.3研究思路及方法1.3.1研究思路本課題的主要研究?jī)?nèi)容是自動(dòng)換刀機(jī)械手手架伸縮旋轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)，主要研究手架伸縮旋轉(zhuǎn)裝置。完成自動(dòng)換刀機(jī)械手的手架伸縮旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的總體規(guī)劃。在一定程度上了解工業(yè)各領(lǐng)域使用的自動(dòng)換刀機(jī)械手的伸縮旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以及伸縮式旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及手支撐，機(jī)械手的參數(shù)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)等。最后檢查并計(jì)算出旋轉(zhuǎn)角度，拉刀和插入刀的行程，提升行程，裝卸手臂的伸縮行程，用CAD繪繪制主要零件圖和總裝圖。1.3.2研究方法 （1）文獻(xiàn)法在知網(wǎng)相關(guān)文獻(xiàn)的幫助下，我們找到了關(guān)于機(jī)械手的文章，提煉出了內(nèi)容，為以后的論文寫作提供了方便。（2）數(shù)據(jù)分析法對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)中的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行整理，并與論文中相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行比較，找出適合自己設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，以便更好地制定未來(lái)完善的管理策略。（3）案例研究法：調(diào)查分析以往設(shè)計(jì)。第2章總體方案的確定2.1主要結(jié)構(gòu)及工作原理通過(guò)對(duì)自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行分析和研究，確定其核心機(jī)構(gòu)為自動(dòng)換刀機(jī)械手。在數(shù)控加工設(shè)備中，數(shù)控臥式鏜銑床對(duì)加工精度要求最高，故常與自動(dòng)換刀機(jī)械手配合使用，其目的是為了保障加工的精度。其優(yōu)勢(shì)是一次裝夾即可完成銑，鏜，鉆，擴(kuò)孔，攻絲等多個(gè)過(guò)程，解決了中小批量，多品種，箱體零件生產(chǎn)的加工自動(dòng)化問(wèn)題。通過(guò)對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手進(jìn)行分析，確定自動(dòng)換刀機(jī)械手主要由刀庫(kù)（儲(chǔ)刀器）、手架升降機(jī)構(gòu)（尋刀器）、裝卸程序、手架伸縮機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等部分組成。四排帶刀套的鏈條構(gòu)成刀庫(kù)，每條鏈條有15個(gè)工具外殼，刀具庫(kù)可儲(chǔ)存60個(gè)刀具。由馬達(dá)通過(guò)齒輪箱驅(qū)動(dòng)并同步旋轉(zhuǎn)安裝刀套的四條鏈條，通過(guò)用刀套編號(hào)找刀。如圖可知，每一個(gè)刀套都能夠在鏈條中找到自己的位置，通過(guò)手架的升降和刀鏈旋轉(zhuǎn)進(jìn)行選擇刀具。刀具變換器的主要作用是通過(guò)接收自動(dòng)控制系統(tǒng)的指令，根據(jù)指令進(jìn)行自動(dòng)上下刀具的調(diào)換。自動(dòng)換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)（如圖2-1）。圖2-1自動(dòng)換刀裝置要將刀具從刀庫(kù)的刀孔中間取出并送至主機(jī)的主軸孔，將刀具插入主軸孔或從主軸孔拉出刀具并送至刀庫(kù)的相應(yīng)刀孔，存放換刀裝置包括手架抬升機(jī)構(gòu)，裝載（卸載）刀手需要伸縮運(yùn)動(dòng)，而手架則需要回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.2手架升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)接受使手架升降(找刀排)指令后，則表示向前提升電機(jī)（1旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠以使其旋轉(zhuǎn)，并且滑動(dòng)座椅上下移動(dòng)，這意味著手框架已打開。移動(dòng)切刀的裝卸手，使其一起上下移動(dòng)。通過(guò)對(duì)刀庫(kù)進(jìn)行分析可知，刀庫(kù)是由四排帶刀套的鏈條構(gòu)成，每條鏈條有15個(gè)工具外殼，刀具庫(kù)可儲(chǔ)存60個(gè)刀具。因此，必須保證手架在升降的過(guò)程中必須保持的距離，確保手架滑動(dòng)片的安全移動(dòng)。手架在進(jìn)行上下移動(dòng)時(shí)，會(huì)通過(guò)手架懸臂檢測(cè)塊進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)達(dá)到到所選刀具位置時(shí)，懸臂檢測(cè)快會(huì)將位置信息發(fā)送給非接觸式行程開關(guān)，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制滑座進(jìn)行減速，避免移動(dòng)手架碰撞刀具。當(dāng)達(dá)到所選刀排的所需位置時(shí)，通過(guò)感應(yīng)塊發(fā)送信號(hào)，切斷電機(jī)電源。此時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，滑座（手架）停在指定位置。導(dǎo)向柱除具有導(dǎo)向功能外，還因?yàn)椴捎脻L珠絲杠傳動(dòng)的方式，具有傳動(dòng)力小的特點(diǎn)。能夠避免因?yàn)榛?、移?dòng)手架等因?yàn)樽陨碇亓恳鹁植恐亓氐膯?wèn)題，使手架升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性上升。調(diào)節(jié)研磨調(diào)節(jié)墊的厚度來(lái)改變螺母和絲杠之間的間隙。2.3裝、卸刀手的伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和手指夾緊機(jī)構(gòu)通過(guò)對(duì)手架機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可知，手架機(jī)構(gòu)的主要零部件裝刀手和卸刀手具有尺寸、運(yùn)動(dòng)要求和配給結(jié)構(gòu)相同的特點(diǎn)。但由于裝刀手和卸刀手實(shí)現(xiàn)的功能不同，故在設(shè)計(jì)時(shí)形狀相反。自動(dòng)換刀器裝刀手和卸刀手的伸縮運(yùn)動(dòng)是由單杠活塞油缸控制。在自動(dòng)換刀器機(jī)構(gòu)中，活塞桿是固定在支撐臂上。其運(yùn)動(dòng)原理是，當(dāng)加壓油進(jìn)入活塞桿的兩個(gè)腔體，受到壓力的驅(qū)使，控制缸體在燕尾形導(dǎo)軌上往返運(yùn)動(dòng)，行程位置由安裝在手架上的方向開關(guān)確定；節(jié)流門緩沖器用于油缸端，油缸蓋與活塞表面接觸定位。為了能正確地裝、卸刀，裝刀手和卸刀手的手臂移動(dòng)方向相交角度為45°。手指座（即伸縮缸的端蓋)、活動(dòng)指、固定指、項(xiàng)銷、刀具定向鍵、彈簧、擋塊和卡銷等組成裝(卸)刀手的一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型彈簧式手部，手部?jī)?nèi)有鎖緊機(jī)構(gòu)。2.4手架伸縮和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)對(duì)自動(dòng)換刀器的換刀過(guò)程進(jìn)行分析可知，自動(dòng)換刀器在進(jìn)行換刀操作時(shí)，主要作手架伸縮和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，手架伸縮運(yùn)動(dòng)為裝刀手和卸刀手的插刀和拔刀動(dòng)作；手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為裝刀手和卸刀手的位置改變動(dòng)作。手架的伸縮運(yùn)動(dòng)是通過(guò)滑座實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)手架進(jìn)行分析，確定滑座的安裝位置。為了確保手架能夠進(jìn)行正常的伸縮運(yùn)動(dòng)，滑座應(yīng)安裝在滾動(dòng)導(dǎo)軌上，活塞桿固定在橫梁上，確?；姆€(wěn)固。其中，滾動(dòng)導(dǎo)軌主要由滾柱組和V形滑塊組成。其主要工作原理為：壓力油通過(guò)油管流入液壓油缸的左腔室，由于液壓缸的作用滑座驅(qū)使手架完成拔刀動(dòng)作。同理，壓力油流入右腔室，完成插刀動(dòng)作。手架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)滑座內(nèi)的回轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)手架進(jìn)行分析，確定手架與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸又與回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)力軸連接。其工作原理為：壓力油通過(guò)油管流入液壓油缸的工作腔室，在壓力的推動(dòng)下，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)。通過(guò)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)手架進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.5本章小結(jié)本章主要介紹了研究對(duì)象自動(dòng)換刀機(jī)械手的手架伸縮旋轉(zhuǎn)裝置的總體結(jié)構(gòu)和工作原理，最后決定了畢業(yè)設(shè)計(jì)中論文設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是手架的伸縮和旋轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)。通過(guò)分析，通過(guò)滑動(dòng)座的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)手架的伸縮，并且手架的旋轉(zhuǎn)是利用安裝在滑動(dòng)座上的旋轉(zhuǎn)油缸。然后，我們?cè)O(shè)計(jì)并檢查氣缸和活塞桿，并為每個(gè)零件的總體布局建立一個(gè)大體框架。第3章自動(dòng)換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)3.1自動(dòng)換刀機(jī)械手的組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成機(jī)械手，各部分關(guān)系如圖3-1所示。圖3-1機(jī)械手系統(tǒng)3.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)手抓、裝卸刀手臂、滑座，橫梁和行走機(jī)構(gòu)等組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（1）手抓自動(dòng)換刀的換刀機(jī)械手的手部屬于由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置和自鎖機(jī)構(gòu)組成的夾鉗式手抓。為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的部分是驅(qū)動(dòng)源為彈簧的驅(qū)動(dòng)裝置。如圖3-2所示，手有一個(gè)可移動(dòng)的手指1和一個(gè)固定的手指2。手抓住刀后，彈簧4將鎖定銷3的肩部固定在上銷5的孔中，以限制上銷5向下移動(dòng)并移動(dòng)手握住刀子，鎖住手指1。如果需要釋放手柄，請(qǐng)按下主軸套筒末端的釋放導(dǎo)向器6和臂架，以將鎖定銷3推入。此時(shí)，上銷5可以向下移動(dòng)并釋放可移動(dòng)部件。手動(dòng)擰緊力為5千克。裝卸刀機(jī)械手手臂的活塞桿在手架上固定，是一個(gè)油缸的缸體。螺釘固連手指與缸體。壓力油進(jìn)入活塞大面端時(shí)，手臂驅(qū)動(dòng)手指使手指向前擴(kuò)展。（2）滑座在滑動(dòng)座上加工一個(gè)伸縮缸（如圖2-3所示），橫梁上的螺栓固定活塞連桿。當(dāng)液壓油通過(guò)時(shí)，滑動(dòng)座可以沿梁拉伸和收縮，在導(dǎo)軌上安裝回轉(zhuǎn)油缸，通過(guò)回轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)手架回轉(zhuǎn)180度。（3）橫梁橫梁是使整個(gè)機(jī)械手上下移動(dòng)的部分。提升電機(jī)帶動(dòng)絲杠副轉(zhuǎn)動(dòng)，以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為整個(gè)機(jī)械手的提升運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)械手沿著左右光杠上下移動(dòng)。圖3-2手抓自鎖機(jī)構(gòu)原理圖3.1.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有四種類型：氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)和機(jī)械。氣動(dòng)型具有高速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和低成本的優(yōu)點(diǎn)，但是臂強(qiáng)度較小。液壓臂力大，為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，采用液壓伺服機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械手，定位精度范圍一般在-1mm~1mm范圍。升降電機(jī)、插拔刀行程的伸縮油缸和回轉(zhuǎn)油缸組成自動(dòng)換刀機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。3.1.3控制系統(tǒng)自動(dòng)換刀的機(jī)械手通過(guò)用無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)檢測(cè)機(jī)械手位置的方法進(jìn)行對(duì)機(jī)械手位置的控制，采用點(diǎn)動(dòng)控制，當(dāng)機(jī)械手到達(dá)行程開關(guān)的某個(gè)位置時(shí)，主機(jī)接受行程開關(guān)信號(hào)，主機(jī)根據(jù)程序向機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令，控制其延時(shí)或停止。3.2自動(dòng)換刀機(jī)械手參數(shù)3.2.1抓重機(jī)械手可以捕獲或攜帶的最大重量就是抓重。它是最重要的參數(shù)重量約為10kg的機(jī)械手?jǐn)?shù)，重量小于1千克的被認(rèn)為是微型模型，而重量為1—5千克的被認(rèn)為是小型模型；體重在5—30公斤之間的為中等，體重在30公斤以上的為大型，處理幾千公斤重的機(jī)械手是很困難的，機(jī)械手的重量影響其他參數(shù)，如運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)速度、坐標(biāo)類型和緩沖器的設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)中必須考慮這些參數(shù)。3.2.2坐標(biāo)形式機(jī)械手手臂座標(biāo)型式包括直角坐標(biāo)類型、圓柱坐標(biāo)類型、球坐標(biāo)類型和關(guān)節(jié)類型。沿x軸的伸縮、沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)即圓柱坐標(biāo)類型組成本論文機(jī)械手的手臀的運(yùn)動(dòng)系。圓柱座標(biāo)式機(jī)械手比直角座標(biāo)式的優(yōu)點(diǎn)更多，所以得到了廣泛的應(yīng)用。由于限制了沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置，所以地面上的物件不能被抓取。3.2.3主要工作參數(shù)表2-1基本參數(shù)自由度數(shù)爪重手指加持刀具直徑坐標(biāo)形式控制方式驅(qū)動(dòng)方式圓柱坐標(biāo)數(shù)字電液混合表2-2運(yùn)動(dòng)參數(shù)升降運(yùn)動(dòng)拔、插刀運(yùn)動(dòng)裝，卸刀手臂伸縮運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度位移手架升降運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)采用無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)，定位通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)“實(shí)時(shí)”關(guān)閉。緩沖方式：滑動(dòng)座伸縮，裝卸刀臂在氣缸末端采用節(jié)氣門緩沖。手架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用未連接的出油口，以增加背壓減小緩沖。手架升降運(yùn)動(dòng)采用非接觸式行程開關(guān)來(lái)發(fā)信，使電動(dòng)機(jī)調(diào)速或停止以達(dá)到減速緩沖。3.3本章小結(jié)本章對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，確定自動(dòng)換刀手的坐標(biāo)形式與主要工作參數(shù)，主要采用圓柱坐標(biāo)式的機(jī)械手，機(jī)械手抓重20kg。

第4章手架伸縮與回轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)手架作為機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其功能是使機(jī)械手的手腕和手在一定范圍內(nèi)移動(dòng)。通過(guò)手架能夠?qū)⑹滞笠苿?dòng)到范圍空間內(nèi)的任何點(diǎn)，以手臂力直接支撐手腕，手和工件在工作過(guò)程中的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)負(fù)載，以及它們自身的更多運(yùn)動(dòng)。因此，功能更加復(fù)雜。4.1手架伸縮裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算按照設(shè)計(jì)要求確定：手架伸縮速度，行程，抓重。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算式中-除液壓缸外的運(yùn)動(dòng)部件摩擦阻力；-液壓缸活塞及活塞桿處的密封摩擦阻力；回油背壓阻力;_液壓缸在起動(dòng)、制動(dòng)或換向時(shí)的慣性阻力。估計(jì)參與手臂運(yùn)動(dòng)部件總重量：,且重心位置距導(dǎo)向套前端面距離為。（1）的計(jì)算由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。由知?jiǎng)t：又,則式中L-手臂總重量重心到導(dǎo)向支承前端距離導(dǎo)向支承長(zhǎng)度,；當(dāng)量摩擦系數(shù)，。(2)的計(jì)算不同的密封圈其摩擦阻力不同，其計(jì)算公式如下:形密封圈：當(dāng)液服缸工作壓力小于活寒桿直徑為液壓缸直徑的一半，活塞、活塞桿均采用形密封圈，則液壓缸密封處總摩擦力為:3式中——驅(qū)動(dòng)力，——工作壓力；——伸縮油管的直徑 ——密封的有效長(zhǎng)度（毫米）(3)的計(jì)算一般背壓阻力較小，可按（4）的計(jì)算重力加速度，由靜止加速到常速的變化量-起動(dòng)過(guò)程時(shí)間，一般取，在本次設(shè)計(jì)中帶入公式：實(shí)際驅(qū)動(dòng)力式中：安全系數(shù)，?。?傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械效率，。4.1.2手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)的確定表4-2液壓缸的工作壓力由計(jì)算可知驅(qū)動(dòng)力，選取液壓缸工作壓力。4.1.3液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算液壓缸內(nèi)徑：圖雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔：當(dāng)油進(jìn)入有桿腔：液壓缸的有效面積：則（無(wú)桿腔）（有桿腔）式中——活塞驅(qū)動(dòng)力；——油缸工作壓力；——活塞桿直徑；——油缸機(jī)械效率，；將各參數(shù)代入公式：根據(jù)，確定液壓缸內(nèi)徑：.根據(jù),確定液壓缸外徑.4.1.3活塞桿的計(jì)算校核1.活塞桿的尺寸計(jì)算在對(duì)活塞桿的尺寸進(jìn)行選取時(shí)不僅要考慮滿足運(yùn)動(dòng)所需的剛度和強(qiáng)度要求，還要滿足桿長(zhǎng)與直徑長(zhǎng)度之比為。按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：設(shè)計(jì)中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應(yīng)力的。本次取則：考慮結(jié)構(gòu)要求，取2.缸筒材料的選擇(1)缸底材料：碳素結(jié)構(gòu)鋼，抗拉強(qiáng)度(2)缸底厚度：工作壓力為，屬于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁計(jì)算公式，此時(shí)取缸底厚度為式中：-工作壓力，時(shí)，；-液壓缸內(nèi)徑；-缸體材料的許用應(yīng)力；3.油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目。缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體，另一端缸體與缸蓋采用螺釘連接。缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算在這種連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷和預(yù)緊力之和。式中:工作壓力，；螺釘數(shù)目，取個(gè)螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：查手冊(cè)取螺釘內(nèi)徑取，螺距為，材料為鋼六角螺釘。4.2回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)與計(jì)算4.2.1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算按照設(shè)計(jì)的要求，對(duì)回轉(zhuǎn)缸進(jìn)行受力分析可知，手臂回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩與手臂啟動(dòng)慣性力矩和各密封裝置摩擦力矩相平衡，若軸承處的摩擦力忽略不計(jì)，則，式中—手臂回轉(zhuǎn)部件(包括工件)對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；—回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量，在啟動(dòng)過(guò)程—啟動(dòng)過(guò)程的時(shí)間，取。式中——回轉(zhuǎn)零件重心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由，帶入公式：通過(guò)上訴計(jì)算可知，回轉(zhuǎn)部件等效于重量為，長(zhǎng)，直徑的圓柱體。確定回轉(zhuǎn)部件各參數(shù)：?jiǎn)?dòng)角度，起動(dòng)角速度，起動(dòng)時(shí)間。===由設(shè)計(jì)可知：密封處摩擦阻力矩，則4.2.2回轉(zhuǎn)缸尺寸的確定由公式計(jì)算回轉(zhuǎn)缸油腔內(nèi)徑：式中——回轉(zhuǎn)油缸工作壓力；——輸出軸與動(dòng)片連接處直徑，；——?jiǎng)悠瑢挾?，；由設(shè)計(jì)可知：工作壓力，4.2.3油缸缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算通過(guò)查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，當(dāng)回轉(zhuǎn)缸工作壓力為時(shí)，按照設(shè)計(jì)的要求，螺釘間距。螺釘數(shù)目=由計(jì)算結(jié)果確定缸蓋螺釘數(shù)目為個(gè)。危險(xiǎn)截面=則則按照設(shè)計(jì)的要求確定螺釘材料為，通過(guò)查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知螺釘直徑按照計(jì)算結(jié)果取整，確定螺釘直徑，開槽盤頭螺釘符合計(jì)算結(jié)果。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，最終確認(rèn)本次設(shè)計(jì)液壓缸內(nèi)徑，外徑。4.3本章小結(jié)本章主要針對(duì)手架的伸縮裝置與回轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，手架伸縮液壓缸所需驅(qū)動(dòng)力，準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑選擇、外徑選擇，回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)缸所需驅(qū)動(dòng)力矩，油缸內(nèi)徑選取內(nèi)徑為。第5章液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1回轉(zhuǎn)油缸的節(jié)流緩沖原理旋轉(zhuǎn)圓柱體4來(lái)實(shí)現(xiàn)手架的旋轉(zhuǎn)。手動(dòng)框架固定地連接到旋轉(zhuǎn)軸3，旋轉(zhuǎn)軸3的內(nèi)置結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)油缸軸相連，起到固定的作用。其工作原理為：旋轉(zhuǎn)缸的工作室內(nèi)的壓力油通過(guò)油管15（16）進(jìn)入，并推動(dòng)移動(dòng)板軸，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)手架，從而改變旋轉(zhuǎn)位置在行程開關(guān)上（參見圖5-1），行程開關(guān)打開，推動(dòng)定位塊進(jìn)行定位，該位置為與螺釘相接觸的位置。由設(shè)計(jì)可知，旋轉(zhuǎn)鋼端蓋有（a，b，c，a'，b'，c'）三對(duì)進(jìn)油口和出油口。當(dāng)手架啟動(dòng)之后，液壓缸會(huì)受到來(lái)自手架的工作信號(hào)，液壓缸啟動(dòng)，液壓油通過(guò)油管在進(jìn)油口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)缸的工作腔。C轉(zhuǎn)子以一定角度啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)子打開供油口a進(jìn)入機(jī)油，轉(zhuǎn)子軸快速旋轉(zhuǎn)，回油腔中的液壓油從供油口a'和b'流出。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件堵塞油口a'時(shí)，機(jī)油從b'排出，機(jī)油掉到地板上，運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速達(dá)到減緩減速的效果，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘K對(duì)減速效果進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖5-1回轉(zhuǎn)油缸結(jié)構(gòu)5.2液壓控制原理如圖5.2.2所示為自動(dòng)換刀機(jī)械手液壓系統(tǒng)，它接管一個(gè)雙閥泵供油。該液壓系統(tǒng)具有耗能低、使用壽命長(zhǎng)、設(shè)計(jì)制作成本低和工作時(shí)郵箱升溫慢等特點(diǎn)，適合一般的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)該液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析可知，排氣閥和回油閥共同作用控制雙葉片泵的工作。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時(shí)，泵啟動(dòng)，泵的輸出油進(jìn)入其管路，但此時(shí)電磁閥1DT不帶電，管路通過(guò)電液滑閥（24DY-B20H）和控制閥（DF-B20K3）與油箱相連。當(dāng)裝卸刀具的臂被拉入或軌架被拉入或手架旋轉(zhuǎn)時(shí)，打開電磁閥1DT。圖5-2機(jī)械手液壓系統(tǒng)將電磁閥1DT和3DT打開，操縱器將刀具延伸至導(dǎo)軌前部。將電磁閥1DT和2DT打開，滑塊被拉入并插入刀具指令。將電磁閥1DT和4DT打開，指令從扶手轉(zhuǎn)到刀庫(kù)，同時(shí)電磁閥1DT和5DT打開。將電磁閥1DT和7DT打開，命令拿刀的手握住刀。將電磁閥6DT打開，通過(guò)刀具卸載手指令抓住并握住刀具。電磁閥1DT打開，根據(jù)情況可見，機(jī)械手安裝刀具。機(jī)械手液壓系統(tǒng)運(yùn)行后，表5-1列出了電磁閥電源的工作狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)表。表5-1機(jī)械手做相應(yīng)動(dòng)作時(shí)電磁閥通斷電狀態(tài)表(其中個(gè)+表示通電，-表示斷電）5.3本章小結(jié)本章重點(diǎn)對(duì)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和構(gòu)建。自動(dòng)換刀機(jī)械手通過(guò)電液控制實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確工作，液壓系統(tǒng)采用雙葉片泵送油，它的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、油箱溫升低、泵壽命長(zhǎng)、成本低等。

第6章CATIA有限元分析6.1活動(dòng)手指受力分析如圖6-1所示為手指受力分析圖，從圖中可知，活動(dòng)手指在工作時(shí)主要受到彈簧和刀具的反作用力。圖6-1手指受力分析按照設(shè)計(jì)的要求可知時(shí)，手指具有最大夾緊力，能夠?qū)Φ毒哌M(jìn)行夾緊操作。根據(jù)受力分析可知，手指should彈簧和刀具的反作用力，則：由平面力系平衡方程：得：則：6.2幾何模型構(gòu)建與載荷施加打開CATIA進(jìn)入零部件設(shè)計(jì)，設(shè)置如圖6-2所示手柄手指三維圖。：圖6-2手指三維零件圖點(diǎn)擊“有限元分析”模塊，在彈出的對(duì)話框中選擇“靜態(tài)分析”，然后單擊“確定”以執(zhí)行靜態(tài)有限元分析。輸入GPS（生成結(jié)構(gòu)分析），程序會(huì)根據(jù)三維零件圖形自動(dòng)分配單元類型和屬性。元素類型和大小進(jìn)行修改：在樹形圖中的“節(jié)點(diǎn)和元素”下，雙擊“”圖標(biāo)，在彈出的“修改”對(duì)話框中輸入?yún)?shù)：作為“大小”，作為“絕對(duì)”。如圖6-3所示。圖6-3修改單元類型和單元尺寸將剛性虛擬零件放置在手指的C點(diǎn)處，并應(yīng)用限制使其圍繞C點(diǎn)的軸旋轉(zhuǎn)。在點(diǎn)B處，應(yīng)用剛性約束并限制所有自由度。在點(diǎn)A處，應(yīng)用剛性約束，然后應(yīng)用分布力等于手指施加約束后,狀態(tài)如圖6-4。圖6-4施加約束后的手指狀態(tài)單擊求解按鈕得如下分析報(bào)告：6.3網(wǎng)格劃分與材料定義對(duì)手指進(jìn)行約束設(shè)置之后，進(jìn)行計(jì)算時(shí)會(huì)將系統(tǒng)智能分配的網(wǎng)格進(jìn)行拆解計(jì)算。通過(guò)對(duì)分配網(wǎng)格進(jìn)行分析可知：在柵格曲率較小的地方，粗糙平面較大，反之，柵格在曲率較大的地方較細(xì)，薄而鋒利。如下圖6-4所示為系統(tǒng)默認(rèn)網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格自動(dòng)劃分的特點(diǎn)是將網(wǎng)格密集地劃分為主要部分，例如較大的曲率和應(yīng)力，而將網(wǎng)格劃分為非關(guān)鍵位置（例如平坦，筆直和厚實(shí)）的情況很少，通過(guò)該方法能夠有效的減少網(wǎng)格的數(shù)量，便于計(jì)算。在對(duì)手指網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算時(shí)，通過(guò)智能分配無(wú)法滿足計(jì)算需要，根據(jù)誤差顯示圖，需要微調(diào)具有較大網(wǎng)格誤差的區(qū)域并減少變形。經(jīng)過(guò)反復(fù)的改進(jìn)和計(jì)算，可以獲得理想的結(jié)果。對(duì)該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，總共獲得個(gè)節(jié)點(diǎn)和個(gè)元素。定義模型的材料，如表6-1所示：圖6-4默認(rèn)劃分網(wǎng)格表6-1結(jié)構(gòu)鋼密度屈服強(qiáng)度楊氏模量泊松比熱漲系數(shù)材料6.4結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分析對(duì)手指進(jìn)行有限元計(jì)算之后，下一步操作是把網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，把垂度降低，目的是為了處理全局網(wǎng)格尺寸變小、誤差增大的地方，其中包括上搖臂前頸內(nèi)孔、下?lián)u臂中波和后槽口、上下?lián)u臂內(nèi)外拱面和主加載面。通過(guò)處理，計(jì)算結(jié)果誤差符合要求，接下來(lái)需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化。細(xì)化之后，局部網(wǎng)格尺寸為、垂度。每個(gè)計(jì)算結(jié)果并不是只有一個(gè)，只要設(shè)置網(wǎng)格尺寸或細(xì)化不同的部分，計(jì)算結(jié)果中的最大應(yīng)力值就會(huì)增減到一定值，它的最大誤差值也會(huì)變。要讓計(jì)算結(jié)果更加清晰，在以后的網(wǎng)格劃分中采用了上述尺寸。然后降低誤差，得出結(jié)果，如圖6-6、圖6-7所示：圖6-6應(yīng)力分布云圖圖6-7應(yīng)變分布云圖計(jì)算分為個(gè)節(jié)點(diǎn)和個(gè)單元，單元有效率。圖3.14和圖3.17是藍(lán)色部分，因?yàn)閼?yīng)力低，紅色部分是高壓部分。在允許誤差范圍內(nèi)，指桿最大壓力為，指桿前部最大變形量為?？梢姌?gòu)件的剛度足以滿足設(shè)計(jì)要求。6.5本章小結(jié)本章主要通過(guò)網(wǎng)格劃分和材料定義對(duì)機(jī)械手手指進(jìn)行靜態(tài)分析，根據(jù)當(dāng)前受力情況，模型和實(shí)物具有與載荷作用力學(xué)性能相同，根據(jù)載荷施加實(shí)際受力，進(jìn)行靜力學(xué)分析校驗(yàn)，分析應(yīng)力云圖與應(yīng)變?cè)茍D，修改后的構(gòu)件剛度滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)論通過(guò)構(gòu)造自動(dòng)換刀機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)例中相應(yīng)課程所學(xué)理論知識(shí)的綜合應(yīng)用，使這些知識(shí)得到鞏固和進(jìn)一步發(fā)展，并在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)中有良好的基礎(chǔ)。首先，對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手進(jìn)行工作環(huán)境分析和工作過(guò)程分析，然后對(duì)機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度和常用運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行確定，對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手提出總體方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。其次，針對(duì)手架伸縮與回轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算確定伸縮裝置的液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)力、油缸結(jié)構(gòu)尺寸、活塞桿的校核以及回轉(zhuǎn)裝置驅(qū)動(dòng)力矩、回轉(zhuǎn)油缸尺寸。同時(shí)進(jìn)行液壓控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精準(zhǔn)動(dòng)作。最后，運(yùn)用CATIA軟件對(duì)自動(dòng)換刀手的活動(dòng)手指進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析，得到應(yīng)力云圖與應(yīng)變?cè)茍D，通過(guò)分析確定其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)[1]孔憲玉.自動(dòng)換刀機(jī)械手在數(shù)控技術(shù)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2017,36(29):198-199.[2]張曉毅,梁東,陳建軍,檀政,楊國(guó)彬,劉長(zhǎng)利,黃杰,史衛(wèi)群.低壓負(fù)荷自動(dòng)換相裝置與低壓靜止式動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置結(jié)合在三相不平衡治理中的應(yīng)用研究[A].中國(guó)電力科學(xué)研究院.2017智能電網(wǎng)發(fā)展研討會(huì)論文集[C].中國(guó)電力科學(xué)研究院:北京市海淀區(qū)太極計(jì)算機(jī)培訓(xùn)中心,2017:6.[3]張繼紅.自動(dòng)