn) 75176。 時(shí)間： 7t =； 手架旋轉(zhuǎn) 180176。 時(shí)間： 8t =； 手架反向旋轉(zhuǎn) 75176。復(fù)位時(shí)間： 9t =； 從加工中心發(fā)出換刀信號(hào)到換刀機(jī)械手復(fù)位動(dòng)作完成總需時(shí)間： 987654321 tttttttttt ????????? = 本設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)的控制則主要依靠于延時(shí)繼電器實(shí)現(xiàn)，其控制回路如圖 所示。 控制過(guò)程：當(dāng)換刀信號(hào)發(fā)出后，模 擬開(kāi)關(guān) S 閉合，延時(shí)繼電器的線圈 KT KT KTKT KT5 通電，同時(shí)， KM1 也通電，經(jīng)時(shí)間 后，線圈 KT1 延時(shí)時(shí)間到，常閉延時(shí)開(kāi)觸頭 KT1 打開(kāi)， KM1 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 75176。，到達(dá)工作位置，同時(shí)，發(fā)出手臂伸縮信號(hào)。在完成手指夾緊、手臂伸縮以及拔刀動(dòng)作后，即線圈 KT2 經(jīng)過(guò) 延時(shí)后，常開(kāi)延時(shí)閉觸頭 KT2 關(guān)閉，線圈 KM1 通電，