【正文】 ，而且結構簡單、緊湊。為保證活塞桿的強度和穩(wěn)定性，需要將手臂伸縮液壓缸的尺寸設計得大一些，那么手架旋轉軸的負載也會變大，使得加工中心換刀機械手的整體結構不會很緊湊，占用的空間也較大。，手架旋轉軸上開有很長的鍵槽，并通過滑鍵與圓錐齒輪相聯(lián)接。為保證準確換刀，就需要精確的計算出凸輪的旋轉速度和凸輪的輪廓曲線，同時還要精確的控制電動機M的起、停時間。通過以上分析。；換刀機械手復位角度： 75176。分析過程如下：(1) 手指夾緊運動()：由手指夾緊液壓缸控制實現(xiàn)，通過活塞桿推動或拉動手指部分的連桿機構實現(xiàn)手指的夾緊或松開。(3) 手架伸縮運動()：由手架伸縮液壓缸控制它的伸縮運動，能實現(xiàn)換刀機械手的拔刀和插刀動作。到達工作位置、手架旋轉180176。復位三種運動。手指部分：即直接與工件接觸部分，一般是回轉型或平移型，手爪多為兩指，也有多指；根據(jù)需要分為內抓式或外抓式；也可用負壓式或真空式的空氣吸盤和電磁吸盤。手腕部分：用于連接手指部分和手臂部分的部件。本設計中手臂的主要作用是帶動手指去抓取物件。驅動機構驅動機構是用來為各個部件的運動提供動力，是實現(xiàn)一切運動的動力源，有氣動、液動、電動和機械式四種形式。由于電動機輸出的是旋轉運動，若采用電動機傳動，則必須加入齒輪、齒條等機械機構，將電動機輸出的旋轉運動轉變?yōu)橹本€往復運動，而液壓缸或氣缸一般都是直線往復運動的，可直接帶動負載作直線往復運動，使得結構簡單。故本設計中的驅動方式以液壓驅動為主，用液壓驅動方式來實現(xiàn)手指夾緊、手臂伸縮和手架伸縮的動作。到工作位置，旋轉180176。實現(xiàn)手架復位三種運動，如采用液壓缸和行程開關來控制，要分別實現(xiàn)這三種旋轉運動會比較困難，而若采用電動機驅動，則只需控制好電動機的起、停時間就可實現(xiàn)預期的運動。控制系統(tǒng)此系統(tǒng)是用來控制驅動機構工作，從而實現(xiàn)按預定程序進行工作的機構?？刂葡到y(tǒng)包括程序控制部分和行程反饋部分。本設計中伸縮和升降機構采用壓力繼電器進行位置控制。同時，本章對加工中心換刀機械手的組成及各自由度運動的實現(xiàn)也進行了較為具體的介紹。 手指結構設計及計算 手指夾緊力的計算根據(jù)文獻[5，]，手指夾緊力的計算過程如下：手指對工件夾緊力： ()式中：——安全系數(shù)，本設計中取=；——動載系數(shù)，本設計中取=；——方位系數(shù)，本設計中，則，本設計=；——被抓持工件的重量，取工件質量為8kg；將上述各值代入式()，得：=，由：可得： ()又由： () 手指受力分析得：即： ()在本設計=50mm，=13mm；將各值代入式()，得=250(13)=考慮到運動過程中的能量損失，取=，則手指夾緊液壓缸的實際驅動力為：=本設計中取=500N；由式()可得：=由式()可得：====對手指夾緊力的校核過程如下：在手架旋轉過程中手指所受的慣性力為： ()式中：——工件質量；——工件到旋轉軸線的距離，這里取mm；——手架旋轉軸的轉速，初取rad/s；則由式()可得：=因， 所以手指夾緊液壓缸的實際驅動力取=500N，安全。軸Ⅱ校核= MPa= MPa∵， ∴軸Ⅱ安全。 A處截面圖形形狀 C處截面圖形形狀危險截面C處的彎矩=，抗彎截面模量為：故危險截面C處的拉應力為：=+ =；∵ ∴安全。因為本設計中=，所以=32=，同樣為便于采取標準密封件，根據(jù)活塞桿直徑系列，將活塞桿直徑d進行圓整，取=8mm。活塞桿的導向長度=~12mm。對于手指夾緊液壓缸，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構工藝上的要求決定，強度問題是次要的，一般不需要進行驗算，所以，此手指夾緊液壓缸的缸筒壁厚由結構需要決定。一般情況下，壓力較低的液壓缸的缸筒材料多采用鑄鐵，但在本設計中，為了減輕結構的整體重量，將選用鋁合金作為手指夾緊液壓缸缸筒的材料。 手臂伸縮液壓缸設計 手臂伸縮液壓缸各尺寸數(shù)據(jù)的確定由于受到刀庫刀具和主軸刀具之間距離的限制，為保證兩側手臂的伸縮范圍都能達到60mm，本設計中采用了伸縮式液壓缸，即用手指夾緊液壓缸來代替手臂伸縮液壓缸的活塞和活塞桿部分。手臂伸縮液壓缸活塞桿的最大行程取60mm, 由式()可得手臂伸縮液壓缸的最大儲油量為：==估算手臂伸縮液壓缸負載：兩機械手手指的質量： =2= kg； 上擋板的質量： = kg；下?lián)醢宓馁|量： = kg；后擋板的質量： =；側擋板的質量： =2=；手指與活塞桿之間連接件的質量：=；夾持工件的質量： =8kg；取 =+++++=取鋼與鋁合金之間的滑動摩擦力=，則：==設活塞達到穩(wěn)定速度過程中的加速度為：=20m/s2， 則：=20=手臂伸縮液壓缸負載：=+=考慮到手臂在伸縮運動過程中的能量損失，取=，則手臂伸縮液壓缸的實際驅動力為：=在手架旋轉軸旋轉時，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=200N；根據(jù)：得： ()式中： ——手臂伸縮液壓缸的實際驅動力；——液壓缸的工作壓力，由計算結果確定； ——液壓缸回油腔背壓力，根據(jù)文獻[9，表2—2]，對于簡單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調速系統(tǒng)，=~，在本設計中初取估算值=；——手臂伸縮液壓缸內徑；——手指夾緊液壓缸外徑；將各值代入式()，可得：=[200+（632－452）π/4]/（632π/4）=（200+）/= 流量及流速的確定手指夾緊液壓缸活塞的最大行程=10mm，取其夾緊時的運動速度=12m/min=，則手指夾緊過程所需時間為： =根據(jù)： ()可得手指夾緊時的流量為：mm3/min=當手指夾緊液壓缸反行程運動，手指松開時，取其流量：=則根據(jù)式()可得其運動速度為：=手指夾緊液壓缸反行程運動時間為： =手臂伸縮液壓缸活塞的最大行程=60mm，取其伸出時的運動速度=，所需時間為：=則由式()可得：=取手臂伸縮液壓缸反行程運動時的流量==；則其運動速度為：=所需運動時間為：=液壓缸的最小穩(wěn)定速度的驗算過程如下：利用公式： ()按最低速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，式中為調速閥最小穩(wěn)定流量。對于手臂伸縮液壓缸，選用QF3—E610B的調速閥，其最小穩(wěn)定流量=40mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度=；由式()可得：=(40ml/min)/()= cm2本設計中= cm2 cm2，故設計符合要求，液壓缸能達到所需的低速要求。由于手臂回轉部件的回轉軸線與其重心軸線重合，所以可取：本設計中=15mm,取=250mm，則：=（+3）/12===將值代入式（）可得：= Nm手架旋轉軸的輸出功率：= Nmm 2πrad/s =手架旋轉軸強度校核公式如下： ()式中：——手架旋轉軸的扭矩，此處 = Nm；——手架旋轉軸的抗彎截面模量，對于實心軸有，所以此處==m3；將值代入式()可得：=因=20MPa, ，故所選軸安全。一個液壓缸用來實現(xiàn)手架旋轉75176。另一個液壓缸則是在拔刀過程結束后，實現(xiàn)手架旋轉180176。雖然這種結構工作原理很簡單，但由于驅動機構較多，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構卻比較復雜。對于這個驅動機構，它需要能實現(xiàn)手架的75176。和反向75176。若采用液壓缸和行程開關進行控制，則一般只能實現(xiàn)一種角度的旋轉。所以本設計中的手架旋轉運動由電動機帶動單級圓錐齒輪來實現(xiàn)。電動機型號的選擇根據(jù)文獻[13，813]，各傳動副傳動效率為：彈性柱銷連軸器： =；圓錐滾子軸承： =；單級圓錐齒輪： =；總的傳動效率為：==取單級圓錐齒輪的傳動比為=3； 所選電動機應滿足：=3r/s=180r/min= =根據(jù)上述條件，查電機系列，取TYV4型齒輪減速電動機，其基本參數(shù)如下：允許負載為=60w，輸出轉速為=150r/min，轉矩為=。初算齒輪軸直徑：==根據(jù)文獻[7，]，圓錐齒輪的設計與校核如下過程：=3，故：=arctg（1/）=arctg（1/3）=18176。18176。34′初選齒寬系數(shù)：，這里取=；工況系數(shù)：因其載荷特性為工作平穩(wěn)，故可取=；動載系數(shù)：這里取=1；試驗齒輪的接觸疲勞極限應力：由于此齒輪為硬齒面，并經淬火處理，故可取=1350N/mm2；齒輪大端分度圓直徑：由式：得小齒輪大端分度圓直徑為：=本設計中取=35mm；大端模數(shù)：=35/19=按標準系列取=2；重求齒輪大端分度圓直徑、：=219=38mm =257=114mm錐距：=38/(2sin18176。26′==57/cos71176。接觸計算用的壽命系數(shù)：因按持久壽命計算，故取==1；潤滑劑系數(shù)：取=1；表面光潔度系數(shù)：由于是高精度齒輪，齒面光潔