因.和，故可取.工作硬化系数因大小齿轮均为硬齿面，故取接触计算时的尺寸系数般取计算齿轮的接触疲劳极限应力由公式.接触计算安全系数因大小齿轮材料和硬度均相同，所以有.接触计算最小安全系数为.，因，故安全。齿根弯曲疲劳强度的校核弯曲计算用单位齿宽上的载荷.式中中点分度圆上的圆周力，.工况系数，动载系数，弯曲计算用的齿向载荷分布系数，取.弯曲计算用的端面载荷分布系数，对直齿圆锥齿轮，般取将各值代入式.可得.变位系数为提高弯曲疲劳强度，采用切向高变位传动，因轴交角，故由，可得小轮的变位系数.，大轮的变位系数.，根据.，取.，.计算应力集中系数当.，时，.，当.，时，.齿形系数.圆柱.根据查得圆柱.，圆柱.根据.，.，查得.，.故由式.可得.圆柱.圆柱弯曲计算应力.当量圆柱齿轮弯曲计算用重合度系数，对般圆锥齿轮中点模数小齿轮弯曲计算应力.大齿轮弯曲计算应力试验齿轮的弯曲疲劳极限应力由于大小齿轮的材料及硬度都相同，并经过渗碳淬火处理，可取试验齿轮弯曲计算用的寿命系数按持久寿命计算，有相对表面状况系数因小齿轮均用，表面经渗碳处理，齿面光洁度为，.故取.相对敏感系数因大小齿轮均用，并经渗碳淬火处理，当，.时，查得.，当，.时，查得.，试验齿轮的应力集中系数取.弯曲计算用的尺寸系数因为大小齿轮材料和热处理方式都相同所以计算齿轮的弯曲疲劳极限应力弯曲计算安全系数弯曲计算最小安全系数.，因，故安全。.主架伸缩液压缸的设计主架伸缩液压缸各尺寸数据的确定估算手架伸缩液压缸负载如下轴承套筒质量.两轴承质量.旋转轴质量.手架旋转轴所承受的负载为.上述结构的总质量为.设手架伸缩液压缸的活塞杆在达到稳定速度过程中的加速度，则手架伸缩液压缸承受的负载为.考虑到液压缸密封处的摩擦力，取.，则手架伸缩液压缸实际的负载为.液压缸回油腔背压力，由于此液度过程中的加速度为，则手臂伸缩液压缸负载.考虑到手臂在伸缩运动过程中的能量损失，取.，则手臂伸缩液压缸的实际驱动力为.在手架旋转轴旋转时，手臂伸缩液压缸受到的惯性力较大，为保证手臂伸缩液压缸的安全，这里取根据得.式中手臂伸缩液压缸的实际驱动力液压缸的工作压力，由计算结果确定液压缸回油腔背压力，根据文献，表，对于简单系统和般轻载的节流调速系统，，在本设计中初取估算值.手臂伸缩液压缸内径手指夹紧液压缸外径将各值代入式.，可得.主架旋转机构设计主架架旋转轴的设计估算手架旋转轴所承受的负载两机械手手指的质量上挡板的质量.下挡板的质量.后挡板的质量.侧挡板的质量手指与活塞杆之间连接间的质量.夹持工件的质量手指夹紧液压缸前端盖质量.手指夹紧液压缸后端盖质量.手指夹紧液压缸缸筒质量.手臂伸缩液压缸前端盖质量.手臂伸缩液压缸缸筒质量.上套件质量.上套件质量.当储油量最大时油液的质量主架旋转轴所承受的总质量为.手架旋转轴所承受的负载为.主架架旋转轴强度的校核初取手架旋转轴的轴径手架旋转轴所承受的负载为.手架旋转轴的质量为.取手架旋转所需的驱动力距等于手架旋转时受到的惯性力距，则根据文献，有.式中手臂回转部件对回转轴线的转动惯量手架旋转轴对回转轴线的转动惯量手架旋转轴旋转时的角加速度，这里初取手架旋转轴的转速,则其角速度，设手架旋转轴从静止开始到达到稳定速度所需的时间为.,则.机械手夹紧力的校核.取手架回转的角速度则由式.得.因小于机械手手指的夹紧力，所以机械手的手架旋转轴工作正常。由于手臂回转部件的回转轴线与其重心轴线重合，所以可取本设计中,取，则.将值代入式.可得.手架旋转轴的输出功率手架旋转轴强度校核公式如下.式中手架旋转轴的扭矩，此处.手架旋转轴的抗弯截面模量，对于实心轴有，所以此处将值代入式.可得因故所选轴安全。手架旋转驱动机构的选择电动机类型的选择目前常用的加工中心换刀机械手，它的手架旋转运动是由两个为将上述各值代入式.，得.对手指结构进行受力分析如图.所示，由可得.又由.得即.在本设计，将各值代入式.，得.考虑到运动过程中的能量损失，取.，则手指夹紧液压缸的实际驱动力为.本设计中取由式.可得.由式.可得对手指夹紧力的校核过程如下在手架旋转过程中手指所受的惯性力为.式中工件质量工件到旋转轴线的距离，这里取手架旋转轴的转速，初取则由式.可得.因，所以手指夹紧液压缸的实际驱动力取，安全。手指部分的相关校核根据文献对手指部分重要部位的校核过程如下轴和手指的材料都选用号钢，它们的许用剪应力许用挤压应力许用拉应力轴Ⅰ校核，轴Ⅰ安全。轴Ⅱ校核，轴Ⅱ安全。手指强度校核截面的抗弯截面模量公式如下.式中形心轴惯性矩截面图形的形心位置.式中.，将各值代入式.可得.其截面面积为其截面面积为处截面的形心位置为将各值代入式.得.截面处的弯矩.故危险截面处的拉应力为安全。危险截面处的弯矩.，其截面图形形状如图.所示，抗弯截面模量为故危险截面处的拉应力为.安全。.手指夹紧液压缸设计手指夹紧液压缸各部分尺寸的确定根据文献由.得.式中液压缸的工作压力，本设计中初取.液压缸回油腔背压力，对于简单系统和般轻载的节流调速系统,，在本设计中初取估算值.活塞杆直径与液压缸内径之比，因在工作压力时，，本设计中取.工作循环中的最大外负载，本设计中液动手架旋转轴旋转。在旋转轴旋转到达工作位置后，电动机停止工作，并发出手臂旋转和手指夹紧信号。当手臂旋转和手指夹紧动作完成后，准备拔刀，此时，支撑液压缸开始运动，整个摆臂上升，拔刀动作开始，摆臂运动到指定位置时，支撑液压缸停止工作。电动机开始工作，摆臂架旋转后停止，开始插刀动作过程。手架恢复到初始位置，等待下次换到指令。此种机构如果设计出适当的凸轮机构便可是从动件实现预期的运动，而且结构简单紧凑。.方案的确定图.所示的加工中心换刀机械手手臂伸缩和手指夹紧机构中，手臂伸缩和手指夹紧运动都分别由单独的液压缸进行控制，这使得它们的灵活性都很好。图.所示的机构由于采用了锥齿轮机构，为保证准确换刀，就需要精确的计算出锥齿轮轮的旋转速度和锥齿轮的轮廓曲线，同时还要精确的控制电动机的起停时间。故选用此机构会比较理想些。通过以上分析，本设计选由图.所示的夹紧机构和图.中所示的主架旋转机构组成加工中心换刀机械手进行具体的设计。.设计结构分析设计参数主架上下伸缩液压缸最大行程手臂旋转机构液压缸最大行程手指夹紧液压缸最大行程夹持工件质量换刀过程手架旋转角度换刀机械手复位角度自由度分析及各自由度的实现分析自由度的坐标形式有直角坐标式圆柱坐标式球坐标式以及关节坐标式等等，本设计中采用直角坐标式对加工中心换刀机械手的自由度进行分析，如图.所示。分析过程如下手指夹紧运动由手指夹紧液压缸控制实现，通过活塞杆推动或拉动手指部分的连杆机构实现手指的夹紧或松开。手臂旋转运动由伸缩式液压缸控制实现。主架上下伸缩运动由手架伸缩液压缸控制它的伸缩运动，能实现换刀机械手的拔刀和插刀动作。主架旋转运动由电动机带动单级圆锥齿轮来实现，通过控制电动机的启停时间即可实现手架旋转到达工作位置主架旋转完成主轴刀具和刀库刀具互换运动手架反向旋转复位三种运动。加工中心换刀机械手的组成加工中心换刀机械手由执行机构驱动机构，各部分特点如下执行机构执行机构是完成各种动作的部件总称，它由抓取部分手部臂部和主架等运动部件所组成。手指部分即直接与工件接触部分，般是回转型或平移型，手爪多。有资料显示，刀库和机械手的故障率约占整机故障率的。所以说，换刀机械手的性能质量直接影响着数控机床整机的性能质量和品种的发展。加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的种功能较全的数字控制机床，也是典型的集高新技术于体的机械加工设备，它的发展代表了个国家设计制造的水平，是判断企业技术能力和工艺水平标志的个方面。加工中心中实现刀库和机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为自动换刀装置，它的功能是储备定数量的刀具并完成刀具的自动交换。自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在次安装中完成多工序工步加工要求。它由存放刀具的刀库和换刀机构组成。作为自动换刀装置，它需要满足换刀迅速时间短，重复定位精度高，刀具储存量足够，所占空间位置小，工作稳定可靠等特点。换刀装置中刀具的交换形式及它们的具体结构对机床的工作效率和工作可靠性有着直接影响。加工中心的自动换刀形式可分为无机械手换刀方式和有机械手换刀方式两大类。无机械手换刀方式般是采用把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，同时，刀库中刀具的存放方向般与主轴上的装刀方向致。无机械手换刀方式是由刀库和机床主轴的相对运动实现刀具的交换的，这种方式结构简单，但换刀时间要长。目前，加工中心的自动换刀装置大都采用有机械手换刀方式，因为有机械手换刀装置在刀库的配置与主轴的相对位置及刀具数量确定上都比较灵活，机械手数量和换刀形式比较随意，换刀时间比较短，应用广泛。换刀机械手的形式有单臂式双臂式回转式和轨道式等，而常用双臂式机械手的手爪结构形式又分为钩手抱手伸缩手和叉手等。加工中心换刀机械手作为数控机床的个重要的功能部件，它在国内外的数控机床制造领域中已受到广泛的重视。目前，在国外的换刀时间已达到.秒，的换刀时间也达到了.秒左右，国内也出现了立卧两用凸轮式换刀机械手和用于五轴联动的换刀机械手