【導(dǎo)讀】換刀機(jī)械手是數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動換刀的重要組成部分。械手抓取方式和動力驅(qū)動方式。換刀過程手架旋轉(zhuǎn)角度：180°要求：設(shè)計(jì)說明書6000字以上，裝配圖和零件圖合計(jì)三張零號圖紙。[1]馬香峰.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì).第1版.北京：冶金工業(yè)出版社，1996.[2]何發(fā)昌,邵遠(yuǎn).多功能機(jī)器人的原理及應(yīng)用.第1版.北京：高等教育出版社，1996.[4]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992.[6]馮辛安,黃玉美,杜君文.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).第1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.、主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，零部件的選型及設(shè)計(jì)計(jì)算等；置及夾持式手部的設(shè)計(jì)，并完成總裝圖、部件圖、零件圖共折合2張0#圖的繪制。，并打印裝訂成冊。4．完成所布置的科技論文的翻譯及畢業(yè)實(shí)習(xí)調(diào)研報告，一律為打印稿。近年來，隨著世界制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，我國對機(jī)床的需求量大增。刀具并完成刀具的自動交換。的手爪結(jié)構(gòu)形式又分為鉤手、抱手、伸縮手和叉手等[2]。

　　

【正文】 表 31 液壓缸不同載荷時的工作壓力表 載荷 410N ? ~1 1~2 2~3 3~5 5? 工作壓力 MP ~1? ~2 ~3 3~4 4~5 5~7? 故取工作壓力 58 10P Pa?? 。 升降缸的設(shè)計(jì) 圖 32 a 圖活塞桿受壓狀態(tài) 圖 32 b 圖活塞桿受拉狀態(tài) 活塞桿受壓時，1 1 2 2WmFF P A P A?? ? ?，活塞桿受拉時，1 2 2 1WmFF P A P A?? ? ? 式中 1A ——無桿腔活塞有效作用面積； 2A ——有桿腔活塞有效 作用面積； 1P ——液壓缸工作腔壓力； 2P ——液壓缸回油壓力； 一般液壓缸在受力狀態(tài)下工作，其活塞面積為： 2211F P AA P?? （ 33） 運(yùn)用 1A 和 2A 關(guān)系令 ? ??，其值是由下表選擇 。如表 31 所示： 表 32 按工作壓力選取 d/D 工作壓力 MPa ? ~ ? d/D ~ ~ 所以可以得出活塞的直徑： 21243 .1 4 ( (1 ) )FD PP ?? ?? （ 34） 22124 4 2 4 8 503 . 1 4 ( ( 1 ) ) 3 . 1 4 ( 0 . 8 0 . 9 ( 1 0 . 5 ) )FD m mPP ? ?? ? ?? ? ? ? ? 所以 25d D mm??，（ 1 P 與 P 的值是在機(jī)械 設(shè)計(jì)手冊表 和 選取的 ） ，根據(jù)所計(jì)算出的結(jié)果表 32 中選擇標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。 表 33 活塞桿和液壓缸直徑 速比 缸徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 2 22 28 35 45 45 56 56 60 60 70 63 80 70 90 80 100 90 110 100 125 110 140 125 140 所以選擇 80D mm? ， 45d mm? 。 活塞桿直徑的強(qiáng)度在高壓系統(tǒng)中要進(jìn)行校核： 64 4 2 4 8 1 . 9 83 . 1 4 8 0 1 0Fd m m?? ?? ? ???「 」 ??? ——活塞桿材料的許用應(yīng)力，初選材料為 20 鋼，則許用應(yīng)力為 80MPa。 又根據(jù)設(shè)計(jì)需要，（軸承的配合，螺釘?shù)陌惭b等）此活塞桿為空心桿。令空心桿內(nèi)徑52d mm? ，空心桿外徑 39。 72d mm? 。 由于 ttTTWW?空實(shí) （ 35） 2 39。4 411()1 6 1 6d d d??? ? d ——空心桿直徑； d ——空心桿內(nèi)徑； 39。d ——空心桿外徑， tW——抗扭矩截面系數(shù)； 所以有 m m m m?? 空心桿壁厚 39。 7 2 5 2 1022dd mm? ??? ? ?。 則設(shè)計(jì)符合要求。 油缸壁厚的設(shè)計(jì) 對于低壓系統(tǒng)或當(dāng) 16AL? ? ? 時，油缸的壁厚有： ? ??? 2 ALPy?? （ 36） yP ——缸筒試壓力，當(dāng) 16nP? 時， ? ，當(dāng) 16nP? 時， ? [? ]——缸筒材料的許用應(yīng)力， 20 鋼， [? ]=100Mpa， 所以， 561 .5 8 1 0 8 00 .0 4 82 [ ] 2 1 0 0 1 0yP A L mm?? ? ? ? ?? ? ???，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取 8mm?? 。 油缸長度的確定 液壓缸的缸筒長度由最大工作行程決定，缸筒的長度一般最好不超過其內(nèi)徑 20 倍。即 ( 20 ~ 30 ) 80 16 00 ~ 24 00L m m? ? ?，設(shè)計(jì)任務(wù)書上給定了伸縮單行程為 100m，即取L=135mm。 油口直徑的計(jì)算 液壓缸的油口直徑根據(jù)活塞最高運(yùn)動速 V 和油口最高液流速度 39。V 而定， VVDd ?? (37) 因?yàn)?1212 8VAVA??，其中 21 4AD??， 222 4A D d???； 式中 1A ——無桿腔活塞有效作用面積； 2A ——有桿腔活塞有效作用面積； D ——活塞直徑 ??m ； d——活塞桿直徑 ??m ； 由行程 L 初定換刀過程所用時間為 1 秒 ,則平均速度為 。令無肛腔進(jìn)油速1 m s? ，則有桿腔進(jìn)油速度 2 m s? 。 所以 2 2 2 2m a x 1 2 0 .1 0 .1 6 0 .1 8V V V V m s? ? ? ? ? ?，液流速度 39。V 大小等于有桿腔進(jìn)油速 ， 即 39。 /V m s? 。 故 30 39。 0 . 1 80 . 1 3 0 . 1 3 8 0 1 0 1 1 . 0 30 . 1 6Vd D m mV ?? ? ? ? ?。 缸底厚度計(jì)算（缸底有油孔） 因?yàn)榭紤]到缸底有油孔，所以計(jì)算公式有： 圖 33 液壓缸缸底 ? ?? ? dD DPDh y ?? ? （ 38） 式中 h——缸底厚度； D——液壓缸內(nèi)徑； yP ——試驗(yàn)壓力； []? ——缸底材料許用應(yīng)力；選取材料為 20 無縫鋼管， [ ] 100MPa? ? 6336301 . 5 0 . 8 1 0 8 0 1 00 . 4 3 3 0 . 4 3 3 8 0 1 0 4 . 0 8[ ] ( ) 1 0 0 1 0 ( 8 0 1 1 . 0 3 ) 1 0yPDh D m mDd? ???? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?。 液壓回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑的計(jì)算 作用在動片上的載荷力矩 M驅(qū) 有以下關(guān)系： ZM M M M M? ? ? ?驅(qū) 回封 慣 （ 39） 式中 ZM ——工作阻力矩 ? ?/kg cm s? M慣——所有回轉(zhuǎn)缸密封處的摩擦阻力矩 ? ?/kg cm s? 39。M M M??封 封 封， 39。 1M bb PR??封 ， 12 ( ) cdM b R r F R???封， 2cdR R r?? ； M慣——參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動的零部件，在啟動時產(chǎn)生的慣性力矩 ? ?/kg cm s? ； 00vM J J t? ??? ?慣； （ 310） ? ——齒輪回轉(zhuǎn)時，在啟動運(yùn)動過程中的角加速度 ? ?2/srad ； w? ——角速度變化量 ? ?srad/ ， 2w ??? ； t? ——啟動過程時間，一般為 ( ~ )ts?? 令 ?? ； 0J ——參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動零部件，對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2cmKg? 20 GeJJ g??； J ——參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動的刀柄對重心轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2cmKg? ； G ——刀柄與機(jī)械手的總重量 ? ?Kg ； e ——刀柄與機(jī)械手的重心到回轉(zhuǎn)軸的距離 ? ?cm ； 由理論力學(xué)得公式 20 12MlJJ??，則 120 10 ( 4 8 2 1 0 ) 1 9 5 2 .12J k g c m?? ? ? ? 00 1 9 5 2 3 0 6 4 6 . /2 0 . 1vM J J k g c m st ??? ? ? ? ??慣 22()2Rr bM b P d P R r??? ? ??回 回 回 （ 311） P回 的取值參考下表： 表 34 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力P回 /MPa 回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速閥 ~ 回油路中射有背壓閥的系統(tǒng) ~ 采用輔助油泵的閉式回路 1~ 故 P回 取 。 如圖 33 所示回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作 用在動片上的合成液壓力矩即驅(qū)動力矩 39。M驅(qū) ， 39。 2 2()2Rr pdM p b d D d??? ? ??驅(qū) 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D 的計(jì)算： 根據(jù) 39。MM?驅(qū) 驅(qū) 22()8pb D dM ??驅(qū) 28 dpdMD ?? 驅(qū) （ 312） 式中 D——回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 ??m ； 驅(qū)M ——作用在動片的外載荷力矩； p ——回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 ? ?Pa ； b——動片寬度 ??m ； d ——輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑 ??m ；初步 設(shè)計(jì)時按 ?選取。 為減少動片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷與動片的懸伸長度，選擇動片寬度（即液壓缸寬度）時，可選用 22bDd?? D ——回轉(zhuǎn)液壓缸的內(nèi)徑 ??m ； 由于慣性力矩必須大于所有摩擦力矩才能使回轉(zhuǎn)葉片動，即 2M M M??回慣所以由以上代數(shù)式子可以得到： ? ?回 代入上面的式子得，得出： 0 cm? ；根據(jù)所選花鍵軸與之配合取 0 36d mm? ，則 36 90D d mm? ? ? ?， 36 54b d m m? ? ? ?。 回轉(zhuǎn)缸壁厚的計(jì)算 對于低壓系統(tǒng)或當(dāng) 16AL? ? ? 時，回轉(zhuǎn)缸的壁厚有： ? ??? 2 ALPy?? （ 313） yP ——缸筒試壓力，當(dāng) 16nP? 時， ? ，當(dāng) 16nP? 時， ? [? ]——缸筒材料的許用應(yīng)力， 20 鋼， [? ]=100Mpa； 5039。66 1 . 5 1 0 9 0 0 . 4 0 52 [ ] 2 1 0 0 1 0yPD mm? ? ? ? ?? ? ??? 由于設(shè)計(jì)需要，雖其工作壓力較小，為了滿足穩(wěn)定性，強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的要求取 39。 20mm? ? 。 缸蓋聯(lián)接螺釘計(jì)算 當(dāng)工作壓力 5 15P MPa? 　 時應(yīng)有 0 150t mm? ，初取 0 45t mm? ， 26/P kg cm? 。螺釘數(shù)目 Z 由公式 39。 39。 39。0 1 0 0( 1 1 0 )Z D t V D D m m??? ? ? ?　 　 　得： ? （取 8Z? ）。 式中 39。0D ——螺釘中心所在圓的直徑； 在這種聯(lián)接中每個 螺釘在危險剖面上所承受 的拉力0QF是工作載荷與剩余鎖緊力 39。sQF之和，即： 0 39。 39。 20 (1 )4sQ Q QF F F D ZP K?? ? ? ? （ 314） 式中 QF ——工作載荷 ? ?kg ； Z——螺釘數(shù)目； ~ ? P ——油缸內(nèi)油液工作壓力 ? ?2/kg cm ； 39。sQF——剩余鎖緊力，歲于要求緊密的聯(lián)接取039。sF kF? 因此，螺釘?shù)膹?qiáng)度條件有： 14[]QjFd ??? （ 315） 式中 QjF ——計(jì)算載荷， ? ；這里只考慮靜載荷； []? ——許用拉應(yīng)力， [] s n??? ? ?2/kg cm ； s? —— 螺釘材料的屈服極限 ? ?2/kg cm 這里選擇 45 鋼，所以s? =3600 2/kgcm （參考工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，李允文編）； n——安全系數(shù)，一般 ~ ? ，取 2n? 。 則有 21 4 4 1 . 3 3 . 0 3 3 1 0[ ] 3 . 1 4 3 6 0 0 2QjFd m m?? ??? ? ? ?? 根據(jù)設(shè)計(jì)需要取 1 6d mm? 動片輸出軸聯(lián)接螺釘計(jì)算 動片是輸出軸用螺釘聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，聯(lián)接螺釘一般對稱安裝，并用銷釘定位。聯(lián)接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠c輸出軸的配合面緊密接觸不留間隙。當(dāng)油腔通壓油時，動片受油壓作用產(chǎn)生一個合成液壓力矩來克服輸出軸上所受的載荷力矩，動