【正文】 4 4 4 16 表4 設(shè)備經(jīng)濟評價得分Table 4 Device economic evaluation score設(shè)備的經(jīng)濟評價特性 方案14的分數(shù) 1 2 3 4理想的成本（元件）制造與維護成本壽命元件耗費總分數(shù)經(jīng)濟價Y 33 2 2 10 33 3 2 11 22 2 3 9 11 3 3 8 4 4 4 4 16 顯然可以知道方案1比較適合，即采用繼電器線路進行控制。目前的加工中心換刀機械手手爪使用最多的有3種機械手，分別是單臂單手式機械手，回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手，雙手式機械手。回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手的兩手部成180176。這類的機械手可以同時抓住可拔、插位于主軸和刀庫（或運輸裝置）里的刀具，與單臂單手式機械手相比，可以縮短換刀時間。雙手式機械手的手臂運動方式有2種，一種是機械手只做往復(fù)直線運動的，這樣的機械手有雙手平行式和雙手交叉式，這樣的機械手可起運輸裝置的作用，使用于容量大、距主軸較遠的。這2種機械手向刀庫還回用過的刀具和選用新刀，均可在主軸正在加工時進行，換刀時間較短。結(jié)構(gòu)如圖4所示。刀具重量的范圍，由于溝手結(jié)構(gòu)的刀爪抓刀后，刀具的重量集中在刀爪內(nèi)圈的突起上，頂柱受力不到刀具重量的1/10，所以當(dāng)?shù)蹲ψサ逗?，由定位頂柱所提供的推力遠遠大于頂柱所受到的力，所以肯定能把刀具固定住，而不用擔(dān)心刀具會在機械手旋轉(zhuǎn)的時候掉下來。 臂部防止偏重通常臂部處于懸臂的工作狀態(tài)，在設(shè)計臂部、腕部和手部結(jié)構(gòu)時，盡量使其總的重心在支撐中心，防止對支撐中心的偏重。在回轉(zhuǎn)運動中，偏重對回轉(zhuǎn)軸附加有動壓力，其方向不斷變化，特別是高速及速度突然變化時更加明顯，這些都將引起機械手的振動，嚴重的會造成卡死。可采用鋁合金制造腕部和手部。（3）某些機械手結(jié)構(gòu)上無法避免偏重，應(yīng)加強導(dǎo)向支撐，減輕偏重對運動的影響。 改進緩沖裝置和提高配合精度機械手的緩沖裝置是保證運動平穩(wěn)和減少振動的主要措施。它可用緩沖裝置來消除。（2）機械手的緊固件在運動中受變載荷的作用必須采用防松措施。因為整體的尺寸很小，所以機械手換刀臂的軸的直徑比較小，并不適合采用鍵連接來傳動，所以采取了脹縮環(huán)這一個標(biāo)準(zhǔn)件來連接機械手換刀臂和機械手換刀臂的軸。機械手換刀臂的結(jié)構(gòu)簡圖如圖5所示。圖5機械手換刀臂Fig. 5 Robotic tool changing arm 機械手傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)第3章的介紹，我選擇凸輪換刀裝置作為傳動方案。近年來加工中心得到了廣泛的應(yīng)用。圖6 凸輪機械手換刀機構(gòu)原理圖Fig. 6 Cam robot tool changer schematic 凸輪換刀裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，它主要由驅(qū)動電動機錐齒輪平面凸輪間歇式凸輪連桿機械手等部件構(gòu)成。圖6中，平面凸輪3通過錐齒輪2連接，在驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動時，通過連桿機構(gòu)5，帶動機械手在垂直方向作左右運動，以實現(xiàn)機械手在主軸上的“拔刀”、“裝刀”動作。電氣信號盤9中安裝有若干開關(guān)，以檢測機械手實際運動情況，實現(xiàn)電氣互鎖。在驅(qū)動電動機的帶動下，176。的范圍內(nèi)，完成機械手80176。176。的范圍內(nèi)弧面凸輪、平面凸輪均不產(chǎn)生機械手運動，用于松開刀具?！?76?！?76。～176。轉(zhuǎn)位，以提高換刀速度?！?76。轉(zhuǎn)位，完成主軸與刀庫的刀具交換；176。的范圍時，兩凸輪同時動作，平面凸輪已經(jīng)開始通過連桿機構(gòu)帶動機械手進行向上運動，以提高換刀速度。起，平面凸輪帶動機械手向上運動，機械手同時將主軸、刀庫中的刀具裝入刀座；176。范圍，完成“裝刀”動作?！?76。176。的范圍內(nèi)，弧面凸輪完成機械手80176。5 運動及其動力計算 選用異步電動機的方法按負載轉(zhuǎn)矩選 加在伺服電動機軸上的負載轉(zhuǎn)距TL，應(yīng)該比電動機額定連續(xù)轉(zhuǎn)距T小。還有一部分的負載轉(zhuǎn)矩是由摩擦力所引起的。摩擦力所造成的轉(zhuǎn)矩按錐齒輪的接觸面的接觸應(yīng)力來計算。把如上計算的負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為電機軸上的轉(zhuǎn)距TL的公式為 TL=T1/i (1)式中 i—傳動比，取i=5—傳動效率，取=50%考慮傳動比則考慮到實際情況比計算時所設(shè)定條件復(fù)雜，～，也就是Ts(～) TL (2)根據(jù)計算得，,轉(zhuǎn)數(shù)、速為300r/min，最后我選用Y132S8三相異步電機，滿載轉(zhuǎn)速為710r/min。 錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 錐齒輪軸設(shè)計及校核(1) 材料及熱處理 考慮到是高速軸以及材料后，選此軸材料為Q235A，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸的材料和表，取，所以根據(jù)公式有： （3）即 由于此軸上開有一個鍵槽，所以應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱；再者直徑小于100 mm，因此。為了使所選的軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于此軸是裝有聯(lián)軸器的齒輪軸，所以結(jié)構(gòu)采用外伸梁布局，外伸部分裝聯(lián)軸器，兩軸承布置在齒輪的兩端，軸系采用兩端單向固定布置，為避免因溫度升高而卡死，軸承端蓋與軸承外圈端面留出的熱補償間隙，軸的初步結(jié)構(gòu)如下圖所示。半聯(lián)軸器與軸配合的孔徑長度為60 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，因此段的長度應(yīng)比60略小一些，現(xiàn)取。軸承端蓋的總寬度為20 mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定）。（3) 初步選擇滾動軸承。根據(jù)，選擇6308型軸承其尺寸為，因此。根據(jù)，查表，有平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度為30mm；半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為；滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。（6）求軸上載荷并做出軸的彎矩圖和扭矩圖根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖，如下圖所示。 刀臂的彎曲變形刀臂受到自身重力和刀具的重力左右，所以會有彎曲變形，如果彎曲太大，就會造成換刀時手臂和刀具的干涉，造成機器的損壞。12=1822500=E=[4]： （7）[4]： （8）[4]： （9）[4]： （10）計算得刀具重量所造成的彎曲：=60247。（2） 刀臂自身重量所造成的彎曲：=87（3）247。（2）通過以上的計算可知，換刀機械手的手臂的彎曲非常小，根本不會對實際工作造成任務(wù)影響，所以是符合要求的。圖17 懸臂梁Fig .17 IzodP的大小等于手臂和六栓槽軸的重量和，把軸等效為一個截面直徑為50mm，長度為560mm的圓柱體來計算G=G臂+G軸=87+=危險截面發(fā)生在截面B上，且Mmax=MB=P=100N=106=355Mpa=[s]所以符合要求。（1）刀具預(yù)備 在機床進行加工的同時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)作出的T代碼指令，把需要換的新刀回轉(zhuǎn)到指定位置，完成刀具的“預(yù)選”動作，為刀具交換做好準(zhǔn)備。與此同時，Z軸快速的向上運動到換刀點，刀杯旋轉(zhuǎn)90176。（3）機械手回轉(zhuǎn)夾刀 當(dāng)主軸箱到達換刀位置，同時刀庫上的刀具完成旋轉(zhuǎn)90176。轉(zhuǎn)位，兩邊的刀爪分別夾持刀庫換刀位以及主軸上的刀具。（5）刀具換位 卸刀完成后，凸輪換刀機構(gòu)在電動機驅(qū)動下，機械手旋轉(zhuǎn)180176。（6）裝刀 刀具完成換位后，凸輪換刀機構(gòu)在電動機的驅(qū)動下，機械手向上縮回，將刀庫側(cè)刀具和主軸側(cè)刀具同時裝入刀座和主軸，并且刀庫以及主軸內(nèi)的刀具夾緊裝置同時夾緊?；氐狡鹗嘉恢猛瓿蓳Q刀動作。圖18 機械手換刀順序圖Fig .18 Robotic tool change sequence diagram圖19機械手換刀順序圖Fig. 19 Robotic tool change sequence diagram圖20 機械手和主軸的位置圖Fig .20 The robot and spindle position7 結(jié)論這篇論文主要介紹了機械手的相關(guān)資料，包括加工中心和自動換刀機械手（ATC）兩部分。傳動方式的選擇是通過比較3種不同類型的傳動方案后確定的，這3中方案分別是氣動式、液壓式和凸輪聯(lián)動式，通過分析，發(fā)現(xiàn)不論是氣動式還是液壓式都要求較高的加工精度，緩沖系統(tǒng)復(fù)雜，而且成本很高，相比而言，凸輪聯(lián)動式傳動不僅結(jié)構(gòu)簡單，工藝精度要求低，而且成本非常低廉，綜上所述，選擇了凸輪聯(lián)動式作為我的傳動方式。這時，平面凸輪通過連桿，利用杠桿原理帶動刀臂軸的上下移動，而弧面凸輪通過六溝珠管和刀臂軸上的花鍵，從而帶動刀臂軸做旋轉(zhuǎn)運動。換刀的過程是這樣的，機械手先旋轉(zhuǎn)80176。完成換刀，然后手臂做垂直向上運動，新刀和舊刀同時進入主軸和刀庫的夾具里，這時，頂柱2回到原位，頂柱1恢復(fù)活動，最后，手臂反向旋轉(zhuǎn)80176。這種設(shè)計的特點是結(jié)構(gòu)簡單，換刀時間快，成本低，非常適合推廣使用。 Handbook[M]. New York, 1961: 23～42.致 謝本論文是在張嵐老師的悉心指導(dǎo)下和熱情關(guān)懷下完成的。張老師一絲不茍的作法，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖然時間較短，卻給我以終生受益無窮之道，對張老師的感激之情是無法用言語變大的。另外，畢業(yè)設(shè)計師我們大學(xué)生活中很重要的一個課題，本論文的研究和撰寫，是在張老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的。在畢業(yè)設(shè)計這段時間內(nèi)，張老師不僅也起淵博的學(xué)識理論、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、美瑞的學(xué)術(shù)洞察力使我在學(xué)術(shù)上受益匪淺，而且言傳身教，以其高尚的人格和強烈的責(zé)任心教導(dǎo)我做人做事的道理，在此，謹向他的辛勤培養(yǎng)和悉心關(guān)懷表示衷心的感