【正文】 u? 分錐角 1? 、 2? ： 因 ? =90176。 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 根據(jù)文獻(xiàn) [13， 813]，各傳動(dòng)副傳動(dòng)效率為： 彈性柱銷(xiāo)連軸器： 1? =； 圓錐滾子軸承： 2? =； 單級(jí)圓錐齒輪： 3? =； 總的傳動(dòng)效率為： 3221 ????? == 取單級(jí)圓錐齒輪的傳動(dòng)比為 i =3； 所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足： nin ?0 =3r/s=180r/min ?/0 PP ? =)/(0 iTT ?? = 根據(jù)上述條件，查電機(jī)系列，取 TYV4 型齒輪減速電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)如下：允許負(fù)載為 0P =60w，輸出轉(zhuǎn)速為 0n =150r/min，轉(zhuǎn)矩為 0T =。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(lái)實(shí)現(xiàn)。若采用液壓缸和行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，則一般只能實(shí)現(xiàn)一種角度的旋轉(zhuǎn)。 和反向 75176。 對(duì)于這個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它需要能實(shí)現(xiàn)手架的 75176。雖然這種結(jié)構(gòu)工作原理很簡(jiǎn)單，但由于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)較多，它們之間以及它們和手架伸縮液壓缸 的活塞桿之間的連接機(jī)構(gòu)卻比較復(fù)雜。另一個(gè)液壓缸則是在拔刀過(guò)程結(jié)束后，實(shí)現(xiàn)手架旋轉(zhuǎn) 180176。一個(gè)液壓缸用來(lái)實(shí)現(xiàn)手架旋轉(zhuǎn) 75176。 由于手臂回轉(zhuǎn)部件的回轉(zhuǎn)軸線與其重心軸線重合，所以可?。?12/)3( 220 RLmJ ?? 本設(shè)計(jì)中 R =15mm,取 L =250mm， 則： 01J =（ 2+3 ） /12= 3m 02J = 2/2Rm? =2/2= N 3m 將值代入式（ ）可得： 2)20()0 0 0 1 2 ( ????慣M = Nm 手架旋轉(zhuǎn)軸的輸出功率： ?MP? = Nmm 2π rad/s = 手架旋轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核公式如下： ][/ ?? ?? nn WM () 式中： nM —— 手架旋轉(zhuǎn)軸的扭矩，此處 慣MMn ? = Nm； nW —— 手架旋轉(zhuǎn)軸的抗彎截面模量，對(duì)于實(shí)心軸有 16/3dWn ?? ，所以此處nW = 16/)1030( 93 ??? = ?? m3； 將值代入式 ()可得： ? =?? = 因 ][? =20MPa, ? ][? ，故所選軸安全。 對(duì)于手臂伸縮液壓缸，選用 QF3— E610B 的調(diào)速閥，其最小穩(wěn)定流量 minQ =40mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度 1min vv ? =； 由式 ()可得 ： 1min1 /vQA ? =(40ml/min)/()= cm2 本設(shè)計(jì)中 4/6321 ??A = cm2 cm2，故設(shè)計(jì)符合要求，液壓缸能達(dá)到所需的低速要求。 手臂伸縮液壓缸活塞桿的最大行程 L 取 60mm, 由式 ()可得手臂伸縮液壓缸 的最大儲(chǔ)油量為： 4/6463 2 ???V == 估算手臂伸縮液壓缸負(fù)載： 兩機(jī)械手手指的質(zhì)量： 1m = 2= kg； 上擋板的質(zhì)量： 2m = kg； 下?lián)醢宓馁|(zhì)量： 3m = kg； 后擋板的質(zhì)量： 4m =； 側(cè)擋板的質(zhì)量： 5m = 2=； 手指與活塞桿之間連接件的質(zhì)量： 6m =； 夾持工件的質(zhì)量： 7m =8kg； 取 654321 mmmmmmm ?????? =+++++= 取鋼與鋁合金之間的滑動(dòng)摩擦力 ? =， 則： mgF ??1 = = 設(shè)活塞達(dá)到穩(wěn)定速度過(guò)程中的加速度為： ? =20m/s2， 則： 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18頁(yè) ?mF ?慣 = 20= 手臂伸縮液壓缸負(fù)載： 慣FFF ?? 1=+= 考慮到手臂在伸縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量損失，取 ? =，則手臂伸縮液壓缸的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為： ?/FF ?? =在手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)， 手臂伸縮液壓缸受到的慣性力較大，為保證手臂伸縮液壓缸的安全，這里取 F? =200N； 根據(jù)： 4/4/)( 212022 ?? DPDDPF ???? 得： )4//(]4/)([ 220221 ?? DDDPFP ???? () 式中： F? —— 手臂伸縮液壓缸的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力； 1P —— 液壓缸的工作壓力，由計(jì)算結(jié)果確定； 2P —— 液壓缸回油腔背壓力，根據(jù)文獻(xiàn) [9，表 2— 2]，對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)， 2P =~，在本設(shè)計(jì)中初取估算值 2P =； D —— 手臂伸縮液壓缸內(nèi)徑； 0D —— 手指夾緊液壓缸外徑； 將各值代入式 ()，可得： 1P =[200+ （ 632－ 452） π /4]/（ 632 π /4） =（ 200+） /= 流量及流速的確定 手 指 夾 緊 液 壓 缸 活 塞 的 最 大 行 程 1L =10mm ， 取 其 夾 緊 時(shí) 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度2v =12m/min=， 則手指夾緊過(guò)程所需時(shí)間為： ???? vLt = 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19頁(yè) 根據(jù)： AQv /10? () 可得手指夾緊時(shí)的流量為： )410/(10321210/ 62222 ????? ? ?AvQ ??? mm3/min=當(dāng)手指夾緊液壓缸反行程運(yùn)動(dòng)，手指松 開(kāi)時(shí)，取其流量： 23 ? =則根據(jù)式 ()可得其運(yùn)動(dòng)速度為： ]4/10)832/ [ (??? ?????? AQv =手指夾緊液壓缸反行程運(yùn)動(dòng)時(shí)間為： ???? vLt = 手 臂 伸 縮 液 壓 缸 活 塞 的 最 大 行 程 2L =60mm ， 取 其 伸 出 時(shí) 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度1v =，所需時(shí)間為： 0 9 ???? vLt = 則由式 ()可得： )410/(????? ? ?AvQ =取 手臂伸縮液壓缸反行程運(yùn)動(dòng)時(shí)的流量 4Q = 1Q =； 則其運(yùn)動(dòng)速度為： ]4/10)4563/ [ (??? ?????? AQv =所需運(yùn)動(dòng)時(shí)間為： ???? vLt = 液壓缸的最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算過(guò)程如下： 利用公 式： minmin/vQA? () 按最低速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，式中 minQ 為調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量。 手臂伸縮液壓缸設(shè)計(jì) 手臂伸縮液壓缸各尺寸數(shù)據(jù)的確定 由于受到刀庫(kù)刀具和主軸刀具之間距離的 限制，為保證兩側(cè)手臂的伸縮范圍都能達(dá)到 60mm，本設(shè)計(jì)中采用了伸縮式液壓缸，即用手指夾緊液壓缸來(lái)代替手臂伸縮液壓缸的活塞和活塞桿部分。 一般情況下，壓力較低的液壓缸的缸筒材料多采用鑄鐵，但在本設(shè)計(jì)中，為了減輕結(jié)構(gòu)的整體重量，將選用鋁合金作為手指夾緊液壓缸缸筒的材料。對(duì)于手指夾緊液壓缸，因其為低壓系統(tǒng)，而在中、低壓系統(tǒng)中，液壓缸缸筒的壁厚常由結(jié)構(gòu)工藝上的要求決定，強(qiáng)度問(wèn)題是次要的，一般不需要進(jìn)行驗(yàn)算，所以，此手指夾緊液壓缸的缸筒壁厚由結(jié)構(gòu)需要決定。 活塞桿的導(dǎo)向長(zhǎng)度 DH )~(? =~12mm。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中 Dd/ =，所以 d = 32=，同樣為便于采取標(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 =8mm。 圖 A處截面圖形形狀 圖 C處截面圖形形狀 危險(xiǎn)截面 C 處的彎矩 CM =，其截面圖形形狀如圖 所示，抗彎截面模量為： 3222C 1 2 66/)(6/6/ ????? bBHbHBHW 故危險(xiǎn)截面 C 處的拉應(yīng)力為： CCCC APWM // 1????? ) 2 4/( 3 9) 1 1 2/( 69 ?? ???? =+ =； ∵ ][?? ?C ∴安全。 軸Ⅱ校核 ?? ? AP /1? )108/( 62 ????? = MPa )10813/(?? ????? APij? = MPa ∵ ][?? ?? ， ][ ijij ?? ? ∴軸Ⅱ安全。 手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 手指夾緊力的計(jì)算 根據(jù)文 獻(xiàn) [5， ]，手指夾緊力的計(jì)算過(guò)程如下： 手指對(duì)工件夾緊力： GKKKN 321? () 式中： 1K —— 安全系數(shù)，本設(shè)計(jì)中取 1K =； 2K —— 動(dòng)載系數(shù)，本設(shè)計(jì)中取 2K =； 3K —— 方位系數(shù)， fK / ?? ，本設(shè)計(jì)中 ~?f ， ??60? ， 則 ~)03~(60s i ???K ，本設(shè)計(jì) 3K =； G —— 被抓持工件的重量，取工件質(zhì)量為 8kg； 將上述各值代入式 ()，得： ?????N = 對(duì)手指結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析如 圖 所示， 由： PPP ?? ?? sinsin 21 21 PP? 可得： )sin2/(1 ?PP ? () 又由： 0sin/1 ??? ?cPNb )sin(11 ?? ??? PP () 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12頁(yè) 圖 手指受力分析 得： cNbP /s i n)s i n2/()s i n ( ???? ?? 即： )]s i n (/[s i ns i n2 ???? ?? cbNP () 在本設(shè)計(jì) ， ?????? 302160 ??? b =50mm， c =13mm； 將各值代入式 ()，得 )]3021s i n (13/[ i n21s i n2 ????????P =2 50 (13 ) = 考慮到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量損失，取 ? =，則手指夾緊液壓缸的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為： ?/PP ?實(shí) =本設(shè)計(jì)中取 實(shí)P =500N； 由式 ()可得： )21sin2/(5001 ??P = 由式 ()可得： ?1P = ?51sin = ?1P = ?51cos = 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13頁(yè) 對(duì)手指夾緊力的校核過(guò)程如下： 在手架旋轉(zhuǎn)過(guò)程中手指所受的慣性力為： 2?mRF ?慣 () 式中： m —— 工件質(zhì)量； R —— 工件到旋轉(zhuǎn)軸線的距離，這里取 300?R mm； ? —— 手架旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，初取 ?? 2? rad/s； 則由式 ()可得： 2)2( ????慣F = 因 實(shí)慣 PF ? ， 所以手指夾緊液壓缸的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力取 實(shí)P =500N，安全。同時(shí)，本章對(duì)加工中心換刀機(jī)械手的組成及各自由度運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)也進(jìn)行了較為具體的介紹。本設(shè)計(jì)中伸縮和升降機(jī)構(gòu)采用壓力繼電器進(jìn)行位置控制?？刂葡到y(tǒng)包括程序控制部分和行程反饋部分。 控制 系統(tǒng) 此系統(tǒng)是用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，從而實(shí)現(xiàn)按預(yù)定程序進(jìn)行工作的機(jī)構(gòu)。 實(shí)現(xiàn)手架復(fù)位三種運(yùn)動(dòng)，如采用液壓缸和行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制，要分別實(shí)現(xiàn)這三種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)比較困難，而若采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，則只需控制好電動(dòng)機(jī)的起、停時(shí)間就可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。 到工作位置，旋轉(zhuǎn) 180176。故本設(shè)計(jì)中的驅(qū)動(dòng)方式以液壓驅(qū)動(dòng)為主，用液壓驅(qū)動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)手指夾緊、手臂伸縮和手架伸縮的動(dòng)作。由于電動(dòng)機(jī)輸出的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，若采用電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，則必須加入齒輪、齒條等機(jī)械機(jī)構(gòu)，將電動(dòng)機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而液壓缸或氣缸一般都是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，可直接帶動(dòng)負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是用來(lái)為各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，是實(shí)現(xiàn)一切運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，有氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。本設(shè)計(jì)中手臂的主要作用是帶動(dòng)手指去抓取物件。 手腕部分：用于連接手指部分和手臂部分的部件。 手指部分 ：即直接與工件接觸部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型，手爪多為兩指，也有多指；根據(jù)需要分為內(nèi)抓式或外抓式；也可用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán)和電磁吸盤(pán)。復(fù)位三種運(yùn)動(dòng)。到達(dá)工作位置、手架旋轉(zhuǎn) 180176。 (3) 手架伸縮運(yùn)動(dòng) (Z )：由手架伸縮液壓缸控制它的伸縮運(yùn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)換刀機(jī)械手的拔刀和插刀動(dòng)作。分析過(guò)程如下： (1) 手指夾緊運(yùn)動(dòng) (Y )：由手指夾緊液壓缸控制實(shí)現(xiàn)，通過(guò)活