12009 屆畢業(yè)設計自動換刀機械手的設計姓 名： 指 導 教 師： 院 系： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化班 級： 學 制： 完 成 時 間： 2自動換刀機械手的設計摘要加工中心在加工中用得很廣泛，加工中心利用刀庫實現(xiàn)換刀，這是目前加工中心大量使用的換刀方式。而自動換刀裝置是加工中心的重要組成部分之一，它的功能的好壞，關系到整個加工中心的功能。自動換刀裝置可分為五種基本形式，即轉(zhuǎn)塔式、180 回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)插人式、二軸轉(zhuǎn)動式和主軸直接式。刀庫換刀，按照換刀過程有無機械手參與，分成有機械手換刀和無機械手換刀兩種情況。在有機械手換刀的過程中，使用一個機械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出，與此同時，另一機械手將在刀庫中待命的刀具從刀庫拔出，然后兩者交換位置．完成換刀過程．無機械手換刀時，刀庫中刀具存放方向與主軸平行，刀具放在主軸可到達位置換刀時，主軸箱移到刀庫換刀位置上方，利用主軸 Z 向運動將加工用畢刀具插人刀庫中要求的空位處，然后刀庫中待換刀具轉(zhuǎn)到待命位置．主軸 Z 向運動將待用刀具從刀庫中取出，并將刀具插人主軸。[關鍵詞] ：加工中心 自動換刀裝置 刀庫 機械手 3Abstract[abstract]Machining center in the increasingly wide use of the processing , which is currently used by large processing center blade. And the automatic blade changer devices is an important component of machining center。 Its function is good or bad, on the whole processing machining center functions。 Automatic blade devices can be divided into five basic forms .Namely to Tower, 180 turnaround-type, rotation planting one-, two-and the main axis of rotation axis direct .Exchange cutlery in the tools storehouse , according to the availability of process machinery blade in hand, into a mechanical hand blade and non-blade two mechanical hands .In a mechanical hand exchange cutlery，those will be completed using a mechanical hand, the cutlery out from the main axis.At the same time, another mechanical hand take cutlery from tools storehouse, and then the two exchange locations. The whole process is completed。 If the mechanical hand blade do not join in the process, cutlery storage direction with the main axis parallel. when cutlery arrive at the location which the the main axis can reach, the main axis of the knife blade box to the location above。Z axis movement will be used to complete the processing by cutlery inserted in the space required by department, and then for cutlery knife to be transferred to the standby database location. Z axis movement will return to remove the cutlery from tools storehouse and inserted into the main axis.[Keyword]: machining center automatic blade changer devices tools storehouse manipulator4目 錄摘要 2前言 5第一章 緒論 .61.1 加工中心簡介 61.1.1 加工中心的發(fā)展史 .61.1.2 加工中心的優(yōu)點 .61.1.3 加工中心的發(fā)展動向 .61.2 自動換刀裝置的簡介 71.2.1 自動交換刀具的由來 .71.2.2 自動換刀的形式 .71.2.3 刀庫的功能和形式 .81.2.4 刀套準停措施 10第二章 機械手的設計 122.1 機械手的原理 122.2 設計方向 .132.3 概要 .142.3.1．機械手的組成與分類 142.3.2.機械手的手部 .142.4 機械手手部的設計 .152.5 機械手其它零件以及尺寸的確定 .192.5.1.螺栓的確定 .192.5.2. 其它尺寸的確定 202.5.3 軸與機械手配合部分的直徑的確定 212.5.4 液壓泵的選擇 22第三章 驅(qū)動系統(tǒng)的設計 233.1 轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設計 233.1.1．機械手轉(zhuǎn)過 75 度的驅(qū)動機構(gòu) .243.1.2.機械手轉(zhuǎn)過 180 度的驅(qū)動機構(gòu) .283.2 驅(qū)動機構(gòu)其它零件的設計 313.2.1.液壓缸的選擇 .313.3 軸的結(jié)構(gòu)設計 .323.3.1.擬定軸上零件的裝配方案 .323.3.2.確定軸的各段直徑與長度 .333.4 主軸的自動夾緊機構(gòu)以及主軸準停裝置的設計 343.4.1 主軸結(jié)構(gòu) 343.4.2 刀具的自動夾緊機構(gòu) 343.4.3 主軸準停裝置 343.5 換刀裝置的液壓機構(gòu)分析 353.5.1 液壓分析 3553.5.2 換刀動作順序表 37第四章 PLC 控制分析 39小結(jié) .43參考文獻 .44附譯文 .456前言加工中心的自動換刀裝置（機械手） ，是加工中心的重要組成部分之一，我做的這個畢業(yè)設計就是關于這方面的問題。我的設計任務是：對加工中心自動換刀機械手進行設計。它主要包括以下幾方面的內(nèi)容：1. 機械部分的設計2. 液壓部分的設計3. 自動控制方面的設計（PLC）這個自動換刀裝置是針對 JCS--018 的，通過對實驗室中這臺機床的研究以及查閱相關資料。在老師的指導下，我很快就有了一個明確的思路。我的思路如下：首先，對機械手部分進行設計，接下來是液壓部分，最后是 PLC 方面。這個機械手只有 2 個方向的自由度，既：Z 軸方向的轉(zhuǎn)動一移動，通過這 2 個自由度，我可以完成整個換刀的操作。其中轉(zhuǎn)動是用來交換刀具的位置，進而為拔刀與插刀做準備。而移動是用來完成拔刀與插刀的動作的。就是說整個運動過程如下：機械手轉(zhuǎn)到指定的位置，然后在一系列的控制之下交換刀具以及插拔刀具。而我這個設計與實驗室中的那臺加工中心的自動換刀裝置有一些區(qū)別，就是實驗室中那臺加工中心的自動換刀裝置采用的是氣壓控制，而我在這個設計中采用的是液壓控制。在我這個設計中，我遇到了一些問題，就是力不好確定，以及許多尺寸不容易準確的確定下來，我采用了一個很笨的方法，就是直接對 JCS--01 那臺加工中心一些部件的尺寸進行直接的測量，才得出來，我所要的尺寸。通過這個設計中，我對自己的知識有了很明確的認識，看到了自己的許多缺點，對自己起到了一個查漏補缺的作用。同時，我得到了程老師的很多指導，如果不是程老師的話，我根本不知道從那里入手。在做論文的過程中，我出了很多錯誤，因為這，得到及時的更正。謝謝老師。從這次做畢業(yè)設計中，我對 CAD 有了很大的認識，以后，我對再復雜的圖，都不會有恐懼感，在液壓方面也溫習了以前學到的知識。雖然這樣，我做的這個畢業(yè)設計，肯定還有很多的錯誤，希望老師們指正。7第一章 緒論1.1 加工中心簡介1.1.1 加工中心的發(fā)展史加工中心的發(fā)展已有 50 年歷史，自從 1952 年世界上出現(xiàn)第一臺上數(shù)控機床后，使多品種、中小批量的機械加工設備在柔性、自動化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。它用易于修改的數(shù)控加工程序進行控制，因而比大批量生產(chǎn)中使用組合機床生產(chǎn)線的凸輪、開關控制的專用機床有更大的柔性，容易適應加工關鍵品種的變化，進行多品種加工。所謂加工中心，普遍上指在工件一次裝卡中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等多工序的數(shù)控機床。更為明確的說法是：加工中心就是自動換刀數(shù)控鏜銑床?，F(xiàn)代加工中心的內(nèi)容包括：①它是在數(shù)控鏜床或數(shù)控銑床的基礎上增加自動換刀裝置，可使工件在一次裝卡中，能夠自動更換刀具，自動完成工件上的銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等工序的數(shù)控機床。②加工中心上如果帶有自動分度回轉(zhuǎn)工作臺或自動轉(zhuǎn)角度的主軸箱，可使工件在一次裝卡中，自動完成多個平面和多個角度位置的多工序加工。③加工中心上如果帶有交換工作臺，工件在工作位置的工作臺上進行加工的同時，另外的工件在裝卸為止的工作臺上進行裝卸，不影響加工的進行。1.1.2 加工中心的優(yōu)點加工中心的優(yōu)點很多，主要有以下幾點：① 提高加工質(zhì)量 工件一次裝夾，即可實現(xiàn)多工序集中加工，大大減少多次裝夾所帶來的誤差。而且，由于是數(shù)控加工，較少依賴操作者的技術水平，可得到相當高的穩(wěn)定精度。② 縮短加工準備時間 ③減少在制品④減少刀具費用⑤最少的直接勞務費⑥最少的間接勞務費8⑦設備利用率高 加工中心設備利用率為通用機床的幾倍。另外，由于工序集中，容易適應多品種、中小批量生產(chǎn)。1.1.3 加工中心的發(fā)展動向總的來說，加工中心是向高速化、進一步提高精度和愈發(fā)完善的方向發(fā)展。1. 高速化加工中心的高速化，是指主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、自動換刀和自動交換工作臺的高速化。2. 進一步提高精度加工中心的主要精度指標是它的運動精度指標。而運動精度主要以坐標定位精度、重復定位精度以及銑圓精度來表示。1.2 自動換刀裝置的簡介1.2.1 自動交換刀具的由來自動交換刀具系統(tǒng)（Automatic Tool Changer 簡稱 ATC）系統(tǒng)是由刀庫、機械手及相應的控制系統(tǒng)組成。具有鉆、鏜、銑功能的數(shù)控、銑床，一般刀具都安裝在機床的主軸上，工件安裝于工作臺上。為了使工序能夠高度集中，盡量節(jié)省輔助時間，于是在數(shù)控銑床上增加自動交換刀具系統(tǒng)（含刀庫、機械手及其控制）便形成了加工中心（MC ） 。初期曾采用轉(zhuǎn)塔頭式的換刀方式，它的電動機、變速箱、轉(zhuǎn)塔頭做成一體，結(jié)構(gòu)緊湊：但變速箱工作時的振動和熱量都直接傳到轉(zhuǎn)塔上來，而且每把刀都需要一個主軸所以它的刀具數(shù)量、尺寸、結(jié)構(gòu)都受到很多限制。采用單獨存儲刀具的刀庫，刀具數(shù)量可以增多，以滿足加工復雜零件的需要，這時的加工中心只需一個夾持刀具進行切削的主軸，所以制造難度也比轉(zhuǎn)塔刀架低。1.2.2 自動換刀的形式（1）無機械手的換刀方式 [2]小型加工中心有采用無機械手換刀的方式，如圖 1-1。它的刀庫在立柱的正前方上部，刀庫中刀具的存放方向與主軸方向一致。換刀時主軸箱帶著主軸在立柱導軌上上升至換刀位置，主軸上的刀具正好進入刀庫的某一個刀具存放位置，隨即主軸內(nèi)夾刀機構(gòu)松開，主軸刀庫順著主軸方向向前移動，從主軸中拔出刀具，然后刀庫回轉(zhuǎn)，將下一步所需的刀具轉(zhuǎn)到與主軸對齊的位置；刀庫退回，將新刀具插入主軸中刀具隨即被夾緊，主軸箱下移，開始新的加工。這種自動換刀系統(tǒng)，刀庫整體前后移動不僅刀具數(shù)量少，而且刀具尺寸也較小。這種刀庫旋轉(zhuǎn)是在工步之間進行的，即旋轉(zhuǎn)所需的輔助時間與加工時間不重合。（2）機械手的換刀方式9這是加工中心普遍采用的一種方式。它的種類很多，可分為單臂單手式機械手、回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手、雙手式機械手、多手式機械手四類。① 單臂單手式機械手包括機械手只作往復直線運動的機械手和只作往復擺動的機械手。前者用于刀具主軸與刀庫刀座的軸線平行的場合。它的特點是機械手的插、拔刀運動和傳遞刀具的運動都是直線運動，因而無回轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的離心力，所以機械手的握刀部分可以比較簡單，只需兩個彈簧卡銷卡住刀柄。而后者，如果是機械手擺動軸線與刀具主軸平行，它主要用于刀庫換刀位置的刀座的軸線與主軸軸線相平行的場合。如果是機械手擺動軸線與刀具主軸垂直，它用于刀庫換刀位置的刀座和軸線相垂直的場合?？傊@種單臂單手式機械手結(jié)構(gòu)簡單。在轉(zhuǎn)塔頭帶刀庫的換刀系統(tǒng)中，不與主軸的換刀時間重合，故可用這類機械手。它也可在刀庫與主軸頭上的換刀機械手之間傳遞刀具。但是，這類機械手換刀動作均需順序進行，時間不能重合，從而換刀時間較長。圖 1-1 無機械手的換刀順序②回轉(zhuǎn)式單臂雙手式機械手包括兩手部成 180 ゜和兩手部不成 180 ゜兩種。兩手部成 180 ゜的又可分為固定式雙手、可伸縮式雙手和剪式雙手三類。這類機械手可以同時抓住和拔、插位于主軸和刀庫里的刀具，與單臂單手式機械手相比，可以縮10短換刀時間。③雙手式機械手可分為機械化只作往復直線運動的機械手和有回轉(zhuǎn)運動的機械手兩大類。前者包括雙手平行式和雙手交叉式，這種機械手適用于容量較大的、距主軸較遠的，特別是分置式的刀庫的換刀。機械手有回轉(zhuǎn)運動的，在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角為 180 ゜，可用于刀庫距主軸較遠者；在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角為 90 ゜，適用于刀庫距主軸較近者；在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角G (2-3)即：NG/u=7*9.8/0.12=572N從上式我們可以得到活動銷對刀具的壓力大于 572 牛又由于活動銷對刀具的力是由于彈簧壓縮所產(chǎn)生的，所以P=N572N (2-4)聯(lián)立（1） （4）二式可以得到P=N=28.5k572N所以 k=N/28.5572/28.5=20.06N/mm19取 k=21N/mm4.活動銷的選取與驗證由于活動銷承受的壓力較大，所以選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)）活動銷的受力圖如下如圖：N’是刀具對活動銷的支撐反力N’=P=kx=21N/mm*28.5mm=598.5Nf’是由于摩擦的結(jié)果 是由于活動銷阻止刀具下掉掉力的作用反力，與 f 的方向相反。即方向向上大小為：f’=f=Nu=598.5N*0.12=70.14NF’為彈簧對活動銷的作用力F’=-kx=598.5NF1 是由固定活動銷的外壁產(chǎn)生的，用來限制活動銷向下的運動、向上的運動、轉(zhuǎn)動等 5 個自由度的。由于這個物體（活動銷）在力的作用下平衡，根據(jù)力的作用力與反作用原理，可得：F’=N’F1=f’所以得到：F1=f’=70.14N且要與 f’的方向相反，因此方向向上。對 X 軸方向 ，活動銷受到 F’與 N’這對力的同時作用所以產(chǎn)生的內(nèi)部應力為 ?????AFn所以 n?(2-5)確定上式中各個參數(shù)值：1） 由于材料為 45 鋼 ，所一許用應力為 58Mpa2） Fn=N’=f’=598.5N所以（2-5 ）式中???nFA?又因為 （2-6） 42d??20所以 （2-7） ???????24dFAN即： ??mdN 63.10.3581.39????????所以取 d=12mm又由于活動銷還受到剪的作用，所以：??bsbsAF??（2-8）由（6） （8）二式我們可以得到如下的公式：??bsd??4?（2-9）確定上式中的各個參數(shù)值：1） 45 鋼的許用剪應力為 ??Mpabs60??2） 剪切力 Fbs=f’=598.5N所以（9）式可以計算為：3.56mm （2-10） ??????paFdbs605.984??由（7）與（10）得到的 d 綜合得取 d=12mm下面來確定銷的長度由于在 F1 和 f’的作用下會產(chǎn)生一個力距 M大小為 M=F1L （2-11） 上式中的 L 為活動銷的長度在 M 的作用下活動銷要彎曲，在它的 2 個端點彎距最大為 M=F1L所以彎曲應力為 （2-12） W??上式中 W 為抗彎截面系數(shù)由于截面為圓形所以W= 32/642/dhdIz??21所以 （2-13） 32dMW???由于 45 鋼的彎曲應力為 40Mpa所以（2-14） ?????即 MpaldWM4012.7323????所以,由上式得 145mml根據(jù)銷的系列與上式所計算的長度，取 l=112mm所以活動銷就確定了為5．鎖緊銷的選取與驗證由于鎖緊銷的要求沒有活動銷高，聯(lián)想到它的使用狀況，所以選用 20 鋼它的剪應力 ??Mpabs25??所以 （2-15） AFbs（2-16） 42d??（2-17） ??bss??由（15） （16） （17）式可以得到?? mFdbs 12.38102.38014.594????????取 d=7mm根據(jù)銷的系列選取長度為 40mm 的銷所以銷的類別為 7*40 2.5 機械手其它零件以及尺寸的確定2.5.1.螺栓的確定機械手的手部是通過螺栓連接在手腕上面的，又因為手部與手腕的結(jié)合要能精22確的固定相對位置，所以選用普通螺栓來連接。我這里采用了 3 螺栓組成螺栓組來連接的現(xiàn)在對這 3 螺栓進行受力分析這 3 個螺栓同時受到力 F=598.5 以及力矩 M=FL 作用由于這些螺栓都采用的是普通螺栓所以各個螺栓的受力分別為F’= NF5.193.581?1）下面我對其中的一個螺栓進行驗證（2-18） fziFkkzif ss????00上式中F 為接合面的摩擦系數(shù)i 為接合面數(shù) ，這里接合面數(shù)為 2，所以 i=2為防滑系數(shù) ---1.3，這里取 =1.2sk1.?sksk由于接觸表面的表面狀況為干燥的表面，所以取 f=0.1所以（18）式可以如下計算NfziFks 5.9721.050????又因為螺栓危險截面的拉伸條件公式：（2-19） ????????????43.43. 020Fdca由于螺栓的材料為中碳鋼，所以 它的許用拉伸應 =43Mpa???所以（19）式可以如下計算：=6.2mm??mFd4.3814.35973.10???????由于我只是大概的計算，所以實際取螺栓值的時候取大一點我們?nèi)?d=14mm所以采用 M14 這種螺栓關于螺栓的排布，我采用如下的方式：23圖 2-2 螺栓的排列下面，我們來確定這些螺栓在機械手中的位置右邊第一個螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離301?y10?x右邊第二個螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離2 32右邊第三個螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離3y5x2.5.2. 其它尺寸的確定機械手的手腕部分我選用 20 碳鋼它的厚度為 30mm，它的寬度為 80mm，它的整個長度為 640mm 其中機械手中心到手腕外的距離為 259mm，2.5.3 軸與機械手配合部分的直徑的確定1）材料的確定由于軸是重要的零件所以選用 45 鋼2）按扭轉(zhuǎn)強度來計算軸徑在軸的結(jié)構(gòu)設計時，通常用下面的這個公式來初步估算軸徑??TTdnpW?????32.095(2-20)上式中 為扭轉(zhuǎn)切應力，單位為 MpaT?T 為軸所承受的扭距，單位為 N.mm為軸的抗扭截面系數(shù),單位為 3mP 為軸所傳遞的功 單位為 kWD 為計算截面處的直徑 ,單位為 mm為許用扭轉(zhuǎn)應力,單位為 Mpa??T?24由上式可以得到軸的直徑為:????303332.0952.095nPAnpdTT?????(2-21)確定上式的值:(1) 確定 0A查表得 =126---103,這里取 =1100A(2) 確定轉(zhuǎn)速 n因為在 MV-810/A 中,換刀時間為 2.5s,整個過程有 10 個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間 s25.01?Tt而機械手在交換刀具的時候轉(zhuǎn)過 180 度的時間也為 0.25s,所以在這個時候,它的轉(zhuǎn)速最大,我們只要用最大轉(zhuǎn)速去計算軸徑就好了因為軸轉(zhuǎn)過 180 度的時間為 0.25s,所以轉(zhuǎn)過一 周所用的時間為 0.5s所轉(zhuǎn)速就為 min/12065.rn??(3) P 的確定由于所產(chǎn)生的功主要是用來使機械手轉(zhuǎn)動在轉(zhuǎn) 180 度的時候 p 最大,p=M ?其中 M=FL我們?nèi)?F 的最大值為 598.5N,而 L 的值我們在前面已經(jīng)確定了為 320mm所以M=FL=598.5N mN.519230??而 rad/s??4?所以 p=M =192.5 kw4.8.74?所以(21)式可以表示為 :????mnPAnPpdTT5.27018.1204.95.0953333???????25我們?nèi)?d=30mm 根據(jù)花鍵系列選擇：d=28mm關于軸與機械手的連接:軸與機械手連接采用花鍵2.5.4 液壓泵的選擇根據(jù)實踐，主軸夾緊松開所用的液壓缸所需的流量最大，因此，這里只需計算主軸夾緊松開的液壓缸的流量即可。主軸夾緊松開 [6]：自動換刀裝置的整個換刀過程所需的時間 ,共有 10 個動作，st5.2?則每個動作的時間平均為 =?t01即主軸松開刀具的時間為 0.25查手冊得每個碟形彈簧厚度 ，自由高度 H=??9.m3??m3106.??根據(jù)設計共有 22 個彈簧組成每個蝶形彈簧的極限行程 0h317.?則一組蝶形彈簧的極限行程為 20.???3104.5?速度 )/(16.25.014. 23smhv?????（1）拉釘松開刀具：進油口油腔的面積：S = =1)(42dD?)031.5.(422???)(05.23m??油缸的容積效率 ~97.0?v?98.0?則此時液壓缸的流量為 VSq1 432102.7.6??? )/(3s（2）拉釘夾緊刀具：進油口油腔的面積： )(102.5.042322 mDS??????則此時液壓缸的流量為 )/(106.798.16342 svq ????比較（1） 、 （2）兩者的計算結(jié)果，取 sq/03???齒輪液壓泵的容積效率 ，總效率.0~7?v 5.~7?26刀盤的轉(zhuǎn)速為 min)/(3.164750rin?電螺桿液壓泵的排量 ???vBqQ?)/(7.0963.108. 3sm???第三章 驅(qū)動系統(tǒng)的設計3.1 轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設計在整個運動的過程中,轉(zhuǎn)位有 3 次,第一是機械手轉(zhuǎn)過 75 度,第二次是機械手轉(zhuǎn)過180 度,第三次是機械手反向到原來的位置.這些轉(zhuǎn)位機構(gòu)主要是由齒輪齒條機構(gòu)來實現(xiàn)的,它們的動力源來自于液壓缸,對液壓港通入一定的壓力油,使活塞向預定的方向運動齒輪條是與活塞桿是做成一體的.采用不同行程的液壓缸就可以實現(xiàn)不同角度的轉(zhuǎn)動了。3.1.1．機械手轉(zhuǎn)過 75 度的驅(qū)動機構(gòu)這個機構(gòu)由一般個液壓缸、齒輪條、齒輪以及連接盤、連桿組成的，當發(fā)出機械手抓刀的信號時，液壓缸的后腔就通入壓力油，活塞桿推動著齒輪條向前移動，使得齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動的時候，帶動連接盤與連桿轉(zhuǎn)動，而連桿通過花鍵連在機械手上，所以當活塞通入壓力油的時候，機械手就相應的轉(zhuǎn)動。1）下面我們首先來選擇與計算液壓缸由于機械手的整個換刀時間為 2.5s 整個過程有 10 個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間 s25.01?Tt即：機械手轉(zhuǎn)過 75 度的時間為 0.25s取齒輪的齒數(shù)為 60，模數(shù)為 1.5，材料為 60Cr,那么齒輪的分度圓直徑為d=mz=60 m905.1??齒輪的分度圓周長為27S= md6.289014.3???所以齒輪轉(zhuǎn)過 75 度走過的距離L= s87575600因為齒輪齒條是配合的所以齒輪條在這個運動中也走過 58.875mm活塞桿的速度為 smts/236.05.87???設液壓缸的溶積效魚為 ，這里取9.??98.0??設液壓缸的額定流量為 q所以 （2-22） ???A又 （2-23） 42d?由上 2 式可以得到（2-24） qqd29.536.018???????因為 q=0.8 m/s3所以（24）可以如下計算 29.5108.29.53???qd所以選擇 d=35mm所以選擇液壓缸，它的 行程為 58.8mm，活塞的直徑為 35mm。2.確定齒輪齒條機構(gòu)其它尺寸首先確定齒寬系數(shù) d?由于齒輪的二支承相對齒輪做對稱布置，所以取 =1。d?由于 *aaamhzd??（2-25 ）由于我都采用的是標準直齒輪（壓力角為 20 度）所以 1*ah所以28=90+2*2aaamhzzd??m935.1??因為 所以齒輪做成實心160?由于這個齒輪通過連桿與連接盤來傳遞運動的，所以齒輪做成如下的結(jié)構(gòu)：圖 3-1 大齒輪的結(jié)構(gòu)其中取 B1=30mm那么 B2=91mm-30mm=61mm所以與活塞桿連接在一起的齒輪條的直徑就為 35mm而齒輪條固定在一個滑槽中，滑槽的結(jié)構(gòu)如下：L1=10 L2=20 H=8 L=80圖 3-2 固定與大齒輪配對的齒輪條的滑槽齒輪的齒距（分度圓）mmp71.45.3????由于齒輪與齒輪條是配合一起運動的所以齒輪的齒距（分度圓）就是齒輪條的齒距（分度圓）即： p71.4齒 輪齒 條由于液壓缸的行程 l=58.875mm，所以齒輪條的齒輪數(shù)295.127.48?plz因為要留一些距離，還有齒輪與齒輪條的齒輪數(shù)互為質(zhì)數(shù)，所以取齒輪條的齒輪數(shù)為 z=15。3．與齒輪齒條一起運動的零件以及尺寸的確定1）連接盤的尺寸的確定D1=50mmD2=70mmD3=90mmD4=130mmL1=20mmL2=40mmL3=61mmL4=11mmd=6mm連接盤是空套在齒輪上面的，2）傳動盤以及尺寸的確定D1=40mmD2=60mmD3=70mmL1=10mmL2=30mm孔的直徑 d1=6mm30圖 3-4 傳動盤3) 把傳動盤與連桿（軸）連接起來的花鍵的確定D1=40mmD2=26mmH=10mm圖 3-5 花鍵3.1.2.機械手轉(zhuǎn)過 180 度的驅(qū)動機構(gòu)這個機構(gòu)由一般個液壓缸、齒輪條、齒輪以及連桿組成的，當發(fā)出機械手交換刀具的信號時，液壓缸的后腔就通入壓力油，活塞桿推動著齒輪條向前移動，使得齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動的時候，帶動連桿轉(zhuǎn)動，而連桿通過花鍵連在機械手上，所以當活塞通入壓力油的時候，機械手就相應的轉(zhuǎn)動。1）下面我們首先來選擇與計算液壓缸由于機械手的整個換刀時間為 2.5s 整個過程有 10 個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間 s25.01?Tt即：機械手轉(zhuǎn)過 180 間為 0.25s取齒輪的齒數(shù)為 48,模數(shù)為 1.5，材料為 60Cr,那么齒輪的分度員直徑為d=mz= m725.148??齒輪的分度圓周長為S= d08.69.3?所以齒輪轉(zhuǎn)過 180 度所走的距離L= ms4.13.216080???因為齒輪齒條是配合的所以齒輪條在這個運動中也走過 113.04mm活塞桿的速度為 sts/452.0.13???設液壓缸的溶積效魚為 ，這里取9.7??98.0?? 12009 屆畢業(yè)設計自動換刀機械手的設計姓 名： 指 導 教 師： 院 系： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化班 級： 學 制： 完 成 時 間： 2自動換刀機械手的設計摘要加工中心在加工中用得很廣泛，加工中心利用刀庫實現(xiàn)換刀，這是目前加工中心大量使用的換刀方式。而自動換刀裝置是加工中心的重要組成部分之一，它的功能的好壞，關系到整個加工中心的功能。自動換刀裝置可分為五種基本形式，即轉(zhuǎn)塔式、180 回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)插人式、二軸轉(zhuǎn)動式和主軸直接式。刀庫換刀，按照換刀過程有無機械手參與，分成有機械手換刀和無機械手換刀兩種情況。在有機械手換刀的過程中，使用一個機械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出，與此同時，另一機械手將在刀庫中待命的刀具從刀庫拔出，然后兩者交換位置．完成換刀過程．無機械手換刀時，刀庫中刀具存放方向與主軸平行，刀具放在主軸可到達位置換刀時，主軸箱移到刀庫換刀位置上方，利用主軸 Z 向運動將加工用畢刀具插人刀庫中要求的空位處，然后刀庫中待換刀具轉(zhuǎn)到待命位置．主軸 Z 向運動將待用刀具從刀庫中取出，并將刀具插人主軸。[關鍵詞] ：加工中心 自動換刀裝置 刀庫 機械手 3Abstract[abstract]Machining center in the increasingly wide use of the processing , which is currently used by large processing center blade. And the automatic blade changer devices is an important component of machining center。 Its function is good or bad, on the whole processing machining center functions。 Automatic blade devices can be divided into five basic forms .Namely to Tower, 180 turnaround-type, rotation planting one-, two-and the main axis of rotation axis direct .Exchange cutlery in the tools storehouse , according to the availability of process machinery blade in hand, into a mechanical hand blade and non-blade two mechanical hands .In a mechanical hand exchange cutlery，those will be completed using a mechanical hand, the cutlery out from the main axis.At the same time, another mechanical hand take cutlery from tools storehouse, and then the two exchange locations. The whole process is completed。 If the mechanical hand blade do not join in the process, cutlery storage direction with the main axis parallel. when cutlery arrive at the location which the the main axis can reach, the main axis of the knife blade box to the location above。Z axis movement will be used to complete the processing by cutlery inserted in the space required by department, and then for cutlery knife to be transferred to the standby database location. Z axis movement will return to remove the cutlery from tools storehouse and inserted into the main axis.[Keyword]: machining center automatic blade changer devices tools storehouse manipulator4目 錄摘要 2前言 5第一章 緒論 .61.1 加工中心簡介 61.1.1 加工中心的發(fā)展史 .61.1.2 加工中心的優(yōu)點 .61.1.3 加工中心的發(fā)展動向 .61.2 自動換刀裝置的簡介 71.2.1 自動交換刀具的由來 .71.2.2 自動換刀的形式 .71.2.3 刀庫的功能和形式 .81.2.4 刀套準停措施 10第二章 機械手的設計 122.1 機械手的原理 122.2 設計方向 .132.3 概要 .142.3.1．機械手的組成與分類 142.3.2.機械手的手部 .142.4 機械手手部的設計 .152.5 機械手其它零件以及尺寸的確定 .192.5.1.螺栓的確定 .192.5.2. 其它尺寸的確定 202.5.3 軸與機械手配合部分的直徑的確定 212.5.4 液壓泵的選擇 22第三章 驅(qū)動系統(tǒng)的設計 233.1 轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設計 233.1.1．機械手轉(zhuǎn)過 75 度的驅(qū)動機構(gòu) .243.1.2.機械手轉(zhuǎn)過 180 度的驅(qū)動機構(gòu) .283.2 驅(qū)動機構(gòu)其它零件的設計 313.2.1.液壓缸的選擇 .313.3 軸的結(jié)構(gòu)設計 .323.3.1.擬定軸上零件的裝配方案 .323.3.2.確定軸的各段直徑與長度 .333.4 主軸的自動夾緊機構(gòu)以及主軸準停裝置的設計 343.4.1 主軸結(jié)構(gòu) 343.4.2 刀具的自動夾緊機構(gòu) 343.4.3 主軸準停裝置 343.5 換刀裝置的液壓機構(gòu)分析 353.5.1 液壓分析 3553.5.2 換刀動作順序表 37第四章 PLC 控制分析 39小結(jié) .43參考文獻 .44附譯文 .456前言加工中心的自動換刀裝置（機械手） ，是加工中心的重要組成部分之一，我做的這個畢業(yè)設計就是關于這方面的問題。我的設計任務是：對加工中心自動換刀機械手進行設計。它主要包括以下幾方面的內(nèi)容：1. 機械部分的設計2. 液壓部分的設計3. 自動控制方面的設計（PLC）這個自動換刀裝置是針對 JCS--018 的，通過對實驗室中這臺機床的研究以及查閱相關資料。在老師的指導下，我很快就有了一個明確的思路。我的思路如下：首先，對機械手部分進行設計，接下來是液壓部分，最后是 PLC 方面。這個機械手只有 2 個方向的自由度，既：Z 軸方向的轉(zhuǎn)動一移動，通過這 2 個自由度，我可以完成整個換刀的操作。其中轉(zhuǎn)動是用來交換刀具的位置，進而為拔刀與插刀做準備。而移動是用來完成拔刀與插刀的動作的。就是說整個運動過程如下：機械手轉(zhuǎn)到指定的位置，然后在一系列的控制之下交換刀具以及插拔刀具。而我這個設計與實驗室中的那臺加工中心的自動換刀裝置有一些區(qū)別，就是實驗室中那臺加工中心的自動換刀裝置采用的是氣壓控制，而我在這個設計中采用的是液壓控制。在我這個設計中，我遇到了一些問題，就是力不好確定，以及許多尺寸不容易準確的確定下來，我采用了一個很笨的方法，就是直接對 JCS--01 那臺加工中心一些部件的尺寸進行直接的測量，才得出來，我所要的尺寸。通過這個設計中，我對自己的知識有了很明確的認識，看到了自己的許多缺點，對自己起到了一個查漏補缺的作用。同時，我得到了程老師的很多指導，如果不是程老師的話，我根本不知道從那里入手。在做論文的過程中，我出了很多錯誤，因為這，得到及時的更正。謝謝老師。從這次做畢業(yè)設計中，我對 CAD 有了很大的認識，以后，我對再復雜的圖，都不會有恐懼感，在液壓方面也溫習了以前學到的知識。雖然這樣，我做的這個畢業(yè)設計，肯定還有很多的錯誤，希望老師們指正。7第一章 緒論1.1 加工中心簡介1.1.1 加工中心的發(fā)展史加工中心的發(fā)展已有 50 年歷史，自從 1952 年世界上出現(xiàn)第一臺上數(shù)控機床后，使多品種、中小批量的機械加工設備在柔性、自動化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。它用易于修改的數(shù)控加工程序進行控制，因而比大批量生產(chǎn)中使用組合機床生產(chǎn)線的凸輪、開關控制的專用機床有更大的柔性，容易適應加工關鍵品種的變化，進行多品種加工。所謂加工中心，普遍上指在工件一次裝卡中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等多工序的數(shù)控機床。更為明確的說法是：加工中心就是自動換刀數(shù)控鏜銑床?，F(xiàn)代加工中心的內(nèi)容包括：①它是在數(shù)控鏜床或數(shù)控銑床的基礎上增加自動換刀裝置，可使工件在一次裝卡中，能夠自動更換刀具，自動完成工件上的銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等工序的數(shù)控機床。②加工中心上如果帶有自動分度回轉(zhuǎn)工作臺或自動轉(zhuǎn)角度的主軸箱，可使工件在一次裝卡中，自動完成多個平面和多個角度位置的多工序加工。③加工中心上如果帶有交換工作臺，工件在工作位置的工作臺上進行加工的同時，另外的工件在裝卸為止的工作臺上進行裝卸，不影響加工的進行。1.1.2 加工中心的優(yōu)點加工中心的優(yōu)點很多，主要有以下幾點：① 提高加工質(zhì)量 工件一次裝夾，即可實現(xiàn)多工序集中加工，大大減少多次裝夾所帶來的誤差。而且，由于是數(shù)控加工，較少依賴操作者的技術水平，可得到相當高的穩(wěn)定精度。② 縮短加工準備時間 ③減少在制品④減少刀具費用⑤最少的直接勞務費⑥最少的間接勞務費8⑦設備利用率高 加工中心設備利用率為通用機床的幾倍。另外，由于工序集中，容易適應多品種、中小批量生產(chǎn)。1.1.3 加工中心的發(fā)展動向總的來說，加工中心是向高速化、進一步提高精度和愈發(fā)完善的方向發(fā)展。1. 高速化加工中心的高速化，是指主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、自動換刀和自動交換工作臺的高速化。2. 進一步提高精度加工中心的主要精度指標是它的運動精度指標。而運動精度主要以坐標定位精度、重復定位精度以及銑圓精度來表示。1.2 自動換刀裝置的簡介1.2.1 自動交換刀具的由來自動交換刀具系統(tǒng)（Automatic Tool Changer 簡稱 ATC）系統(tǒng)是由刀庫、機械手及相應的控制系統(tǒng)組成。具有鉆、鏜、銑功能的數(shù)控、銑床，一般刀具都安裝在機床的主軸上，工件安裝于工作臺上。為了使工序能夠高度集中，盡量節(jié)省輔助時間，于是在數(shù)控銑床上增加自動交換刀具系統(tǒng)（含刀庫、機械手及其控制）便形成了加工中心（MC ） 。初期曾采用轉(zhuǎn)塔頭式的換刀方式，它的電動機、變速箱、轉(zhuǎn)塔頭做成一體，結(jié)構(gòu)緊湊：但變速箱工作時的振動和熱量都直接傳到轉(zhuǎn)塔上來，而且每把刀都需要一個主軸所以它的刀具數(shù)量、尺寸、結(jié)構(gòu)都受到很多限制。采用單獨存儲刀具的刀庫，刀具數(shù)量可以增多，以滿足加工復雜零件的需要，這時的加工中心只需一個夾持刀具進行切削的主軸，所以制造難度也比轉(zhuǎn)塔刀架低。1.2.2 自動換刀的形式（1）無機械手的換刀方式 [2]小型加工中心有采用無機械手換刀的方式，如圖 1-1。它的刀庫在立柱的正前方上部，刀庫中刀具的存放方向與主軸方向一致。換刀時主軸箱帶著主軸在立柱導軌上上升至換刀位置，主軸上的刀具正好進入刀庫的某一個刀具存放位置，隨即主軸內(nèi)夾刀機構(gòu)松開，主軸刀庫順著主軸方向向前移動，從主軸中拔出刀具，然后刀庫回轉(zhuǎn)，將下一步所需的刀具轉(zhuǎn)到與主軸對齊的位置；刀庫退回，將新刀具插入主軸中刀具隨即被夾緊，主軸箱下移，開始新的加工。這種自動換刀系統(tǒng)，刀庫整體前后移動不僅刀具數(shù)量少，而且刀具尺寸也較小。這種刀庫旋轉(zhuǎn)是在工步之間進行的，即旋轉(zhuǎn)所需的輔助時間與加工時間不重合。（2）機械手的換刀方式9這是加工中心普遍采用的一種方式。它的種類很多，可分為單臂單手式機械手、回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手、雙手式機械手、多手式機械手四類。① 單臂單手式機械手包括機械手只作往復直線運動的機械手和只作往復擺動的機械手。前者用于刀具主軸與刀庫刀座的軸線平行的場合。它的特點是機械手的插、拔刀運動和傳遞刀具的運動都是直線運動，因而無回轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的離心力，所以機械手的握刀部分可以比較簡單，只需兩個彈簧卡銷卡住刀柄。而后者，如果是機械手擺動軸線與刀具主軸平行，它主要用于刀庫換刀位置的刀座的軸線與主軸軸線相平行的場合。如果是機械手擺動軸線與刀具主軸垂直，它用于刀庫換刀位置的刀座和軸線相垂直的場合?？傊?，這種單臂單手式機械手結(jié)構(gòu)簡單。在轉(zhuǎn)塔頭帶刀庫的換刀系統(tǒng)中，不與主軸的換刀時間重合，故可用這類機械手。它也可在刀庫與主軸頭上的換刀機械手之間傳遞刀具。但是，這類機械手換刀動作均需順序進行，時間不能重合，從而換刀時間較長。圖 1-1 無機械手的換刀順序②回轉(zhuǎn)式單臂雙手式機械手包括兩手部成 180 ゜和兩手部不成 180 ゜兩種。兩手部成 180 ゜的又可分為固定式雙手、可伸縮式雙手和剪式雙手三類。這類機械手可以同時抓住和拔、插位于主軸和刀庫里的刀具，與單臂單手式機械手相比，可以縮10短換刀時間。③雙手式機械手可分為機械化只作往復直線運動的機械手和有回轉(zhuǎn)運動的機械手兩大類。前者包括雙手平行式和雙手交叉式，這種機械手適用于容量較大的、距主軸較遠的，特別是分置式的刀庫的換刀。機械手有回轉(zhuǎn)運動的，在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角為 180 ゜，可用于刀庫距主軸較遠者；在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角為 90 ゜，適用于刀庫距主軸較近者；在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角G (2-3)即：NG/u=7*9.8/0.12=572N從上式我們可以得到活動銷對刀具的壓力大于 572 牛又由于活動銷對刀具的力是由于彈簧壓縮所產(chǎn)生的，所以P=N572N (2-4)聯(lián)立（1） （4）二式可以得到P=N=28.5k572N所以 k=N/28.5572/28.5=20.06N/mm19取 k=21N/mm4.活動銷的選取與驗證由于活動銷承受的壓力較大，所以選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)）活動銷的受力圖如下如圖：N’是刀具對活動銷的支撐反力N’=P=kx=21N/mm*28.5mm=598.5Nf’是由于摩擦的結(jié)果 是由于活動銷阻止刀具下掉掉力的作用反力，與 f 的方向相反。即方向向上大小為：f’=f=Nu=598.5N*0.12=70.14NF’為彈簧對活動銷的作用力F’=-kx=598.5NF1 是由固定活動銷的外壁產(chǎn)生的，用來限制活動銷向下的運動、向上的運動、轉(zhuǎn)動等 5 個自由度的。由于這個物體（活動銷）在力的作用下平衡，根據(jù)力的作用力與反作用原理，可得：F’=N’F1=f’所以得到：F1=f’=70.14N且要與 f’的方向相反，因此方向向上。對 X 軸方向 ，活動銷受到 F’與 N’這對力的同時作用所以產(chǎn)生的內(nèi)部應力為 ?????AFn所以 n?(2-5)確定上式中各個參數(shù)值：1） 由于材料為 45 鋼 ，所一許用應力為 58Mpa2） Fn=N’=f’=598.5N所以（2-5 ）式中???nFA?又因為 （2-6） 42d??20所以 （2-7） ???????24dFAN即： ??mdN 63.10.3581.39????????所以取 d=12mm又由于活動銷還受到剪的作用，所以：??bsbsAF??（2-8）由（6） （8）二式我們可以得到如下的公式：??bsd??4?（2-9）確定上式中的各個參數(shù)值：1） 45 鋼的許用剪應力為 ??Mpabs60??2） 剪切力 Fbs=f’=598.5N所以（9）式可以計算為：3.56mm （2-10） ??????paFdbs605.984??由（7）與（10）得到的 d 綜合得取 d=12mm下面來確定銷的長度由于在 F1 和 f’的作用下會產(chǎn)生一個力距 M大小為 M=F1L （2-11） 上式中的 L 為活動銷的長度在 M 的作用下活動銷要彎曲，在它的 2 個端點彎距最大為 M=F1L所以彎曲應力為 （2-12） W??上式中 W 為抗彎截面系數(shù)由于截面為圓形所以W= 32/642/dhdIz??21所以 （2-13） 32dMW???由于 45 鋼的彎曲應力為 40Mpa所以（2-14） ?????即 MpaldWM4012.7323????所以,由上式得 145mml根據(jù)銷的系列與上式所計算的長度，取 l=112mm所以活動銷就確定了為5．鎖緊銷的選取與驗證由于鎖緊銷的要求沒有活動銷高，聯(lián)想到它的使用狀況，所以選用 20 鋼它的剪應力 ??Mpabs25??所以 （2-15） AFbs（2-16） 42d??（2-17） ??bss??由（15） （16） （17）式可以得到?? mFdbs 12.38102.38014.594????????取 d=7mm根據(jù)銷的系列選取長度為 40mm 的銷所以銷的類別為 7*40 2.5 機械手其它零件以及尺寸的確定2.5.1.螺栓的確定機械手的手部是通過螺栓連接在手腕上面的，又因為手部與手腕的結(jié)合要能精22確的固定相對位置，所以選用普通螺栓來連接。我這里采用了 3 螺栓組成螺栓組來連接的現(xiàn)在對這 3 螺栓進行受力分析這 3 個螺栓同時受到力 F=598.5 以及力矩 M=FL 作用由于這些螺栓都采用的是普通螺栓所以各個螺栓的受力分別為F’= NF5.193.581?1）下面我對其中的一個螺栓進行驗證（2-18） fziFkkzif ss????00上式中F 為接合面的摩擦系數(shù)i 為接合面數(shù) ，這里接合面數(shù)為 2，所以 i=2為防滑系數(shù) ---1.3，這里取 =1.2sk1.?sksk由于接觸表面的表面狀況為干燥的表面，所以取 f=0.1所以（18）式可以如下計算NfziFks 5.9721.050????又因為螺栓危險截面的拉伸條件公式：（2-19） ????????????43.43. 020Fdca由于螺栓的材料為中碳鋼，所以 它的許用拉伸應 =43Mpa???所以（19）式可以如下計算：=6.2mm??mFd4.3814.35973.10???????由于我只是大概的計算，所以實際取螺栓值的時候取大一點我們?nèi)?d=14mm所以采用 M14 這種螺栓關于螺栓的排布，我采用如下的方式：23圖 2-2 螺栓的排列下面，我們來確定這些螺栓在機械手中的位置右邊第一個螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離301?y10?x右邊第二個螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離2 32右邊第三個螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離3y5x2.5.2. 其它尺寸的確定機械手的手腕部分我選用 20 碳鋼它的厚度為 30mm，它的寬度為 80mm，它的整個長度為 640mm 其中機械手中心到手腕外的距離為 259mm，2.5.3 軸與機械手配合部分的直徑的確定1）材料的確定由于軸是重要的零件所以選用 45 鋼2）按扭轉(zhuǎn)強度來計算軸徑在軸的結(jié)構(gòu)設計時，通常用下面的這個公式來初步估算軸徑??TTdnpW?????32.095(2-20)上式中 為扭轉(zhuǎn)切應力，單位為 MpaT?T 為軸所承受的扭距，單位為 N.mm為軸的抗扭截面系數(shù),單位為 3mP 為軸所傳遞的功 單位為 kWD 為計算截面處的直徑 ,單位為 mm為許用扭轉(zhuǎn)應力,單位為 Mpa??T?24由上式可以得到軸的直徑為:????303332.0952.095nPAnpdTT?????(2-21)確定上式的值:(1) 確定 0A查表得 =126---103,這里取 =1100A(2) 確定轉(zhuǎn)速 n因為在 MV-810/A 中,換刀時間為 2.5s,整個過程有 10 個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間 s25.01?Tt而機械手在交換刀具的時候轉(zhuǎn)過 180 度的時間也為 0.25s,所以在這個時候,它的轉(zhuǎn)速最大,我們只要用最大轉(zhuǎn)速去計算軸徑就好了因為軸轉(zhuǎn)過 180 度的時間為 0.25s,所以轉(zhuǎn)過一 周所用的時間為 0.5s所轉(zhuǎn)速就為 min/12065.rn??(3) P 的確定由于所產(chǎn)生的功主要是用來使機械手轉(zhuǎn)動在轉(zhuǎn) 180 度的時候 p 最大,p=M ?其中 M=FL我們?nèi)?F 的最大值為 598.5N,而 L 的值我們在前面已經(jīng)確定了為 320mm所以M=FL=598.5N mN.519230??而 rad/s??4?所以 p=M =192.5 kw4.8.74?所以(21)式可以表示為 :????mnPAnPpdTT5.27018.1204.95.0953333???????25我們?nèi)?d=30mm 根據(jù)花鍵系列選擇：d=28mm關于軸與機械手的連接:軸與機械手連接采用花鍵2.5.4 液壓泵的選擇根據(jù)實踐，主軸夾緊松開所用的液壓缸所需的流量最大，因此，這里只需計算主軸夾緊松開的液壓缸的流量即可。主軸夾緊松開 [6]：自動換刀裝置的整個換刀過程所需的時間 ,共有 10 個動作，st5.2?則每個動作的時間平均為 =?t01即主軸松開刀具的時間為 0.25查手冊得每個碟形彈簧厚度 ，自由高度 H=??9.m3??m3106.??根據(jù)設計共有 22 個彈簧組成每個蝶形彈簧的極限行程 0h317.?則一組蝶形彈簧的極限行程為 20.???3104.5?速度 )/(16.25.014. 23smhv?????（1）拉釘松開刀具：進油口油腔的面積：S = =1)(42dD?)031.5.(422???)(05.23m??油缸的容積效率 ~97.0?v?98.0?則此時液壓缸的流量為 VSq1 432102.7.6??? )/(3s（2）拉釘夾緊刀具：進油口油腔的面積： )(102.5.042322 mDS??????則此時液壓缸的流量為 )/(106.798.16342 svq ????比較（1） 、 （2）兩者的計算結(jié)果，取 sq/03???齒輪液壓泵的容積效率 ，總效率.0~7?v 5.~7?26刀盤的轉(zhuǎn)速為 min)/(3.164750rin?電螺桿液壓泵的排量 ???vBqQ?)/(7.0963.108. 3sm???第三章 驅(qū)動系統(tǒng)的設計3.1 轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設計在整個運動的過程中,轉(zhuǎn)位有 3 次,第一是機械手轉(zhuǎn)過 75 度,第二次是機械手轉(zhuǎn)過180 度,第三次是機械手反向到原來的位置.這些轉(zhuǎn)位機構(gòu)主要是由齒輪齒條機構(gòu)來實現(xiàn)的,它們的動力源來自于液壓缸,對液壓港通入一定的壓力油,使活塞向預定的方向運動齒輪條是與活塞桿是做成一體的.采用不同行程的液壓缸就可以實現(xiàn)不同角度的轉(zhuǎn)動了。3.1.1．機械手轉(zhuǎn)過 75 度的驅(qū)動機構(gòu)這個機構(gòu)由一般個液壓缸、齒輪條、齒輪以及連接盤、連桿組成的，當發(fā)出機械手抓刀的信號時，液壓缸的后腔就通入壓力油，活塞桿推動著齒輪條向前移動，使得齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動的時候，帶動連接盤與連桿轉(zhuǎn)動，而連桿通過花鍵連在機械手上，所以當活塞通入壓力油的時候，機械手就相應的轉(zhuǎn)動。1）下面我們首先來選擇與計算液壓缸由于機械手的整個換刀時間為 2.5s 整個過程有 10 個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間 s25.01?Tt即：機械手轉(zhuǎn)過 75 度的時間為 0.25s取齒輪的齒數(shù)為 60，模數(shù)為 1.5，材料為 60Cr,那么齒輪的分度圓直徑為d=mz=60 m905.1??齒輪的分度圓周長為27S= md6.289014.3???所以齒輪轉(zhuǎn)過 75 度走過的距離L= s87575600因為齒輪齒條是配合的所以齒輪條在這個運動中也走過 58.875mm活塞桿的速度為 smts/236.05.87???設液壓缸的溶積效魚為 ，這里取9.??98.0??設液壓缸的額定流量為 q所以 （2-22） ???A又 （2-23） 42d?由上 2 式可以得到（2-24） qqd29.536.018???????因為 q=0.8 m/s3所以（24）可以如下計算 29.5108.29.53???qd所以選擇 d=35mm所以選擇液壓缸，它的 行程為 58.8mm，活塞的直徑為 35mm。2.確定齒輪齒條機構(gòu)其它尺寸首先確定齒寬系數(shù) d?由于齒輪的二支承相對齒輪做對稱布置，所以取 =1。d?由于 *aaamhzd??（2-25 ）由于我都采用的是標準直齒輪（壓力角為 20 度）所以 1*ah所以28=90+2*2aaamhzzd??m935.1??因為 所以齒輪做成實心160?由于這個齒輪通過連桿與連接盤來傳遞運動的，所以齒輪做成如下的結(jié)構(gòu)：圖 3-1 大齒輪的結(jié)構(gòu)其中取 B1=30mm那么 B2=91mm-30mm=61mm所以與活塞桿連接在一起的齒輪條的直徑就為 35mm而齒輪條固定在一個滑槽中，滑槽的結(jié)構(gòu)如下：L1=10 L2=20 H=8 L=80圖 3-2 固定與大齒輪配對的齒輪條的滑槽齒輪的齒距（分度圓）mmp71.45.3????由于齒輪與齒輪條是配合一起運動的所以齒輪的齒距（分度圓）就是齒輪條的齒距（分度圓）即： p71.4齒 輪齒 條由于液壓缸的行程 l=58.875mm，所以齒輪條的齒輪數(shù)295.127.48?plz因為要留一些距離，還有齒輪與齒輪條的齒輪數(shù)互為質(zhì)數(shù)，所以取齒輪條的齒輪數(shù)為 z=15。3．與齒輪齒條一起運動的零件以及尺寸的確定1）連接盤的尺寸的確定D1=50mmD2=70mmD3=90mmD4=130mmL1=20mmL2=40mmL3=61mmL4=11mmd=6mm連接盤是空套在齒輪上面的，2）傳動盤以及尺寸的確定D1=40mmD2=60mmD3=70mmL1=10mmL2=30mm孔的直徑 d1=6mm30圖 3-4 傳動盤3) 把傳動盤與連桿（軸）連接起來的花鍵的確定D1=40mmD2=26mmH=10mm圖 3-5 花鍵3.1.2.機械手轉(zhuǎn)過 180 度的驅(qū)動機構(gòu)這個機構(gòu)由一般個液壓缸、齒輪條、齒輪以及連桿組成的，當發(fā)出機械手交換刀具的信號時，液壓缸的后腔就通入壓力油，活塞桿推動著齒輪條向前移動，使得齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動的時候，帶動連桿轉(zhuǎn)動，而連桿通過花鍵連在機械手上，所以當活塞通入壓力油的時候，機械手就相應的轉(zhuǎn)動。1）下面我們首先來選擇與計算液壓缸由于機械手的整個換刀時間為 2.5s 整個過程有 10 個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間 s25.01?Tt即：機械手轉(zhuǎn)過 180 間為 0.25s取齒輪的齒數(shù)為 48,模數(shù)為 1.5，材料為 60Cr,那么齒輪的分度員直徑為d=mz= m725.148??齒輪的分度圓周長為S= d08.69.3?所以齒輪轉(zhuǎn)過 180 度所走的距離L= ms4.13.216080???因為齒輪齒條是配合的所以齒輪條在這個運動中也走過 113.04mm活塞桿的速度為 sts/452.0.13???設液壓缸的溶積效魚為 ，這里取9.7??98.0??