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2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)小型加工中心自動(dòng)控制換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)系 、 部： 機(jī)械工程系 學(xué)生姓名： 陳志蛟 指導(dǎo)教師： 陳豐峰 職稱 副教授 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)： 機(jī)本 0704 完成時(shí)間： 2011 年 5 月 20 日 1摘 要本論文介紹的是小型加工中心換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)。機(jī)械手在當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用的廣泛程度世人都有目共睹，隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，在某些工作條件復(fù)雜和危險(xiǎn)的情況下，機(jī)械手可以代替人類(lèi)進(jìn)行各種工作。對(duì)于機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)很多，它可以代替人類(lèi)高效而且精確的工作，這是最重要的一點(diǎn)。所以，為適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，在機(jī)械手的設(shè)計(jì)方面國(guó)家投入了大量的人力物力。機(jī)械手的種類(lèi)很多，在本次設(shè)計(jì)中機(jī)械手選用回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手。它的主要?jiǎng)幼魇菍C(jī)床主軸上的刀具與刀庫(kù)或刀具傳送裝置上的刀具進(jìn)行交換，其動(dòng)作循環(huán)為：拔刀─新舊刀具交換─裝刀?；剞D(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手刀具交換裝置具有換刀時(shí)間短、動(dòng)作靈活可靠等.應(yīng)用最為廣泛?；仡檾?shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段，六代的發(fā)展歷程。第一個(gè)階段叫做 NC 階段，經(jīng)歷了電子管、晶體管、和小規(guī)模集成電路三代。數(shù)控系統(tǒng)是加工中心的控制中心，它主要由（CNC） 、可編程控制系統(tǒng)(PLC)、伺服系統(tǒng)構(gòu)成。本次設(shè)計(jì)是運(yùn)用可編程控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)換刀機(jī)械手進(jìn)行控制的。關(guān)鍵詞: 加工中心；換刀機(jī)械手；PLC 2AbstractThis paper introduces the design of the tool changing-manipulator of the small machines centertool changing-manipulator is one of the main components of the automatically-trading-knife installment. Robotic applications in today's machinery industry are obvious to the extent of the world, with modern CNC technology, working conditions in some of the complex and dangerous situation, the robot can replace humans in a variety of work. The robot has many advantages, it can replace the human efficient and precise work, this is the most important point. Therefore, in order to meet the requirements of the times, in the design of the manipulator state has invested a great deal of manpower and resources.There are a lot of types of tool changing-manipulators. The tool changing-manipulator of this design adopts the two arms manipulator of turn-over type in this design。It is main movement is carries on the machine tool of main axle on cutting tool and the tool storage or exchanging the cutting tool in the transport installment. Its operating cycle is: to draw the tool - exchanging the new and the old cutting tool - to fix the tool. The two arms manipulator of turn-over type exchange installment has trade the knifetime short, the movement is nimbly and reliably and so on . The two arms manipulator of turn-over type is widely used in the machining centre. The numerical control system is the centeral of control in the processing center, which is conclude computer numerical control installment, the programmable control system, the servosystem. That capital is designed time is to control apply the programmable control to come to command the tool changing-manipulator. Keywords: machining center；tool changing-manipulator；programmable control (PLC) １1 緒 論1.1 數(shù)控技術(shù)的基本概念1.1.1 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展概況回顧數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段，六代的發(fā)展歷程。第一個(gè)階段叫做NC 階段，經(jīng)歷了電子管、晶體管、和小規(guī)模集成電路三代。自 1970 年開(kāi)始小型計(jì)算機(jī)開(kāi)始用于數(shù)控系統(tǒng)就進(jìn)入了第二個(gè)階段，叫做 CNC 階段，成為第四代數(shù)控系統(tǒng)：從 1974 年微處理器開(kāi)始用于數(shù)控系統(tǒng)即發(fā)展到第五代。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)從性能到可靠性都得到了根本性的提高。實(shí)際上從 20 世紀(jì)末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專(zhuān)用封閉的系統(tǒng)，而第六代——開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)將代表著數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。1.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成及特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的組成以一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床為例，它是由 X、Y、Z 三個(gè)坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的立式數(shù)控銑床。它包括信息輸入,運(yùn)算控制(數(shù)控裝置),伺服驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)反饋,機(jī)床本體,機(jī)電接口等部分。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床上一種新型的自動(dòng)化機(jī)床,它具有廣泛的通用性和很高的自動(dòng)化程度.數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備,是柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的基本單元.數(shù)控機(jī)床在如下一些零件的加工中,更能顯示出它的優(yōu)越性,它們是:①小批量而又輪番生產(chǎn)的零件;②幾何形狀復(fù)雜的零件；③在加工過(guò)程中必須進(jìn)行多種工序加工零件；④切削余量大的零件；⑤必須嚴(yán)格控制公差(即公差帶范圍很小)的零件；⑥工藝設(shè)計(jì)會(huì)經(jīng)常變化的零件；⑦加工過(guò)程中的錯(cuò)誤會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件；⑧需全部檢測(cè)的零件,等等。數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)（一） 按運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)分類(lèi)1、點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床對(duì)于一些加工孔用的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控鉆床，數(shù)控銑床，數(shù)控鏜床，數(shù)控沖床，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，印刷電路板鉆床等。2、直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制的數(shù)控機(jī)床是指控制機(jī)床工作臺(tái)或刀具以要求的進(jìn)給速度，沿著平行２于坐標(biāo)軸的方向精心直線移動(dòng)和切削加工。如數(shù)控車(chē)床、某些數(shù)控鏜銑床和加工中心等。3、輪廓控制的數(shù)控機(jī)床可以加工斜線、曲線、曲面的數(shù)控機(jī)床,如數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等。（二） 按伺服系統(tǒng)的類(lèi)型分類(lèi)1、 開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床該類(lèi)機(jī)床沒(méi)有位置檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)流向是單向的，精度主要決定于驅(qū)動(dòng)元件和電機(jī)的性能。2、閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床該類(lèi)機(jī)床數(shù)控裝置中插補(bǔ)器發(fā)出的位置指令信號(hào)與工作臺(tái)上檢測(cè)到的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行誤差修正，直到差值為零停止運(yùn)動(dòng)。1.2 數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，由此組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)。80 年代末，我國(guó)還在一定范圍內(nèi)探索實(shí)施 CIM，且取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)和教益。90 年代我國(guó)加強(qiáng)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)控系統(tǒng)的研制工作，而且取得了一定成效,如在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、高精度車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿形系統(tǒng)、中低檔數(shù)控系統(tǒng)等方面都取得了較好的成果。實(shí)際上從 20 世紀(jì)末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專(zhuān)用封閉的系統(tǒng)，而第六代——開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)將代表著數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)為了在越來(lái)越激烈的全球巿場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并相繼提出了多種全新的制造模式。如集成制造、柔性制造、智能制造、數(shù)字制造、網(wǎng)絡(luò)制造等，其目標(biāo)不外乎提高制造的效率和精度，以及增加加工的適應(yīng)性和降低生產(chǎn)成本。數(shù)控機(jī)床(系統(tǒng))作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)單元，其功能的強(qiáng)弱和性能的好壞決定著上述制造模式的成敗。為適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過(guò)程，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革。在體系結(jié)構(gòu)方面，數(shù)控系統(tǒng)已基本上實(shí)現(xiàn)由專(zhuān)用型封閉式結(jié)構(gòu)模式向通用型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)模式的轉(zhuǎn)型，并向基于 PC 的全數(shù)字化體系結(jié)構(gòu)發(fā)展；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)可方便地與 CAD/CAM 集成為一體，數(shù)控機(jī)床的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，使得車(chē)間網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控、維護(hù)與管理變成了現(xiàn)實(shí)；在數(shù)控系統(tǒng)的高速、高精、高效控制方面，也采取了很多措施，如高速下的平滑控制算法、提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力、提高反饋和控制環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)分辨率等，獲得了不錯(cuò)的效果；在智能化控制方面，通過(guò)采樣加工過(guò)程中影響產(chǎn)品加工質(zhì)量的外部變３量，實(shí)現(xiàn)了加工參數(shù)的自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償，有效提高了 CNC 的工作效率。 數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)向基于 PC 的全數(shù)字化開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展高速、高精度已成為高檔數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn)，速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。高速、高精度數(shù)控機(jī)床是多品種、變批量加工環(huán)境下保持高效與柔性統(tǒng)一的必要工具。智能化控制是提高數(shù)控加工效率的有效手段。高檔數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石，是保證國(guó)防工業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略物資，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家至今仍限制向中國(guó)出口。目前，國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化速度已經(jīng)嚴(yán)重制約了自主高端數(shù)字化裝備的研制，在航空航天、船舶、發(fā)電設(shè)備、軌道交通等所需的大型專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床及工藝裝備基本依賴進(jìn)口，已嚴(yán)重威脅到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防安全，加快高檔數(shù)控系統(tǒng)的研究與產(chǎn)業(yè)化迫在眉睫。1.4 加工中心的概況1.4.1 加工中心的定義加工中心(Machining Center)是由機(jī)械設(shè)備和數(shù)控組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。1.4.2 加工中心的組成從主體上看，加工中心主要由以下幾部分組成：（1）基礎(chǔ)部件基礎(chǔ)部件是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，它主要由床身，工作臺(tái)，立柱三部分組成。這三部分不僅要承受加工中心的靜載荷，還要承受切削加工時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷。所以要求加工中心的三大部件必須要有足夠的剛度，因此它們是鑄造而成的。（2）主軸部件主軸部件是由主軸電機(jī)，主軸箱，主軸。主軸軸承等部件組成，主軸是加工中心切削加工的功率輸出部件。它的啟動(dòng)，停止，變速，變向等動(dòng)作均是由數(shù)控系統(tǒng)控制的。主軸的旋轉(zhuǎn)精度和定位的準(zhǔn)確性，是影響加工中心加工精度的重要因素。（3）數(shù)控系統(tǒng)加工中心的數(shù)控系統(tǒng)由 CNC 裝置、可編程序控制器和伺服系統(tǒng)以及面板操作系統(tǒng)組成，它是執(zhí)行順序控制動(dòng)作和加工過(guò)程的控制中心。CNC 裝置是一種位置控制系統(tǒng)，其控制過(guò)程是根據(jù)輸入的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算，獲得理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件，加工出所需要的零件。（4）自動(dòng)換刀系統(tǒng)換刀系統(tǒng)主要由刀庫(kù)和換刀機(jī)械手組成，如需要進(jìn)行換刀時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由機(jī)械手從刀庫(kù)中取出所需要的刀具裝入主軸孔內(nèi)，然后再把換下來(lái)的刀具放入刀庫(kù)。４（5）輔助裝置包括潤(rùn)滑、冷卻、防護(hù)、排屑、渡壓、氣動(dòng)和檢測(cè)系統(tǒng)等部分。這部分雖然不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但是也是加工中心不可缺少的部分。對(duì)加工中心的加工精度、加工效率和可靠性起著保障作用。1.4.3 換刀機(jī)械手的介紹及其組成現(xiàn)在,工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單復(fù)雜的操作方面節(jié)省人力,其效益是代替人從事繁重的工作和危險(xiǎn)的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯。至于在汽車(chē)工業(yè)和電子工業(yè)之類(lèi)的費(fèi)工的工業(yè) 部門(mén)，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說(shuō)是很好的。雖然這些工業(yè)部門(mén)工時(shí)不足的問(wèn)題很尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門(mén)的要求，適于機(jī)械手工作的范圍很小。另外經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的，然而，利用機(jī)械手或類(lèi)似機(jī)械設(shè)備節(jié)省和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)增長(zhǎng)。工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成：a 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分(手部)，腕部，肩部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。b 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。c 控制系統(tǒng)有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷(xiāo)板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制,微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，采用凸輪，磁盤(pán)磁帶，穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。d 基體(機(jī)身)基體是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。1.4.4 換刀機(jī)械手的類(lèi)型自動(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)、換刀機(jī)械手、刀具傳送裝置、刀具編碼裝置、識(shí)刀器等五個(gè)部分組成。在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械手的形式也是多種多樣，常見(jiàn)的有以下形式。1. 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀，其手臂上只有一個(gè)卡爪，不論在刀庫(kù)上或是在主軸上，均靠這個(gè)卡爪來(lái)裝刀及卸刀，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)，如圖 1-a 所示。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(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪有所分工。一個(gè)卡爪只執(zhí)行從主軸５上取下“舊刀”送回刀庫(kù)的任務(wù)，另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出“新刀”送到主軸的任務(wù)。其換刀時(shí)間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要少，如圖 1-b 所示。3．雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩臂上各有一個(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪可同時(shí)抓取刀庫(kù)及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn) 180°后又同時(shí)將刀具放回刀庫(kù)及裝入主軸。這種機(jī)械手換刀時(shí)間較以上兩種單械手均短，是最常用的一種形式。圖 1-c 右邊的機(jī)械手在抓取或?qū)⒌毒咚腿氲稁?kù)及主軸上，兩臂可伸縮。4．雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，它們互相配合進(jìn)行自動(dòng)換刀。其中一個(gè)機(jī)械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)由刀庫(kù)中取出“新刀”裝入機(jī)床主軸，圖 1-d 所示。5．雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩手臂可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定的角度。一個(gè)手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)手臂由刀庫(kù)中取出“新刀”裝入主軸。整個(gè)機(jī)械手可沿某導(dǎo)軌直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)由刀庫(kù)與主軸間的運(yùn)刀工作，如圖1-e 所示。6．雙臂端面夾緊式機(jī)械手這種機(jī)械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來(lái)抓取刀具，這種機(jī)械手則是靠夾緊刀柄的兩個(gè)端面來(lái)抓取的，如圖 1-f 所示。最常用的一種換刀機(jī)械手形式，動(dòng)作簡(jiǎn)單。６圖 1 機(jī)械手的形式72 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械手手臂和手爪的設(shè)計(jì)2.1.1 手爪口的計(jì)算加工中心供自動(dòng)刀具交換裝置使用的是通用刀柄 N0.40；N0.45；N0.50 三種類(lèi)型，我本次設(shè)計(jì)的是小型加工中心,故選用 N0.40。其型式如下圖所示,尺寸如表 1 所示。 表 1 自動(dòng)換刀機(jī)床用 7:24 圓錐刀具柄部尺寸(GB/T 10944-1989)柄部型號(hào) 椎體 螺紋孔40# D144.45I168.40R1.2I232I343I48.2d117d219GM16R11柄部型號(hào) 凸緣40# D456025D563.55X3.75Y3.2F15.9T22.8T125J18.5B16.1R21圖 2 刀具結(jié)構(gòu)與尺寸因?yàn)?，故測(cè)量與刀柄槽相對(duì)位置如圖 3 所示。6572.306.58.7D?????8圖 3 測(cè)量與刀柄槽相對(duì)位置兩測(cè)量棒中心距為 ，故672.065.D???587OP?”1.cos60OP?’752??’由圖 2-2 可知： ''sin60?““POtg?'“' 1.752()2(0.86)7.0siY tg????????47.066DhXtgtg???? ?則手爪口的型式與尺寸與 N0.40 相匹配。如圖 4 所示，9圖 4 手爪口結(jié)構(gòu)圖形'''5'4' 2.86703.516.XmYDb??這里應(yīng)該有 ( 按彈簧鎖輪結(jié)構(gòu)取)。Ff2.1.2 手爪鎖的設(shè)計(jì)與計(jì)算當(dāng)?shù)侗皇肿ψプ。吹毒咻S線與手爪口中心點(diǎn)重合）時(shí)，彈簧瑣輪在彈簧的作用下把刀柄鎖緊，使刀具不會(huì)從手爪口中脫落，其形式如圖 5 所示。圖 5 刀具與銷(xiāo)的配合圖1—彈簧；2—活動(dòng)銷(xiāo)；3—刀具；4—長(zhǎng)銷(xiāo)；10手爪在抓刀時(shí)，隨傳動(dòng)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，主軸及刀庫(kù)附近的凸臺(tái)壓下長(zhǎng)銷(xiāo) 4，活動(dòng)銷(xiāo)（即彈簧鎖輪）被解鎖。手爪欲抓住刀柄，使手爪口中心與刀具中心線重合，達(dá)到圖示位置，刀柄反作用力活動(dòng)銷(xiāo)使其壓縮彈簧 1 向左運(yùn)動(dòng)至極限位置后手柄已進(jìn)入手爪口，此時(shí)活動(dòng)銷(xiāo)向右運(yùn)動(dòng)至手爪口中心與刀具中心軸線完全重合，回到初始狀態(tài)，刀柄被鎖住，抓刀結(jié)束，可以進(jìn)行拔刀動(dòng)作，而在抓刀時(shí)，整個(gè)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度較小，故刀柄壓活動(dòng)銷(xiāo)受力簡(jiǎn)化等效如圖 6 所示。圖 6 結(jié)構(gòu)形式圖系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，機(jī)械手由原始位置轉(zhuǎn)過(guò) 90?以實(shí)現(xiàn)抓刀動(dòng)作，而兩手爪上的長(zhǎng)銷(xiāo) 4 分別被主軸前端面和刀庫(kù)上的擋塊壓下，使軸向開(kāi)有長(zhǎng)槽的活動(dòng)銷(xiāo) 2 在彈簧的作用下移動(dòng)頂住刀具。機(jī)械手拔刀時(shí)，長(zhǎng)銷(xiāo) 4 與擋塊脫離接觸，鎖緊銷(xiāo) 2 被彈簧 3 彈起，使活動(dòng)銷(xiāo) 4 頂住刀具不能后退，這樣機(jī)械手在回轉(zhuǎn) 180?時(shí)，刀具不會(huì)甩出。當(dāng)機(jī)械手上升插刀時(shí)，長(zhǎng)銷(xiāo)又被擋塊壓下，松開(kāi)刀具，機(jī)械手便可反轉(zhuǎn)復(fù)位。設(shè)計(jì)手爪口端點(diǎn) 到手爪中心軸線垂直距離為 7mm，抓刀初始位置時(shí)， 最小，3O 1F最大，抓刀過(guò)程中， （ 與手爪中心軸的夾角）逐漸減小， 逐漸增大，2F??2逐漸減小至 、 、 三點(diǎn)一線時(shí) 最大， 最小，之后 逐漸增大至活動(dòng)銷(xiāo)231F21還原至初始位置被鎖緊銷(xiāo)鎖住為抓刀完畢， 不應(yīng)過(guò)大，過(guò)大 就會(huì)偏小， 就??2會(huì)偏大， 過(guò)小無(wú)法壓縮彈簧使活動(dòng)銷(xiāo)移動(dòng)， 過(guò)大也會(huì)阻礙刀柄進(jìn)入手爪口，1 2不應(yīng)過(guò)小，過(guò)小 就會(huì)偏大， 就會(huì)偏小，鎖輪便無(wú)法緊固刀柄，刀柄容易脫??1F2落。即取 ,鎖輪輪子的直徑（即活動(dòng)銷(xiāo)直徑） ，則有：25?? 1dm?'51237.DdO??活動(dòng)銷(xiāo)的滾輪中心到手爪中心軸線的垂直距離為：11'212sin5.96Om??，'12cos534.26Om???則活動(dòng)銷(xiāo)的行程 a：'1237.4.3.5??活動(dòng)銷(xiāo)上的行程槽應(yīng)大于活動(dòng)銷(xiāo)行程加上長(zhǎng)銷(xiāo)直徑，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取長(zhǎng)銷(xiāo)直徑 。02.1d???則行程槽長(zhǎng)： （取 ） ，卡銷(xiāo)材料為 35 鋼，熱處理硬2.lam???1l?度 ，表面氧化處理的 A 型圓柱銷(xiāo)（GB119-86）卡銷(xiāo)直徑選 8mm (由機(jī)械83HRC?設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版，吳宗澤主編)根據(jù)配合原理，則行程槽寬 。我們0.18b??可以設(shè)活動(dòng)銷(xiāo)主體寬 ，高 ，長(zhǎng) ，活動(dòng)銷(xiāo)尾部到鎖輪輪21b25h240lm子中心距 。34lm?2.2 彈簧的選擇與設(shè)計(jì)彈簧主要分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧四種。按照彈簧形狀又可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、板彈簧、盤(pán)簧等。因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)中彈簧受到的壓力不大，選擇材料為Ⅱ類(lèi)碳素彈簧鋼絲，普通圓柱螺旋彈簧鋼絲，初選直徑。彈簧中徑 （GB/1358-78）查表 30.2-4 的許用應(yīng)力 ，1.4dm?29Dm? ]0.4Pb???Ⅱ切面模量 80GPa。又根據(jù)彈簧材料直徑 ,由表 30.2-4 得，彈簧鋼絲的1.4dm?抗拉強(qiáng)度 。63bM?[]0.4.863752bMPa???Ⅱ那么旋繞比 ,曲度系數(shù)由得21Cd,所以得出彈簧能夠承載的最大載荷1.2k? n[]8nPkc???Ⅱ（1） 221.475.6.32836ndp????pⅡ「 」 （ N）校核彈簧截面材料的直徑1.6[]nPkc??Ⅱ（2） .32.431.6. 1.4[]75nPkcd m???????Ⅱ故初選合理。2.3 手爪的整體尺寸設(shè)計(jì)1. 首先考慮手爪部件的主要尺寸，設(shè)計(jì)如下：手爪總長(zhǎng) 82mm ,活動(dòng)銷(xiāo)中心到聯(lián)接螺釘中心的距離為 89mm.手爪總的內(nèi)道寬分12別為: , .'2.86Xm?'7.0Y?2. 從螺釘?shù)綑C(jī)械手手臂中心的距離為 87mm,寬度為 95mm,厚度為 16mm.因此機(jī)械手的總長(zhǎng)度為（65+89+87）×2=482mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定機(jī)械手臂的材料為 45 鋼，彎曲許用應(yīng)力 ，在工[]10MPa??作過(guò)程中，主要受橫向彎曲應(yīng)力，最大正應(yīng)力 發(fā)生在彎矩最大的截面上，且離max?中性軸最遠(yuǎn)處。maxax[]MW???3232363(0.951)0.611 4.05()26bhIZ m??????設(shè)刀具及手爪之重為 10g，由前面可知承受重力到機(jī)械手臂中心的距離為241mm,因此：3109.82410.8()MFSNm????max65.[]10.MPaPaW???因此設(shè)計(jì)達(dá)到要求且合理。2.4 本章小結(jié)本章主要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了設(shè)計(jì),機(jī)械手主要由手臂、手爪、手爪口三部分組成。結(jié)合所學(xué)的知識(shí)和資料對(duì)手臂、手爪、手爪口進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，設(shè)計(jì)中彈簧和活動(dòng)銷(xiāo)也起到了重要的作用，我對(duì)這兩個(gè)部件進(jìn)行了初步估算和選擇，彈簧是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上面來(lái)選擇的。初步設(shè)計(jì)出機(jī)械手爪部分的整體尺寸并對(duì)它的受力情況進(jìn)行了校核。133 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 液壓傳動(dòng)的概述液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系的，兩者往往同時(shí)進(jìn)行，相互協(xié)調(diào)。主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的使用要求是設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的依據(jù)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除了應(yīng)滿足主機(jī)要求的功能和性能外，還必須符合質(zhì)量輕、體積小、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便及工作可靠等要求。因此設(shè)計(jì)開(kāi)始，首先必須搞清楚下列問(wèn)題：1. 機(jī)概況：用途、主要結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)及性能、作業(yè)環(huán)境、工藝流程、總體布局；2. 液壓系統(tǒng)應(yīng)完成那些動(dòng)作，動(dòng)作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；3. 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式,運(yùn)動(dòng)速度；4. 各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；5. 對(duì)調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；6. 自動(dòng)化程度、操作控制方式的要求；7. 對(duì)防火、防爆、周?chē)橘|(zhì)、環(huán)境溫度、風(fēng)沙與塵埃、外界沖擊振動(dòng)、安全可靠性的要求；8. 對(duì)效率、成本等方面的要求。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)，可以是充分發(fā)揮其組成元件的工作性能，也可以是著重追求其工作狀態(tài)的絕對(duì)可靠。前者著眼于安全；實(shí)際的設(shè)計(jì)工作則常常是這兩種觀點(diǎn)不同程度的組合。為此，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)迄今仍沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的統(tǒng)一步驟，往往隨著系統(tǒng)的繁簡(jiǎn)，借鑒的多寡，設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的不同而做法上呈現(xiàn)出差異來(lái)。下圖這種設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和一般流程。這里除了最末一項(xiàng)外全都是屬于性能設(shè)計(jì)的范圍。這些步驟相互關(guān)聯(lián)，彼此影響，因此常需要穿插進(jìn)行，交叉展開(kāi)。最末一項(xiàng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，則須要仔細(xì)查閱產(chǎn)品樣本、手冊(cè)和資料，選定元件的結(jié)構(gòu)和配置的型式，才能布局繪圖。14圖 7 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)流程3.2 液壓缸的設(shè)計(jì)3.2.1 液壓缸的載荷組成及計(jì)算設(shè)機(jī)械手抓刀重約 20Kg，作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷，導(dǎo)軌的摩擦力和由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力。 wgafF??（3） （1）常見(jiàn)的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力，切削力，擠壓力等，而該設(shè)計(jì)中只有重力： 209.86()gmN??（2）導(dǎo)軌摩擦載荷 fF（ 的取值參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 37.5-2） .1()fg??（3）慣性載荷 a一般機(jī)械取 ，所以，20Gvt????（ ） stv5.1~0/??1968()WFN?除外載荷 外，作用于活塞桿上的載荷 還包括液壓密封處的摩擦阻力 ，一般估FmF算為：15(1)mF???（4）液壓缸的機(jī)械效率，一般取 ； 95.0~則： 284()0.9WmN???(1)(280F?? 液壓缸不同負(fù)載時(shí)的工作壓力表 2 如下：表 2 液壓缸不同載荷時(shí)的工作壓力表載荷 410N0.5?1~.23~5?工作壓力 MP8?5.47~?故取工作壓力 .51a??3.2.2 升降缸的設(shè)計(jì) 圖 8 為活塞桿受壓狀態(tài)，圖 9 為受拉狀態(tài)圖 8 活塞桿受力圖（a）圖 9 活塞桿受力圖(b)活塞桿受壓時(shí)：，12WmFPA???活塞桿受拉時(shí)： 121式中 1A——無(wú)桿腔活塞有效作用面積；2——有桿腔活塞有效作用面積； 1P——液壓缸工作腔壓力；162P——液壓缸回油壓力；一般液壓缸在受力狀態(tài)下工作，其活塞面積為：211FA??（5） 運(yùn)用 和 關(guān)系令 ，其值是由下表選擇。如表 3 所示：1A20.5dD?表 3 按工作壓力選取 d/D工作壓力 MPa ＜5.0 5.0~7.0 ＞7.0d/D 0.5 ~ 0.55 0.62 ~ 0.70 0.7所以可以得出活塞的直徑：2143.()FDP???（6） 2 2148503.().4(0.9(1.)FD mP??? ??所以 ， （ 與 的值是在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 37.5-5 和 37.5-3 選取的） ， 05dm1根據(jù)所計(jì)算出的結(jié)果表 4 中選擇標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。表 4 活塞桿和液壓缸直徑速比 缸徑1.4624022502863354580455690566010060701106380速比 缸徑1.46212570901408010016090100180100125200110140220125250140所以選擇 ， 。80Dm?45d活塞桿直徑的強(qiáng)度在高壓系統(tǒng)中要進(jìn)行校核：17642481.93.10Fdm??????「 」?「 」——活塞桿材料的許用應(yīng)力，初選材料為 20 鋼，則許用應(yīng)力為 80MPa。又根據(jù)設(shè)計(jì)需要， （軸承的配合，螺釘?shù)陌惭b等）此活塞桿為空心桿。令空心桿內(nèi)徑 ，空心桿外徑 。52dm?'72dm由于 ttTW?空實(shí)（7） “2'4“11()6dd??——空心桿直徑；——空心桿內(nèi)徑； 'd——空心桿外徑； tW——抗扭矩截面系數(shù)；所以有 “64.71.98dm??空心桿壁厚。 ' 72510dm????則設(shè)計(jì)符合要求。3.2.3 油缸壁厚的設(shè)計(jì)對(duì)于低壓系統(tǒng)或當(dāng) 時(shí)，油缸的壁厚有：16AL???2[]yPAL??（8） ——缸筒試壓力，當(dāng) 時(shí)， ，當(dāng) 時(shí)， yP16n?.5yn?16nP?.25ynP?[ ]——缸筒材料的許用應(yīng)力，20 鋼，[ ]=100Mpa,所以，?，6.80.482[]yPALm?????根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取 。8m?3.2.4 油缸長(zhǎng)度的確定液壓缸的缸筒長(zhǎng)度由最大工作行程決定，缸筒的長(zhǎng)度一般最好不超過(guò)其內(nèi)徑 20倍。即 ，設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上給定了伸縮單行程為L(zhǎng)240~1680)3~2(??100m，即取 L=135mm。183.2.5 油口直徑的計(jì)算液壓缸的油口直徑根據(jù)活塞最高運(yùn)動(dòng)速 V和油口最高液流速度 而定，'V0'.13dD?（9）因?yàn)?，其中 ， ； 1210.68VA?214A?24d?式中 ——無(wú)桿腔活塞有效作用面積；1——有桿腔活塞有效作用面積；2——活塞直徑 （ ） ；Dm——活塞桿直徑 （ ） ；d由行程 L 初定換刀過(guò)程所用時(shí)間為 1 秒,則平均速度為 0.135m/s。令無(wú)肛腔進(jìn)油速，則有桿腔進(jìn)油速度 。10.Vms?20.6Vs?所以 ，液流速度 大小等于有桿腔進(jìn)油2ax1.8V? 'V速, 即 .'.6/故。30' 0.1.30.1.36dDm????3.2.6 缸底厚度計(jì)算（缸底有油孔）因?yàn)榭紤]到缸底有油孔，所以計(jì)算公式有：圖 10 液壓缸缸底00.43[]()yPDhd???（10）式中19h——缸底厚度； D——液壓缸內(nèi)徑；yP——試驗(yàn)壓力； ——缸底材料許用應(yīng)力；選取材料為 20 無(wú)縫鋼管，[]?[]10MPa??。6330 1.50810.43.4804.8[]() (.)yhD md ??????? ?3.3 液壓回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì)3.3.1 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑的計(jì)算作用在動(dòng)片上的載荷力矩 有以下關(guān)系：M驅(qū)， Z??驅(qū) 回封 慣（11）式中——工作阻力矩（ ）Z /kgcms?——所有回轉(zhuǎn)缸密封處的摩擦阻力矩（ ）M慣 /kgcms?， ，'“??封 封 封 '1bPR??封， ；12()cdrF?封 2r??——參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩慣（ ） ； ； /kgcms? tJ?/0??慣（12）?——齒輪回轉(zhuǎn)時(shí)，在啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角加速度（ ） ；2/rads——角速度變化量（ ） ， ；w?/rads2/??w——啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間，一般為 令 ；t )5.0~1.(?tt1.0??0J——參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)零部件，對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ）2kgcm?；20GeJg??——參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的刀柄對(duì)重心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） ；2?——刀柄與機(jī)械手的總重量（ ） ；kge——刀柄與機(jī)械手的重心到回轉(zhuǎn)軸的距離（ c）由理論力學(xué)得公式 ，則 201MlJ?1201(4820)95.Jkgm????stv /36./95/0???慣202()RrbMbPdRr????回 回 回（13） 由于背壓力有如下規(guī)定：回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速閥背壓力為 0.2-0.5MPa，回油路中設(shè)有背壓閥的系統(tǒng)背壓力為 0.5-1.5MPa，采用輔助油泵的閉式回路背壓力為1-1.5MPa。故 取 0.6MPa 。 P回回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩 ，'M驅(qū)' 2()RrpdMbD????驅(qū)回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D的計(jì)算：根據(jù) '驅(qū) 驅(qū)2()8pbDd??驅(qū)2M?驅(qū)（14）式中 D——回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑（ m） ；驅(qū) ——作用在動(dòng)片的外載荷力矩；p——回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（ Pa） ；b——?jiǎng)悠瑢挾龋?） ；d——輸出軸與動(dòng)片聯(lián)接處的直徑（ ） ；初步設(shè)計(jì)時(shí)按選取。5.2~1/?dD為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷與動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度，選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度）時(shí)，可選用 2bDd??——回轉(zhuǎn)液壓缸的內(nèi)徑（ m） ；由于慣性力矩必須大于所有摩擦力矩才能使回轉(zhuǎn)葉片動(dòng)，即 2M??回慣所以由以上代數(shù)式子可以得到： 307.85Md?，962回代入上面的式子得，得出： ；根據(jù)所選花鍵軸與之配合取 ，031.4dcm? 036dm?則 ， 。002.5.369Dd???0.34b?213.3.2 回轉(zhuǎn)缸壁厚的計(jì)算對(duì)于低壓系統(tǒng)或當(dāng) 時(shí)，回轉(zhuǎn)缸的壁厚有：16AL???2[]yPAL??（15） ——缸筒試壓力，當(dāng) 時(shí)， ，當(dāng) 時(shí)， yP16n?.5yn?16nP?.25ynP?[ ]——缸筒材料的許用應(yīng)力，20 鋼，[ ]=100Mpa；?50' 6.90.42[]1yPDm????由于設(shè)計(jì)需要，雖其工作壓力較小，為了滿足穩(wěn)定性，強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的要求取。 '20m??3.3.3 缸蓋聯(lián)接螺釘計(jì)算當(dāng)工作壓力 時(shí)應(yīng)有 ，初取 ， 。MPa15~?015tm?045tm?26/Pkgc螺釘數(shù)目 Z 由公式 得： （取 ） 。' ' '0()DtVD???? 7.9Z8Z?式中 ——螺釘中心所在圓的直徑；'0在這種聯(lián)接中每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上所承受的拉力 是工作載荷與剩余鎖緊力0QF之和，即：'sQF0' '20(1)4sQQFDZPK????（16）式中 ——工作載荷（ ） ；QFkg——螺釘數(shù)目；Z8.1~5?K——油缸內(nèi)油液工作壓力（ ） ；P2/cm——剩余鎖緊力，歲于要求緊密的聯(lián)接取'sQ 0'sQFk?因此，螺釘?shù)膹?qiáng)度條件有：14[]QjFd???（17）22式中——計(jì)算載荷， ；這里只考慮靜載荷；QjF1.3QjF?——許用拉應(yīng)力， （ ） ；[]?[]sn?2/kgcm——螺釘材料的屈服極限（ ）這里選擇 45 鋼，所以s=3600 ；（參考工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，李允文編）s?2/kgcm——安全系數(shù)，一般 ，取 。n5.2~1??則有 214.3.0[]6QjFd m??????根據(jù)設(shè)計(jì)需要取16m?3.3.4 動(dòng)片輸出軸聯(lián)接螺釘計(jì)算動(dòng)片是輸出軸用螺釘聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，聯(lián)接螺釘一般對(duì)稱安裝，并用銷(xiāo)釘定位。聯(lián)接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片與輸出軸的配合面緊密接觸不留間隙。當(dāng)油腔通壓油時(shí)，動(dòng)片受油壓作用產(chǎn)生一個(gè)合成液壓力矩來(lái)克服輸出軸上所受的載荷力矩，動(dòng)片所受的力矩的平衡條件有：2()82QbpdDdMFZf??摩式中 ——每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力（N） ；QF——?jiǎng)悠膶挾龋╩） ；b——回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（ ） ；pPa——?jiǎng)悠鈴剑╩） ；D——?jiǎng)悠c輸出軸配合處直徑（m ） ；d——螺釘數(shù)目；Z——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼取 。f 0.15f?螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：2()4QbpFDdZf??（18）因?yàn)?， ， ， ， ， 。所54.bmc?26Pkgcm80.15f?3.6dcm9Dc?以有： 25.4(9.)7.()013.6QFN???又 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為2314[]QjFd???由已知條件可得： 127.60.363.4cm???故設(shè)計(jì)滿足要求。3.4 本章小結(jié)本章主要是對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)中的液壓系統(tǒng)主要由一個(gè)液壓缸和一個(gè)擺動(dòng)液壓缸（回轉(zhuǎn)液壓缸）兩部分組成。本章的任務(wù)是綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，通過(guò)計(jì)算研究，了解與收集有關(guān)先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合實(shí)際情況，力求設(shè)計(jì)出質(zhì)量好、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作維護(hù)方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)液壓缸是選用的雙葉片式擺動(dòng)液壓馬達(dá)。244 花鍵軸的設(shè)計(jì)4.1 花鍵軸的計(jì)算4.1.1 軸的材料選擇軸的材料種類(lèi)很多，設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問(wèn)題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。軸常用的材料是 35、45、50 優(yōu)質(zhì)碳素鋼，最常用的是 45 鋼。對(duì)于受載較小或不太重要的軸，也可用 、 等普通碳素鋼。對(duì)于受力較大，軸的尺寸和重量受3A5到限制，以及有某些特殊要求的軸，可采用合金鋼。根據(jù)設(shè)計(jì)要求由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4 分冊(cè)軸的材料,如下表 5 和 6 所示:表 5 軸的材料型號(hào) 熱處理 毛坯直徑 硬度45 調(diào)質(zhì) 200?217.255表 6 軸的性能機(jī)械性能 許用彎曲應(yīng)力b?650s3601??2701??155[ ]1??60[ ]1100[ ]1??2204.1.2 軸徑的初步計(jì)算由于液壓執(zhí)行元件的最大工作壓力 與管路上的損失因素610.8Pa??則 ,前面已經(jīng)計(jì)算出液流速度 ,回0.5pMPa??= 1.5pMa???=總 '0.16/Vms?轉(zhuǎn)缸直徑 ,則9Dm, 233203.496.0Am???（19）. 306.10.17/inQVL????（20）, .0.95V??.8599VPKW?總功 10.9154.()TNm?? 根據(jù) 機(jī)械零件設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例 得到軸徑的初步計(jì)算公式:==330.1.425dAmn????功（21）式中 25——材料的受載系數(shù)，選取軸為 45 鋼，故取 ；A 10A?——軸所傳遞的功率；P功——回轉(zhuǎn)時(shí)的最大轉(zhuǎn)速 ；n1450minnr?為了滿足花鍵與回轉(zhuǎn)缸的配合，花鍵的規(guī)格選用：（ 為鍵數(shù)）' 'NdDB?'N對(duì)應(yīng)為 （ 為鍵寬）8125'由于花鍵為外花鍵，則公差配合為：710636(487)nfadGB?? 4.1.3 花鍵軸的校核（1）許用彎曲應(yīng)力的計(jì)算：由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 應(yīng)有以下關(guān)系式： ，由材料力學(xué)可得到：1b?1[]b???'1[]bMW???（22）式中 ——回轉(zhuǎn)缸扭轉(zhuǎn)時(shí)的當(dāng)量彎矩（ ） ；' .Nm——花鍵軸截面抗扭系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)教材附錄 1 得32d??又 ' 21()MT???驅(qū)（23）式中 ——根據(jù)該換轉(zhuǎn)缸性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)，?取 ；1[]60.27????——回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩；M驅(qū)則有 10.275.9163.TNm????3348(08)0.591(.)d Nm?????驅(qū)因此 ' 2 4221()(.591).6.3(.)MT?????驅(qū)333.40870(Wd???2661 16.32.840[]60057b bPaMPa????????故設(shè)計(jì)滿足要求。又由于花鍵軸在徑向受到抗扭矩的作用且作用在花鍵最小截面上產(chǎn)生最大剪應(yīng)力，即 max[]tTW????， 42()()3tdDdNBW?????（24）式中 ——螺釘數(shù)目；N——螺釘寬度；B則有：4 23633.108(.20.18)[.0.18]501.703tW m????????? ??所以 max 165.9.3170tTMPaa? ??????故設(shè)計(jì)合理。4.2 軸承的選擇4.2.1 升降缸中軸承的選擇由于升降缸主要用于換刀機(jī)械手執(zhí)行拔刀、插刀動(dòng)作.即實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),該運(yùn)動(dòng)所受的載荷較小,故選擇角接觸球軸承(GB/7292-94)首先對(duì)其使用壽命進(jìn)行計(jì)算:(小時(shí))15302815%0hL???查表 ?機(jī)械零件設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例 18-3 得壽命系數(shù): ?2.785hf因?yàn)檩S承轉(zhuǎn)速低,應(yīng)按額定靜載荷和額定動(dòng)載荷來(lái)進(jìn)行計(jì)算,取較大值. （1）按額定靜載荷計(jì)算選擇有：00jCSP??（25）由表 , 得 , ,按式子 又由于該軸承82?00.6.5XY 01.00raXFY??只受到徑向載荷作用,故 ,所以 , (由前面液壓缸的計(jì)算得） aF6rF28N則 ,由于 ,故取 .所以0.613.8P?? N0rP?0301.3jCN??根據(jù) 和軸頸直徑 可選用 7205C 型號(hào)的角接觸軸承( ).jCd 745k?（2）按額定動(dòng)載荷選擇軸承的條件有: