自動(dòng)換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)

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1、 120092009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)屆畢業(yè)設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)姓姓 名：名： 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師：師： 院院 系：系： 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班班 級(jí)：級(jí)： 學(xué)學(xué) 制：制： 完完 成成 時(shí)時(shí) 間：間： 2 自動(dòng)換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)摘要加工中心在加工中用得很廣泛，加工中心利用刀庫(kù)實(shí)現(xiàn)換刀，這是目前加工中心大量使用的換刀方式。而自動(dòng)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(guān)系到整個(gè)加工中心的功能。自動(dòng)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(dòng)式和主軸直接式。刀庫(kù)換刀，按照換刀過(guò)

2、程有無(wú)機(jī)械手參與，分成有機(jī)械手換刀和無(wú)機(jī)械手換刀兩種情況。在有機(jī)械手換刀的過(guò)程中，使用一個(gè)機(jī)械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出，與此同時(shí)，另一機(jī)械手將在刀庫(kù)中待命的刀具從刀庫(kù)拔出，然后兩者交換位置完成換刀過(guò)程無(wú)機(jī)械手換刀時(shí)，刀庫(kù)中刀具存放方向與主軸平行，刀具放在主軸可到達(dá)位置換刀時(shí)，主軸箱移到刀庫(kù)換刀位置上方，利用主軸 Z 向運(yùn)動(dòng)將加工用畢刀具插人刀庫(kù)中要求的空位處，然后刀庫(kù)中待換刀具轉(zhuǎn)到待命位置主軸 Z 向運(yùn)動(dòng)將待用刀具從刀庫(kù)中取出，并將刀具插人主軸。關(guān)鍵詞：加工中心 自動(dòng)換刀裝置 刀庫(kù) 機(jī)械手 3AbstractabstractMachining center in the increasi

3、ngly 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 i

4、nto 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 ha

5、nds .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 bla

6、de 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 s

7、pace 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 manipulator 4

8、目目 錄錄摘要.2前言.5第一章緒論.61.1 加工中心簡(jiǎn)介.61.1.1加工中心的發(fā)展史 .61.1.2加工中心的優(yōu)點(diǎn) .61.1.3加工中心的發(fā)展動(dòng)向 .61.2 自動(dòng)換刀裝置的簡(jiǎn)介.71.2.1自動(dòng)交換刀具的由來(lái) .71.2.2自動(dòng)換刀的形式 .71.2.3刀庫(kù)的功能和形式 .81.2.4刀套準(zhǔn)停措施 .10第二章機(jī)械手的設(shè)計(jì).122.1 機(jī)械手的原理 .122.2 設(shè)計(jì)方向.132.3 概要.142.3.1機(jī)械手的組成與分類(lèi) .142.3.2.機(jī)械手的手部 .142.4 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì) .152.5 機(jī)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

9、寸的確定 .202.5.3 軸與機(jī)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).233.1 轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .233.1.1機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 75 度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) .243.1.2.機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 180 度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) .283.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)其它零件的設(shè)計(jì).313.2.1.液壓缸的選擇 .313.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).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(zhǎng)度 .333.4 主軸的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)以及主軸準(zhǔn)停裝置的設(shè)計(jì).343.4.1主軸結(jié)構(gòu) .343.4.2刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) .343.4.3主軸準(zhǔn)停裝置 .343.5 換刀裝置的液壓機(jī)

10、構(gòu)分析.353.5.1液壓分析 .35 53.5.2換刀動(dòng)作順序表 .37第四章PLC 控制分析 .39小結(jié).43參考文獻(xiàn).44附譯文.45 6前言前言加工中心的自動(dòng)換刀裝置（機(jī)械手） ，是加工中心的重要組成部分之一，我做的這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)就是關(guān)于這方面的問(wèn)題。我的設(shè)計(jì)任務(wù)是：對(duì)加工中心自動(dòng)換刀機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)。它主要包括以下幾方面的內(nèi)容：1. 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)2. 液壓部分的設(shè)計(jì)3. 自動(dòng)控制方面的設(shè)計(jì)（PLC） 這個(gè)自動(dòng)換刀裝置是針對(duì) JCS-018 的，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室中這臺(tái)機(jī)床的研究以及查閱相關(guān)資料。在老師的指導(dǎo)下，我很快就有了一個(gè)明確的思路。我的思路如下：首先，對(duì)機(jī)械手部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，接下來(lái)是液壓

11、部分，最后是 PLC 方面。這個(gè)機(jī)械手只有 2 個(gè)方向的自由度，既：Z 軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)，通過(guò)這 2 個(gè)自由度，我可以完成整個(gè)換刀的操作。其中轉(zhuǎn)動(dòng)是用來(lái)交換刀具的位置，進(jìn)而為拔刀與插刀做準(zhǔn)備。而移動(dòng)是用來(lái)完成拔刀與插刀的動(dòng)作的。就是說(shuō)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下：機(jī)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(gè)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室中的那臺(tái)加工中心的自動(dòng)換刀裝置有一些區(qū)別，就是實(shí)驗(yàn)室中那臺(tái)加工中心的自動(dòng)換刀裝置采用的是氣壓控制，而我在這個(gè)設(shè)計(jì)中采用的是液壓控制。 在我這個(gè)設(shè)計(jì)中，我遇到了一些問(wèn)題，就是力不好確定，以及許多尺寸不容易準(zhǔn)確的確定下來(lái)，我采用了一個(gè)很笨的方法，就是直接對(duì) JCS

12、-01 那臺(tái)加工中心一些部件的尺寸進(jìn)行直接的測(cè)量，才得出來(lái)，我所要的尺寸。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)中，我對(duì)自己的知識(shí)有了很明確的認(rèn)識(shí)，看到了自己的許多缺點(diǎn)，對(duì)自己起到了一個(gè)查漏補(bǔ)缺的作用。 同時(shí)，我得到了程老師的很多指導(dǎo)，如果不是程老師的話(huà)，我根本不知道從那里入手。在做論文的過(guò)程中，我出了很多錯(cuò)誤，因?yàn)檫@，得到及時(shí)的更正。謝謝老師。從這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我對(duì) CAD 有了很大的認(rèn)識(shí)，以后，我對(duì)再?gòu)?fù)雜的圖，都不會(huì)有恐懼感，在液壓方面也溫習(xí)了以前學(xué)到的知識(shí)。雖然這樣，我做的這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，肯定還有很多的錯(cuò)誤，希望老師們指正。 7第一章第一章 緒論緒論 1.1 加工中心簡(jiǎn)介加工中心簡(jiǎn)介1.1.1加工中心的發(fā)展史加工

13、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(tái)上數(shù)控機(jī)床后，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)備在柔性、自動(dòng)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(jìn)行控制，因而比大批量生產(chǎn)中使用組合機(jī)床生產(chǎn)線(xiàn)的凸輪、開(kāi)關(guān)控制的專(zhuān)用機(jī)床有更大的柔性，容易適應(yīng)加工關(guān)鍵品種的變化，進(jìn)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(dòng)銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等多工序的數(shù)控機(jī)床。更為明確的說(shuō)法是：加工中心就是自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床?，F(xiàn)代加工中心的內(nèi)容包括：它是在數(shù)控鏜床或數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上增加自動(dòng)換刀裝置，可使工件在一次裝卡中，能夠自動(dòng)更換刀具，自動(dòng)完成工件上的

14、銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等工序的數(shù)控機(jī)床。加工中心上如果帶有自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或自動(dòng)轉(zhuǎn)角度的主軸箱，可使工件在一次裝卡中，自動(dòng)完成多個(gè)平面和多個(gè)角度位置的多工序加工。加工中心上如果帶有交換工作臺(tái)，工件在工作位置的工作臺(tái)上進(jìn)行加工的同時(shí)，另外的工件在裝卸為止的工作臺(tái)上進(jìn)行裝卸，不影響加工的進(jìn)行。1.1.2加工中心的優(yōu)點(diǎn)加工中心的優(yōu)點(diǎn)加工中心的優(yōu)點(diǎn)很多，主要有以下幾點(diǎn)： 提高加工質(zhì)量 工件一次裝夾，即可實(shí)現(xiàn)多工序集中加工，大大減少多次裝夾所帶來(lái)的誤差。而且，由于是數(shù)控加工，較少依賴(lài)操作者的技術(shù)水平，可得到相當(dāng)高的穩(wěn)定精度。 縮短加工準(zhǔn)備時(shí)間 減少在制品減少刀具費(fèi)用最少的直接勞務(wù)費(fèi)最少的間接勞務(wù)

15、費(fèi) 8設(shè)備利用率高 加工中心設(shè)備利用率為通用機(jī)床的幾倍。另外，由于工序集中，容易適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)。1.1.3加工中心的發(fā)展動(dòng)向加工中心的發(fā)展動(dòng)向總的來(lái)說(shuō)，加工中心是向高速化、進(jìn)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(jìn)給速度、自動(dòng)換刀和自動(dòng)交換工作臺(tái)的高速化。2. 進(jìn)一步提高精度加工中心的主要精度指標(biāo)是它的運(yùn)動(dòng)精度指標(biāo)。而運(yùn)動(dòng)精度主要以坐標(biāo)定位精度、重復(fù)定位精度以及銑圓精度來(lái)表示。1.2 自動(dòng)換刀裝置的簡(jiǎn)介自動(dòng)換刀裝置的簡(jiǎn)介1.2.1自動(dòng)交換刀具的由來(lái)自動(dòng)交換刀具的由來(lái)自動(dòng)交換刀具系統(tǒng)（Automatic Tool Changer 簡(jiǎn)稱(chēng) ATC）系

16、統(tǒng)是由刀庫(kù)、機(jī)械手及相應(yīng)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(jī)床的主軸上，工件安裝于工作臺(tái)上。為了使工序能夠高度集中，盡量節(jié)省輔助時(shí)間，于是在數(shù)控銑床上增加自動(dòng)交換刀具系統(tǒng)（含刀庫(kù)、機(jī)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(dòng)機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)塔頭做成一體，結(jié)構(gòu)緊湊：但變速箱工作時(shí)的振動(dòng)和熱量都直接傳到轉(zhuǎn)塔上來(lái)，而且每把刀都需要一個(gè)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(dú)存儲(chǔ)刀具的刀庫(kù)，刀具數(shù)量可以增多，以滿(mǎn)足加工復(fù)雜零件的需要，這時(shí)的加工中心只需一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的主軸，所以制造難度也比轉(zhuǎn)塔刀架低。1.2.2自

17、動(dòng)換刀的形式自動(dòng)換刀的形式（1）無(wú)機(jī)械手的換刀方式2小型加工中心有采用無(wú)機(jī)械手換刀的方式，如圖 1-1。它的刀庫(kù)在立柱的正前方上部，刀庫(kù)中刀具的存放方向與主軸方向一致。換刀時(shí)主軸箱帶著主軸在立柱導(dǎo)軌上上升至換刀位置，主軸上的刀具正好進(jìn)入刀庫(kù)的某一個(gè)刀具存放位置，隨即主軸內(nèi)夾刀機(jī)構(gòu)松開(kāi)，主軸刀庫(kù)順著主軸方向向前移動(dòng)，從主軸中拔出刀具，然后刀庫(kù)回轉(zhuǎn)，將下一步所需的刀具轉(zhuǎn)到與主軸對(duì)齊的位置；刀庫(kù)退回，將新刀具插入主軸中刀具隨即被夾緊，主軸箱下移，開(kāi)始新的加工。這種自動(dòng)換刀系統(tǒng)，刀庫(kù)整體前后移動(dòng)不僅刀具數(shù)量少，而且刀具尺寸也較小。這種刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)是在工步之間進(jìn)行的，即旋轉(zhuǎn)所需的輔助時(shí)間與加工時(shí)間不重合。（

18、2）機(jī)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(lèi)很多，可分為單臂單手式機(jī)械手、回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手、雙手式機(jī)械手、多手式機(jī)械手四類(lèi)。 單臂單手式機(jī)械手包括機(jī)械手只作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手和只作往復(fù)擺動(dòng)的機(jī)械手。前者用于刀具主軸與刀庫(kù)刀座的軸線(xiàn)平行的場(chǎng)合。它的特點(diǎn)是機(jī)械手的插、拔刀運(yùn)動(dòng)和傳遞刀具的運(yùn)動(dòng)都是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因而無(wú)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力，所以機(jī)械手的握刀部分可以比較簡(jiǎn)單，只需兩個(gè)彈簧卡銷(xiāo)卡住刀柄。而后者，如果是機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)軸線(xiàn)與刀具主軸平行，它主要用于刀庫(kù)換刀位置的刀座的軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)相平行的場(chǎng)合。如果是機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)軸線(xiàn)與刀具主軸垂直，它用于刀庫(kù)換刀位置的刀座和軸線(xiàn)相垂直的場(chǎng)合。

19、總之，這種單臂單手式機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在轉(zhuǎn)塔頭帶刀庫(kù)的換刀系統(tǒng)中，不與主軸的換刀時(shí)間重合，故可用這類(lèi)機(jī)械手。它也可在刀庫(kù)與主軸頭上的換刀機(jī)械手之間傳遞刀具。但是，這類(lèi)機(jī)械手換刀動(dòng)作均需順序進(jìn)行，時(shí)間不能重合，從而換刀時(shí)間較長(zhǎng)。 圖 1-1 無(wú)機(jī)械手的換刀順序 回轉(zhuǎn)式單臂雙手式機(jī)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(lèi)。這類(lèi)機(jī)械手可以同時(shí)抓住和拔、插位于主軸和刀庫(kù)里的刀具，與單臂單手式機(jī)械手相比，可以縮 10短換刀時(shí)間。 雙手式機(jī)械手可分為機(jī)械化只作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手和有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手兩大類(lèi)。前者包括雙手平行式和雙

20、手交叉式，這種機(jī)械手適用于容量較大的、距主軸較遠(yuǎn)的，特別是分置式的刀庫(kù)的換刀。機(jī)械手有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，在主軸處換刀時(shí)轉(zhuǎn)角為 180 ，可用于刀庫(kù)距主軸較遠(yuǎn)者；在主軸處換刀時(shí)轉(zhuǎn)角為 90 ，適用于刀庫(kù)距主軸較近者；在主軸處換刀時(shí)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(dòng)銷(xiāo)對(duì)刀具的壓力大于 572 牛又由于活動(dòng)銷(xiāo)對(duì)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/mm 19取 k=21N/mm4.活動(dòng)銷(xiāo)的選取與驗(yàn)證由于活動(dòng)銷(xiāo)承受的壓力較大

21、，所以選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)）活動(dòng)銷(xiāo)的受力圖如下如圖：N是刀具對(duì)活動(dòng)銷(xiāo)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(dòng)銷(xiāo)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(duì)活動(dòng)銷(xiāo)的作用力F=-kx=598.5NF1 是由固定活動(dòng)銷(xiāo)的外壁產(chǎn)生的，用來(lái)限制活動(dòng)銷(xiāo)向下的運(yùn)動(dòng)、向上的運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等 5 個(gè)自由度的。由于這個(gè)物體（活動(dòng)銷(xiāo)）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=NF1=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(duì) X 軸方向

22、，活動(dòng)銷(xiāo)受到 F與 N這對(duì)力的同時(shí)作用所以產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力為 AFn所以 nFA (2-5)確定上式中各個(gè)參數(shù)值：1） 由于材料為 45 鋼 ，所一許用應(yīng)力為 58Mpa2） Fn=N=f=598.5N所以（2-5）式中 nFA 又因?yàn)?（2-6） 42dA 20所以 （2-7） 24dFAFNN即： mmFdN63. 3101 .135814. 35 .598443所以取 d=12mm又由于活動(dòng)銷(xiāo)還受到剪的作用，所以： bsbsbsAF（2-8）由（6） （8）二式我們可以得到如下的公式： bsbsFd4（2-9）確定上式中的各個(gè)參數(shù)值：1） 45 鋼的許用剪應(yīng)力為Mpabs602） 剪切力

23、Fbs=f=598.5N所以（9）式可以計(jì)算為：3.56mm （2-10） MpaFdbsbs605 .59844由（7）與（10）得到的 d 綜合得 取 d=12mm下面來(lái)確定銷(xiāo)的長(zhǎng)度 由于在 F1 和 f的作用下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力距 M大小為 M=F1L （2-11） 上式中的 L 為活動(dòng)銷(xiāo)的長(zhǎng)度在 M 的作用下活動(dòng)銷(xiāo)要彎曲，在它的 2 個(gè)端點(diǎn)彎距最大為 M=F1L所以彎曲應(yīng)力為 （2-12） WM上式中 W 為抗彎截面系數(shù)由于截面為圓形所以 W=322/64/2/34dhddIz 21所以 （2-13） 333232dMdMWM由于 45 鋼的彎曲應(yīng)力為 40Mpa所以 （2-14） WM即M

24、paldMWM40012. 014.70323233所以,由上式得145mml根據(jù)銷(xiāo)的系列與上式所計(jì)算的長(zhǎng)度，取 l=112mm所以活動(dòng)銷(xiāo)就確定了為5鎖緊銷(xiāo)的選取與驗(yàn)證 由于鎖緊銷(xiāo)的要求沒(méi)有活動(dòng)銷(xiāo)高，聯(lián)想到它的使用狀況，所以選用 20 鋼它的剪應(yīng)力Mpabs25所以 （2-15） AFbs （2-16） 42dA （2-17） bsbs由（15） （16） （17）式可以得到mmmFdbs12.381012.382014. 35 .598443取 d=7mm 根據(jù)銷(xiāo)的系列選取長(zhǎng)度為 40mm 的銷(xiāo)所以銷(xiāo)的類(lèi)別為 7*40 2.5 機(jī)械手其它零件以及尺寸的確定機(jī)械手其它零件以及尺寸的確定 2.5

25、.1.螺栓的確定螺栓的確定機(jī)械手的手部是通過(guò)螺栓連接在手腕上面的，又因?yàn)槭植颗c手腕的結(jié)合要能精 22確的固定相對(duì)位置，所以選用普通螺栓來(lái)連接。我這里采用了 3 螺栓組成螺栓組來(lái)連接的現(xiàn)在對(duì)這 3 螺栓進(jìn)行受力分析這 3 個(gè)螺栓同時(shí)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(gè)螺栓的受力分別為F=NNF5 .19935 .598311）下面我對(duì)其中的一個(gè)螺栓進(jìn)行驗(yàn)證 （2-18） fziFkFFkziFfss000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 . 1sksk由于接觸

26、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(jì)算 NfziFkFs5 .997212. 02 . 15 .1990又因?yàn)槁菟ㄎｋU(xiǎn)截面的拉伸條件公式： （2-19） 43 . 143 . 1020FddFca由于螺栓的材料為中碳鋼，所以 它的許用拉伸應(yīng)=43Mpa 所以（19）式可以如下計(jì)算：=6.2mm mmFd4 .384314. 345 .9973 . 143 . 10由于我只是大概的計(jì)算，所以實(shí)際取螺栓值的時(shí)候取大一點(diǎn)我們?nèi)?d=14mm所以采用 M14 這種螺栓關(guān)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(lái)確定這些螺栓在機(jī)械手中的位置

27、右邊第一個(gè)螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離301y101x右邊第二個(gè)螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離102y302x右邊第三個(gè)螺栓它離下底面的距離為 到右端面的距離103y553x2.5.2. 其它尺寸的確定其它尺寸的確定 機(jī)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(gè)長(zhǎng)度為 640mm 其中機(jī)械手中心到手腕外的距離為 259mm，2.5.3 軸與機(jī)械手配合部分的直徑的確定軸與機(jī)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(qiáng)度來(lái)計(jì)算軸徑在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用下面的這個(gè)公式來(lái)初步估算軸徑 TTTd

28、npWT32 . 0955000(2-20)上式中為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)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T(mén)W3mm P 為軸所傳遞的功 單位為 kW D 為計(jì)算截面處的直徑 ,單位為 mm為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,單位為 Mpa T 24由上式可以得到軸的直徑為: 303332 . 095500002 . 09550000nPAnPnpdTT(2-21)確定上式的值:(1) 確定0A查表得=126-103,這里取=1100A0A(2) 確定轉(zhuǎn)速 n因?yàn)樵?MV-810/A 中,換刀時(shí)間為 2.5s,整個(gè)過(guò)程有 10 個(gè)動(dòng)作,按每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間相等來(lái)計(jì)算所以每個(gè)動(dòng)

29、作的時(shí)間s25. 0105 . 210Tt 而機(jī)械手在交換刀具的時(shí)候轉(zhuǎn)過(guò) 180 度的時(shí)間也為 0.25s,所以在這個(gè)時(shí)候,它的轉(zhuǎn)速最大,我們只要用最大轉(zhuǎn)速去計(jì)算軸徑就好了 因?yàn)檩S轉(zhuǎn)過(guò) 180 度的時(shí)間為 0.25s,所以轉(zhuǎn)過(guò)一 周所用的時(shí)間為 0.5s所轉(zhuǎn)速就為min/120605 . 01rn(3) P 的確定由于所產(chǎn)生的功主要是用來(lái)使機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)在轉(zhuǎn) 180 度的時(shí)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?cè)谇懊嬉呀?jīng)確定了為 320mm所以M=FL=598.5NmNmm.5 .192320而 rad/s4所以 p=M=192.5kww42. 2

30、8 .24174所以(21)式可以表示為: mmnPAnPnpdTT5 .2725. 01100187. 011012024. 21102 . 095500002 . 095500003330333 25我們?nèi)?d=30mm 根據(jù)花鍵系列選擇：d=28mm關(guān)于軸與機(jī)械手的連接:軸與機(jī)械手連接采用花鍵2.5.42.5.4 液壓泵的選擇液壓泵的選擇根據(jù)實(shí)踐，主軸夾緊松開(kāi)所用的液壓缸所需的流量最大，因此，這里只需計(jì)算主軸夾緊松開(kāi)的液壓缸的流量即可。主軸夾緊松開(kāi)6：自動(dòng)換刀裝置的整個(gè)換刀過(guò)程所需的時(shí)間,共有 10 個(gè)動(dòng)作，st5 . 2則每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間平均為=tst25. 010210即主軸松開(kāi)刀具的

31、時(shí)間為 0.25查手冊(cè)得每個(gè)碟形彈簧厚度，自由高度 H=9 . 0m310m3106 . 1根據(jù)設(shè)計(jì)共有 22 個(gè)彈簧組成每個(gè)蝶形彈簧的極限行程0h3107 . 0m則一組蝶形彈簧的極限行程為22107 . 03hm3104 .15速度)/(1016. 625. 0104 .1525. 023smhv（1）拉釘松開(kāi)刀具：進(jìn)油口油腔的面積：S =1)(422dD )031. 0125. 0(422)(105 .1123m油缸的容積效率97. 0v98. 099. 0則此時(shí)液壓缸的流量為VvSq114321012. 798. 0105 .111016. 6)/(3sm（2）拉釘夾緊刀具：進(jìn)油口油腔

32、的面積：)(1027.12125. 04423222mDS則此時(shí)液壓缸的流量為)/(1066. 798. 01027.121016. 6343222smvSqv比較（1） 、 （2）兩者的計(jì)算結(jié)果，取smq/108 . 033齒輪液壓泵的容積效率，總效率9 . 07 . 0v85. 07 . 0 26刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速為min)/(3 .1646750rinn電螺桿液壓泵的排量vBqnQ310)/(7 . 09 . 0603 .16108 . 033sm第三章第三章 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.13.1 轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,轉(zhuǎn)位有 3 次,第一是機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 75 度,第

33、二次是機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò)180 度,第三次是機(jī)械手反向到原來(lái)的位置.這些轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)主要是由齒輪齒條機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,它們的動(dòng)力源來(lái)自于液壓缸,對(duì)液壓港通入一定的壓力油,使活塞向預(yù)定的方向運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)不同角度的轉(zhuǎn)動(dòng)了。3.1.1機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò)機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 75 度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 這個(gè)機(jī)構(gòu)由一般個(gè)液壓缸、齒輪條、齒輪以及連接盤(pán)、連桿組成的，當(dāng)發(fā)出機(jī)械手抓刀的信號(hào)時(shí)，液壓缸的后腔就通入壓力油，活塞桿推動(dòng)著齒輪條向前移動(dòng)，使得齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，帶動(dòng)連接盤(pán)與連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，而連桿通過(guò)花鍵連在機(jī)械手上，所以當(dāng)活塞通入壓力油的時(shí)候，機(jī)械手就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。1）下面我們首

34、先來(lái)選擇與計(jì)算液壓缸 由于機(jī)械手的整個(gè)換刀時(shí)間為 2.5s 整個(gè)過(guò)程有 10 個(gè)動(dòng)作,按每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間相等來(lái)計(jì)算所以每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間s25. 0105 . 210Tt即：機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 75 度的時(shí)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=60mm905 . 1齒輪的分度圓周長(zhǎng)為 27S=mmd6 .2829014. 3所以齒輪轉(zhuǎn)過(guò) 75 度走過(guò)的距離L=mmmms875.586 .28236075360750000因?yàn)辇X輪齒條是配合的所以齒輪條在這個(gè)運(yùn)動(dòng)中也走過(guò) 58.875mm活塞桿的速度為smts/236. 025. 0875.58

35、設(shè)液壓缸的溶積效魚(yú)為，這里取99. 097. 098. 0設(shè)液壓缸的額定流量為 q所以 （2-22） qA又 （2-23） 42dA由上 2 式可以得到 （2-24） qqqd29. 5236. 014. 398. 044因?yàn)?q=0.8m/s310所以（24）可以如下計(jì)算29. 5108 . 029. 53qd 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(jī)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(duì)齒輪做對(duì)稱(chēng)布置，所以取=1。d 由于 *aaamhmzhmzd（2-25）由于我都采用的是標(biāo)準(zhǔn)直齒輪（壓力角為 20 度）

36、所以1*ah所以 28 =90+2*22aaamhmzhmzdmm935 . 1因?yàn)樗札X輪做成實(shí)心mmda160由于這個(gè)齒輪通過(guò)連桿與連接盤(pán)來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)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(gè)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(duì)的齒輪條的滑槽齒輪的齒距（分度圓） mmmp71. 45 . 114. 3由于齒輪與齒輪條是配合一起運(yùn)動(dòng)的所以齒輪的齒距（分度圓）就是齒輪條的齒距（分度圓）即：mmpp71

37、. 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) 29 5 .1271. 4875.58plz因?yàn)橐粢恍┚嚯x，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(yùn)動(dòng)的零件以及尺寸的確定1）連接盤(pán)的尺寸的確定D1=50mmD2=70mmD3=90mmD4=130mmL1=20mmL2=40mmL3=61mmL4=11mmd=6mm連接盤(pán)是空套在齒輪上面的，2）傳動(dòng)盤(pán)以及尺寸的確定D1=40mmD2=60mmD3=70mmL1=10mmL2=30mm孔的直徑 d1=6mm 30圖 3-4 傳動(dòng)盤(pán)3) 把傳動(dòng)盤(pán)與連桿（軸）連接起來(lái)的花鍵的確

38、定D1=40mmD2=26mmH=10mm圖 3-5 花鍵3.1.2.機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò)機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 180 度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)度的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 這個(gè)機(jī)構(gòu)由一般個(gè)液壓缸、齒輪條、齒輪以及連桿組成的，當(dāng)發(fā)出機(jī)械手交換刀具的信號(hào)時(shí)，液壓缸的后腔就通入壓力油，活塞桿推動(dòng)著齒輪條向前移動(dòng)，使得齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，而連桿通過(guò)花鍵連在機(jī)械手上，所以當(dāng)活塞通入壓力油的時(shí)候，機(jī)械手就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。1）下面我們首先來(lái)選擇與計(jì)算液壓缸 由于機(jī)械手的整個(gè)換刀時(shí)間為 2.5s 整個(gè)過(guò)程有 10 個(gè)動(dòng)作,按每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間相等來(lái)計(jì)算所以每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間s25. 0105 . 210Tt即：機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 180 間為 0.25s

39、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=mm725 . 148齒輪的分度圓周長(zhǎng)為S=mmd08.22697214. 3所以齒輪轉(zhuǎn)過(guò) 180 度所走的距離L=mmmms04.1138 .2263601803601800000因?yàn)辇X輪齒條是配合的所以齒輪條在這個(gè)運(yùn)動(dòng)中也走過(guò) 113.04mm活塞桿的速度為smts/452. 025. 004.113設(shè)液壓缸的溶積效魚(yú)為，這里取99. 097. 098. 0 31設(shè)液壓缸的額定流量為 q所以 qA（2-26）又 42dA（2-27）由上 2 式可以得到 qqqd76. 2452. 014. 398. 0

40、44（2-28）因?yàn)?q=0.8m/s310所以（28）式如下計(jì)算mqd002208. 0108 . 076. 276. 23 所以選擇 d=30m所以選擇液壓缸，它的 行程為 113.04mm,直徑為 30mm。2.確定齒輪齒條機(jī)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(duì)齒輪做對(duì)稱(chēng)布置，所以取=1。d 由于 *aaamhmzhmzd（2-25）由于我都采用的是標(biāo)準(zhǔn)直齒輪（壓力角為 20 度） 所以1*ah所以 =72+*aaamhmzhmzdmm5 .7315 . 1因?yàn)樗札X輪做成實(shí)心mmda160由于這個(gè)齒輪通過(guò)連桿與連接盤(pán)來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)的，所以齒輪做成如下的結(jié)構(gòu)： 32圖 3-6

41、 小齒輪其中取 B1=25mm那么 B2=72-25=47mm所以與活塞桿連接在一起的齒輪條的直徑就為 30mm而齒輪條固定在一個(gè)滑槽中，滑槽的結(jié)構(gòu)如下： h1=10 L1=20 L2=40 L3=80 L4=125 L5=20圖 3-7 固定與小齒輪一起配對(duì)的齒輪條齒輪的齒距（分度圓） mmmp71. 45 . 114. 3由于齒輪與齒輪條是配合一起運(yùn)動(dòng)的 33所以齒輪的齒距（分度圓）就是齒輪條的齒距（分度圓）即：mmpp71. 4齒輪齒條由于液壓缸的行程 l=112.04mm，所以齒輪條的齒數(shù) 2471. 404.112plz因?yàn)橐粢恍┚嚯x，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

42、的齒輪數(shù)為 z=273.23.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)其它零件的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)其它零件的設(shè)計(jì) 在前 2 節(jié)中，已經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)做了設(shè)計(jì)，但是要完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)還需要插拔刀具的運(yùn)動(dòng)，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)完成插拔刀具的功能。 在這個(gè)機(jī)械手中，只要給機(jī)械手一個(gè) z 軸方向的運(yùn)動(dòng)即可。由于機(jī)械手的的初使位置與在夾刀具的位置有些不同，這就需要使機(jī)械手從初使位置運(yùn)動(dòng)到夾刀具的位置，在 z 軸方向的距離為 100mm。為了完成這個(gè)動(dòng)作，我選用了一個(gè)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。原理如下：當(dāng)需要夾刀具的時(shí)候，液壓缸的下腔通入壓力油，使液壓缸的活塞向上運(yùn)動(dòng)，把機(jī)械手帶到夾刀具與拔刀具的位置，完成這個(gè)動(dòng)作以后，就要拔刀具了，這個(gè)時(shí)候液壓缸的上腔通

43、入壓力油，使得活塞向下運(yùn)動(dòng)。只要選擇合適的液壓缸的行程就可以達(dá)到預(yù)定的位置。 34 3.2.1.3.2.1.液壓缸的選擇液壓缸的選擇由于機(jī)械手的初始位置與開(kāi)始工作位置（拔插刀具的位置）的距離 l=100 mm，而這個(gè)距離，在運(yùn)動(dòng)中是依靠液壓缸的，所以液壓缸的行程就為 100mm。另外我選用活塞直徑為 d=30mm，所以液壓缸的規(guī)格就為 100mm。mm303.液壓缸以及連接零件尺寸的確定L1=30mmL2=50mmL3=60L4=95D1=30mmD2=40mmS1=25mmS2=10mmS3=5mm圖 3-8 與大液壓缸連接的部分機(jī)械結(jié)構(gòu)3.33.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在前面的章節(jié)中

44、，已經(jīng)初選定了軸的最小直徑，它為 d=28mm，且軸的材料也已經(jīng)選定了為 45 鋼，選擇 45 鋼的理由：碳鋼相對(duì)與合金鋼來(lái)說(shuō)價(jià)格便宜，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理來(lái)提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。而 45 鋼在碳鋼中是性能比較優(yōu)良的一種，所以選用 45 鋼為軸的材料。 35 下面我們就來(lái)對(duì)軸做一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1.3.3.1.擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案本設(shè)計(jì)中按照下面的方案來(lái)裝配圖 3-9 軸上零件的裝配方案3.3.2.確定軸的各段直徑與長(zhǎng)度確定軸的各段直徑與長(zhǎng)度1） 為了定位右邊的齒輪就必須在軸的右端制出一軸肩，故取右端的直徑為，由于齒輪的長(zhǎng)為 80

45、mm，還加上這個(gè)結(jié)構(gòu)，齒輪不是空套在軸上的，mmdII30而是通過(guò)連接盤(pán)、傳動(dòng)盤(pán)來(lái)把運(yùn)動(dòng)傳遞給軸的，所以，段接連接盤(pán)與mml6311III傳動(dòng)盤(pán)，長(zhǎng)度為，段的下面由于是靠花鍵定位，所以不需要在軸上做mmlIII38III一些處理。而。因?yàn)?VII 端是與小齒輪相連接的，它的上,146mmlIVmmdIV30面 VI 端采用軸肩定位，所以，。而小齒輪是空套在軸上面的，mmdVI46mmlVI10所以與小齒輪空套的軸的直徑為，另外我取，mmdVII30mmlVII82mmlIX158。mmdIx302） 初選滾動(dòng)軸承 因?yàn)檩S同時(shí)受到徑向力與軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，參照工作要求，并根據(jù)由軸

46、承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的角接觸球軸承,30mmdIX70306C。所以軸的總長(zhǎng)為 36 mmllllllllIXVIIVIIVIIIIII4881215882101463863總 3） 確定軸上圓角與倒角尺寸 取軸端的倒角尺寸為 2 ，各軸肩的圓角尺寸為 R0.5度45對(duì)于軸的校核，我就不做說(shuō)明了。軸的工作圖如下：C21.61.61.6A-ABC488C2A圖 3-10 軸的結(jié)構(gòu)圖3.43.4 主軸的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)以及主軸準(zhǔn)停裝置的設(shè)計(jì)主軸的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)以及主軸準(zhǔn)停裝置的設(shè)計(jì)3.4.1主軸結(jié)構(gòu)主軸結(jié)構(gòu)主軸的前支承配置了三個(gè)高精度的角接觸球軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷

47、，前兩個(gè)軸承大口朝下，后面一個(gè)軸承大口朝上。前支承按預(yù)加載荷計(jì)算的預(yù)緊量由螺母來(lái)調(diào)整。后支承為一對(duì)小口相對(duì)配置的角接觸球軸承，它們只承受徑向載荷，因此軸承外圈不需要定位。該主軸選擇的軸承類(lèi)型和配置形式，能滿(mǎn)足主軸高轉(zhuǎn)速和承受較大軸向在乎的要求，主軸受熱變形向后伸長(zhǎng)，不影響加工精度。3.4.2刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)主軸內(nèi)部和后端安裝的是刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。它主要由拉桿、拉桿端部的四個(gè)鋼球、蝶形彈簧、活塞、液壓缸等組成。機(jī)床執(zhí)行換刀指令，機(jī)械手要從主軸拔刀時(shí)，主軸需松開(kāi)刀具。這時(shí)液壓缸上腔通壓力油，活塞推動(dòng)拉桿向下移動(dòng)，使碟形彈簧壓縮，鋼球進(jìn)入主軸錐孔上端的糟內(nèi)、刀柄尾部的拉釘（拉緊刀

48、具用）被松開(kāi)，機(jī)械手即可拔刀。之后，壓縮空氣進(jìn)入活塞和拉桿的中孔，吹凈主軸錐孔，為裝入新刀具做好準(zhǔn)備。當(dāng)機(jī)械手將下一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無(wú)油壓，在碟形彈簧和彈簧的恢復(fù)力作用下，使拉桿、鋼球和活塞退回到圖示的位置，即碟形彈簧通過(guò)拉桿和鋼球拉緊刀柄尾部的拉釘，使刀具被夾緊。 373.4.3主軸準(zhǔn)停裝置主軸準(zhǔn)停裝置機(jī)床的切削扭矩由主軸上的端面鍵來(lái)傳遞，每次機(jī)械手自動(dòng)裝取刀具時(shí)，必須保證刀柄上的鍵糟對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位的功能。為滿(mǎn)足主軸這一功能而設(shè)計(jì)的正好子稱(chēng)為主軸準(zhǔn)停裝置或稱(chēng)為主軸定向裝置。本機(jī)床采用的是電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，即用磁力傳感器檢測(cè)定向。如圖 2-7 所示，主

49、軸 8 的尾部安裝有發(fā)磁體 9，它隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在距發(fā)磁體外緣 1-2mm 處，固定了一個(gè)磁傳感器 10，它經(jīng)過(guò)放大器 11 與主軸伺服單元 3 連接。主軸定向的指令 1 發(fā)出后，主軸便處于定向狀態(tài)，當(dāng)發(fā)磁體的上判別孔轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)磁傳感器上的基準(zhǔn)糟時(shí)，主軸立即停止。 圖 3-11 主軸準(zhǔn)停裝置的原理圖圖中 5 為電動(dòng)機(jī)與主軸之間的同步齒形帶，4 為主軸電動(dòng)機(jī)，2 為強(qiáng)電時(shí)序電路，7 為主軸端面鍵，6 是位置控制回路，12 是定向電路。3.53.5 換刀裝置的液壓機(jī)構(gòu)分析換刀裝置的液壓機(jī)構(gòu)分析3.5.13.5.1液壓分析液壓分析如圖 3-3 所示，液壓缸 1 是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的正反轉(zhuǎn) 75運(yùn)動(dòng)，液壓缸 2

50、 是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手正反轉(zhuǎn) 180運(yùn)動(dòng)，液壓缸 3 是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手拔刀、插刀運(yùn)動(dòng)，液壓缸 4 是實(shí)現(xiàn)主軸的夾緊、松開(kāi)動(dòng)作。這里活塞桿活動(dòng)，液壓缸固定。 38當(dāng)行程開(kāi)關(guān) 10 發(fā)出抓刀信號(hào)后，機(jī)械手要順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 75，這時(shí)，電磁鐵SDL-1 接通，其余電磁鐵處于斷開(kāi)狀態(tài)，油從泵出發(fā)，經(jīng)過(guò)單向閥，受溢流閥 1 調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥 1 調(diào)速，由三位四通閥 1 傳到液壓缸 1 的上腔，推動(dòng)活塞桿下移，油從下腔流回油缸，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手正轉(zhuǎn) 75的動(dòng)作。當(dāng)機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò) 75 后，行程開(kāi)關(guān) 2 發(fā)出信號(hào)，刀柄尾部的拉釘要松開(kāi)刀具，這時(shí)電磁鐵 SDL-7 接通，電磁鐵 SDL-1 斷開(kāi)，其余的仍處于斷開(kāi)狀態(tài)。油從泵出

51、發(fā)，經(jīng)過(guò)單向閥，受溢流閥 2 調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥 4 傳到液壓缸 4 的上腔，推動(dòng)活塞桿下移，油從下腔流回油缸，實(shí)現(xiàn)了主軸的松開(kāi)動(dòng)作。當(dāng)主軸松開(kāi)刀具后，行程開(kāi)關(guān) 8 發(fā)出信號(hào)，這時(shí)電磁鐵 SDL-5 接通，電磁鐵SDL-7 斷開(kāi)，其余的處于斷開(kāi)狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過(guò)單向閥，受溢流閥 1 調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥 3 傳到液壓缸 3 的上腔，推動(dòng)活塞桿下移，油從下腔流回油缸，這個(gè)動(dòng)作使得機(jī)械手實(shí)現(xiàn)拔刀動(dòng)作。當(dāng)機(jī)械手拔出刀后，行程開(kāi)關(guān) 6 發(fā)出信號(hào)，機(jī)械手要帶著刀具轉(zhuǎn)過(guò) 180，這時(shí)電磁鐵 SDL-3 接通，電磁鐵 SDL-5 斷開(kāi)，其余的處于斷開(kāi)狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過(guò)單向閥，受溢流閥 1 調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥

52、 2 傳到液壓缸 2 的上腔，推動(dòng)活塞桿下移，油從下腔流回油缸，這樣就實(shí)現(xiàn)了機(jī)械 正轉(zhuǎn) 180的動(dòng)作。當(dāng)機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 180 后，行程開(kāi)關(guān) 4 發(fā)出信號(hào)，機(jī)械手要進(jìn)行插刀動(dòng)作，這時(shí)電磁鐵 SDL-6 接通，電磁鐵 SDL-3 斷開(kāi)，其余的處于斷開(kāi)狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過(guò)單向閥，受溢流閥 1 調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥 3 傳到液壓缸 3 的下腔，推動(dòng)活塞桿上移，油從上腔流回油缸，這時(shí)完成了機(jī)械手的插刀動(dòng)作。當(dāng)插刀動(dòng)作完成后，行程開(kāi)關(guān) 5 發(fā)出信號(hào)，刀柄底部的拉釘要夾緊換好的刀具。這時(shí)電磁鐵 SDL-8 接通，電磁鐵 SDL-6 斷開(kāi)，其余的處于斷開(kāi)狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過(guò)單向閥，受溢流閥 2 調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥

53、 4 傳到液壓缸 4 的下腔，推動(dòng)活塞桿上移，油從上腔流回油缸，這樣就實(shí)現(xiàn)了主軸的夾緊動(dòng)作。主軸夾緊刀具，位置開(kāi)關(guān) 7 發(fā)出信號(hào)，這時(shí)電磁鐵 SDL-4 接通，電磁鐵 SDL-8斷開(kāi)，其余的處于斷開(kāi)狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過(guò)單向閥，受溢流閥 1 調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥 2 傳到液壓缸 2 的下腔，推動(dòng)活塞桿上移，油從上腔流回油缸，此時(shí)機(jī)械手完成了轉(zhuǎn) 180 的動(dòng)作。機(jī)械手轉(zhuǎn)過(guò) 180 后，位置開(kāi)關(guān) 3 發(fā)出信號(hào)，這時(shí)電磁鐵 SDL-2 接通，電磁鐵SDL-4 斷開(kāi)，其余的處于斷開(kāi)狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過(guò)單向閥，受溢流閥 1 調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥 1 傳到液壓缸 1 的下腔，推動(dòng)活塞桿上移，油從上腔流回油缸，機(jī)

54、械手反轉(zhuǎn) 75 ，回到原位。這樣就完成了整個(gè)液壓控制過(guò)程。 39圖 3-12 液壓系統(tǒng)圖3.5.23.5.2換刀動(dòng)作順序表?yè)Q刀動(dòng)作順序表表 3-1 為換刀動(dòng)作順序表，SDL-1、SDL-2、SDL-3、SDL-4、SDL-5、SDL-6、SDL-7、SDL-8 為電磁鐵，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8 為行程開(kāi)關(guān)。 “+”表示電磁鐵接通或壓下行程開(kāi)關(guān)?？崭癖硎倦姶盆F斷開(kāi)或未壓下行程開(kāi)關(guān)。表表 3-1SSSSSSSSSSSSSSSS 40DL1DL2DL3DL4DL5DL6DL7DL8Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8刀套下轉(zhuǎn)90+機(jī)械手轉(zhuǎn)75（順時(shí)針）+刀具松開(kāi)+

55、機(jī)械手拔刀+交換刀具位置+機(jī)+ 41械手插刀刀具夾緊+機(jī)械手轉(zhuǎn)180+機(jī)械手反轉(zhuǎn)75+ 42第四章第四章 PLC 控制分析控制分析PC 實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制用的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的。硬件系統(tǒng)由主機(jī)、I/O 擴(kuò)展機(jī)及外部設(shè)備組成，主機(jī)和擴(kuò)展機(jī)內(nèi)部由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元以及接口等組成。軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序組成。根據(jù)第三章的換刀動(dòng)作分析和液壓系統(tǒng)分析，得到自動(dòng)換刀裝置的 PLC 端口圖如 4-1 所示。左邊部分為輸入信號(hào)，右邊為輸出信號(hào)。刀庫(kù)行程開(kāi)關(guān)21機(jī)械手行程開(kāi)關(guān)13機(jī)械手行程開(kāi)關(guān)7刀庫(kù)行程開(kāi)關(guān)22機(jī)械手行程開(kāi)關(guān)1主軸發(fā)磁體2機(jī)械手行程開(kāi)關(guān)9

56、機(jī)械手行程開(kāi)關(guān)3機(jī)械手行程開(kāi)關(guān)14 主軸發(fā)磁體1主軸停轉(zhuǎn)信號(hào)換刀信號(hào)機(jī)械手液壓缸SDL-2右行電磁閥刀庫(kù)氣缸下行電磁閥主軸電機(jī)刀庫(kù)斷電開(kāi)關(guān)刀庫(kù)汽缸上行電磁閥機(jī)械手液壓缸SDL-1左行電磁閥主軸液壓缸SDL-7下行電磁閥機(jī)械手液壓缸SDL-5下行電磁閥機(jī)械手液壓缸SDL-3左行電磁閥主軸液壓缸SDL-8上行電磁閥機(jī)械手液壓缸SDL-6上行電磁閥機(jī)械手液壓缸SDL-4右行電磁閥 圖 4-1 端口連接圖 432. 由端口圖及換刀動(dòng)作可編制梯形圖 4-2 如下： 刀套下轉(zhuǎn)90 機(jī)械手下轉(zhuǎn)75 主軸松開(kāi)刀具 機(jī)械手拔刀機(jī)械手正轉(zhuǎn)180 機(jī)械手插刀 主軸夾緊 機(jī)械手反轉(zhuǎn)75 機(jī)械手反轉(zhuǎn)180 刀套上轉(zhuǎn)90

57、 主軸開(kāi)始運(yùn)作 刀庫(kù)停止運(yùn)作 圖 4-2 PLC 梯形圖從上面的梯形圖可編得如下程序：0 LD 10001 OR 20002 AND NOT 2010 443 AND NOT 10014 AND NOT 20015 OUT 20006 LD 10017 AND NOT 10028 AND NOT 20029 OUT 200110 LD 100211 AND NOT 100312 AND NOT 200313 OUT 200214 LD 100215 AND 100316 AND NOT 100417 AND NOT 200418 OUT 200319 LD 100420 AND NOT 100

58、521 AND NOT 200522 OUT 200423 LD 100524 AND NOT 100625 AND NOT 200626 OUT 200527 LD 100628 AND 100729 AND NOT 200730 OUT 200631 LD 100632 AND 100733 AND NOT 100834 AND NOT 200835 OUT 200736 LD 100837 AND NOT 100938 AND NOT 200939 OUT 2008 4540 LD 200941 AND NOT 101042 ANDNOT 200043 OUT 200944 LD 100

59、945 AND 100746 OUT 201047 LD 101048 OUT 2011 46小結(jié)小結(jié) 大學(xué)四年就過(guò)去了，雖然依依不舍，但還是要離開(kāi)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)最后一次練兵，也是與老師們接觸的不多機(jī)會(huì)?，F(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。從中我學(xué)到了很多，從材料力學(xué)到機(jī)械設(shè)計(jì)，從液壓到 PLC，自己的能力有了一個(gè)很大的提高。我認(rèn)識(shí)了自己的很多不足之處，也對(duì)自己學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)溫習(xí)了一遍。我這次做的題目是自動(dòng)換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)，選擇的是對(duì)加工中心的自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。我做的主要工作有：查閱相關(guān)資料、對(duì)正文部分機(jī)械手以及它的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)時(shí)候，我遇到一些問(wèn)題，不知道選用什么樣的機(jī)構(gòu)來(lái)使機(jī)

60、械手轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，最后在老師的啟蒙下才想到了用齒輪齒條的方法。選用一定行程的液壓缸與相應(yīng)的齒輪機(jī)構(gòu)就 可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位。以前我對(duì) CAD 畫(huà)復(fù)雜的圖有一定的恐懼感，通過(guò)這次設(shè)計(jì)我已經(jīng)克服了。我的指導(dǎo)老師是程俊蘭老師。在這里，我對(duì)程老師多次對(duì)我的教誨表示非常的感謝！同時(shí)對(duì)以前教誨我的老師也要說(shuō)聲謝謝！感謝你們的教誨。 47參考文獻(xiàn)1 廉元國(guó)，張永洪編著 . 加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19952 杜君文主編 . 機(jī)械制造技術(shù)裝備及設(shè)計(jì) . 天津：天津大學(xué)出版社，1998.83 徐灝主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三卷） . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.94 徐灝主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手

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