1、前 言近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(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(shí)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大等特點(diǎn)，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。例如：在機(jī)床加工，裝配作業(yè)，勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境以及在危險場合下工作等。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其技術(shù)性能也在不斷提高。在國內(nèi)，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人特別是示教再現(xiàn)性機(jī)器人不斷

2、增多，而且計(jì)算機(jī)控制的也有所應(yīng)用。在國外應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人多為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，而且計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人占有相當(dāng)比例。帶有“觸覺”，“視覺”等感覺的“智能機(jī)器人”正處于研制開發(fā)階段。帶有一定智能的工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向。第1章 液壓機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)1.1機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案擬定機(jī)械手是能夠模仿人手的部分動作，按照給定的程序，軌跡和要求，實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作動作的自動化機(jī)械裝置。在工業(yè)中應(yīng)用的機(jī)械手稱為“工業(yè)機(jī)械手”。能夠配合主機(jī)完成輔助性的工作，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手能夠獨(dú)立地按照程序，自動重復(fù)操作。根據(jù)課題的要求，機(jī)械手需具備上料，翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等功能，并按照自動

3、線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動作。設(shè)計(jì)可參考以下多種設(shè)計(jì)方案：1.1.1 采用直角坐標(biāo)式，自動線呈直線布置，機(jī)械手在空中行走，按照順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種方案結(jié)構(gòu)簡單，自由度少，易于配線，但需要架空行走，油液站不能固定，使得設(shè)計(jì)復(fù)雜程度增加，運(yùn)動質(zhì)量增大。圖1.1.1 直角坐標(biāo)式布局示意圖1.1.2 機(jī)身采用立柱式，機(jī)械手側(cè)面行走，按照順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位的功能，自動線仍成直線布置。這種方案可以集中設(shè)計(jì)液壓站，易于實(shí)現(xiàn)電氣，油路定點(diǎn)連接，但是占地面積大，手臂懸伸量較大。圖1.1.2 立柱式機(jī)械手布局示意圖1.1.3 機(jī)身采用機(jī)座式，自動線圍繞機(jī)座布置，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、

4、轉(zhuǎn)位等功能。這種方案具有電液集中、占地面積小、可從地面抓取工 件等優(yōu)點(diǎn)。圖1.1.3 機(jī)座式機(jī)械手布局示意圖1.2總體方案選定抓取機(jī)構(gòu)采用夾鉗式。，送放機(jī)構(gòu)將被抓取的物體送放到目的地，由手臂、手腕、等裝置組成。整個機(jī)構(gòu)選用空間球體坐標(biāo)系，有五個自由度。采用屈伸式布置。手腕作抓取運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動，手爪采用平面指型結(jié)構(gòu)，通過液壓缸通油，推動活塞帶動杠桿機(jī)構(gòu)合攏將工件加緊。腕部用銷軸將機(jī)械手定位在手臂上，并用螺母將其鎖死，同時利用鉸鏈連接，一端與液壓伸縮缸的活塞桿相連，通過活塞的直線運(yùn)動，帶動腕部使其能夠繞著回轉(zhuǎn)銷軸轉(zhuǎn)動?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動通過葉片式回轉(zhuǎn)油缸的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。手臂相對于機(jī)身可作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，能有效地利用

5、空間，并能繞過障礙物夾持和送放工件。手臂采用液壓直動缸驅(qū)動，作俯仰運(yùn)動，具有體積小、可集中控制、反向運(yùn)動靈活等優(yōu)點(diǎn)。回轉(zhuǎn)工作臺用齒輪傳動機(jī)構(gòu)，用電動機(jī)驅(qū)動，可以利用擋塊定位，且定位誤差在0.51mm。具有結(jié)構(gòu)簡單、傳遞扭矩大、傳動效率高等特點(diǎn)。 圖1.21 液壓機(jī)械手本設(shè)計(jì)的液壓機(jī)械手有五個自由度，包括機(jī)械手的抓取、回轉(zhuǎn)，手臂的拉伸、俯仰和回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)五個動作。其中將機(jī)械手抓取和回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓傳動集成設(shè)計(jì)，既能使得設(shè)計(jì)緊湊，又能使液壓油路集中控制。便于安裝及維護(hù)，而且編排和改變控制程序容易，使用方便。液壓機(jī)械手主要參數(shù)設(shè)計(jì)： 液壓機(jī)械手的主要參數(shù)可分為基本參數(shù)、（用于說明機(jī)械手主要性能的參

6、數(shù)）、規(guī)格參數(shù)（標(biāo)牌上標(biāo)注的參數(shù)）、液壓參數(shù)（液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)）?；緟?shù)：1.抓重機(jī)械手的抓重是手臂所能抓取的物件的最大重量，而該液壓機(jī)械手是用于R175柴油機(jī)機(jī)體生產(chǎn)自動線上，主要的加工對象是柴油機(jī)機(jī)體，根據(jù)柴油機(jī)的外形參數(shù) 250X170X140mm 而柴油機(jī)機(jī)體選用的材料是鑄鐵，密度為0.01g/mm2柴油機(jī)機(jī)體的壁厚一般為1525mm所以，可算出機(jī)體本身的質(zhì)量為12Kg，機(jī)械手應(yīng)該有一定的安全度，取安全系數(shù)為1.3，可得機(jī)械手的抓重為15Kg。2.自由度機(jī)械手的自由度標(biāo)志著機(jī)械手所具有的功能大小，自由度越大，機(jī)械手動作越靈活，適應(yīng)性也越強(qiáng)，但是自由度多也帶來了結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高等問

7、題，一般的專業(yè)機(jī)械手具有34個自由度就能很好的完成專一的任務(wù)。根據(jù)自由度的計(jì)算公式，該設(shè)計(jì)中有機(jī)械手抓取動作的V級移動副，腕部和手臂以及工作臺的V級轉(zhuǎn)動副，所以： 即機(jī)械手的自由度為5。3.運(yùn)動速度機(jī)械手的運(yùn)動速度是指機(jī)械手在全程范圍內(nèi)的平均速度，它反映機(jī)械手的使用頻率與生產(chǎn)水平。機(jī)械手的運(yùn)動速度越高，則其使用效率越高，生產(chǎn)水平也就越高；但是速度越高機(jī)械手在運(yùn)動過程中啟動和制動時會產(chǎn)生較大的沖擊和震動，對于機(jī)械手的定位精度影響較大。在一般情況下，機(jī)械手的運(yùn)動速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性要求和定位精度要求而定。根據(jù)柴油機(jī)機(jī)體生產(chǎn)自動線上的生產(chǎn)節(jié)拍30min/件，手臂工作的回轉(zhuǎn)半徑為100

8、0mm，加工過程所需時間為26min，因此，機(jī)械手抓取和送放的運(yùn)動速度為0.1m/s。4.行程范圍機(jī)械手臂運(yùn)動的行程范圍與機(jī)械手的抓重、坐標(biāo)形式、驅(qū)動方式、運(yùn)動精度等多方面因素有關(guān)，對于通用型和多功能機(jī)械手，行程范圍和回轉(zhuǎn)范圍應(yīng)盡可能大些，使其適應(yīng)性能大幅度地增強(qiáng)。機(jī)械手的手臂伸縮應(yīng)與行程范圍及工作半徑相適應(yīng)，以保證機(jī)械手的剛度，定位精度。機(jī)械手的行程為機(jī)械手的最大工作區(qū)間，即球體的面域。5.位置精度 位置精度是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它包括位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度。我們所說的位置精度是指重復(fù)定位精度。位置精度的高低取決于位置的控制方式及機(jī)械書運(yùn)動部件本身的精度和剛度，此外，它還與

9、機(jī)械手的抓重及運(yùn)動速度有關(guān)。目前工業(yè)機(jī)械手大多數(shù)都采用點(diǎn)位控制，這種控制只要求運(yùn)動起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置精度，而不管起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)動過程。因此，可以采用行程開關(guān)和電位計(jì)定電控元件，進(jìn)行位置精度的控制。液壓參數(shù)：1.油壓設(shè)計(jì)校核 液壓系統(tǒng)參數(shù)是根據(jù)執(zhí)行元件和泵的類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)圖，計(jì)算出各個液壓控制閥及輔件的壓力與流量的系統(tǒng)參數(shù)，而液壓系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算必須逐一將各工作階段形成的參數(shù)計(jì)算出后，經(jīng)過分析比對，加權(quán)折扣后才能確定系統(tǒng)參數(shù)。選取系統(tǒng)的工作壓力為1.6MPa ，液壓泵的工作壓力和流量,考慮到進(jìn)油路的壓力損失取=0.3106Pa，油液的泄漏系數(shù)取p=1.1，抓取動作和回轉(zhuǎn)動作所需的工

10、作壓力為=1.1MPa，選用的流量為4.5L/minMPaL/min符合設(shè)計(jì)的要求。因此 擬定的液壓系統(tǒng)方案中，油壓參數(shù)定位1.6MPa。第2章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)抓取機(jī)構(gòu)的工作原理工業(yè)機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)又稱手部，是用來直接抓取工件或握持工件的部件。本設(shè)計(jì)采用的是夾鉗式機(jī)械手，通過液壓缸內(nèi)活塞的直線運(yùn)動帶動杠桿機(jī)構(gòu)和手爪，緊緊的包絡(luò)，用包絡(luò)力和摩擦力對工件施加完全約束，使得工件相對于手爪固定，完成抓取任務(wù)。2.1.1夾持力的計(jì)算當(dāng)機(jī)械手水平夾持工件時圖2.11 水平夾持物體受力圖根據(jù)手指受力分析，可得： 聯(lián)立可解得： 夾緊工件所需的力； 工件的重力 ；， 尺寸。根據(jù)任務(wù)書的要求，

11、代入=15Kg ,并取=50mm , =80mm。 可得：N因工件在傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生慣性力，震動等影響，故實(shí)際力 機(jī)械效率， =0.850.95 取=0.9 安全系數(shù)，=1.22 取=1.5 工作情況系數(shù)， N2.1.2液壓缸驅(qū)動力的設(shè)計(jì)計(jì)算圖2.12 液壓缸驅(qū)動手爪受力圖因?yàn)?所以由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可得 mm，mm 。Nmm，mm 。2.1.3夾緊液壓缸主要尺寸的確定 驅(qū)動力, 系統(tǒng)工作壓力 取 N/mm2 ， 機(jī)械效率取=0.9按照J(rèn)B-826-66的標(biāo)準(zhǔn)，取, 液壓缸壁厚的確定 根據(jù) 試驗(yàn)壓力， MPa 許用應(yīng)力 選取30鋼為液壓缸材料，可得=200 MPa將數(shù)據(jù)代入：mm根據(jù)工藝的要求 ,取

12、mm液壓缸外徑及長度的確定：長度 取 .2.1.4液壓活塞缸的設(shè)計(jì)已知：1.活塞液壓缸 , ，mm，mm選用30鋼材料。2.活塞桿 選用45鋼，活塞直徑的d計(jì)算與校核：查機(jī)械材料手冊可以得到：b=355MPa, s=600MPa；則MPamm根據(jù)GB/T 2348-1993 選定的活塞桿：mm所以：mm 活塞桿的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求3.活塞：選用20鋼材料?？紤]到密封和緊固，將活塞設(shè)計(jì)成如下圖2.1.4.1 活塞密封件采用標(biāo)準(zhǔn)件，所以活塞上開槽的尺寸就可以確定了?；钊拿芊獠捎肶型密封圈，Y型密封圈是一種密封性、穩(wěn)定性和耐壓性較好，摩擦力小、壽命較長的密封圈。它能用于往復(fù)運(yùn)動的密封，特別是動密封處

13、。當(dāng)受到油壓作用時，Y型密封圈的二唇邊就緊緊地貼壓到缸筒和活塞壁上而起到密封的作用?；钊c活塞桿的連接采用活塞桿的軸肩定位，并用調(diào)整墊片調(diào)節(jié)松緊程度。利用開槽圓螺母將其鎖緊， 圓螺母的選擇：由于活塞桿的直徑已確定為，軸肩的高度為1mm，可以采用公稱直徑為M8的圓螺母。查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6179-1986 可得：圖2.1.4.2 開槽圓螺母同時，查GB/T 91-2000與其相配合使用的是開口銷2x16。材料為Q215或Q235。 圖2.1.4.3 開口銷4.本設(shè)計(jì)采用彈簧使抓取液壓缸復(fù)位。根據(jù)彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算公式：圖2.1.4.4 彈簧受力圖根據(jù)彈簧的強(qiáng)度條件選擇彈簧鋼絲的直徑：因彈簧在一般載荷條件

14、下工作，可以按照第三類彈簧來考慮，現(xiàn)選用彈簧鋼絲為C級，并根據(jù) 估計(jì)彈簧的直徑為3mm， 查表可得 MPa，可以算得MPa選取旋繞比C=6 則由：選取=4mm ，查得不變，故不變，取mm則計(jì)算得=1.26與原值相近，所以 取=4mm彈簧的大徑 mm取 MPa則取5彈簧校核：根據(jù)： 綜合上述兩式可得：=106.48，可以滿足要求，考慮到此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)選稍大轉(zhuǎn)距的步進(jìn)電機(jī)，以便留有一定的余量，決定采用130BF001步進(jìn)電機(jī)，查得130BF001步進(jìn)電機(jī)最高空載起動頻率和運(yùn)行頻率滿足要求。校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)距a、等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸撒謊能夠的總的轉(zhuǎn)動慣量（

15、）可以按下試計(jì)算： Kgcm2 試中：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量(Kgcm2) 工作臺及工件等移動部件的重量（N）； ，齒輪的轉(zhuǎn)動慣量；初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)130BF001，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為：=4.65 Kgcm2對于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸節(jié)等圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算公式為： (Kgcm2)對于鋼材，材料密度為代入上式，有：Kg/cm2式中： 圓柱體質(zhì)量（kg）； 圓柱體直徑（cm）； 圓柱體長度（cm）；因此： = Kgcm2 = Kgcm2 = Kgcm2代入式 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣性匹配問題： 基本滿足慣性匹配的要求。第3章 液壓驅(qū)動、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1液壓驅(qū)動回路設(shè)計(jì)1. 液壓系統(tǒng)回路分析本機(jī)

16、械手采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)是由一些基本的回路組成，主要有以下回路：1.1調(diào)壓回路液壓系統(tǒng)的壓力必須與負(fù)載相適應(yīng)，以減少動力消耗和減少發(fā)熱。本機(jī)械手采用雙聯(lián)定量泵供油，用溢流閥來調(diào)定壓力，使系統(tǒng)在恒定的或限制的最高壓力下工作。溢流閥所起到的作用：起安全閥的作用（防止液壓系統(tǒng)過載）在系統(tǒng)正常工作的情況下，閥關(guān)閉不溢流，系統(tǒng)的壓力決定于外載荷。當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到閥的調(diào)定壓力時，閥開啟溢流。此時系統(tǒng)的壓力就是閥的調(diào)定壓力。圖3.1.1 調(diào)壓回路1.2調(diào)速回路由于俯仰運(yùn)動采用的是雙聯(lián)同步運(yùn)動的液壓缸，因此要保證液壓缸以相同的位移和速度運(yùn)動。本設(shè)計(jì)采用分流閥控制同步回路，通過保證進(jìn)入液壓缸的流量相等來實(shí)現(xiàn)速度的同

17、步，精度可達(dá)2%5%。此時，溢流閥的作用是維持系統(tǒng)壓力恒定。在本節(jié)流調(diào)速回路中，溢流閥在工作時為常開，通過溢流出多余的油液而維持系統(tǒng)壓力的基本平衡。通過中間缸活塞二邊的運(yùn)動保持兩缸的流量基本相等。 圖3.1.2 調(diào)速回路1.3保壓回路本設(shè)計(jì)采用復(fù)合式泵的保壓回路，當(dāng)系統(tǒng)壓力較低時，低壓大泵和高壓小泵同時供油；當(dāng)系統(tǒng)壓力升高到卸荷閥調(diào)定的壓力時，大泵卸荷，小泵供油保持溢流閥調(diào)定的壓力值。由于保壓狀態(tài)下液壓缸只需要微量位移，僅用小泵供給，便減少系統(tǒng)發(fā)熱，減低能耗。圖3.1.3 保壓回路1.4換向回路采用O型機(jī)能的三位四通換向閥，滑閥在中間位置時油路全封閉，液壓缸鎖緊。由于液壓缸充滿液壓油，故能從靜

18、止到啟動較平穩(wěn)，且換向沖擊小，換向復(fù)位精準(zhǔn)。圖3.1.4 三位四通換向閥當(dāng)液壓伸縮缸帶動手爪夾持工件時須停留一段時間，這時活塞桿不需要移動，但是仍要保持一定的壓力。此時可以將三位四通閥處在中間位置，通過中立加壓能使整個回路轉(zhuǎn)化為差動電路，不僅能為下步的油缸的運(yùn)動加速，還能起到密封的功能。三位四通閥能通過電磁控制，因此，能夠通過設(shè)定的程序來調(diào)控電信號的變化，從而通過三位四通電磁閥改變油路的變化。1.5緩沖回路本設(shè)計(jì)采用蓄能器減少沖擊，當(dāng)液壓回路壓力升高時，蓄能器吸收能量，減少沖擊，實(shí)現(xiàn)緩沖。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時，由于泵的故障或突然斷電等原因使得油泵不能正常供油時，為了確保工作安全，蓄能器可作應(yīng)急動力

19、源，向回路釋放壓力油，使工件不會脫落。圖3.15 緩沖回路3.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)采用的是機(jī)械內(nèi)在反饋開環(huán)控制系統(tǒng)方案。內(nèi)在反饋系統(tǒng)內(nèi)部各參數(shù)之間互為因果關(guān)系，這對動態(tài)性能有非常重要的影響，而且難以控制。此時，系統(tǒng)按照一定的規(guī)律聯(lián)系相關(guān)的元素，通過信號的傳輸和交換。系統(tǒng)表現(xiàn)出處在運(yùn)動狀態(tài)下，是由于元素之間有著聯(lián)系，有信息的傳輸與交換。因此，在系統(tǒng)中通過反饋校正來改善控制系統(tǒng)的性能。采用校正系統(tǒng)后，除了能收到校正效果外，還能消除系統(tǒng)的不可變部分中為反饋所包圍的那部分環(huán)節(jié)的參數(shù)波動對系統(tǒng)的影響。當(dāng)系統(tǒng)一些參數(shù)，特別是壓力，隨著工作條件的改變而發(fā)生大幅度的變化時，系統(tǒng)能夠取出適當(dāng)?shù)姆答佇盘?，即?/p>

20、條件采用反饋校正，是恰當(dāng)?shù)?。下圖為反饋校正框圖：圖3.2.1 反饋框圖開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單、成本低，但缺點(diǎn)是精度不高。3.3液壓泵及液壓原件選擇液壓泵選擇在機(jī)械手工作過程中，手爪的伸縮和手臂的回轉(zhuǎn)速度變化范圍大，為了節(jié)省能量，減少系統(tǒng)發(fā)熱，選用雙聯(lián)葉片泵供油。其中一個為小流量泵，另一個為大流量泵，兩泵可分別向系統(tǒng)提供一定量的壓力油，也可以同時向系統(tǒng)供應(yīng)較大流量的液壓油，以滿足執(zhí)行器對速度的要求。兩泵可以通過溢流閥調(diào)定的壓力來控制。選用雙聯(lián)葉片泵，其型號為YB-6/40，系統(tǒng)的壓力為1.62.5MPa，電動機(jī)的功率為5.5Kw.同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。液壓泵站的油箱容量為25L。在油箱

21、處還應(yīng)設(shè)置濾油器，濾油器在液壓系統(tǒng)中，濾除外部或者系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中內(nèi)部產(chǎn)生的液壓油的固體雜質(zhì)，使液壓油保持清潔，延長液壓原件的使用壽命，保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性。該設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)的壓力為1.62.5 MPa，為一般液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)中固體顆粒的大小約為2550m選取的普通網(wǎng)式濾油器，裝在液壓泵的吸油管路上。該濾油器具有結(jié)構(gòu)簡單、通油能力大，清洗方便，容易拆換等特點(diǎn)。液壓系統(tǒng)原件的選擇溢流閥：Y6-60 ; 單向閥：Y10B ; 調(diào)速閥：Q63B ; 節(jié)流閥：L-25B ； 換向閥：34E-63B 。驅(qū)動缸的選定：驅(qū)動缸的內(nèi)徑和活塞桿外徑的計(jì)算由方案設(shè)計(jì)得驅(qū)動缸的內(nèi)徑即為回轉(zhuǎn)缸內(nèi)直徑，設(shè)此工作壓力P=

22、6.3Mpa則：缸筒內(nèi)徑 D=mm，按JB2183-77,選取D=40mm；由活塞桿直徑d=0.45D=0.4540=18mm。按JB2183-77,選取d=20mm。驅(qū)動缸外徑及行程：按GB1068-67得D=60mm；由GB2349-80選取缸的行程S=650mm。強(qiáng)度校核：A、壁厚校核：由于,故可視為薄壁，=2.4mm；顯然=102.4mm,故壁厚安全。B、活塞桿的穩(wěn)定性校核：活塞桿斷面回轉(zhuǎn)半徑k=20/4=5mm；m=85,由于兩端鉸鏈n=1；故細(xì)長比l/k=630/7=90,而=85；故l/k,因mm4此時P=1005kN；而實(shí)際使用時，為了保證活塞桿不產(chǎn)生縱向彎曲，則PP/nF=1

23、005/4=251.3kN。（nF=4）參 考 文 獻(xiàn)1 天津大學(xué)工業(yè)機(jī)器手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)編寫組.工業(yè)機(jī)器手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M，天津；天津科技出版社，19802 華東紡織工學(xué)院,哈爾濱工業(yè)大學(xué),天津大學(xué),主編.機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊M，上海；上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1981.53 何存興.液壓元件M，北京;北京機(jī)械工業(yè)出版社，19824 王占林.近代液壓控制M，北京;北京機(jī)械工業(yè)出版社，19975 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編輯組編.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.126 雷天覺.新編液壓工程手冊M，北京;北京理工大學(xué)出版社，19987 濮良貴，紀(jì)名剛機(jī)械設(shè)計(jì) 第七版M北京：高等教育出版社，200358 卜炎機(jī)械傳動裝

24、置手冊M北京：機(jī)械工業(yè)出版社1998129 陳宏鈞實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊第二版M北京機(jī)械工業(yè)出版社，2003110 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編理論力學(xué)第六版M北京：高等教育出版社，2004411 劉鴻文材料力學(xué) 第四版M北京：高等教育出版社，2004312 張利平液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計(jì)M北京化學(xué)工業(yè)出版社，北京工業(yè)裝備與信息工程出版社，2005813 馬綱，王之櫟，韓松元一種新型搬運(yùn)碼垛機(jī)械手的設(shè)計(jì)J北京：北京航空航天大學(xué)，14 章躍，張國生機(jī)械制造專業(yè)英語M北京機(jī)械工業(yè)出版社，19991215 楊叔子 楊克沖 機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 第五版M武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005716 孫桓，陳作模，葛

25、文杰. 機(jī)械原理 第七版M北京：高等教育出版社2006517 李廣弟，朱月秀，冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.618 李建勇.機(jī)電一體化M.北京：科學(xué)出版社，2004謝 辭本次設(shè)計(jì)是對自己大學(xué)四年來所學(xué)東西的一次總結(jié)，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)過許多的狀況，也從中學(xué)習(xí)了許多。從分析論文的任務(wù)要求，到搜索相關(guān)的資料，拓展自己的知識面，一步步收獲頗多。我最初做了一套設(shè)計(jì)方案，但到后來做到一定的程度時，我發(fā)現(xiàn)最初的設(shè)計(jì)有很大的缺陷，“從頭再來”。這無疑是對自己設(shè)計(jì)的一次挑戰(zhàn)和創(chuàng)新，我接受了顏老師給我的建議，從他的身上，我學(xué)到了許多，一種以身作則，一種負(fù)責(zé)的態(tài)度，一種豁達(dá)的人生觀。一種

26、學(xué)機(jī)械就必須按照一定的標(biāo)準(zhǔn)來衡量一切事物的方法論。感謝顏竟成老師對我的精心指導(dǎo)。英 文 翻 譯A Cutter Orientation Modification Method for the Reduction of Non-linearity Errors in Five-Axis CNC MachiningABSTRACTIn the machining of sculptured surfaces，five-axis CNC machine tools provide more flexibility to realize the cutter position as its axis

27、orientation spatially changes .Conventional five-axis machining uses straight line segments to connect consecutive machining data points ,and uses linear interpolation to generate command signals for positions between end points，Due to five-axis simultaneous and coupled rotary and linear movements,

28、the actual machining motion trajectory is a non-linear path. The non-linear curve segments deviate from the linearly interpolated straight line segments, resulting in a non-linearity machining error in each machining step. These non-linearity errors, in addition to linearity error, commonly create o

29、bstacles to the assurance of high machining precision. In this paper, a novel methodology for solving the non-linearity errors problem in five-axis CNC machining is presented. The propose method is based on the machine type-specific kinematics and the machining motion trajectory. Non-linearity error

30、s are reduced by modifying the cutter orientations without inserting additional machining data points. An off-line processing of a set of tool path data for machining a sculptured surface illustrates that the proposed method increases machining precision. KeywordNon-linear error; Machine kinematics;

31、 Machining motion trajectory. INTRODUCTIONIn conventional five-axis machining, a tool path, represented by the cutter locations data (CLDATA), consists of the spatially varying cutter positions and its axis orientations. These CLDATA are generated based solely on the geometrical properties of the ma

32、chined surfaces and the cutter. These CLDATA are further processed into NC-codes which is specific to a particular machine configuration. Linear interpolation is then used to generate the required commands for positions along line segment connecting the machining data points. The simultaneous linear

33、 and rotary movements are involved in five-axis machining since ever new cutter axis orientation requires the motion at least one other axis. There are also coupling effects of the cutter axis will affect the position of the cutter. These simultaneous and coupled movements cause the cutter contract

34、point (CC point) to move in a non-linear manner. As a result, the machining error in each motion step is made up of not only the linear segmentation approximation error but also an additional machining error. As shown in figure 1 for machining is either a concave surface or a convex surface, a line

35、segment is used to connect two consecutive machining data points (the spindle chunk is the machine control point MCP). Linear interpolation generate intermediate positions along the line segment. The desire surface is design curve(either concave or convex). The linear segment approximates to design

36、curve resulting in the linearity error,t. Apart from the linearity error . The non-linear CC point trajectory deviates from the straight line segment (the cutter gage length is constant and MCP is interpolated along the line segment)result in an additional machining error, referred to as the non-lin

37、earity error, n. In the case that the desire surface is concave(see figure 1a), the total machining error is difference of the non-linearity error and the linearity error : total=t-n. The non-linearity error, in this case, compensate for the total machining error(AIGP Post-processor,1996;Liu,1994).

38、On the contrary, for the machining of convex surface as shown in figure 1b, the non-linearity error adds onto the linearity error and enlarges the machining error: total=t+n(AIGP Post-processor,1996;Liu,1994). figure1. The multi-axis CNC machining errorConsequently the non-linearity error have cause

39、d difficulties for ensuring ultra-precision machining requirements. In the machining of airfoil surface, for example, the machining of the contour surface of airfoil to the edges is problematic. The surface curvature on these area changes abruptly, and thus the cutter orientation varies inconsistent

40、ly from one cutter to the next. These abrupt cutter orientation variations inconsistently from one cutter location to the next .These abrupt cutter orientation are a typical non-linearity error problem.In order to solve the five-axis CNC machining error problem, efforts have been made to treat non-linearity errors in generate NC codes. Some researchers and postproce