【正文】 ，而且結(jié)構(gòu)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(shè)計得大一些，那么手架旋轉(zhuǎn)軸的負(fù)載也會變大，使得加工中心換刀機械手的整體結(jié)構(gòu)不會很緊湊，占用的空間也較大。，手架旋轉(zhuǎn)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(zhǔn)確換刀，就需要精確的計算出凸輪的旋轉(zhuǎn)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(fù)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(gòu)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(zhuǎn)180176。復(fù)位三種運動。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(shè)計中手臂的主要作用是帶動手指去抓取物件。驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)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(zhuǎn)運動，若采用電動機傳動，則必須加入齒輪、齒條等機械機構(gòu)，將電動機輸出的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動，而液壓缸或氣缸一般都是直線往復(fù)運動的，可直接帶動負(fù)載作直線往復(fù)運動，使得結(jié)構(gòu)簡單。故本設(shè)計中的驅(qū)動方式以液壓驅(qū)動為主，用液壓驅(qū)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(zhuǎn)180176。實現(xiàn)手架復(fù)位三種運動，如采用液壓缸和行程開關(guān)來控制，要分別實現(xiàn)這三種旋轉(zhuǎn)運動會比較困難，而若采用電動機驅(qū)動，則只需控制好電動機的起、停時間就可實現(xiàn)預(yù)期的運動?？刂葡到y(tǒng)此系統(tǒng)是用來控制驅(qū)動機構(gòu)工作，從而實現(xiàn)按預(yù)定程序進行工作的機構(gòu)。控制系統(tǒng)包括程序控制部分和行程反饋部分。本設(shè)計中伸縮和升降機構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計中取=；——動載系數(shù)，本設(shè)計中取=；——方位系數(shù)，本設(shè)計中，則，本設(shè)計=；——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：=，由：可得： ()又由： () 手指受力分析得：即： ()在本設(shè)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(qū)動力為：=本設(shè)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(zhuǎn)過程中手指所受的慣性力為： ()式中：——工件質(zhì)量；——工件到旋轉(zhuǎn)軸線的距離，這里取mm；——手架旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，初取rad/s；則由式()可得：=因， 所以手指夾緊液壓缸的實際驅(qū)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(yīng)力為：=+ =；∵ ∴安全。因為本設(shè)計中=，所以=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進行圓整，取=8mm。活塞桿的導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計中，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。 手臂伸縮液壓缸設(shè)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(cè)手臂的伸縮范圍都能達到60mm，本設(shè)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(fù)載：兩機械手手指的質(zhì)量： =2= kg； 上擋板的質(zhì)量： = kg；下?lián)醢宓馁|(zhì)量： = kg；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件的質(zhì)量：=；夾持工件的質(zhì)量： =8kg；取 =+++++=取鋼與鋁合金之間的滑動摩擦力=，則：==設(shè)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(fù)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(qū)動力為：=在手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)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(qū)動力；——液壓缸的工作壓力，由計算結(jié)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(diào)速系統(tǒng)，=~，在本設(shè)計中初取估算值=；——手臂伸縮液壓缸內(nèi)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(dāng)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(diào)速閥最小穩(wěn)定流量。對于手臂伸縮液壓缸，選用QF3—E610B的調(diào)速閥，其最小穩(wěn)定流量=40mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度=；由式()可得：=(40ml/min)/()= cm2本設(shè)計中= cm2 cm2，故設(shè)計符合要求，液壓缸能達到所需的低速要求。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?。罕驹O(shè)計中=15mm,取=250mm，則：=（+3）/12===將值代入式（）可得：= Nm手架旋轉(zhuǎn)軸的輸出功率：= Nmm 2πrad/s =手架旋轉(zhuǎn)軸強度校核公式如下： ()式中：——手架旋轉(zhuǎn)軸的扭矩，此處 = Nm；——手架旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)75176。另一個液壓缸則是在拔刀過程結(jié)束后，實現(xiàn)手架旋轉(zhuǎn)180176。雖然這種結(jié)構(gòu)工作原理很簡單，但由于驅(qū)動機構(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構(gòu)卻比較復(fù)雜。對于這個驅(qū)動機構(gòu)，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(guān)進行控制，則一般只能實現(xiàn)一種角度的旋轉(zhuǎn)。所以本設(shè)計中的手架旋轉(zhuǎn)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(yīng)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(fù)載為=60w，輸出轉(zhuǎn)速為=150r/min，轉(zhuǎn)矩為=。初算齒輪軸直徑：==根據(jù)文獻[7，]，圓錐齒輪的設(shè)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(yīng)力：由于此齒輪為硬齒面，并經(jīng)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(shè)計中取=35mm；大端模數(shù)：=35/19=按標(biāo)準(zhǔn)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