【正文】 當(dāng)油腔通壓油時(shí)，動(dòng)片受油壓作用產(chǎn)生一個(gè)合成液壓力矩來(lái)克服輸出軸上所受的載荷力矩，動(dòng)片所。 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(dòng)片輸出軸聯(lián)接螺釘計(jì)算 動(dòng)片是輸出軸用螺釘聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，聯(lián)接螺釘一般對(duì)稱安裝，并用銷釘定位。sQF——剩余鎖緊力，歲于要求緊密的聯(lián)接取039。 39。0D ——螺釘中心所在圓的直徑； 在這種聯(lián)接中每個(gè) 螺釘在危險(xiǎn)剖面上所承受 的拉力0QF是工作載荷與剩余鎖緊力 39。0 1 0 0( 1 1 0 )Z D t V D D m m??? ? ? ?　 　 　得： ? （取 8Z? ）。 39。 缸蓋聯(lián)接螺釘計(jì)算 當(dāng)工作壓力 5 15P MPa? 　 時(shí)應(yīng)有 0 150t mm? ，初取 0 45t mm? ， 26/P kg cm? 。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。 為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷與動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度，選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度）時(shí)，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(dòng)，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? ? ? ?。 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。 如圖 33 所示回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作 用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩 39。M M M??封 封 封， 39。 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(wú)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? ???? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?。 故 30 39。V 大小等于有桿腔進(jìn)油速 ， 即 39。令無(wú)肛腔進(jìn)油速1 m s? ，則有桿腔進(jìn)油速度 2 m s? 。 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(dòng)速 V 和油口最高液流速度 39。 油缸長(zhǎng)度的確定 液壓缸的缸筒長(zhǎng)度由最大工作行程決定，缸筒的長(zhǎng)度一般最好不超過(guò)其內(nèi)徑 20 倍。 則設(shè)計(jì)符合要求。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。 由于 ttTTWW?空實(shí) （ 35） 2 39。令空心桿內(nèi)徑52d mm? ，空心桿外徑 39。 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。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(cè)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。 fagw FFFF ??? (31) （ 1）常見(jiàn)的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力，切削力，擠壓力等 ，而該設(shè)計(jì)中只有重力 ： ? ?20 196gF m g N? ? ? ? (32) （ 2）導(dǎo)軌摩擦載荷 fF 0 .0 6 1 9 6 1 2 ( )fgF F N?? ? ? ?（ ? 的取值參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 ） （ 3）慣性載荷 aF 2 0 1 2 0a GvF gt?? ? ? ?? （ N）一般機(jī)械取 ~ st? ?? ，所以，196 12 20 228 ( )WFN? ? ? ? 除外載荷 WF 外，作用于活塞桿上的載荷 F 還包括液壓密封處的摩擦阻力 mF ， 一般估算為： (1 )mmFF??? 液壓缸的機(jī)械效率，一般取 ~ ； 則： 228 2 4 8 ( )0 . 9 2W mFFN?? ? ? ( 1 ) ( 1 2) 248 20( )mmF F N?? ? ? ? ? ? 液壓缸不同負(fù)載時(shí)的工作壓力表 31 如下： 表 31 液壓缸不同載荷時(shí)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?? 。最末一項(xiàng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，則須要仔細(xì)查閱產(chǎn)品樣本、手冊(cè)和資料，選定元件的結(jié)構(gòu)和配置的型式，才能布局繪圖。這里除了最末一項(xiàng)外全都是屬于性能設(shè)計(jì)的范圍。為此，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)迄今仍沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的統(tǒng)一步驟，往往隨著系統(tǒng)的繁簡(jiǎn)，借鑒的多寡，設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的不同而做法上呈現(xiàn)出差異來(lái)。 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)，可以是充分發(fā)揮其組成元件的工作性能，也可以是著重追求其工作狀態(tài)的絕對(duì)可靠。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除了應(yīng)滿足主機(jī)要求的功能和性能外，還必須符合質(zhì)量輕、體積小、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便及工作可靠等要求。 3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓傳動(dòng)的概述 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系的，兩者往 往同時(shí)進(jìn)行，相互協(xié)調(diào)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定機(jī)械手臂的材料為 45 鋼 ， 彎曲許用應(yīng)力 [ ] 100MPa? ? ， 在工作過(guò)程中 ,主 要受橫向彎曲應(yīng)力 ， 最大正應(yīng)力 max? 發(fā)生在彎矩最大的截面上 ， 且離中性軸最遠(yuǎn)處 。 (2)從螺釘?shù)綑C(jī)械手手臂中心的距離為 87mm,寬度為 95mm， 厚度為 16mm。 mm? ， 39。 手爪的整體尺寸設(shè)計(jì) (1)首先考慮手爪部件的主要尺寸，設(shè)計(jì)如下： 手爪總長(zhǎng) 82mm ， 活動(dòng)銷中心到 聯(lián)接螺釘中心的距離為 89mm。又 根據(jù)彈簧材料直徑 mm? ， 由表 得，彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度1863b MPa? ? [ ] 186 3 745 .2Pb M P a??? ? ? ?Ⅱ 。 因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)中彈簧受到的壓力不大，選擇材料為 Ⅱ 類碳素彈簧鋼絲，普通圓柱螺旋彈簧鋼絲，初選直徑 mm? 。 彈簧的選擇與設(shè)計(jì) 彈簧主要分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧四種。 則行程槽長(zhǎng)：12 10. 4l d a mm? ? ?（取 1 14l mm? ）， 卡銷材料為 35 鋼 ，熱處理硬度28 38HRC? ，表面氧化處理的 A 型圓柱銷（ GB11986）卡銷直徑選 8mm (由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版，吳宗澤主編 )根據(jù)配合原理，則行程槽寬 ?? 。1 2 1 2 c os 25 34 .2 36O O O O m m?? 則活動(dòng)銷的行程 a： 39。512 3 7 .7 7 522DdO O m m? ? ? 活動(dòng)銷的滾輪中心到手爪中心軸線的垂直距離為： 39。 設(shè)計(jì)手爪口端點(diǎn) 3O 到手爪中心軸線垂直距離為 7mm，抓刀初始位置時(shí)， 1F 最小， 2F 最大，抓刀過(guò)程中， ?? （ 2OO 與手爪中心軸的夾角）逐漸減小， 1F 逐漸增大， 2F 逐漸減小至 O 、 2O 、 3O 三點(diǎn)一線時(shí) 1F 最大， 2F最小，之后 1F 逐漸增大至活動(dòng)銷還原至初始位置被鎖緊銷鎖住為抓刀完畢， ?? 不應(yīng)過(guò)大，過(guò)大 1F 就會(huì)偏小， 2F 就會(huì)偏大， 1F 過(guò)小無(wú)法壓縮彈簧使活動(dòng)銷移動(dòng)， 2F 過(guò)大也會(huì)阻礙刀柄進(jìn)入手爪口， ?? 不應(yīng)過(guò)小，過(guò)小 1F 就會(huì)偏大， 2F 就會(huì)偏小，鎖輪便 無(wú)法緊固刀柄，刀柄容易脫落。機(jī)械手拔刀時(shí)，長(zhǎng)銷 4 與擋塊脫離接觸，鎖緊銷 2 被彈簧 3 彈起，使活動(dòng)銷 4 頂住刀具不能后退，這樣機(jī)械手在回轉(zhuǎn) ?180 時(shí)，刀具不會(huì)甩出。手爪欲抓住刀柄，使手爪口中心與刀具中心線重合，達(dá)到圖示位置，刀柄反作用力活動(dòng)銷使其壓縮彈簧 1 向左運(yùn)動(dòng)至極限位置后手柄已進(jìn)入手爪口，此時(shí)活動(dòng)銷向右運(yùn)動(dòng)至手爪口中心與刀具中心軸線完全重合 ，回到初始狀態(tài)，刀柄被鎖住，抓刀結(jié)束，可以進(jìn)行拔刀動(dòng)作，而在抓刀時(shí)，整個(gè)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度較小，故刀柄壓活動(dòng)銷受力簡(jiǎn)化等效如圖 25 所示。2 .8 67 .0 76 3 .5 55 6 .2 51 6 .1 0X X mmY Y mmD D mmD D mmb b mm?????????? 這里應(yīng)該有 F f (F 按彈簧鎖輪結(jié)構(gòu)取 ) 。5539。39。 1 . 7 52 2 ( ) 2 ( 0 . 8 7 5 ta n 6 0 ) 7 . 7 0s in 6 0Y P P P P P P ??? ? ? ? ? ? ? ? ? 542 7 . 0 7 2 2 . 8 6ta n 6 0 2 ta n 6 0DDhXY ?? ?? ? ? ? ? ? ?? 則手爪口的型式與尺寸與 相匹配。 sin60OPPP ? 60PP OP tg?? 39。 圖 22 測(cè)量與刀柄槽相對(duì)位置 兩測(cè)量棒中心距為 6 7 7 ? ? ? ? ?，故 657 6 5 . 3 0 6 3 . 5 5 0 . 8 7 522DDOP ? ? ? ?? ? ?” 5cos 60OPOP ??’ 7 1 .7 5 1 .7 52OP ?? ? ?’ 由圖 22 可知： 39。其型式如下圖所示 ,尺寸如表 21 所示。 通過(guò)上面六種機(jī)械手的比較 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 更符合 換刀時(shí)間短、動(dòng)作靈活可靠的要求。 雙機(jī)械手 （圖 21d）相對(duì)比較復(fù)雜， 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手 （圖 21e） 手指部分的整體也質(zhì)量比較大，這就會(huì)使手臂伸縮液壓缸的負(fù)載很大。在滿足 加工中心換刀機(jī)械手 各種運(yùn)動(dòng)要求的同時(shí)，本設(shè)計(jì)也在一定程度上 簡(jiǎn)化 了 換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu) ，以方便數(shù)控機(jī)床 換刀機(jī)械手 的加工制造過(guò)程。最常用的一種換刀機(jī)械手形式，動(dòng)作簡(jiǎn)單。 （ 6） 雙臂端面夾緊式機(jī)械手 這種機(jī)械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。一個(gè)手臂從主軸上取下 “舊刀 ”送回刀庫(kù)，另一個(gè)手臂由刀庫(kù)中取出 “新刀 ”裝入主軸。其中一個(gè)機(jī)械手從主軸上取下 “舊刀 ”送回刀庫(kù)，另一個(gè)由刀庫(kù)中取出 “新刀 ”裝入機(jī)床主軸，圖21d 所示。圖 21c 右邊的機(jī)械手在抓取或?qū)⒌毒咚腿氲稁?kù)及主軸上，兩臂可伸縮。后又同時(shí)將刀具放回刀庫(kù)及裝入主軸。 其換刀時(shí)間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要少，如圖 21b 所示。 （ 2） 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪有所分工。在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械手的形式也是多種多樣，常見(jiàn)的有以下形式。隨著機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，制造行業(yè)對(duì)加工中心換刀機(jī)械手的需求量會(huì)越來(lái)越大。 加工中心換刀機(jī)械手的主要任務(wù)是，完全模擬人手的換刀動(dòng)作，給機(jī)床主軸與彈簧夾頭提供相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾緊、放松刀具的動(dòng)作。 加工中心換刀機(jī)械手作為數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要的功能部件，它在國(guó)內(nèi)外的數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域中已受到廣泛的重視。目前，加工中心的自動(dòng)換刀裝置大都采用有機(jī)械手換刀方式，因 為有機(jī)械手換刀裝置在刀庫(kù)的配置、與主軸的相對(duì)位置及刀具數(shù)量確定上都比較靈活，機(jī)械手?jǐn)?shù)量和換刀形式比較隨意，換刀時(shí)間比較短，應(yīng)用廣泛 [4]。無(wú)機(jī)械手換刀方式一般是采用把刀庫(kù)放在主軸箱可以運(yùn)動(dòng)到的位置，同時(shí)，刀庫(kù)中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。 換刀裝置中刀具的交換形式及它們的具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的工作效率和工作