小型加工中心自动控制换刀机械手的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

小型加工中心自动控制换刀机械手的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

系统的繁简，借鉴的多寡，设计人员经验的不同而做法上呈现出差异来。 下图这种设计的基本内容和一般流程。 这里除了最末一项外全都是属于性能设计的范围。 这些步骤相互关联，彼此影响，因此常需要穿插进行，交叉展开。 最末一项属于结构设计内容，则须要仔细查阅产品样本、手册和资料，选定元件的结构和配置的型式，才能布局绘图。 13 图 7 液压传动系统的一般设计流程 液压缸的设计 液压缸的载荷组成及计算 设机械手抓刀重约 20Kg，作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷，导轨的摩擦力和由于速度变化而产生的惯性力。 w g a fF F F F   （ 3） （ 1）常见 的工作载荷有作用于活塞杆轴线 上的重力，切削力，挤压力等，而该设计中只有重力 ： 2 0 9 .8 1 9 6 ( )gF m g N    （ 2）导轨摩擦载荷 fF 0 .0 6 1 9 6 1 2 ( )fgF F N   （  的取值参考机械设计手册表 ） （ 3）惯性载荷 aF 2 0 1 2 0a GvF gt    （ N ）一般机械取 stv ~ ，所以， 1 9 6 1 2 2 0 2 2 8 ( )WFN    除外载荷 WF 外，作用于活塞杆上的载荷 F 还包括液压密封处的摩擦阻力 mF ，一般估算为： 14 (1 )mmFF （ 4） 液压缸的机械效率，一般取 ~ ； 则： 228 2 4 8 ( )0 .9 2W mFFN   ( 1 ) ( 1 0 .9 2 ) 2 4 8 2 0 ( )mmF F N      液压缸不同负载时的工作压力表 2 如下： 表 2 液压缸不同载荷时的工作压力表 载荷 410N  1~ 2~1 3~2 5~3 5 工作压力 MP 1~ 2~ 3~ 4~3 5~4 7~5 故取工作压力 58 10P Pa . 升降缸的设计 图 8 为 活塞杆受压状 态，图 9 为受拉状态 图 8 活塞杆受力图（ a） 图 9 活塞杆受力图 (b) 活塞杆受压时 ： 1 1 2 2WmFF P A P A  ， 活塞杆受拉时 ： 1 2 2 1WmFF P A P A   式中 1A —— 无杆腔活塞有效作用面积； 2A —— 有杆腔活塞有效 作用面积； 1P —— 液压缸工作腔压力； 2P —— 液压缸回油压力； 15 一般液压缸在受力状态下工作，其活塞面积为： 2211F PAA P （ 5） 运用 1A 和 2A 关系令  ，其值是由下表选择。 如表 3 所示： 表 3 按工作压力选取 d/D 工作压力 MPa ＜ ~ ＞ d/D ~ ~ 所以可以得出活塞的直径： 21243 .1 4 ( (1 ) )FD PP   （ 6） 22124 4 2 4 8 503 . 1 4 ( ( 1 ) ) 3 . 1 4 (0 . 8 0 . 9 ( 1 0 . 5 ) )FD m mPP         所以 25d D mm，（ 1 P 与 P 的值是在机械设计手册表 和 选取的）， 根据所计算出的结果表 4 中选择标准的尺寸。 表 4 活塞杆和液压缸直径 速比 缸径 2 40 22 50 28 63 35 45 80 45 56 90 56 60 100 60 70 110 63 80 速比 缸径 2 125 70 90 140 80 100 160 90 100 180 100 125 200 110 140 220 125 250 140 所以选择 80D mm ， 45d mm。 活塞杆直径的强度在高压系统中要进行校核： 64 4 2 4 8 1 . 9 83 . 1 4 8 0 1 0Fd m m   「 」 「 」 —— 活塞杆材料的许用应力，初选材料为 20 钢，则许用应力为 80MPa。 16 又根据设计需要，（轴承的配合，螺钉的安装等）此活塞杆为空心杆。 令空心杆内径 52d mm ，空心杆外径 39。 72d mm。 由于 ttTTWW空实 （ 7） 2 39。 4 411()1 6 1 6d d d  d —— 空心杆直径； d —— 空心杆内径； 39。 d —— 空心杆外径 ； tW—— 抗扭矩截面系数； 所以有 6 4 .7 7 1 .9 8d m m m m 空心杆壁厚 39。 7 2 5 2 1022dd mm   。 则设计符合要求。 油缸壁厚的设计 对于低压系统或当 16AL   时，油缸的壁厚有： 2[ ]yP AL  （ 8） yP —— 缸筒试压力，当 16nP 时，  ，当 16nP 时，  [ ]—— 缸筒材料的许用应力， 20 钢， [ ]=100Mpa,所以， 561 . 5 8 1 0 8 0 0 . 0 4 82 [ ] 2 1 0 0 1 0yP A L mm      ， 根据结构需要取 8mm。 油缸长度的确定 液压缸的缸筒长度由最大工作行程决定，缸筒的长度一般最好不超过其内径 20 倍。 即 mmL 24 00~16 0080)30~20(  ，设计任务书上给定了伸缩单行程为 100m，即取 L=135mm。 油口直径的计算 液压缸的油口直径根据活塞最高运动速 V 和油口最高液流速度 39。 V 而定， 0 39。 VdDV （ 9） 因为 1212 ，其中 21 4AD， 222 4A D d； 17 式中 1A—— 无杆腔活塞有效作用面积； 2A —— 有杆腔活塞有效作用面积； D—— 活塞直径 （ m ）； d—— 活塞杆直径 （ m ）； 由行程 L 初定换刀过程所用时间为 1 秒 ,则平均速度为。 令无肛腔进油速1 m s ，则有杆腔进油速度 2 m s。 所以 2 2 2 2m a x 1 2 0 . 1 0 . 1 6 0 . 1 8V V V V m s     ，液流速度 39。 V 大小等于有杆腔进油速 , 即 39。 /V m s . 故 30 39。 0 . 1 80 . 1 3 0 . 1 3 8 0 1 0 1 1 . 0 30 . 1 6Vd D m mV     。 缸底厚度计算（缸底有油孔） 因为考虑到缸底有油孔，所以计算公式有： 图 10 液压缸缸底 00 . 4 3 3 [ ] ( )yPDhD Dd  （ 10） 式中 h—— 缸底厚度； D —— 液压缸内径； yP —— 试验压力； [] —— 缸底材料许用应力；选取材料为 20 无缝钢管，[ ] 100MPa  18 6336301 .5 0 .8 1 0 8 0 1 00 .4 3 3 0 .4 3 3 8 0 1 0 4 .0 8[ ] ( ) 1 0 0 1 0 ( 8 0 1 1 .0 3 ) 1 0yPDh D m mDd            。 液压回转缸的设计 回转缸内径的计算 作用在动片上的载荷力矩 M驱 有以下关系： ZM M M M M   驱 回封 惯， （ 11） 式中 ZM —— 工作阻力矩（ /kg cms ） M惯 —— 所有回转 缸密封处的摩擦阻力矩（ /kg cms ） 39。 M M M封 封 封， 39。 1M bbPR封 ， 12 ( ) cdM b R r FR封 ， 2cdR R r ； M惯 —— 参与回转运动的零部件，在启动时产生的惯性力矩（ /kg cms ）；tJJM  /00 惯 ； （ 12）  —— 齿轮回转时，在启动运动过程中的角加速度（ 2/rad s ）； w —— 角速度变化量（ /rads ）， 2/ w ； t —— 启动过程时间，一般为 )~(t 令 st  ； 0J —— 参与回转运动零部件，对回转轴的转动惯量（ 2kgcm ）20 GeJJ g ； J —— 参与回转运动的刀柄对重心转动惯量（ 2kgcm ）； G —— 刀柄与机械手的总重量（ kg ）； e —— 刀柄与机械手的重心到回转轴的距离（ cm ） 由理论力学得公式 20 12MlJJ，则 120 10 ( 4 8 2 1 0 ) 1 9 5 2 .12J k g c m    scmkgtvJJM /.3 0 6 4  惯 22()2Rr bM b P d P R r  回 回 回 （ 13） 由于 背压力有如下规定：回油路上有节流阀的调速阀背压力为 ，回油路中设有背压阀的系统背压力为 ，采用辅助油泵的闭式回路背压力为。 故 P回 取。 回转液压缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩 39。 M驱 ， 39。 2 2()2Rr pdM p b d D d  驱 回转缸内径 D 的计算： 19 根据 39。 MM驱 驱 22()8pb D dM 驱 28MDdpb驱 （ 14） 式中 D—— 回转缸内径（ m ）； M驱 —— 作用在动片的外载荷力矩； p—— 回转液压缸的工作压力（ Pa ）； b—— 动片宽度（ m ）； d —— 输出轴与动片联接处的直径（ m ）；初步设计时按~dD 选取。 为减少动片与输出轴的联接螺钉所受的载荷与动片的悬 伸长度，选择动片宽度（即液压缸宽度）时，可选用 22bDd D —— 回转液压缸的内径（ m ）； 由于惯性力矩必须大于所有摩擦力矩才能使回转叶片动，即 2M M M回惯 所以由以上代数式子可以得到：  ， 回 代入上面的式子得，得出： 0 cm ；根据所选花键轴与之配合取 0 36d mm ，则。