數(shù)控銑床換刀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

1、 數(shù)控銑床換刀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案目 錄1 緒論11.1數(shù)控機(jī)床概述11.1.1國內(nèi)數(shù)控銑床換到裝置的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀11.1.2國外數(shù)控銑床換到裝置的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀11.1.3數(shù)控銑床換刀裝置的意義11.2數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展21.3加工中心的組成與工作原理31.3.1加工中心的定義31.3.2加工中心的組成31.4加工中心的換刀裝置41.4.1ATC刀具自動(dòng)換刀裝置的基本要求41.4.2刀具的選擇方式41.4.3選擇選刀方式及其理由51.5整體方案的初步設(shè)計(jì)52 換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)62.1 換刀機(jī)械手的類型62.2換刀機(jī)械手類型的選擇72.3機(jī)械手與手爪的設(shè)計(jì)72.3.1手爪計(jì)算72.3.2手爪鎖的設(shè)計(jì)10

2、2.4彈簧的選擇與計(jì)算122.5 機(jī)械手尺寸的設(shè)計(jì)143 液壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)153.1 液壓傳動(dòng)簡介153.2 液壓缸的設(shè)計(jì)163.2.1液壓缸的計(jì)算載荷163.2.2升降液壓缸的設(shè)計(jì)173.2.3油缸壁厚的計(jì)算203.2.4油缸長度的計(jì)算203.2.5油口直徑的計(jì)算213.2.6有孔缸底厚度計(jì)算223.3液壓馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算233.3.1擺動(dòng)缸體的設(shè)計(jì)計(jì)算233.3.2擺動(dòng)液壓缸壁厚及螺釘?shù)挠?jì)算253.3.3葉片連接螺釘?shù)挠?jì)算264 軸的設(shè)計(jì)274.1 軸設(shè)計(jì)計(jì)算274.1.1軸材料的選擇274.1.2軸直徑的計(jì)算284.1.3軸的校核305 刀庫的設(shè)計(jì)315.1 確定刀庫設(shè)計(jì)容量315.2 刀庫

3、結(jié)構(gòu)315.3 刀庫的計(jì)算設(shè)計(jì)335.3.1刀庫的驅(qū)動(dòng)335.3.2蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算335.3.3刀庫相關(guān)參數(shù)的計(jì)算386 典型零件的選用396.1軸承的選用校核396.2 聯(lián)軸器的選用與校核406.3 法蘭連接416.4 機(jī)械手液壓缸密封元件426.5 整體托架的設(shè)計(jì)426.6 關(guān)鍵零件的制造工藝427 換刀裝置控制447.1 液壓控制原理圖447.2 電氣控制457.3 PLC控制468 結(jié)論49參考文獻(xiàn)51摘 要本文主要內(nèi)容是數(shù)控銑床換刀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其意義在于在小型數(shù)控銑床的數(shù)控改造，提高加工效率并且降低成本。本論文設(shè)計(jì)包括換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)、刀庫傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。換刀裝置可分為無機(jī)械手換

4、刀及有機(jī)械手換刀。無機(jī)械手換刀與有機(jī)械手換刀的主要區(qū)別是采用中間裝置輔助換刀，而后者具有更高的換刀效率。在本次設(shè)計(jì)中選用單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。其主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸上的刀具與刀庫刀具快速、精準(zhǔn)的交換，以減少通過人工交換帶來的誤差及時(shí)間。刀庫的形式也花樣繁多，通過調(diào)查現(xiàn)在加工中心，發(fā)現(xiàn)其主要根據(jù)刀庫容量來選用刀庫的形式。常用的為盤式刀庫以及鏈?zhǔn)降稁?。此次設(shè)計(jì)容量為6把刀具，采用盤式刀庫，其主要通過回轉(zhuǎn)方式選刀。小型數(shù)控加工中主用采用順序選刀方式進(jìn)行選刀。首先，按照加工順序放入相應(yīng)刀具，使用時(shí)按加工步驟進(jìn)行換刀。單臂雙爪換刀機(jī)械手與盤式刀庫其結(jié)構(gòu)簡單，換刀時(shí)間短、動(dòng)作靈活，是數(shù)控銑床換刀裝置比較

5、可靠的選擇之一。數(shù)控系統(tǒng)是加工中心的核心，而PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件。可通過PLC編程控制器實(shí)現(xiàn)對整個(gè)換刀裝置的控制。關(guān)鍵詞：刀庫；換刀機(jī)械手；PLC1 緒論1.1 數(shù)控機(jī)床概述工業(yè)作為國家發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，其對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、成產(chǎn)率和制造成本提出來更高的要求。實(shí)現(xiàn)上述要求的重要舉措之一就是實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過程的自動(dòng)化。單件、小批量占機(jī)械加工的80%左右，由于其產(chǎn)品更新?lián)Q代快，品種多、質(zhì)量和生產(chǎn)率高、成本低的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)成為目前主要趨勢。而數(shù)控機(jī)床則可以滿足目前的生產(chǎn)需求。1.1.1國內(nèi)數(shù)控銑床換到裝置的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀我國在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方

6、面比發(fā)達(dá)國家落后約20年。如在我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重到1995年只有1.9%，而日本在1994年已達(dá)到20.8%，而擁有刀庫的機(jī)床更少，大部分企業(yè)及工廠都采用人工換刀及在機(jī)床間人工搬運(yùn)工件與定位。其降低了加工精度，及多消耗工時(shí)，降低了生產(chǎn)率并且增加了勞動(dòng)成本。隨著我國制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展。我國也在大力倡導(dǎo)支持對包括數(shù)控銑床在內(nèi)的機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)床的柔性。1.1.2國外數(shù)控銑床換到裝置的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀今年來，美國、日本、德國、英國等發(fā)達(dá)國家，在制造大量數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，也非常重視對現(xiàn)有機(jī)床的改造。大量采用了加工中心，實(shí)現(xiàn)了多工序的集中。其機(jī)床包含了數(shù)控控制、刀庫?？梢砸淮涡约庸ね瓿闪慵?。

7、大大提高了生產(chǎn)率。尤其是德國的德瑪吉集團(tuán)制造的DMG加工中心，其加工精度與主軸轉(zhuǎn)速都達(dá)到了高速加工的地步。1.1.3數(shù)控銑床換刀裝置的意義1）.制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，是推動(dòng)國家技術(shù)進(jìn)步的主要力量。我國機(jī)電行業(yè)擁有的機(jī)床結(jié)構(gòu)比較陳舊，操作系統(tǒng)復(fù)雜，控制系統(tǒng)落后，生產(chǎn)效率低下，如果僅僅靠購置新的數(shù)控機(jī)床取而代之，顯然耗資巨大，不符合我國國情。因此采用數(shù)控技術(shù)對現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行改造，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策。同時(shí)，機(jī)床數(shù)控化改造都蘊(yùn)藏著無限商機(jī)。2）.數(shù)控銑床的運(yùn)用大幅度提高了機(jī)電行業(yè)的生產(chǎn)效率。能夠提供能高質(zhì)量的加工環(huán)境，達(dá)到更高的精度水準(zhǔn)。對于數(shù)控機(jī)床換刀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為其增加刀庫，可以

8、進(jìn)一步的提高其運(yùn)用范圍。3）.通過對現(xiàn)在有的數(shù)控銑床換刀裝置的調(diào)研，再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)一步提高數(shù)控銑床的換刀效率。提高其準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)進(jìn)一步提高其刀庫容量。實(shí)現(xiàn)其多工序集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)，降低工件的定位誤差。同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，并可對市場需求做出快速反應(yīng)。4）.為達(dá)到節(jié)省成本，結(jié)構(gòu)緊湊，及提高準(zhǔn)確性和可靠性，在滿足需要的同時(shí)，選擇最合適的刀庫及換刀形式。1.2數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展從1946年誕生石階上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，奠定了人類進(jìn)入信息社會(huì)的基礎(chǔ)。更在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)被應(yīng)用到了機(jī)床上，并且因此產(chǎn)生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。數(shù)控

9、機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展，如圖1-1所示。圖1-1 數(shù)控機(jī)床發(fā)展史隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床不斷采用計(jì)算機(jī)，控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它的性能也日益完善，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。當(dāng)前世界數(shù)控技術(shù)及其裝備正朝著下述幾個(gè)方向發(fā)展： 高速1） 主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床采用電主軸，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)20000r/min。2） 進(jìn)給速度：它是指快速移動(dòng)速度的高速化和切削進(jìn)給速度的高速化。3） 運(yùn)算速度：微處理器為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保證。4） 換刀速度：提高了在整個(gè)加工過程中更換刀具的時(shí)間。 高效1） 依靠快速、準(zhǔn)確的數(shù)字量傳遞技術(shù)對高性能的機(jī)床執(zhí)行部件進(jìn)行高精密度、高相應(yīng)速度的實(shí)時(shí)處理，

10、現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀時(shí)間最短可達(dá)0.5s以內(nèi)。采用新刀庫和換刀機(jī)械手，使選刀動(dòng)作更快速、可靠；采用各種形式的交換工作臺(tái)，使裝卸工間的時(shí)間縮短；采用快換夾具，刀具裝置以及實(shí)現(xiàn)對工件原點(diǎn)快速確定等，縮短時(shí)間定額，實(shí)現(xiàn)高速化。 高精度精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高數(shù)控機(jī)床的性能、質(zhì)量和可靠性。減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配效率的需要。 高可靠性高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級以上。 模塊化為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn)，機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。 智能化采用自動(dòng)控制 柔性化和集成化數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)

11、發(fā)展的趨勢：從點(diǎn)、線向面、體的方向發(fā)展，另一方面注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。 開放性便于不同數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的技術(shù)通過開放式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化。1.3加工中心的組成與工作原理1.3.1加工中心的定義由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控組成的適用于復(fù)雜形狀工件加工的高效率自動(dòng)化機(jī)床稱為加工中心（Machining Center）。1.3.2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)部件加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)部件，它主要由床身，工作臺(tái)，立柱三部分組成。（2）主軸部件由主軸電機(jī)、主軸箱、主軸共同組成主軸部件。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。主軸的旋轉(zhuǎn)精度和定位的準(zhǔn)確性，是影響

12、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)作和加工過程的控制中心。CNC裝置是一種位置控制系統(tǒng)，其控制過程是根據(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)械手從刀庫中取出所需要的刀具裝入主軸孔內(nèi)，然后再把換下來的刀具放入刀庫。（5）輔助裝置包括潤滑、冷卻、防護(hù)、排屑、渡壓、氣動(dòng)和檢測系統(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。

13、對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 加工中心的換刀裝置1.4.1ATC刀具自動(dòng)換刀裝置的基本要求為完成對工件的多工序加工而設(shè)置的存儲(chǔ)及更換刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置（Automatic Tool Changer，ATC）。自動(dòng)換刀裝置的基本要求為： 刀具換刀時(shí)間短并且可靠。 刀具重復(fù)定位精度高。 足夠的刀具存儲(chǔ)量。 刀庫占地面積小。1.4.2刀具的選擇方式按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動(dòng)選刀。在刀庫中，選擇刀具通常采用兩種方法。&1.順序選刀在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求一次插入刀庫的刀套中，順序不能有差錯(cuò)，加

14、工時(shí)按順序調(diào)刀稱為順序選刀。&2.任選刀具這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可以任意存放。人選刀具有三種換刀方式：a. 刀具編碼方式b. 刀座編碼方式c. 附件編碼方式1.4.3選擇選刀方式及其理由從本次設(shè)計(jì)來看，主要是針對小型數(shù)控銑床的數(shù)控化改造。通過調(diào)研分析得出，主要以適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中小型自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。本次設(shè)計(jì)刀庫容量為6把刀。可以完成按要求完成對工件的加工，并且由于其刀庫的驅(qū)動(dòng)和控制都比較簡單，可以降低數(shù)控化改造的成本，比較經(jīng)濟(jì)使用。1.5整體方案的初步設(shè)計(jì)通過到學(xué)校實(shí)訓(xùn)基地考查，并且查閱資料以后初步如

15、下圖1.5-1圖1-2 整體設(shè)計(jì)的初步草圖1-刀庫運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體；2-刀庫傳動(dòng)軸；3-刀盤；4-機(jī)械手；5-機(jī)械手傳動(dòng)軸；6-液壓缸機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式及其運(yùn)動(dòng)方式：機(jī)械手采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，采用立式液壓缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的升降，使用單葉片擺式液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)；其整個(gè)機(jī)械手換刀運(yùn)動(dòng)過程可表述為：逆轉(zhuǎn)90°-手臂下降拔刀-手臂回轉(zhuǎn)180°-手臂上升插刀-手臂順轉(zhuǎn)90°-復(fù)位。刀庫的驅(qū)動(dòng)方式：刀庫采用伺服電機(jī)，通過諧波減速器，聯(lián)軸器，蝸輪蝸桿傳動(dòng)減速來驅(qū)動(dòng)刀盤回轉(zhuǎn)選刀。由于所選用的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，所以初步考慮在輸出到蝸桿之前增加減速器來降低轉(zhuǎn)速。然后通過蝸桿蝸輪進(jìn)一步減速再驅(qū)動(dòng)蝸輪

16、，并且?guī)?dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]到進(jìn)行換刀時(shí)的刀具需要實(shí)現(xiàn)刀具的準(zhǔn)停，所以在刀庫的傳動(dòng)中，通過查閱文獻(xiàn)資料，增加端面離合器，選用電磁式齒端離合器，并且使用定位銷，使刀具能夠進(jìn)入準(zhǔn)確位置，實(shí)現(xiàn)換刀的功能。優(yōu)缺點(diǎn)分析：通過查閱VMC850小型數(shù)控加工中心，與所提出的設(shè)計(jì)方案。前者采用刀庫與主軸配合的形式進(jìn)行換刀，其換刀時(shí)間久，但是相對結(jié)構(gòu)簡單。其所能夠存儲(chǔ)的刀具量大，造成一定的資源及成本浪費(fèi)。而本設(shè)計(jì)所提出的是針對小批量多品種，符合現(xiàn)代成產(chǎn)需求的小型數(shù)控加工。能夠滿足一般的工藝要求。并且能夠在針對老舊機(jī)床的數(shù)控化改造節(jié)省更多的成本。2 換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)2.1 換刀機(jī)械手的類型機(jī)械手的形式多種多樣，常見的有

17、如圖2-1所示的幾種形式圖2-1 機(jī)械手類型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)不同的角度來進(jìn)行自動(dòng)換刀，其手臂上只有一個(gè)卡爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均靠這個(gè)卡爪來裝刀及卸刀，因此換刀時(shí)間較長，如圖2-1（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)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務(wù)，另一個(gè)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(shí)間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要少，如圖2-1(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)抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180°后又同時(shí)將刀具放回刀庫及

18、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2-1(c)右邊的機(jī)械手在抓取或?qū)⒌毒咚腿氲稁旒爸鬏S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，另一個(gè)由刀庫中取出“新刀”裝入機(jī)床主軸，圖2-1(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，另一個(gè)手臂由刀庫中取出“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)由刀庫與主軸間的運(yùn)刀工作，如圖2-1(e)所示。6雙臂端面夾緊式機(jī)械手這種機(jī)械手

19、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抓取刀具，這種機(jī)械手則是靠夾緊刀柄的兩個(gè)端面來抓取的，如圖2-1(f)所示。最常用的一種換刀機(jī)械手形式，動(dòng)作簡單。2.2換刀機(jī)械手類型的選擇本設(shè)計(jì)選擇單臂雙爪式機(jī)械手，又名扁擔(dān)式機(jī)械手，為目前加工中心的主流。這種機(jī)械手的拔刀、插刀動(dòng)作、均由液壓缸來完成，并可以根據(jù)要求改由液壓來驅(qū)動(dòng)。該種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是：由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不需要較復(fù)雜的液壓系統(tǒng)以及密封、緩沖機(jī)構(gòu)、沒有漏油現(xiàn)象，并且較其他種類機(jī)械手結(jié)構(gòu)相對簡單，具有一定的可靠性。同時(shí)，機(jī)械手手臂的回轉(zhuǎn)和插刀、拔刀的分解動(dòng)作是聯(lián)動(dòng)的，部分時(shí)間可重疊，從而大大縮短了換刀時(shí)間。2.3機(jī)械手

20、與手爪的設(shè)計(jì)2.3.1手爪計(jì)算根據(jù)VMC850小型加工中心的刀具以及本次設(shè)計(jì)要求。選擇BT系列刀具，選擇柄部型號為40的BT40刀柄作為設(shè)計(jì)對象。通過查閱數(shù)控刀具材料選用手冊其尺寸如下表2-1所示：表2-1 自動(dòng)換刀機(jī)床用7:24圓錐刀具柄部尺寸(GB/T 10944-1989)柄部型號椎 體螺紋孔凸緣D1l10-0.3R0-0.5l2l3l4d1d1gR1D4D5xy40#44.4568.401.2032438.201719M16156.2563.553.753.20柄部型號凸緣其他fUVtt1jwbR2D3D6e一般特殊40#15.9019.1011.1022.802518.500.121

21、6.10144.705072.3035圖2-2 刀具的結(jié)構(gòu)與尺寸位置計(jì)算：D6-D5=72.30-63.55=8.75>7，測量與刀柄槽位置如圖2-3所示圖2-3 測量與槽位置由圖2-2可知量棒中心距：D6-7=72.30-7=65.30量棒中心至D5距離：OA=D6-7-D52=65.30-63.552=0.875為了能夠保證手爪能夠抓住刀柄x=3.750+0.15所以采用手爪切入口處：D5-D4=63.55-56.25=7.3因?yàn)镺A=0.875 所以H=D5-D4-OA=6.425GI=Htan30°=4.21由圖2-3所示計(jì)算：OAOB=cos60° 得出OB

22、=1.75 BD=72-1.75=1.75ABOA=tan60° 得出AB=1.51 BC=BDsin60°=2.02y=2AB+BC=2×1.51+2.02=7.06x=y-GI=7.06-4.21=2.85則手爪結(jié)構(gòu)圖如下圖2-4圖2-4 機(jī)械手爪示意圖x=2.86mm y=7.07mm D5=63.55mm D4=56.25mm2.3.2手爪鎖的設(shè)計(jì)在進(jìn)行換刀動(dòng)作時(shí)，機(jī)械手抓刀時(shí)，刀具在彈簧活動(dòng)銷的作用下被固定在刀爪上，防止在換刀過程中刀具因機(jī)械臂擺動(dòng)掉落。手爪具體形式下圖2-5所示：圖2-5機(jī)械手臂和手爪結(jié)構(gòu)圖1-彈簧；2-鎖緊銷；3-彈簧；4-活動(dòng)銷；5

23、-固定爪機(jī)械手在進(jìn)行換刀動(dòng)作時(shí)，先逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°抓刀。使主軸及刀庫附近的凸臺(tái)壓下鎖緊銷1，活動(dòng)銷4被解鎖。使刀具能夠抓到刀柄，當(dāng)?shù)毒咄耆睾虾螅毒弑换顒?dòng)銷鎖緊。整個(gè)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度較小，故刀柄壓活動(dòng)銷受力簡化等效如圖2-6所示。圖2-6 結(jié)構(gòu)形式圖設(shè)計(jì)手爪口端點(diǎn)到手爪中心軸線垂直距離為h=8mm，設(shè)鎖輪直徑為d1=12mm抓刀初始位置時(shí)，其彈簧的力由小變大再變小，即從B至E至A直至鎖緊銷鎖住為抓刀完畢。即取=30°鎖輪輪子的直徑（即活動(dòng)銷直徑），則有：O1O2=D5'2+d2=37.775mm活動(dòng)銷的滾輪中心到手爪中心軸線的垂直距離為：CE=BCcos30

24、6;=32.714mm則活動(dòng)銷的行程：S=BC-CE=5.061mm活動(dòng)銷上的行程槽應(yīng)大于活動(dòng)銷行程加上長銷直徑，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選取長銷直徑。則行程槽長：l=d1+S=13mm（取l=22），鎖緊銷材料為30鋼，熱處理硬度，普通淬火（A型）表面氧化處理的圓柱銷（GB/T119.2-2000）卡銷直徑選8mm (由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊第二版，吳宗澤)根據(jù)配合原理，則行程槽寬。我們可以設(shè)活動(dòng)銷主體寬，高，長，活動(dòng)銷尾部到鎖輪輪子中心距l(xiāng)3=48mm。 2.4彈簧的選擇與計(jì)算彈簧可分為幾大類別，其可以分為拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)與彎曲彈簧四個(gè)類別。從形狀上來說又可以分為螺旋彈簧、蝶形彈簧、環(huán)形彈簧、板彈簧

25、等其他類別。通過市場調(diào)查以及通過對本課題所設(shè)計(jì)機(jī)械手的分析，可以得出機(jī)械手上的彈簧所受的壓力不大。所以選擇圓柱螺旋彈簧鋼絲II類（GB/T 1239.6-1992）。初選直徑d=1.6mm（機(jī)械設(shè)計(jì)教程P312-P318、P319）。在機(jī)械手中，彈簧主要為壓縮，中徑選擇為D=9mm 查表GB/T 1239.6-1992。圓柱螺旋彈簧鋼絲的許用應(yīng)力，按三類彈簧B級來設(shè)計(jì)，查機(jī)械設(shè)計(jì)教程P322頁表15-2/15-3?？芍S用應(yīng)力=0.5b , b=785MPa 。旋繞比c=D/d=9/1.6=5.625。確定圓柱螺旋彈簧鋼絲直徑d，根據(jù)旋繞比c=5.625，?。?10）之間，據(jù)式子：k=0.61

26、5c+4c-14c-4=0.6155.625+4×5.625-14×5.625-4=1.27 根據(jù)式：max=8KFmaxcd2 得出Fmax=d28Kcmax=×1.428×1.27×5.625×785=99.78N計(jì)算直徑:d'=1.6KFc=1.61.27×99.78×5.625785=1.52mm<1.6mm故初選彈簧直徑符合要求。確定彈簧有效參數(shù)如下：D=cd=5.625×1.6=9D2=D+d=9+1.6=10.6取G=7.9×103MPa，彈性模量E=206×

27、;103MPa，為彈簧活動(dòng)行程=5mm。n=Gd48FD3=79×103×1.64×58×99.78×93=4.43(取n=5)驗(yàn)算載荷變形:min=8FminD3nGd4=8×0×93×579×103×1.64 =0mmmax=8FmaxD3nGd4=8×99.78×93×579×103×1.64 =5.62mm實(shí)際可工作行程：0=max-min=5.62-0=5.62mm計(jì)算器與彈簧尺寸：彈簧節(jié)距t:t=d+mann+=1.6+5.625+0

28、.16=2.884mm彈簧螺旋升角:=arctantD=arctan2.8849=5.8241°彈簧總?cè)?shù)n1:n1=n+2=5+2=7彈簧鋼絲間距：=l-d=5.62-1.6=4.02mm彈簧的自由高度H0,要求兩端磨平并緊：H0=n+n1-0.5d=5×4.02+7-0.5×1.6=30.5mm彈簧絲長度L：L=Dn1cos=×9×7cos5.8241°=198.95mm驗(yàn)算穩(wěn)定性：b=H0D=30.59=3.38<5.3滿足穩(wěn)定性要求。繪制彈簧工作圖，由機(jī)械設(shè)計(jì)教程表15-2知，對類受載彈簧，其工作極限載荷Flim1.12

29、Fmax，取Flim=1.12Fmax=1.12×99.78=111.7536N按設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果繪制彈簧工作圖如圖2-7所示。圖2-7 彈簧工作圖2.5 機(jī)械手尺寸的設(shè)計(jì)首先從機(jī)械手裝配來考慮，定手爪總長為82mm，活動(dòng)銷中心到連接螺釘（由于選用的是BT40#號刀柄）最大直徑D6=72.30mm，所以考慮手爪寬度至少比D6要大，厚度暫定為20mm。其尺寸如圖2-8所示。圖2-8 機(jī)械手爪尺寸圖如圖所示，所以機(jī)械手總長為2×（82+88+90）=260×2=520mm。通過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)教程P179表8-2得出常用材料45鋼的力學(xué)性能如下表2-2表2-2常用材料及力學(xué)能

30、材料牌號熱處理硬度/HBW抗拉強(qiáng)度b屈服強(qiáng)度s彎曲疲勞極限-1剪切疲勞極限-1許用彎曲應(yīng)力F備注45鋼MPa正火17021759029525514055回火162217570285245135調(diào)質(zhì)217255640355275155100應(yīng)用最廣泛由表2-2可知45鋼的抗拉強(qiáng)度b=640MPa，屈服強(qiáng)度s=355MPa ，彎曲疲勞極限-1=275MPa ，剪切疲勞極限-1=155MPa ，許用彎曲應(yīng)力F=100MPa 。由下圖2-9可知機(jī)械手受力，其最大玩具發(fā)生在離連接軸最遠(yuǎn)處260mm處。圖2-9 機(jī)械手受力圖根據(jù)彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：max=MmaxWF=100MPa得出W=bh3/12h/2

31、=bh26=(9.5×10-3)2×20×10-36=3.008×10-6m3W抗彎截面系數(shù)；M受到的最大的力，此處為重力；由上圖2-9分析可知，通過查閱數(shù)控刀具材料選用手冊得知BT40刀柄最大可以達(dá)到十幾千克。結(jié)合實(shí)際。一般使用的刀具為10kg。所以：M=F×S=10×9.8×10-3×260=25.48Nmmax=MW=25.483.008×10-6=8.471MPa<=100MPa所以，符合設(shè)計(jì)。3 液壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)3.1 液壓傳動(dòng)簡介液壓傳動(dòng)與主機(jī)的設(shè)計(jì)是相互關(guān)聯(lián)的，缺一不可。兩者往往同時(shí)進(jìn)行

32、，相互協(xié)調(diào)。主機(jī)對液壓系統(tǒng)的使用要求作為設(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)簡單、使用維護(hù)方便及工作可靠等要求。因此，首先必須搞清楚下列問題：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. 對防火、防爆、周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、風(fēng)沙與塵埃、外界沖擊振動(dòng)、安全可靠性

33、的要求;8. 對效率、成本等方面的要求。從設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)來說，液壓系統(tǒng)必須有一定的可靠性。從工作性能方面來說更著重于安全；實(shí)際的設(shè)計(jì)工作則常常是兩種觀點(diǎn)不同程度的組合。下圖為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和一般流程。液壓缸的結(jié)構(gòu)形式各不相同。種類繁多。在液壓系統(tǒng)中，液壓泵、液壓閥絕大多數(shù)都已采用標(biāo)準(zhǔn)件，而液壓缸卻往往需要根據(jù)不同的用途，不同的使用條件、不同的性能需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖3-1所示。圖3-1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程3.2 液壓缸的設(shè)計(jì)3.2.1液壓缸的計(jì)算載荷由上述條件，假定當(dāng)機(jī)械手換刀時(shí)總重約為20kg。作用在活塞桿上的外部載荷包括工作載荷，導(dǎo)軌的動(dòng)、靜摩擦和因速度變化而產(chǎn)生的

34、慣性力。主要有三個(gè)尺寸：缸筒直徑D，活塞桿外徑d，缸筒長度L。（1）缸筒內(nèi)徑D液壓缸的工作負(fù)載是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動(dòng)時(shí)對液壓缸產(chǎn)生的總阻力。液壓缸工作負(fù)載的計(jì)算公式為F=Fe+Ff+Fi+Fu+Fs式中 Fe負(fù)載（荷重）； Ff摩擦負(fù)載； Fi慣性負(fù)載；Fu粘性負(fù)載；Fs彈性負(fù)載；此處工作中僅受Fe重力、Ff摩擦、Fi慣性。重力載荷FgFe=Fg=mg=20×9.8=196N導(dǎo)軌摩擦載荷FfFf=Fg=0.06×196=11.76N12N查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊取=0.06 。導(dǎo)軌摩擦載荷FiFi=Gg×vt=20×1=20N（vt機(jī)械設(shè)計(jì)

35、方面取0.51.5s）外載荷FwFw=196+12+20=228N除外載荷Fw外，作用于活塞桿上的載荷F還包括液壓密封處的摩擦阻力Fm，一般其值為Fm=（1-m）F 。液壓缸的機(jī)械效率一般為0.900.95。通過查閱液壓傳動(dòng)與控制設(shè)計(jì)手冊得知液壓缸不同負(fù)載時(shí)的工作壓力如下表3-1：表3-1 按載荷選擇工作壓力載荷/kN<5510102020303040>50工作壓力/MPa<0.81<1.52<2.53<34<455則有：F=Fwm=2280.92=248NFm=1-mF=1-0.92×248=19.84N20N所以根據(jù)計(jì)算值及表3-1，取工

36、作壓力P=0.8MPa=8×105Pa。3.2.2升降液壓缸的設(shè)計(jì)下圖3-2中，圖a為活塞桿受壓示意圖，圖b為受拉示意圖。a圖b圖圖3-2 液壓缸主要設(shè)計(jì)參數(shù)所以，當(dāng)液壓缸受到外部載荷壓力時(shí)，有F=Fwm=p1A1-p2A2當(dāng)液壓缸受到外部拉力時(shí)，有F=Fwm=p1A2-p2A1式中 F-活塞桿所受到的有效外負(fù)載力； A1=4D3-無桿腔活塞有效作用面積，m2；A2=4（D2-d2）-有桿腔活塞有效作用面積，m2；p1-液壓缸工作腔壓力，Pa；p2-液壓缸回油腔壓力，Pa；即背壓力， 其值可以按照表3-2取值；D-活塞直徑，m;d-活塞桿直徑，m。表3-2 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓

37、力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5液壓缸在受壓力的情況下工作；活塞面積A1A1=F+p2A2p1則A1與A2的關(guān)系令=d/D=0.5，則按表3-3 按工作壓力選取d/D表3-2 按工作壓力取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7所以活塞直徑D：D=4Fp1-p2（1-2）D=4×2480.8-0.91-0.52=50.26所以d=0.5D=25mm，其中p1與p2的值取自機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，其值如下表3-3、3-4表3-3 常用液壓缸內(nèi)徑D4050638090

38、100110125140160180200220250表3-4 活塞桿直徑d速比缸徑/mm40506380901001101.462228354550556334550607080所以從表3-3中選擇：D=80mm，d=45mm?；钊麠U直徑的強(qiáng)度在高壓系統(tǒng)中的校核：材料取45鋼，則需用應(yīng)力為80MPa。=b1.4=4101.4=292.85MPad4F=4×248×292.85×106=1.03mm根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，從整體來考慮，坐為空心活塞桿。令空心活塞桿內(nèi)徑d=52mm，空心活塞桿外徑d1=72mm。從理論力學(xué)得：TWt實(shí)=TWt空116d24=116（d14-

39、d4）式中 d2-空心桿活塞桿直徑； d-空心活塞桿內(nèi)徑； d1-空心活塞桿外徑； Wt-抗扭矩截面系數(shù)；得出d2=66.50mm>1.05mm空心活塞桿壁厚=d1-d2=72-522=10mm則設(shè)計(jì)符合要求。3.2.3油缸壁厚的計(jì)算對于低壓工作時(shí)的強(qiáng)度校核：當(dāng)D/10時(shí)，缸筒壁厚為薄壁，按下式進(jìn)行校核：ptD2式中 D-缸筒內(nèi)徑；pt-缸筒試驗(yàn)壓力（當(dāng)缸額定壓力pn16MPa時(shí)，取pt=1.5pn，pn為缸生產(chǎn)時(shí)的試驗(yàn)壓力，當(dāng)pn>16MPa時(shí)，取pt=1.25pn）；-缸筒材料的許用應(yīng)力（=b/n，b為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5）。所以：=n=4105=82MP

40、a1.5×0.8×106×802×82×106=0.5853mm根據(jù)結(jié)構(gòu)取=8mm。3.2.4油缸長度的計(jì)算缸筒長度L（實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊P338339）液壓缸缸筒長度L由液壓缸最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要長度來確定，即：L=l+B+A+M+C式中 l-活塞的最大工作行程； B-活塞寬度，一般為（0.61）D；A- 活塞桿導(dǎo)向套長度，?。?.61.5）D；M-活塞桿密封長度，由密封方式定；C-其他長度。其中根據(jù)裝配圖及其其他需求尺寸計(jì)算：B=80×0.6=48mmA=80×0.6=48mmC=68.40+35=103.4m

41、m導(dǎo)向長度 HL/20+D/2=210/20+80/2=10.5+40=50.5所以L=48+48+10+35+68.40+50.5=260mm其中35為刀柄上拉釘?shù)拈L度，其值如下表3-5,尺寸參數(shù)如下圖3-3：圖3-3 標(biāo)準(zhǔn)MAS 403配用BT型刀柄表3-5 標(biāo)準(zhǔn)MAS 403配用BT型刀柄型號DD1D2MLL1L2HH1LDA-40BT171015166035286345°3.2.5油口直徑的計(jì)算液壓缸的油口直徑根據(jù)其換刀機(jī)械手的最高運(yùn)動(dòng)速度V與油口最高液流速度V1。由公式：d0=0.13DVV'因?yàn)椋篤V1=A2A1=0.68 其中A1=D24 ，A2=（D2-d2）

42、4式中 A1無桿腔活塞有效作用面積；A2有桿腔活塞有效作用面積；D活塞直徑（m）；d活塞直徑（m）；由工作行程L初定換刀過程所用時(shí)間為1s，則平均速度：V均=0.261=0.26m/s令無桿腔進(jìn)油速度V1=0.1m/s。，有桿腔進(jìn)油速度V2=0.18m/s。所以有：Vmax=V=V12+V22=0.12+0.182=0.188m/sV'液流速度大小等于有桿腔進(jìn)油速度，所以只需V'=0.18m/s所以有油口直徑d0：d0=0.13DVV'=0.13×80×10-30.1880.18=11.03mm3.2.6有孔缸底厚度計(jì)算從本設(shè)計(jì)來說，因?yàn)椴捎每招幕钊?/p>

43、桿結(jié)構(gòu)，其缸底有孔，如圖3-4所示。圖3-4 缸底結(jié)構(gòu)圖查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊；有孔平缸底按下式計(jì)算：=0.433DpDD-d0式中 缸底厚度； 液壓缸內(nèi)徑； 試驗(yàn)壓力； 缸底材料許用應(yīng)力；選取材料為45無縫鋼管，=82MPa。=0.433DpDD-d0=0.433×80×10-31.5×0.8×106×80×10-382×106×(80-11.03)×10-3=4.513mm按設(shè)計(jì)要求取15mm。3.3 液壓馬達(dá)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1擺動(dòng)缸體的設(shè)計(jì)計(jì)算單葉片式擺動(dòng)液壓缸如下圖3-5所示圖3-5 單葉片式作用在葉

44、片上的載荷例句M驅(qū)：M驅(qū)=MZ+M慣+M封+M回式中 MZ-工作阻力矩（kgcm/s）M封所有回轉(zhuǎn)缸密封處的摩擦阻力矩（kgcm/s）M封=M封+M封，M封=bb1PRM封=2b1R-rFRcd，Rcd=（R-r）/2M封參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩（kgcm/s） M慣=J0=J0Vt；齒輪回轉(zhuǎn)時(shí)在啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中的角加速度（rad/s）w角速度變化量（rad/s）w=/2；t啟動(dòng)過程時(shí)間，（t=0.010.5）s,令t=0.1s；J0參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgcm2）J0=J+Ge2/g；J回轉(zhuǎn)動(dòng)作的刀柄對中心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgcm2）；G機(jī)械手工作時(shí)的總重量（k

45、g）；根據(jù)理論力學(xué)公式：J0=J=Ml212,所以J0=1012×520×10-1=2253.3kgcm2M慣=J0=J0vt=2253.33×2×0.1=35395.3kgcm/sM回=rRbP回d=P回b2（R2-r2）其中P回的值從下表3-6中選擇（現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊P34表 3-3）：表3-6 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用不油泵的閉式回路0.81.5所以，參考以上數(shù)據(jù)，取P回=0.6MPa。如圖3-5所示擺動(dòng)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作

46、用在葉片上合成力矩M驅(qū),M驅(qū)'=rRpbd=pd2(D2-d2)擺動(dòng)缸內(nèi)徑D：M驅(qū)'=M驅(qū)M驅(qū)=pb(D2-d2)8D=8M驅(qū)pb+d2式中 M驅(qū)作用在葉片的外載荷力矩D擺動(dòng)缸內(nèi)徑（m）； p擺動(dòng)缸的工作壓力（Pa）； b葉片寬度（m） d輸出軸與葉片連接處的直徑（m），設(shè)計(jì)時(shí)按D/d=1.52.5取 D/d=1.5為了節(jié)省改造成本，葉片與輸出軸的連接螺釘所受載荷與葉片的懸伸長度，設(shè)計(jì)葉片的寬度時(shí)有：bD-d/22從理論力學(xué)可知，要想驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，其慣性力矩必須大于所有摩擦力矩才能驅(qū)動(dòng)葉片動(dòng)作。滿足M<2M慣+M回。所以帶入上述式子：M驅(qū)=7.875d03=>d0=3

47、M驅(qū)7.875M回=5.90625d03=>d0=3M回5.90625所以：d0=34.27cm。則通過所要設(shè)計(jì)的與之配合的花鍵軸，取d0=36mm。所以：D0=2.5d0=2.5×36=90mmb=1.5d0=1.5×36=54mm3.3.2擺動(dòng)液壓缸壁厚及螺釘?shù)挠?jì)算對于低壓系統(tǒng)當(dāng)pn16MPa時(shí)，Pt=1.5pn；材料取45鋼，=4105=82MP 有：ptD2ptD2=1.5×0.8×106×902×82×106=6.59mm由于設(shè)計(jì)需要，為了滿足穩(wěn)定性要求，取=20mm。連接螺釘?shù)挠?jì)算：當(dāng)工作壓力P=515MP

48、a時(shí)，有t0<150mm。取t0=45mm，P=6kg/cm2，螺釘數(shù)目Z：Z=D0't1V D0=D0+'=90+20=110mm式中 D0為螺釘中心所在圓的直徑；代入，得：Z=7.678，取整數(shù)Z=8。單個(gè)螺釘?shù)膹?qiáng)度校核計(jì)算：所選取的連接螺釘在危險(xiǎn)界面上所受的拉力FQ0為工作載荷與剩余鎖緊里FQ'之和。有：FQ0=FQ'+FQ=4D0' 2ZP（1+K）式中 FQ'-剩余鎖緊力，取FQ'=KF0FQ工作載荷Z螺釘數(shù)目；K=1.51.8；P-油缸內(nèi)液壓油工作壓力；因此，螺釘強(qiáng)度計(jì)算校核：d14F計(jì)式中 F計(jì)計(jì)算載荷，F(xiàn)計(jì)=1.3；

49、許用拉伸應(yīng)力，=s/n（kg/cm2）s螺釘材料的屈服強(qiáng)度極限MPa，這里選取45鋼材料的螺釘，s=3600kg/cm2；n安全系數(shù)，一般?。?.22.5），這里取n=2；則：d14F計(jì)=4×1.3×20×9.8×36002=0.18cm所以，取d1=6mm。3.3.3葉片連接螺釘?shù)挠?jì)算葉片是與輸出軸連接的結(jié)構(gòu)，連接螺釘對稱安裝，并且用銷釘定位。螺釘?shù)淖饔檬鞘谷~片能夠輸出軸緊密配合，產(chǎn)生緊密聯(lián)系防止漏油。當(dāng)油腔通油時(shí)，葉片受到油壓產(chǎn)生力矩，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。其結(jié)構(gòu)如下圖3-6所示，動(dòng)力所受力矩的平衡條件計(jì)算：圖3-6 缸體結(jié)構(gòu)圖M摩=bp8D2-d2=FQZf

50、d2式中 FQ單個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力（N）；b葉片的寬度（m）；p擺動(dòng)缸的工作壓力（Pa）：D-葉片外徑（m）;d葉片與輸出軸配合直徑（m）；Z螺釘數(shù)目：f被連接件間的配合摩擦系數(shù)（機(jī)械零件手冊，鋼與鋼之間取f=0.15）；螺釘?shù)膹?qiáng)度：FQ=bp4Zfd（D2-d2）從前面計(jì)算可知b=54mm=5.4cm，P=6kg/cm2，D=9cm，Z=8,f=0.15，d=3.6cm，則有：FQ=5.4×64×8×0.15×3.692-3.62=127.6Ncm因?yàn)椋篸14F計(jì)=4×127.6×36002=0.305cm=3.05mm<6mm所

51、以滿足設(shè)計(jì)要求。4 軸的設(shè)計(jì)4.1 軸設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1軸材料的選擇軸是一切機(jī)器中最重要的機(jī)械零件之一。例如機(jī)床主軸、自行車輪軸、錄音機(jī)磁帶軸等各式各樣的軸。在本設(shè)計(jì)中主要設(shè)計(jì)的是花鍵軸，作為機(jī)械手的動(dòng)力輸出能夠達(dá)到擺動(dòng)以及升降的動(dòng)作要求。在設(shè)計(jì)軸的材料時(shí)，需要根據(jù)對軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及所要達(dá)到的工作壽命以及強(qiáng)度。同時(shí)從節(jié)省成本方面考慮經(jīng)濟(jì)的制造工作。一般材料的常用材料為Q235-A，45 鋼，40Cr，40Cr，20Cr等材料。本設(shè)計(jì)選用45鋼作為軸的材料。（據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教程 P179）表8-2，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)如及力學(xué)性能相關(guān)參數(shù)如下表4-1所示：表4-1 軸的常用材料及主要力學(xué)性

52、能材料牌號熱處理毛坯直徑/mm硬度/HBW抗拉強(qiáng)度b屈服強(qiáng)度s彎曲疲勞極限-1剪切疲勞極限-1許用彎曲應(yīng)力F備注45鋼MPa正火10017021759029525514055回火>100300162217570285245135調(diào)質(zhì)200217255640355275155100應(yīng)用最廣泛40Cr調(diào)質(zhì)10024128673554035520070用于載荷大沖擊小>10030068549035518540CrN調(diào)質(zhì)10027030090073543026075用于重要的軸>100300240270785570370210由表4-1可知，45鋼，熱處理方式為正火，其各項(xiàng)參數(shù)可在表

53、中選擇。4.1.2軸直徑的計(jì)算表4-1可知45鋼的強(qiáng)度，又因?yàn)橐簤簣?zhí)行元件的最大工作壓力P1=0.8×106，管路的損失因素p=0.05MPa，則P總=P1+p=0.85MPa。從前面可知液壓油流量V'=0.16m/s，擺動(dòng)缸的直徑D0=90mm，則：A0=D024=×90×10-34=6.36×10-3m2Q=A0V=6.36×10-3×0.16=1.017L/minV=0.95P功=P總QV=0.85×106×1.017×10-30.95=0.909kwT1=9549×0.911450=5.99Nm據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)教程得到軸直徑的計(jì)算公式：d9.55×106P0.2Tn 得出dA03P功n=110×30.9091440=9.53mm式中 A0材料的受載系數(shù)，選取軸為45鋼（根據(jù)<機(jī)械設(shè)計(jì)教程>表8-4）取A0=1