（优秀毕业全套设计）数控卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构设计（整套下载）

由分析可知当驱动力定时，角增大，则握力也随之增大，但角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好。

夹紧力及驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。

必须对大小方向和作用点进行分析计算。

般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。

手指对工件的夹紧力可按公式计算式中安全系数，通常工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。

可近似按下式估，其中，重力方向的最大上升加速度运载时工件最大上升速度响系统达到最高速度的时间，般选取方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择。

被抓取工件所受重力。

表.液压缸的工作压力作用在活塞上外力液压缸工作压力作用在活塞上外力液压缸工作压力小于.以上计算设机械手达到最高响应时间为.，求夹紧力和驱动力和驱动液压缸的尺寸。

.设根据公式，将已知条件带入.根据驱动力公式得.取确定液压缸直径选取活塞杆直径.选择液压缸压力油工作压力根据表.，选取液压缸内径为则活塞杆内径为，选取机械手手抓夹持精度的分析计算机械手的精度设计要求工件定位准确，抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度由臂部和腕部等运动部件来决定，而且也于机械手夹持误差大小有关。

特别是在多品种的中小批量生产中，为了适应工件尺寸在定范围内变化，定进行机械手的夹持误差。

该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。

机械手的夹持范围为般夹持误差不超过分析如下工件的平均半径手指长，取型夹角偏转角按最佳偏转角确定计算当时带入有.夹持误差满足设计要求。

弹簧的设计计算选择弹簧是压缩条件，选择圆柱压缩弹簧。

计算过程如下。

.选择硅锰弹簧钢，查取许用切应力.选择旋绕比，则.根据安装空间选择弹簧中径估算弹簧丝直径.试算弹簧丝直径.根据变形情况确定弹簧圈的有效圈数选择标准为，弹簧的总圈数.圈.最后确定.对于压缩弹簧稳定性的验算对于压缩弹簧如果长度较大时，则受力后容易失去稳定性，这在工作中是不允许的。

为了避免这种现象压缩弹簧的长细比，本设计弹簧是端自由，根据下列选取当两端固定时，.，当端固定端自由时当两端自由转动时，.。

结论本设计弹簧，因此弹簧稳定性合适。

.疲劳强度和应力强度的验算对于循环次数多在变应力下工作的弹簧，还应该进步对弹簧的疲劳强度和静应力强度进行验算，如果变载荷的作用次数，或者载荷变化幅度不大时可只进行静应力强度验算。

现在由于本设计是在恒定载荷情况下，所以只进行静应力强度验算。

计算公式选取力学性精确能高结论经过校核，弹簧适应。

.机械手腕部结构的设计腕部的结构以及选择.典型的腕部结构具有个自由度的回转驱动的腕部结构。

它具有结构紧凑灵活等优点而被广腕部回转，总力矩，需要克服以下几种阻力，克服启动惯性所用。

回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定，般小于。

齿条活塞驱动的腕部结构。

在要求回转角大于的情况下，可采用齿条活塞驱动的腕部结构。

这种结构外形尺寸较大，般适用于悬挂式臂部。

具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。

它使腕部具有水平和垂直转动的两个自由度。

机液结合的腕部结构。

.腕部结构和驱动机构的选择本设计要求手腕回转，综合以上的分析考虑到各种因素，腕部结构选择具有个自由度的回转驱动腕部结构，采用液压驱动。

腕部的设计计算.腕部设计考虑的参数夹取工件重量回转.腕部的驱动力矩计算腕部的驱动力矩需要的力矩惯。

腕部回转支撑处的摩擦力矩摩。

夹取棒料直径长度重量当手部回转时，计算力矩手抓手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为个圆柱体�高为直径其重力估算.擦力矩摩.。

启动过程所转过的角度启.，等速转动角速度.。

.查取转动惯量公式有代入.腕部驱动力的计算表.腕部驱动力图示设定腕部的部分尺寸根据表设缸体内空半径外径根据表选择这个是液压缸壁最小厚度，考虑到实际装配问题后，其外径为动片宽度输出轴.基本尺寸示如图所示。

则回转缸工作压力，选择图.腕部液压缸剖截面结构示意表.标准液压缸外径液压缸内径钢钢液压缸盖螺钉的计算图.缸盖螺钉间距示意表.螺钉间距与压力之间的关系工作压力螺钉的间距小于小于小于小于缸盖螺钉的计算，如图所示，为螺钉的间距，间距跟工作压强有关，见表，在这种联结中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力计算液压缸工作压强为，所以螺钉间距小于，试选择个螺钉，所以选择螺钉数目合适个危险截面所以，.所以，螺钉材料选择，则螺钉直径螺钉的直径选择.臂部臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部，并改变手部在空间的位置。

机械手的臂部般具有个自由度，即伸缩回旋俯仰或升降，专用机械手的臂部般具有个自由度，即伸缩回转或直移。

臂部总重量较大，受力般较复杂，在运动时，直接承受腕部手部和工件或工具的静动载荷，尤其高速运动时，将产生较大的惯性力或惯性距，引起冲击，影响定位的准确性。

臂部运动部分零部件的重量直接影响着臂部结构的刚度和强度。

专用机械手的臂部般直接安装在主机上，机械手的臂部般与控制系统和驱动系统起安装在机身，即机座上，机身可以是固定的，也可以是行走式的即可沿地面或导轨移动。

臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式抓取重量动作自由度运动精度等因素来确定。

同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况油缸及倒向装置的布置内部管路与手腕的连接形式等因素，它们分别是，刚度要大，倒向性要好，偏重力矩要小，运动要平稳定位精度要高。

臂部结构形式机械手的臂部结构般包括臂部伸缩回转俯仰或升降等运动的结构以及与其有关的结构，如传动机构驱动装置导向定位装置支撑连接件和位置检测元件等。

此外还有与腕部连接的有关构件及配管线等。

下面介绍些臂部结构。

.圆柱坐标机器人的臂部结构，其臂部具有回转升降伸缩自由度回转运动通过齿条缸驱动齿轮回转来实现升降与伸缩分别由升降油缸和伸缩油缸驱动。

.极坐标机器人的臂部结构，臂回转结构为齿轮齿条缸结构，臂俯仰臂伸缩均采用直线运动油缸。

.多关节型机器人的臂部结构，这种类型的机械手多用于喷漆，故也称为喷漆机器人。

其臂部有回转俯仰和前后移动三个运动。

回转机构为齿轮齿条缸结构，俯仰和前后运动均采用铰链油缸驱动。

.臂部伸缩运动结构，用钢管做成伸缩臂，由活塞杆带动齿轮沿固定齿条滚动而产生伸缩运动，这种结构的特点是传动效率高，易于实现较大行程和速度，它的行程和速度的大小与齿轮的直径大小有关。

.臂部俯仰运动的结构，般采用铰接油气缸来实现。

铰接油气缸位于手臂下方，活塞杆与手臂之间用铰链连接，缸体与立柱之间用耳叉销轴等方式连接。

.臂部回转及升降运动的结构，可采用齿条缸与升降缸实现臂回转和升降，臂回转还可用回转缸与行星齿轮传动，链条链轮传动。

.臂部复合运动机构，它是将个驱动运动分解为个运动，并能依合成运动的形式实现复杂运动的机构。

在些专用机械手中常采用行星齿轮机构凸轮机构及连杆机构等来实现臂部的复合运动。

臂部运动的导向装置臂部的导向装置，机械手的手臂伸缩及升降运动机构上常设置导向装置，其目的是.防止移动部件在伸缩及升降时产生不必要的转动，以保证手臂运动方位的准确性。

.增大移动部件的刚性，减少移动部件由于自重与抓取重量所引起的变形和位移。

.承受移动部件的部分自重和抓取工件或工具的部分重量。

导向装置般根据臂部的安装形式具体的结构及抓取重量等因素来确定，就导向装置而言，其导向精度刚度和耐磨性对机械手的精度和其它工作性能影响很大，在设计时必须充分注意。

这里仅就几种特殊形式作简单介绍单导向杆式单导向杆般配置在驱动油气缸体的侧或活塞杆内。

放在活塞杆内时，虽然结构紧凑，但是工艺性比较差。

单导向杆导向装置结构简单重量轻摩擦力小，但是承载能力较低，刚性差，而且导向杆内走管通道少。

般用于较小型的机器人。

单导向杆般采用实心圆杆方杆空心圆杆花键轴等。

方杆比圆杆刚性好，但加工比较困难。

双导向杆式双到向杆般对称配置在驱动油气缸两侧。

这种形式受力情况好刚性大，可承受重载，导向杆内部走管道多，便于油路配置。

但转动惯量增加，不利于回转定位。

双导向杆般采用圆杆，以便内部通走管。

导轨式导轨式的形式较多，其共同特点是刚性好，工作平稳导向性能好，但结构比较复杂。

适用于负载较重速度较低的机器人或专用机械手。

滚珠花键式焊接结构的轴套前端固接个循环滚珠套，套内装有若干钢珠，并设有保持架。

滚珠花键轴的圆弧性花键槽与其中部分钢珠配合，轴套的转动通过循环滚珠套及钢珠传给花键轴，花键轴在随手臂移动时便带动钢珠滚动并自行循环，实现滚动摩擦代替普通花键轴的滑动摩擦。

这种结构摩擦阻力小，定向精度高，移动速度快，但是结构比较复杂，制造成本高。

臂部具有个自由度即升降回转伸缩运动。

臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式抓取重量动作自由度运动精度等因素来确定。

为了防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂要有足够的刚度，导向性要好，偏重力矩要小，运动要平稳，定位精度要高，回转运动用伺服电机驱动，通过对内齿轮实现手臂的回转运动。

伸缩运动用伺服电机驱动，由斜齿轮带动螺杆螺母作相对的移动，使手臂能灵活地伸缩。

升降运动用伺服电机驱动，通过丝杠与滚珠的回转，带动外壳体在机座外侧表面作相对滑动，实现手臂的升降。

在手臂回转运动中，手臂的重量通过大齿轮由交叉轴承。

该轴承是根据标准的止推轴承特制设计的，型属此种。

的额定运载荷是，额定静载荷是，完全可以满足许用条件要求。

该轴承的内外圈都可有螺孔以联接用，并且在淬火之前铣外圈的键槽和大齿轮进行周向固定。

特制的交叉滚珠轴承结构尺寸如下.润滑方式脂润滑。

机座是机械手用来手臂部件，并安装驱动装置与其它装置的部件，故稳定性要好，且满足足够的刚度，机座为的尺寸，足够满足运动时的平稳。

.机械手机身的设计计算机身是直接支撑和驱动手臂的部件。

般实现手臂的回转和升降运动.这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。

因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。

机身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动。

机身的整体设计按照设计要求，机械手要实现手臂的回转运动，实现手臂的回转运动机构般设计在机身处。

为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑，分析。

机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手的重要组成部分。

常用的机身结构有以下几种.回转缸置于升降之下的结构这种结构优点是能承受较大偏重力矩。

其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大。