【正文】 自動換刀裝置，通常是由刀庫和機(jī)械手組成，它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖見零號圖機(jī)械手。由于臥式加工中心機(jī)床的刀庫和主軸，其相對位置距離不同，相應(yīng)的換刀機(jī)械手的運(yùn)動過程也不盡相同，它們由各種形式的機(jī)械手來完成。如圖3所示：圖3 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 Single gripper rotary robot manipulators（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卡爪，兩個卡爪有所分工，一個卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務(wù)，另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要短，如圖4所示。NNNNNNNNNNNN字?？劭郏壕牌咭痪哦惆肆懔?另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯（5）雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)與兩個單臂單爪機(jī)械手，相互配合起來進(jìn)行自動換刀。如果采用不能伸縮的機(jī)械手，由于機(jī)械手回轉(zhuǎn)時其手部回轉(zhuǎn)半徑較大，如刀庫中刀具排列較密，可能碰撞刀具，且用這種類型的機(jī)械手直接在刀庫與主軸之間換刀，只宜采用順序換刀或刀具編碼式任意選刀，不然，換刀時間將增加。 手爪的選擇機(jī)械手的手爪在抓住刀具后，還必須具有鎖刀功能，以防止在換刀過程中掉刀或刀具被甩出。對于雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手的手爪，大都采用機(jī)械鎖刀方式，有些大型加工中心，亦有采用機(jī)械液壓鎖刀方式，以保證大而重的刀具在換刀中不被甩出。但在機(jī)械手有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，為避免刀具甩脫，手爪就必須有自鎖夾持機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。這種機(jī)械手手爪的張合需要動力傳遞裝置，傳動較復(fù)雜，但手爪的結(jié)構(gòu)可較簡單?；Q形指。用這種形式的夾持機(jī)構(gòu)時，刀具需經(jīng)特殊補(bǔ)充加工，不能使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，所以使用者較少。 刀具的夾持在刀具自動交換裝置上，機(jī)械手抓刀具的方法大體上可以分為下列兩類：（1）柄式夾持（軸向夾持）（2）發(fā)蘭式夾持圖9 刀柄的型式 Handle type這種夾持方式，在刀具夾頭的前端，有供機(jī)械手用的發(fā)蘭盤。經(jīng)綜合考量，本次設(shè)計決定采用第一種夾持方式，刀柄型號為BT40。帶V形槽圓柱右端，按所裝刀具（例如鉆頭、銑刀、鉸刀及鏜桿等）不同，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可設(shè)計成不同形式。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，可以采用油缸動，活塞固定；或活塞動，油缸固定的結(jié)構(gòu)形式。圖見機(jī)械手的驅(qū)動裝置和驅(qū)動裝置外形。機(jī)械臂伸縮機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)液壓缸1（見驅(qū)動外形圖），輸出軸47，齒輪44以及齒條39和45組成（見機(jī)械手圖）。同時由左視圖中的微動開關(guān)30發(fā)出信號，以進(jìn)行下一個動作。 手爪的開合（見機(jī)械手圖）機(jī)械臂的頭部帶有固定手爪14與活動手爪18，用來夾持刀柄之用。當(dāng)彈簧頂桿3未碰到擋塊13而自由伸出時，擋桿22在彈簧作用下，其一端的斜面與活動手爪18的端部斜面臺階相靠，從而將活動手爪18鎖死。這樣，杠桿21的一端將擋桿22的斜面自活動手爪18的端部斜面滑開。與此同時，齒條45（或39）上的擋桿壓于調(diào)整螺釘而限位，同時微動行程開關(guān)動作發(fā)出下一動作的信號。為了使機(jī)械手的活動手爪18在這時能從自鎖狀態(tài)下松開，在機(jī)床床身立柱上設(shè)有固定桿35，在機(jī)械臂的一側(cè)有擋塊裝置。當(dāng)擋塊13未與固定桿35相碰時，錐孔盤4處于與鋼球5相對位置，彈簧銷11頂著端蓋10，使錐孔盤4緊靠于支架12的端面上，此時機(jī)械臂的彈簧頂桿3自由伸出，活動手爪18處于鎖死狀態(tài)。擋塊13即將機(jī)械臂上的彈簧頂桿3壓入，將活動手爪18自鎖緊狀態(tài)下松開。這時機(jī)械臂上的彈簧頂桿3又自由伸出，將活動手爪18鎖死，保證機(jī)械手將刀具拔出后，機(jī)械手能將刀具可靠地夾緊。手臂16與花鍵軸50固定連接，花鍵軸與兩個花鍵套筒49相連，后者則由固定在機(jī)床立柱上回轉(zhuǎn)座51上的兩個滾動軸承55支撐?；剞D(zhuǎn)液壓缸的結(jié)構(gòu)見第三張圖，回轉(zhuǎn)缸缸體79和上端蓋8下端蓋7定片95間均用螺釘聯(lián)接，并將它們作為一體通過上端蓋固定在立柱上。的極限位置，可由螺釘67及53限定，同時由螺釘65及68壓下微動開關(guān)69及52發(fā)出到位信號，以進(jìn)行下一個動作。液壓缸座系固定于機(jī)床立柱上，活塞桿端部有聯(lián)接件與花鍵軸相連。在液壓缸兩端設(shè)有緩沖裝置，可防止活塞與液壓缸端面的撞擊。需要提醒的是，既要保證不漏油，又要保證機(jī)械手動作靈活。這種液壓缸活塞驅(qū)動的機(jī)械手，每個動作結(jié)束之前均需設(shè)置緩沖機(jī)構(gòu)，以保證機(jī)械手的工作平穩(wěn)、可靠。為了使機(jī)械手工作平穩(wěn)可靠，除了要設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)外，還要考慮盡可能減小機(jī)械手的慣量。m因此要盡可能采用密度小質(zhì)量請的材料制造有關(guān)的零件，要盡可能的減小機(jī)械手的回轉(zhuǎn)半徑。 設(shè)計計算 手指夾緊力的計算查機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[2],手指對工件的夾緊力可按下式計算：N≥k1k2k3G kgG——被夾持工件的重量，單位kg，這里G=11kg。f = kg用與平行軸傳動的有；直齒、斜齒、圓柱齒輪、直齒、斜齒內(nèi)齒輪、直齒、斜齒緣，這些齒輪有稱為平面齒輪。用與交錯軸傳動的有：螺旋齒輪、蝸輪蝸桿和軸線偏置的錐齒輪（雙曲線齒輪）這些齒輪又稱空間齒輪。齒形標(biāo)準(zhǔn)：（摘自JB10060，JB30462）輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率近十萬千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。如一級圓柱齒輪的效率可達(dá)99%。結(jié)構(gòu)緊湊 在相同的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。這對車輛及礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于這一特點(diǎn)。齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。這種傳動外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也極易磨損，故只宜用于低速傳動。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。它與開式或半開式相比，潤滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場合。目前設(shè)計一般使用的齒輪傳動時，通常按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計算。因此，對齒輪材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。3)設(shè)計步驟：整個回轉(zhuǎn)頭回轉(zhuǎn)180176。當(dāng)回轉(zhuǎn)液壓缸動片轉(zhuǎn)動時，齒輪99帶動齒輪41轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)角的極限位置可由螺釘限定，同時有微動行程開關(guān)發(fā)出到位信號，其運(yùn)動的計算公式為：φ41/φ99=Z2/（Z1+Z2） （3）式中φ41 回轉(zhuǎn)頭的回轉(zhuǎn)角度φ99回轉(zhuǎn)缸動片的轉(zhuǎn)角Z1齒輪41的齒數(shù)Z2齒輪99的齒數(shù)由于在這里φ44=180176。即：180176。= Z2/（Z1+Z2）解得：兩齒輪的齒數(shù)比μ= Z2/Z1=（1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)直齒圓柱齒輪傳動。材料選擇。選小齒輪齒數(shù)為Z1=24,大齒輪齒數(shù)Z2=μZ1=24=,取Z2=43。1)/μ](ZE/[σH])2}1/3 （4）a確定公式內(nèi)各計算式數(shù)值試選載荷系數(shù)Kt=計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=105P1/n1=10530/ =選取齒寬系數(shù)φd＝1材料的彈性影響系數(shù)ZE =按齒輪齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σHlim1 =600MPa。由式1013計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=6014601（2830015）=109N2=109/=109 接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1 =。1)/μ](ZE/[σH])2}}1/3 ={(105/1)[(+1)/]()2}1/3 =計算圓周速度vv=πd1tn1/601000=π1460/601000m/s=（5）計算齒寬bb=φdd1t=1= （6）計算齒寬與齒高之比b/h模數(shù) mt=d1t/ Z1=（7）齒高 h=== （8）b/h=計算載荷系數(shù)根據(jù)v=,6級精度,由此得動載荷系數(shù)：KV=。 （9）由機(jī)械設(shè)計[3]表102可查得使用系數(shù)：KA=1。故載荷系數(shù)：K=KAKVKHαKHβ=1= 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由機(jī)械設(shè)計[3]式（1010a）得d1= d1t(K/Kt)2/3=()2/3㎜=㎜ （11）計算模數(shù)mm=d1/ Z1=㎜=㎜ （3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計查機(jī)械設(shè)計[3]得彎曲強(qiáng)度計算的設(shè)計公式為m≥[(2KT1/φd Z12)(YFaYSa/[σF])]1/3 （12）a 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由機(jī)械設(shè)計[3]圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：σFE1=500Mpa大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：σFE2=380Mpa查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：KFN1=KFN2=計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)：S=由式得[σF]1= KFN1/σFE1=500/= （13）[σF]2= KFN2/σFE2=380/= （14）計算載荷系數(shù)K=KAKVKFαKFβ=1= （15）查取齒形系數(shù)由機(jī)械設(shè)計[3]表105 查得：YFa1=YFa2=查取應(yīng)力校正系數(shù)由機(jī)械設(shè)計[3]表105查得：YSa1 =YSa2=計算大、小齒輪的YFaYSa/[σF]并加以比較YFa1YSa1/[σF]1 =（16）YFa2YSa2/[σF]2=大齒輪的數(shù)值大。按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=,算出小齒輪齒數(shù)：小齒輪齒數(shù)：z1= d1/m=大齒輪齒數(shù)：z2=μz1=32=取z2=58這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。另外，機(jī)械手臂的伸出和縮回是通過齒輪齒條傳動進(jìn)行的，其設(shè)計過程與此相似，由于受篇幅的限制，這里就不再敘述設(shè)計步驟。組成軸系的主要零件軸、軸承、聯(lián)軸器等稱為軸系零件。（2）選擇軸的材料。（4）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。（6）校核鍵、軸承、聯(lián)軸器等的強(qiáng)度或壽命。軸是組成機(jī)械的一個重要零件。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成了一個以軸為基準(zhǔn)的組合體——軸系部件。按結(jié)構(gòu)形狀分為：光軸、階梯軸、實心軸、空心軸等。設(shè)計軸時應(yīng)考慮多方面的因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛度。軸的常用材料軸的材料種類很多，設(shè)計時主要根據(jù)對軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。對于受力較大，軸的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的軸，可采用合金鋼。軸一般由軋制圓鋼或鍛件經(jīng)切削加工制造。