鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計【三維PROE】【畢業(yè)論文答辯資料】

需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 買對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件的設(shè)計 學(xué) 院 機(jī)械與自動控制學(xué)院 專業(yè)班級 09 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 4 班 姓 名 洪之奇 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 李 志剛 系 主 任 胡明 學(xué)院院長 胡旭東 二 O 一三 年 五 月 二十一 日 浙 江 理 工 大 學(xué) 機(jī)械與自動控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計誠信聲明 我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計說明書與圖紙均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）： 年 月 日 摘 要 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。 在機(jī)械加工中，大部分零件都要進(jìn)行多種工序加工。在一般數(shù)控機(jī)床的整個加 工過程中，真正用于切削的時間只占整個工作時間的 30%左右，其余的大部分時間都花在安裝、調(diào)整刀具、裝卸、搬運零件和檢查加工精度等輔助工作上。自動換刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置。為充分發(fā)揮機(jī)床的作用，數(shù)控中心均配有自動換刀裝置。 本課題重點在于鏜銑加工中心換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量，品質(zhì)還是性能方面都不能完全滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 本課題重點解決的問題：換刀機(jī)械手部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對關(guān)鍵零件進(jìn)行校核以及尺寸的優(yōu)化選取。 主 要設(shè)計內(nèi)容有： （ 1）設(shè)計鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件的結(jié)構(gòu)，傳動系統(tǒng)以及驅(qū)動系統(tǒng)，使其能夠滿足快速，平穩(wěn)，準(zhǔn)確換刀的功能。 （ 2）完成重要零件的設(shè)計，主要包括齒輪的設(shè)計，軸的設(shè)計，手指的設(shè)計。使用 對所有換刀機(jī)械手零件進(jìn)行三維建模，并建立總裝模型。 （ 3）用 出換刀機(jī)械手重要零部件的二維圖紙。 關(guān)鍵詞： 鏜銑加工中心；結(jié)構(gòu)設(shè)計；換刀機(jī)械手；伸縮回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機(jī)械手。 he is a in of is as it I do of of to In of be a of in NC 0% of of of is on NC in of to In to to of of is of is of or of on of A of of (1) of to it to (2) of of of of E 3D of (3) to of 目 錄 摘 要 1 章 緒論 . 1 題的背景和意義 . 3 內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 . 4 械手簡介 . 4 械手的分類 . 5 業(yè)機(jī)械手研究趨勢 . 9 刀機(jī)械手研究意義 . 9 計的內(nèi)容和思路 . 10 第 2 章 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手總體設(shè)計 . 12 刀機(jī)械手的工作原理分析 . 13 械 手的平穩(wěn)性 . 13 械手的運動特性 . 14 刀機(jī)械手方案的確定 . 15 第 3 章 換刀機(jī)械手的總體方案設(shè)計 . 16 爪部分設(shè)計 . 16 械手手臂的設(shè)計 . 16 械手傳動方式的選擇 . 18 械手轉(zhuǎn)過 180 度的傳動機(jī)構(gòu)選擇 . 18 軸以及機(jī)械手上下伸縮的傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計 . 20 刀機(jī)械手驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 . 22 第 4 章 換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸確定 . 24 手指結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 . 24 手指夾緊力的計算 . 24 手指部分的相關(guān)校核 . 26 臂的彎曲變形 . 28 與機(jī)械手配合部分的直徑的選取 . 30 械手轉(zhuǎn)過 180 度的驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計 . 31 設(shè)計參數(shù) . 33 第 5 章 總結(jié)與展望 . 34 參考文獻(xiàn) . 35 致 謝 . 36浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 1 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 2 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 第 1 章 緒論 題的背景和意義 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 4 機(jī)械制造業(yè)是一個國家最基礎(chǔ)的行業(yè)， 為整個國民經(jīng)濟(jì)提供技術(shù)裝備，其發(fā)展水平是國家工業(yè)化程度的主要指標(biāo)之一。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生 產(chǎn)成本。 二、以改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個 側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 械手簡介 人類在面對對人體健康有害的各種射線、高溫和低壓、高壓和低壓，進(jìn)行深水考察，以及操作有毒性的和爆炸性的物質(zhì)時，都必須利用各種遠(yuǎn)距離操作設(shè)備。遠(yuǎn)距離操作設(shè)備與普通設(shè)備的主要區(qū)別，在于能夠通過適當(dāng)?shù)纳锲帘伟巡僮魅藛T與危險源隔開進(jìn)行操作。作為這種屏蔽的有各種防護(hù)屏、屏蔽 箱、熱室和其它箱室的壁，有時亦可采用加大距離的辦法。 機(jī)械手就是這樣一種遠(yuǎn)距離操作設(shè)備 1。 機(jī)械手是由操作人員或程序裝置遠(yuǎn)距離操縱的一種裝置。它包括供模仿人手的移動和關(guān)節(jié)動作功能用的操作機(jī)構(gòu)。機(jī)械手通常是由安裝在危險區(qū)內(nèi)的從動浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 臂、安裝在危險區(qū)外的主動臂和穿墻（防護(hù)屏）的連接臂組成。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn) 確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用自動換刀裝置是數(shù) 控加工中心在工件的一次裝夾中實現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置 , 主要由刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動裝置幾部分組成。 圖 1工中心換刀機(jī)械手 1 械手的分類 目前，機(jī)械手尚無通用的分類方法。它們可按不同的特點分，例如，根據(jù)從動臂對于主動臂動作的模仿程度，主動臂上力的再現(xiàn)，用途，從動臂與主動臂的連接形式，操作方法，外形等分類。 實踐中所采用的機(jī)械手可分為四類： 1）劍式機(jī)械手； 2）機(jī)械傳動和密封磁力機(jī)械傳動機(jī)械手； 3）電動機(jī)械傳動、液壓和氣動機(jī)械手； 4）特殊機(jī)械手 1。 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 6 第一類機(jī)械 手一般不能完全模仿操作人員的手關(guān)節(jié)的動作。但是，由于其結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，因而獲得廣泛應(yīng)用，是通用的機(jī)械手。 第二類機(jī)械手能完全模仿操作人員的手關(guān)節(jié)的動作（有七個和七個以上的動作）。它比第一類機(jī)械手較為復(fù)雜。由于其操作方便、價格不太高，所以也得了廣泛應(yīng)用。磁力機(jī)械傳動機(jī)械手比機(jī)械傳動機(jī)械手略微復(fù)雜，而且昂貴，但能保證箱室的完全密封。 第三類機(jī)械手比第二類機(jī)械手更加復(fù)雜而且昂貴。這類機(jī)械手的某些類型得了廣泛應(yīng)用，尤其是用于操作間與箱室之間要求高度密封，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作和主動臂作用于從動臂的力按比例反射操 作的地方。這一類的非模擬機(jī)械手有杠桿或控制裝置和普通（非隨動的）電傳動裝置，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了價格。 第四類機(jī)械手裝有控制裝置，這類機(jī)械手的抓舉能力很大，可用于完成預(yù)先給定的工序。 其中換刀機(jī)械手也有各種分類： 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 機(jī)械手?jǐn)[動的軸線與刀具主軸平行，機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來進(jìn)行自動換刀，換刀具的所花費的時間長，用于刀庫換刀位置的刀座的軸線相平行的場合。如圖 1 所示： 圖 1 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 圖 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 2 所示。 這種機(jī)械手的兩臂各有一個卡爪，可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，在回轉(zhuǎn)之后有同時將刀具歸回刀庫及裝入主軸，是目前加工中心機(jī)床上最為常用的一種形式，換刀時間要比前兩種都短，如圖 3 所示。 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 8 圖 3 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這種機(jī)械手在有的設(shè)計中還采用了可伸縮的臂如圖 4 所示： 圖 4 雙臂回轉(zhuǎn)式機(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。其中一個機(jī)械手執(zhí)行拔舊刀歸回刀庫，另一個機(jī)械手執(zhí)行從刀庫取新刀插入機(jī)床上，如圖 5 所示。 圖 5 雙機(jī)械手 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 圖 6 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手 業(yè)機(jī)械手研究趨勢 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量，品質(zhì)還是性能方面都不能完全滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手。在自動換刀裝置的研究上還要 解決一些關(guān)鍵技術(shù)問題：如優(yōu)良運動曲線選擇、機(jī)構(gòu)運行可靠性、換刀復(fù)合凸輪的設(shè)計，凸輪的精密加工等。 此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生少許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺。目前，已經(jīng)取得一定成績。 刀機(jī)械手研究意義 隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展 , 機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。目前 , 機(jī)械手不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦 ,冶金 ,石油 ,化學(xué) ,船舶等領(lǐng)域 ,同時也已開始擴(kuò)大到核能 ,航空 ,航天 ,醫(yī) 藥 ,生化等高科技領(lǐng)域以及家庭清潔 ,醫(yī)療康復(fù)等服務(wù)業(yè)領(lǐng)域中。如 ,水下機(jī)器人 ,拋光機(jī)器人 ,打毛刺機(jī)器人 ,擦玻璃機(jī)器人 ,高壓線作業(yè)機(jī)器鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 10 人 ,服裝裁剪機(jī)器人 ,制衣機(jī)器人 ,管道機(jī)器人等特種機(jī)器人以及掃雷機(jī)器人 ,作戰(zhàn)機(jī)器人 ,偵察機(jī)器人 ,哨兵機(jī)器人 ,排雷機(jī)器人 ,布雷機(jī)器人等軍用機(jī)器人都是機(jī)械手應(yīng)用的典型。機(jī)械手廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。而且 ,隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩 ,未來各種專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費機(jī)器人將不斷貼近人類生活 ,其市場將繁榮興旺。 換刀機(jī)械手 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 和 研究 是數(shù)控加工中心研究的基礎(chǔ)。 因此 ， 對 具有理想結(jié)構(gòu) 和傳動方式 的 換刀機(jī)械手 進(jìn)行抓取機(jī)理、操作理論、運動學(xué)和動力學(xué)、控制理論、信息集成等方面的研究是最有效也是最有意義的 。 計的內(nèi)容和思路 設(shè) 計思路：鏜銑加工中心中的換刀機(jī)械手要起到的作用簡單來說就是抓刀換刀的作用，具體的一整個流程是：機(jī)械手向前伸展，到達(dá)合適位置，抓刀，然后拔刀，再旋轉(zhuǎn) 180，然后插刀，縮回。 設(shè)計內(nèi)容：那么要完成這一系列的功能就需要以下裝置：液壓缸 1,2（動力裝置，通過齒輪齒條帶動機(jī)械手的伸縮和抓放），齒輪齒條 1,2（傳動裝置），機(jī)械手爪（抓刀，拔刀，插刀，松 刀），液壓缸 3（動力裝置，通過大主軸帶動機(jī)械手和液壓缸 1,2 的機(jī)械手部分上下平移運動以實現(xiàn)拔刀和插刀的功能），大主軸（傳動裝置，起到上下平移和繞軸心旋轉(zhuǎn)這 2 個關(guān)鍵的傳動作用），液壓缸4（動力裝置，通過齒輪齒條帶動大主軸繞軸心的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)換刀的功能），齒輪齒條 3（傳動裝置）。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 12 第 2 章 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手總體設(shè)計 本換刀機(jī)械手主要包括抓刀松刀控制裝置、伸縮手爪的傳動裝置、拔刀插刀的動力傳動裝置、旋轉(zhuǎn)換刀的傳動裝置這四個方面的設(shè)計。 制定總體方案，就是在深入調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，提出所設(shè)計的 工藝設(shè)備方法、運動和布局、傳動和結(jié)構(gòu)的性能等方面的方案。這個總體方案是部件和零件的設(shè)計依據(jù)，對整個設(shè)備設(shè)計的影響很大，是至關(guān)重要的一步。因此，在擬定總體方案過程中，必須綜合地考慮對設(shè)備的各項要求，使所定方案技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益高。 圖 2設(shè)計圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 刀機(jī)械手的工作原理分析 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計布局如圖 2設(shè)計中，換刀機(jī)械手部件的最大長度為1400大高度為 1200度為 175 傳動機(jī)構(gòu)。工業(yè)生產(chǎn)要求機(jī)械手工作速度快，運動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動靈活，定位精度高。主要傳動部件 ：大主軸：采用 45 鋼；傳動齒輪：采用 40數(shù)為22，模數(shù)為 6，采用 7 級精度；帶齒條的傳動軸：采用 45 鋼；扇形齒輪和傳動齒條軸：齒數(shù)為 21，模數(shù)為 2；液壓缸。 運動實現(xiàn)方式 :該換刀機(jī)械手通過液壓缸 齒輪 連接塊，實現(xiàn)機(jī)械手在水平方向的 180轉(zhuǎn)動，從而完成換刀的運動。機(jī)械手的另外一個運動是通過液壓缸 連接塊，帶動機(jī)械手臂的上下移動，實現(xiàn)機(jī)械手的拔刀和插刀的運動。而機(jī)械手的伸縮和抓刀松刀則是通過液壓缸 扇形齒輪 械手的平穩(wěn) 性 工業(yè)生產(chǎn)要求機(jī)械手工作速度快，運動平穩(wěn)，定位精度高。應(yīng)注意其影響因 圖 慣性曲線 2 素，設(shè)計合理結(jié)構(gòu)，以滿足要求。 1、影響平穩(wěn)性以定位精度的因素 （ 1）、慣性力的影響 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 14 機(jī)械手速度突變，加（減）速度不連續(xù)，會產(chǎn)生巨大的慣性沖擊力，以至使工件滑動、部件松動、零件破裂。定位時，大的減速度使臂部往復(fù)振動，直接影響定位精度。因此，應(yīng)根據(jù)機(jī)械手的運動特性，選擇適宜的控制系統(tǒng)，使加（減）速度按所需的運動歸路變化，同時，在保證剛度的前提下，減輕機(jī)械手運動件的重量。 （ 2）、結(jié)構(gòu)剛度的影響 零件 結(jié)構(gòu)剛度性差，配合間隙大及整機(jī)固有頻率低時，受較小慣性沖擊，就發(fā)生振動。不但降低定位精度，而且降低機(jī)械手壽命。應(yīng)選擇合理結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械手固有頻率及承受慣性載荷的能力。 （ 3）、定位方法的影響 常用的定位方法中，電氣開關(guān)的定位精度最低，伺服定位較高，機(jī)械擋塊的定位最高。 （ 4）、控制系統(tǒng)的影響 電控系統(tǒng)的誤差，閥類泄漏，檢測元件失靈，擋塊偏移等會降低定位失靈。 （ 5）、驅(qū)動源的影響 液壓、氣壓、電壓及油溫波動都會降低平穩(wěn)性及定位精度，必要時，用蓄能器等穩(wěn)定液壓、氣壓、電壓，用加熱 器和冷卻器控制油溫。 械手的運動特性 深入分析機(jī)械手的運動特點，有利于根據(jù)工作條件選擇適宜的運動特點。下面為我們所選工業(yè)機(jī)械手所具有的運動規(guī)律，在減速較大時的情形。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 15 圖 運動特性曲線 按上圖的運動，機(jī)械手的速度變化呈等加速或不等加速運動，其減速過程亦分為等減速運行和不等減速運行，在呈等加速運行，而不等減速運行時，由于速度行程短，故有利于提高機(jī)械手的工作速度。 特點：速度變化基本上連續(xù)，運動中不會產(chǎn)生 沖擊，可以滿足高速、平穩(wěn)和定位精度高的要求。 刀機(jī)械手方案的確定 由于與機(jī)械、電力傳動相比，液壓傳動具有體積小、質(zhì)量輕、功率大運動平穩(wěn)的特點，并且因為液壓元件有自我潤滑作用，使用壽命長，所以本人在機(jī)械手的 手臂伸縮運動及手指夾緊運動以及傳動機(jī)構(gòu)都采用液壓的驅(qū)動方式。并且由于兩手伸縮回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機(jī)械手的兩手可伸縮，縮回后回轉(zhuǎn)，可避免與刀庫中其他刀具干涉，所以本人把現(xiàn)有的一種單臂單爪的機(jī)械手改進(jìn)為兩手伸縮回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機(jī)械手，這樣既保留了它原有的靈巧優(yōu)勢，又大大增加了效率。 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 16 第 3 章 換刀機(jī)械手的總 體方案設(shè)計 爪部分設(shè)計 手爪部分的結(jié)構(gòu)我選擇了雙指的結(jié)構(gòu)，這樣選擇的原因是雙指具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝拆卸方便，抓刀穩(wěn)定快速等特點。結(jié)構(gòu)如圖 3示。 圖 3指結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 3示，當(dāng)機(jī)械手伸出的時候，液壓缸推動活塞往前帶運動，通過扇形齒輪的傳動，齒條軸和手指一起往前運動，銷釘頂住的擋塊往前滑動，當(dāng)滑到套座的錐形區(qū)域時，機(jī)械手指開始夾緊，完成抓刀。 械手手臂的設(shè)計 機(jī)械手工作中運動速度較高，在結(jié)構(gòu)位置應(yīng)保證運動平穩(wěn)，這樣可以提高機(jī)械手運動的平穩(wěn)性，可以提高機(jī)械手適用的 可靠性，并提高使用壽命。 一、 臂部要防止偏重 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，盡量使其浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 17 總的重心在支撐中心，防止對支撐中心的偏重。一但偏重，將會產(chǎn)生附加的彎矩，引起導(dǎo)向裝置不均勻的磨損。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(jī)械手的振動，嚴(yán)重的會造成卡死。 預(yù)防的措施： 1、 減輕腕部、手部的重量，并盡量減少偏心載荷?？刹捎娩X合金制造腕部和手部。 2、 合理分布臂部上各部件重量和增加平衡重，使臂部平衡。 3、 某些機(jī)械手結(jié)構(gòu)上無法避免偏重， 則應(yīng)加強(qiáng)導(dǎo)向支撐，盡量減輕偏重對運動的影響。 二、 加強(qiáng)臂部剛度 提高臂部剛度是減少手部顫動的關(guān)鍵，有利于提高定位精度，故常采用導(dǎo)向形式來加強(qiáng)定位。 三、 改進(jìn)緩沖裝置和提高配合精度 機(jī)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。 機(jī)械沖擊，它是在臂部運動中與定位裝置相碰撞而產(chǎn)生的。它可用緩沖裝置來消除。 四、采取的措施： 1、 提高部件的配合精度，減少間隙，有利于運動平穩(wěn)，特別是高速運動的機(jī)械手更需要保證加工精度和提高配合。 2、 機(jī)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。 綜合以上所述，我在設(shè)計機(jī)械手手臂 的時候采用了完全中心對稱的機(jī)構(gòu)，并且通過外殼的固定來保證機(jī)械手手臂的水平，結(jié)構(gòu)如圖 2示。為了適應(yīng)不同型號的刀柄，兩邊的刀爪是可以拆卸調(diào)換的 。 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 18 圖 3臂結(jié)構(gòu)示意圖 械手傳動方式的選擇 械手轉(zhuǎn)過 180 度的傳動機(jī)構(gòu)選擇 在現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用較廣泛的主要有：帶傳動，鏈傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動這四種傳動方式。它們分別具有以下特點： 一、帶傳動： 1、結(jié)構(gòu)簡單，可以傳動的中心距較大，傳動中不產(chǎn)生震動。 2、 滑動系數(shù)大，傳遞功率較小。 3、 傳動平穩(wěn)、價格低廉、緩沖吸震。 圖 3帶傳動示意圖 4 二、鏈傳動： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 19 1、 能夠保證準(zhǔn)確的平均速比。 2、 可以作中心距較大的兩輪軸間傳遞動力和運動。 3、 鏈條容易磨損，磨損后的鏈條節(jié)距增大，鏈條易脫落。 4、 鏈條傳動的速度較低，傳動時有噪音。 三、齒輪傳動： 1、 效率高 在常用的機(jī)械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪的效率可達(dá) 99%。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高 1%，也有很大的經(jīng)濟(jì)效益。 2、 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。 3、 工作可靠，壽 命長 設(shè)計制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪，工作十分可靠，壽命可長達(dá)一、二十年，這也是其它機(jī)械傳動所不能比擬的。這對車輛及礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。 4、 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于這一特點。 5、 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離大的場合。 1、蝸桿 2、渦輪 圖 3輪蝸桿傳動示意圖 5 四、蝸桿傳動： 1、 渦輪副傳動的結(jié)構(gòu)緊湊，渦輪箱的外形尺寸較小。 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 20 2、 渦輪副傳動平穩(wěn)，無噪音。 3、 渦輪副傳動是滑動摩擦，在傳動中摩 擦損害較大，因此傳動效率較低。采用自鎖傳動時，效率約為 50%。 考慮到效率，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊等方面，我選擇了齒輪齒條傳動作為我的動力傳動方案。如圖齒輪齒形曲線主要采用漸開線、其它還有擺線、圓弧線等，由于漸開線齒形容易制造，便于安裝，所以我設(shè)計的齒輪采用漸開線齒形。圖 3動齒輪齒條結(jié)構(gòu)示意圖 軸以及機(jī)械手上下伸縮的傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計 軸是組成機(jī)械的一個常用的重要零件，它支持著其他轉(zhuǎn)動零件如齒輪、蝸輪等零件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，它由軸系支持、軸承則安放在箱體或機(jī)架上面，軸承、軸和軸上 零件形成一個組成體，稱為軸系。組成軸系的主要零件 承、聯(lián)軸器等稱為軸系零件。 軸的設(shè)計主要包括：軸的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性計算等，設(shè)計軸的主要步驟如下： （ 1）根據(jù)機(jī)械傳動總體布局?jǐn)M定軸上零件的位置。（ 2）選擇軸的材料。（ 3）初 步估計軸的直徑。（ 4）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。（ 5）進(jìn)行軸的強(qiáng)度、剛度、振動計浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 21 算。（ 6）校核鍵、軸承、聯(lián)軸器等的強(qiáng)度或壽命。進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。（ 5）進(jìn)行軸的強(qiáng)度、剛度、振動計算。（ 6）校核鍵、軸承、聯(lián)軸器等的強(qiáng)度或壽命。（ 7）繪出軸系 的裝配圖、零件圖等。 軸是組成機(jī)械的一個重要零件。它支承著其他轉(zhuǎn)動件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，同時它又通過軸承和機(jī)架聯(lián)接。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運動，形成了一個以軸為基準(zhǔn)的組合體 軸系部件。 一、 軸的總類： 軸按受載情況分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸，其中轉(zhuǎn)軸既支承傳動機(jī)件又傳遞力，即承受彎矩和扭矩兩種作用；心軸只起支承旋轉(zhuǎn)件作用而不傳遞動力，即只承受彎矩作用；傳動軸主要傳遞動力，即主要承受扭矩作用。 按結(jié)構(gòu)形狀分為：光軸、階梯軸、實心軸、空心軸等。 按幾何軸線形狀分為：直軸、曲軸、鋼絲軟軸。 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。對于高速軸還應(yīng)考慮震動穩(wěn)定性問題。 二、 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。 軸的常用材料是 35、 45、 50 優(yōu)質(zhì)碳素鋼，對于受載較小或不太重要的軸，也可以用 普通碳素鋼。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。 根據(jù)工作條件要求，軸可在加工前或加工后經(jīng)過整體或表面處理，以及表面強(qiáng)化處 理（如噴丸、輥壓、氮化等），以提高其強(qiáng)度（尤其疲勞強(qiáng)度）和耐磨、耐腐蝕等性能。 軸一般由軋制圓鋼或鍛件經(jīng)切削加工制造。軸的直徑較小，可用圓鋼棒制造；對于重要的，大直徑或階梯直徑變化較大的軸，采用鍛坯。為節(jié)約金屬和提高工藝性，直徑大的軸還可以制成空心的，并且?guī)в泻附拥幕蛘咤懺斓耐咕?。對于形狀?fù)雜的軸，可采用鑄造。 軸的結(jié)構(gòu)決定于受載情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運輸?shù)葪l件。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)是盡量減小應(yīng)力集鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 22 中，受力合理，有良好工藝性，并使軸上零件定位可靠，裝拆方便。 對于要求剛度大的軸，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。 零件與軸的固定或聯(lián)接方式，隨零件的作用而異。一般情況下，為了保證零件在軸上具有固定的工作位置，需從軸向和周向加以固定。 三、 軸的設(shè)計過程 我設(shè)計的驅(qū)動裝置中所采用的軸主要作用是既可以在插刀、拔刀時帶動整個機(jī)械手上下移動，又可在交換刀具時帶動回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動，考慮到機(jī)械手在轉(zhuǎn)動 180度的時候，上方的液壓缸不能跟著主軸一起轉(zhuǎn)動，所以必須設(shè)計一個裝置能讓主軸轉(zhuǎn)動時保持上方的液壓缸不轉(zhuǎn)動，而上方液壓缸帶動主軸上下伸縮運動時也不會和轉(zhuǎn)動裝置發(fā)生干涉。經(jīng)過查資料，我 設(shè)計了以下結(jié)構(gòu)來保證這一要求，如圖3示。 圖 3伸縮傳動結(jié)構(gòu)示意圖 刀機(jī)械手驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動機(jī)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(jī)械式四種形式。 本設(shè)計中的各個運動主要是直線往復(fù)運動。由于電動機(jī)輸出的是旋轉(zhuǎn)運動，浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 23 若采用電動機(jī)傳動，則必須加入齒輪、齒條等機(jī)械機(jī)構(gòu)，將電動機(jī)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。同時，由于液壓驅(qū)動的抗沖擊能力比電氣驅(qū)動的抗沖擊能力要強(qiáng)，而且在產(chǎn)生相同驅(qū)動力（力矩）的條件下，與其他驅(qū)動方式相比，液壓驅(qū)動系統(tǒng)還具有體積小、慣性小、工作平穩(wěn)可靠以及可實現(xiàn)較高位置精度的特點 5。故本設(shè)計中的驅(qū)動方式都為液壓驅(qū)動，用液壓驅(qū)動方式來實現(xiàn)手指夾緊、手臂伸縮和 主軸轉(zhuǎn)動和上下伸縮的動作。 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 24 第 4 章 換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸確定 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(xiàn) 5， 手指夾緊力的計算過程如下： 手指對工件的夾緊力： 式中： 1K 安全系數(shù)，本設(shè)計 中取 1K = 2K 動載系數(shù)，本設(shè)計中取 2K = 3K 方位系數(shù)， ，本設(shè)計中 .0f ， 60 ， 則 360s K，本設(shè)計3K= G 被抓持工件的重量，取工件質(zhì)量為 8 將上述各值代入式 (得： N =手指結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析如圖 4示， 由： 1 21 可得： )1 (又由： 0 )1 (浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 25 圖 4手指受力分析 得： s in)s )s 即： )s s (在本設(shè)計 ， 302160 b =50c =13 將各值代入式 (得 )3021s 13/P =2 50 13 =慮到運動過程中的能量損失，取 =手指夾緊液壓缸的實際驅(qū)動力為： /實 =設(shè)計中取實P=500N； 由式 (得： )215001 P =式 (得： 鏜銑加工中心換刀機(jī)械手部件設(shè)計 26 1P =511P =51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： 2慣 (式中： m 工件質(zhì)量； R 工件到旋轉(zhuǎn)軸線的距離，這里取 300R 手架旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，初取 2 s； 則