【正文】 πrad/s，因=P2, 所以安全。TYV系列高精度微型特種減速電動(dòng)機(jī)采用高新技術(shù)，具有齒輪減速、蝸輪減速、直線往復(fù)等多種結(jié)構(gòu)，并可配有電子無級(jí)調(diào)速、阻尼制動(dòng)、電磁剎車等功能，適用于交流、直流多種電壓，是一種高效、節(jié)能、低噪音的微特減速電動(dòng)機(jī)，它還具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、減速比大、體積小、輸出轉(zhuǎn)矩大及運(yùn)行可靠等特點(diǎn)[12]，因此，本設(shè)計(jì)中的手架旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用TYV系列高精度微型特種減速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。而如果采用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)，則只需控制好電動(dòng)機(jī)的起、停時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。三種角度的旋轉(zhuǎn)。、180176。而在本設(shè)計(jì)中，由于采用了兩個(gè)圓錐滾子軸承以及一個(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(zhǎng)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)。的運(yùn)動(dòng)， 是主軸刀具與刀庫刀具互換位置。到達(dá)工作位置，換刀運(yùn)動(dòng)過程準(zhǔn)備開始。 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。 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： =2=；上擋板的質(zhì)量： =；下?lián)醢宓馁|(zhì)量： =；后擋板的質(zhì)量： =；側(cè)擋板的質(zhì)量： =2=；手指與活塞桿之間連接間的質(zhì)量：=；夾持工件的質(zhì)量： =8kg；手指夾緊液壓缸前端蓋質(zhì)量： =；手指夾緊液壓缸后端蓋質(zhì)量： =；手指夾緊液壓缸缸筒質(zhì)量： =；手臂伸縮液壓缸前端蓋質(zhì)量： =；手臂伸縮液壓缸缸筒質(zhì)量： =；上套件質(zhì)量： =；上套件質(zhì)量： =；當(dāng)儲(chǔ)油量最大時(shí)油液的質(zhì)量：手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的總質(zhì)量為：=(++++++8++++)2++++=；手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為：= =手架旋轉(zhuǎn)軸的校核初取手架旋轉(zhuǎn)軸的軸徑=30mm；手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為：=；手架旋轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量為：=；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： ()式中：——手臂回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；——手架旋轉(zhuǎn)軸對(duì)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=1m/s,則其角速度=2πrad/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=,則：=Δ/Δ=(2πrad/s)/()=20πrad/s2；機(jī)械手夾緊力的校核： ()取手架回轉(zhuǎn)的角速度， =300mm，則由式()得：=8kg300mm=因小于機(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。對(duì)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=35mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度=12m/min；由式()可得：=(35ml/min)/(12m/min)= cm2本設(shè)計(jì)中==，故設(shè)計(jì)符合要求，液壓缸能達(dá)到所需的低速要求。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=45mm,手臂伸縮液壓缸內(nèi)徑=63mm。缸蓋的材料選用HT200鑄件。 材料的選擇根據(jù)文獻(xiàn)[5，8792]，對(duì)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。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。手指夾緊液壓缸的最大儲(chǔ)油量為： ()式中為活塞桿的最大行程，這里取=10mm，則有：==活塞的寬度=~32mm，為減少手指夾緊液壓缸的整體重量，取=20mm。 手指夾緊液壓缸設(shè)計(jì) 手指夾緊液壓缸各部分尺寸的確定根據(jù)文獻(xiàn)[9，512]，由： ()得： ()式中：——液壓缸的工作壓力，本設(shè)計(jì)中初取=；——液壓缸回油腔背壓力，對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng),=~，在本設(shè)計(jì)中初取估算值=；——活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，因在工作壓力2MPa時(shí)，=~，本設(shè)計(jì)中取=； ——工作循環(huán)中的最大外負(fù)載，本設(shè)計(jì)中=500N；——液壓缸密封處的摩擦力，=(1/1)；——密封處的機(jī)械效率，一般=~，本設(shè)計(jì)中取=；將各值代入式()，可得：=；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=32mm。手指強(qiáng)度校核A截面的抗彎截面模量公式如下： ()式中：——形心軸慣性矩；——截面圖形的形心位置；A部分②，部分①處的形心位置為： () 式中：=，=20mm，=10mm，將各值代入式()可得=其截面面積為： =[20－10(－)]/2=(－)/2=部分②處的形心位置為：=5mm其截面面積為：=26=A處截面的形心位置為：=(+5)/(+)=(+)/= = (102+41020+202)/[36(20+10)]+(－5)2=+==26/12+(－5)2=+= mm4=+= mm4將各值代入式()得：A截面處的彎矩：=故危險(xiǎn)截面A處的拉應(yīng)力為：MPa∵ ∴安全。 手指部分的相關(guān)校核根據(jù)文獻(xiàn)[8，7294]，對(duì)手指部分重要部位的校核過程如下：軸和手指的材料都選用45號(hào)鋼，它們的許用剪應(yīng)力=70MPa、許用擠壓應(yīng)力 =140MPa、許用拉應(yīng)力=300MPa；軸Ⅰ校核= MPa= MPa∵， ∴軸Ⅰ安全。第3章 換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸確定前一章對(duì)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了方案論證，并確定了技工中心換刀機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)及工作范圍，本章將在上一章的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械手的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。 本章小結(jié)本章主要是介紹了一些目前常用加工中心換刀機(jī)械手的主要換刀形式，如兩手伸縮回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機(jī)械手、剪式手爪回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機(jī)械手、兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機(jī)械手等等，也給出了三種手臂伸縮與手指夾緊機(jī)構(gòu)和兩種手架旋轉(zhuǎn)軸與手架伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并通過論證分析，確定了最終的設(shè)計(jì)方案。檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)是為了進(jìn)行比較和判斷提供依據(jù)，位置檢測(cè)是通過將位置變化反饋給輸入變量從而達(dá)到一定的定位精度和位置精度。它通過位置檢測(cè)的反饋來檢測(cè)各部分機(jī)構(gòu)工作的位置精度，從而保證能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)加工中心換刀機(jī)械手的換刀動(dòng)作。所以，本設(shè)計(jì)中的手架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)單級(jí)圓錐齒輪來實(shí)現(xiàn)。交換主軸刀具和刀庫刀具和反向旋轉(zhuǎn)75176。對(duì)于手架的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于手架旋轉(zhuǎn)軸要實(shí)現(xiàn)：旋轉(zhuǎn)75176。同時(shí)，由于液壓驅(qū)動(dòng)的抗沖擊能力比電氣驅(qū)動(dòng)的抗沖擊能力要強(qiáng)，而且在產(chǎn)生相同驅(qū)動(dòng)力（力矩）的條件下，與其他驅(qū)動(dòng)方式相比，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還具有體積小、慣性小、工作平穩(wěn)可靠以及可實(shí)現(xiàn)較高位置精度的特點(diǎn)[5]。本設(shè)計(jì)中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)主要是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。手架部分：用于承受手部以及手臂部分的總體重量，在本設(shè)計(jì)中它還用于通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)加工中心主軸刀具和刀庫刀具的互換運(yùn)動(dòng)。手臂部分：手臂是支撐被抓物體以及手指部分的重要部件，起調(diào)整和改變工件方位的作用。本設(shè)計(jì)采用夾持式手部，即由手爪和傳力機(jī)構(gòu)組成，它的主要功能是在換刀過程中完成抓住工件、握持工件和釋放工件的動(dòng)作。 自由度分析 加工中心換刀機(jī)械手的組成加工中心換刀機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成[6]，各部分特點(diǎn)如下：執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是完成各種動(dòng)作的部件總稱，它由抓取部分（手部）、腕部、臂部和手架等運(yùn)動(dòng)部件所組成。完成主軸刀具和刀庫刀具互換運(yùn)動(dòng)、手架反向旋轉(zhuǎn)75176。 (4) 手架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)()：由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)單級(jí)圓錐齒輪來實(shí)現(xiàn)，通過控制電動(dòng)機(jī)的啟停時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)手架旋轉(zhuǎn)75176。(2) 手臂伸縮運(yùn)動(dòng)()：由伸縮式液壓缸控制實(shí)現(xiàn)。； 自由度分析及各自由度的實(shí)現(xiàn)分析自由度的坐標(biāo)形式有：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式以及關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等等[6]，本設(shè)計(jì)中采用直角坐標(biāo)式對(duì)加工中心換刀機(jī)械手的自由度進(jìn)行分析。 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析 設(shè)計(jì)參數(shù)手架伸縮液壓缸最大行程： 110mm；手臂伸縮液壓缸最大行程： 60mm；手指夾緊液壓缸最大行程： 10mm；夾持工件質(zhì)量： 8kg；換刀過程手架旋轉(zhuǎn)角度： 180176。尤為重要的是：本設(shè)計(jì)中凸輪與從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸，并且凸輪需要承受工件、手指、手臂及手架旋轉(zhuǎn)軸等的整體重量，這會(huì)使凸輪極容易磨損，從而大大縮短它的使用壽命。這樣就使得手架的多次旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與拔刀和插刀運(yùn)動(dòng)互不干擾，并且可以使加工中心換刀機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。所以。 方案的確定，手臂伸縮和手指夾緊運(yùn)動(dòng)都分別由單獨(dú)的液壓缸進(jìn)行控制，這使得它們的靈活性都很好，手指部分的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，而且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。此時(shí)，凸輪上的A點(diǎn)又與E點(diǎn)重合，手架恢復(fù)到初始位置，等待下一次換到指令。電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)并反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)75176。手架旋轉(zhuǎn)軸上的觸點(diǎn)b觸動(dòng)行程開關(guān)2，發(fā)出手指松開和手臂縮回指令。后，凸輪上的D點(diǎn)與E點(diǎn)位置重合，開始插刀動(dòng)作過程。此時(shí)凸輪仍在運(yùn)動(dòng)，但由于C→D段上各點(diǎn)到凸輪旋轉(zhuǎn)軸心的距離相等，所以能夠