罩盖钻孔专用机械手的设计与制造

1、目 录摘要-IABSTRACT -II1 绪论 -11.1 工业机械手系统概论-1工业机械手的发展状况 -1工业机械手的应用与发展趋势 -11.2 课题任务-2选题的背景与研究意义 -2课题需要完成的任务 -32 工业机械手系统总体方案设计 -53 卸料机械手手指设计 -83.1 手指夹紧缸活塞杆顶块设计-84 传动轴的设计 -94.1 轴的概述-9轴的用途及分类 -9轴设计的主要内容 -9轴的材料 -94.2 传动轴的结构设计 -10拟定轴上零件的装配方案-10轴上零件的定位-11各轴段直径和长度的确定-114.3 传动轴机械加工工艺规程的制定 -12零件的工艺分析-12毛坯的选择-13基准

2、的选择-13拟定机械加工工艺路线-13确定机械加工余量、工序尺寸及公差-14选择机床设备及工艺装备-15确定切削用量-165 压力头的设计-205.1 压力头的结构设计 -205.2 压力头机械加工工艺规程的制定 -21零件的工艺分析-21毛坯的选择-22基准的选择-22定机械加工工艺路线-22确定机械加工余量、工序尺寸-24确定切削用量-256 导轨的设计-297 滑台的设计-318 支架设计-339 卸料机构液压系统的设计与计算-3510 送料机械手的设计 -3811 结论 -40参考文献-41致 谢 -42摘要随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或

3、操持焊枪、喷枪、板手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，同时也要求供料机构更加灵活、柔性化，以适应供送不同的物品，这使得供送料机械手在自动机、自动线上得到愈来愈广泛的应用。本课题的研究对象是为磁电机轮壳钻侧面孔专用机床配套设计装、卸料机械手，全文共分八部分。绪论概述了工业机械手的发展状况，工业机械手的应用与发展趋势，以及本课题要完成的任务，选题的背景和意义。第一部分卸料机械手系统的总体设计方案。对总体设计方案的提出做了详细的介绍。第二部分机械手手指的设计。第三部分传动轴的设计。传动轴是用来传递运动的，使安装在上面的零件实现预期的动作。第四部分压力头的设计。设计压力头是为

4、了对工件进行夹紧，压力头安装在传动轴上。文中详细介绍了压力头的结构设计和它的机械加工工艺。其它部分简略介绍了滑台、支架、导轨和系统液压的设计。 关键词关键词：机械手，液压系统AbstractAlong with the saltant development of industrial production in our country, and the rapid enhancement of automaticity, achieve work piece s loading and ,unloading, or the automation of manipulating welding

5、 torch, spray gun and trigger tool to work and assemble, has increasingly brought to peoples attention. Simultaneously, in order to adapt for delivering the different goods ,we need the organization of providing to be more nimble and flexible .This enables the manipulator of providing and delivering

6、 material to obtain widely application in the automaton and transfermatic.The topic s object of study is designing a manipulator of attiring and ,unloading material for the machine of special purpose ,which purpose is to drill a hole of the side face for the magnetoelectricity motorized shell. The t

7、ext is compose of five parts.The introduction has summarized the development condition, the application and the trend of development of the industrial manipulator, the duty of this topic and the background and significance of this topic. First part of this topic is the overall concept of designing t

8、his manipulator，and mades a detailed introduction for the overall project of the design.Second part of manipulator finger design.Third part of this topic is the shaft s design. The shaft is used to transmit ,the movement, which causes the components installing on the shaft to realize the anticipated

9、 movement.Fourth part of pressure head design. The design of pressure head is used to clamp the work piece. The pressure head installs on the drive shaft. The article introduces the structural design of the pressure head and its machine-finishing craft in detail.Other parts briefly introduced the sl

10、ipway, the support, the guide rail and the design of the hydraulic system Key word：Manipulator, hydraulic system1 绪论1.1 工业机械手系统概论工业机械手的发展状况工业机械手的发展状况工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。随着工业自动化

11、的发展, 出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时, 大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序, 通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低; 后者因设计复杂, 需较多继电器,接线繁杂, 易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。可编程序控制器PLC控制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力, 保证了系统运行的可靠性,降低了维修率, 提高了工作效率。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序

12、以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 在工资水平较低的中国，塑料制品行业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。 那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土塑料加工厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交带来的挑战。 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、板手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，同时也要求供料机构更加灵活、柔性化，以适

13、应供送不同的物品，这使得供送料机械手在自动机、自动线上得到愈来愈广泛的应用。工业机械手的应用与发展趋势工业机械手的应用与发展趋势生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；工业机械手在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作，以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。 工业机械手的应用逐步扩大，技术性能在不断提高。由于发展时间较短，人们对它有一个逐

14、步认识的过程，机械手在技术上还有一个逐步完善的过程，随着机器人技术发展到智能化阶段，机械手也越来越灵巧了，它们已能完成握笔写字、弹奏乐器、抓起鸡蛋、甚至穿针引线等精细复杂的工作。其目前的发展趋势是：1、扩大机械手在热加工行业上的应用目前国内机械手应用在机械工业冷加工作业中的较多，而在铸、锻、焊、热处理等热加工以及装配作业等方面的应用较少。因热加工作业的物件重、形状复杂、环境温度高等，给机械的设计、制造带来不少困难，这就需要解决技术上的难点，使机械手更好地为热加工作业服务。同时，在其它行业和工业部门，也将随着工业技术水平的不断提高，而逐步扩大机械手的使用。2、提高工业机械手的工作性能机械手工作性

15、能的优劣，决定着它能否正常地应用于生产中。机械手工作性能中的重复定位精度和工作速度两个指标，是决定机械手能否保质保量地完成操作任务的关键因素。因此要解决好机械手的工作平稳性和快速性的要求，除了从解决缓冲定位措施入手外，还应发展满足机械手性能要求价廉的电流伺服阀，将伺服控制系统应用于机械手上。3、发展组合式机械手从机械手的本身特点来说，可变程序的机械手更适应产品改型、设备更新、多品种小批量的要求，但是它的成本高，专用机械手价廉，但适用范围又受到限制。因此，对一些特殊用途的场合，就需要专门设计、专门加工，就提高了产品成本。为了适应应用领域分门别类的要求，可将机械手的结构设计成可以组全的形式。组合式

16、机械手是将一些通用部件（如手臂伸缩部件、升降部件、回转部件和腕部回转、俯仰部件等）根据作业的要求，选择必要的能完成预定机能的单元部件，以机座为基础进行组合，配上与其相适应的控制部分，即成为能完成特殊要求的机械手。它可以简化结构，兼顾了使用上的专用性和设计上的通用性，便于标准化、系列化设计和组织专业生产，有利于提高机械手的质量和降低造价，是一种有发展前途的机械手。由于机械手在操作过程中常常伴随着不完全信息和部分已知不精确定义的参数,这些先验知识很难满足大多数机械手控制设计的要求。这些基于模型的机械手控制方法对缺少的传感器信息未规划的事件和机械手作业不熟悉位置非常敏感。所以传统的基于模型的机械手控

17、制方法不能保证设计系统在复杂环境下的稳定性、鲁棒性和整个系统的动态性能。此处，这些控制方法不能积累经验和学习人的操作技能。为此，近二十年来神经网络，模糊逻辑和进计算为代表的人工智能理论与方法开始应用于机械手的控制。从而更为先进的神经网络机械手得以发民。即智能机械人的研究。1.2 课题任务选题的背景与研究意义选题的背景与研究意义随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、板手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，同时也要求供料机构更加灵活、柔性化，以适应供送不同的物品，这使得供送料机械手在自动机、自动线上得到愈来愈广泛的应用

18、。机械手在结构型式开始比较简单，专业性较强，仅为某台机床的上下料装置，又附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，使用范围比较广的“程序控制通用机械手” ，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种中获得广泛的应用。课题需要完成的任务课题需要完成的任务本课题是为磁电机轮壳钻侧面也专用机床配套而设计的装、卸料机械手。被加工工件轮壳为一锻压件，该工序为钻侧面 8 个直径为 4.5mm 的孔，采用自动分度夹具，定位基准为直径 33mm 的内孔、一端面 和另外一个端面上的 3 个直径为 5.2mm 孔的其中任意一

19、个。要求该机械手能够实现自动装、卸料；在安装工件时，应先将定位孔插入夹具上的定位销，然后将一端面紧紧压在夹具定位面上。零件加工示意图：1 工件 2 定位销 3 卸料机械手图 1.1零件加工示意图由于工件在输送时，沿工件中心线的转动自由度没有被限制，所以在插入定位销前，必须增加一个“寻找”动作，使工件回转一个角度，定位孔是圆周上均布的三个孔，所以回转角度小于等于 120 度即可。定位确定之后，机械手夹紧工件。当机床对工件加工全部结束后，机械手能将工件从夹具中卸下。机械手的运动速度应满足生产率的要求。确定料槽形式及分析动作要求原始数据及资料1、 生产纲领：120000 件（两班制生产） ；2、 轮

20、壳零件图 （见图 4-11） ；3、 钻磁电机轮壳专用机床联系尺寸图（见图 4-12）4、 钻磁电机轮壳专用机床及专用夹具图纸和设计计算说明书。设计要求：1、卸料机械手结构设计2、设计计算说明书。二、设计计算主要参数的确定1、坐标形式 直角坐标式2、臂的运动行程 前后伸缩运动 送料 350mm；卸料 100mm；3、腕的运动行程 正反旋转 01203、运动速度 使生产率满足生产纲领的要求即可。4、控制方式 固定程序；起、止设定位置5、定位精度 。mm5 . 06、手指握力 13.5N。7、驱动方式 由于机床配有液压站，故采用液压驱动。2 工业机械手系统总体方案设计1、机械手的用途及工件重量该套

21、机械手共有两个：送料机械手与卸料机械手，分别用来实现对工件的自动安装与自动卸料。其搬运工件的重量为 5N2、要求机械手完成的动作过程如下图 2.1 所示：图 2.1 机械手完成的动作过程图3、料槽形式由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题采用此种输料槽。4、动作要求分析动作 1：送料由送料机械手将一个工件送到夹具中心线位置。动作 2：预夹紧由卸料机械手上的压头将工件推入夹具的心轴上，要求压头上的弹性销轻轻顶住工件；然后，送料机械手退回。动作 3：“寻找”插销位置卸料机械手的手指夹住工件，手腕带动工件旋转120

22、 度，在旋转过程中，当定位孔插入定位销后，此时，手指与弹性销均应与工件打滑。动作 4：夹紧工件卸料机械手前进，由压头将工件压紧。动作 5：手指松开手指离开工件，以便工件在加工是分度转位，此时，加工开始。动作 6：手指夹住工件加工结束后，手指将工件紧紧压住。动作 7：卸料，送料手指将工件夹住退回原位置，松开工件，完成卸料动作，同时送料机械手重复动作 1，手腕转回原位置。根据上述分析，得出动作循环图 2.2 如下所示：图 2.2 动作循环图5、机械手系统总体分析机械手的整个系统主要由控制系统、驱动系统和执行系统三部分组成, 控制系统：液压系统。驱动系统采用全液压驱动, 该系统能实现机械手的自动运行

23、、手动调节, 同时保证了整机动作迅速、平稳, 特别是满足了机械手伸缩臂的动作精度、需承受负载及运动性能等方面的特殊要求。执行系统由手臂伸缩机构、手部夹持机构、定位机构等组成, 整体为关节式结构。与传统的上下料机械手不同的是: 该系统采用了具有双夹持结构的手臂设计 , 在其中一夹持机构卸料后, 手臂旋转一定角度, 另一夹持机构上料, 在两次上下料之间机械手臂往返各一次, 与传统的往返各两次比较更加节省时间, 效率更高。根据对机械手需要完动作的分析，我们需要设计出实现各个动作的零部件，大体设计如下： 该机械手属于简易型机械手，手臂的打开采用单作用液压缸，手指的夹紧力有安装在手臂上的弹簧来实现，由于

24、单作用液压缸太小，在回油时它的弹簧力可能不足以将手臂拉回，这种情况手臂上的弹簧可以解决。为了实现机械手臂的旋转，我们采用摆动缸来实现：将手臂安装在摆动缸的输出轴上，摆动缸动作时它的输出轴就能旋转，从而带动手臂进行旋转。为了实现对工件的夹紧，我们在输出轴上安装了压力头，有输出轴带动压力头做往复直线运动，实现对工件的夹紧，为了实现输出轴的运动，首先要将摆动缸安装在滑台上，滑台与机床导轨相配合能在导轨上运动，在机床导轨的下部装有液压缸，滑台与液压缸的活塞用支架联在一起，这样液压缸动作的时候滑台就会运动，从而装在滑台上的摆动缸就会运动，最终实现对工件得夹紧。机械手系统总体方案设计如下图 2.3 所示：

25、单作用液压缸摆动缸采用矩型和山型组合导轨滑台支架进油管支架安装在滑台的此处液压缸的助塞摆动缸安装在滑台上用弹簧和单作用液压缸实现机械手的打开和闭合摆动缸实现机械手的旋转 图 2.1 机械手总体方案设计3 卸料机械手手指设计手指是直接与工件或工具接触的构件，其结构主要取决于夹持工件或工具的尺寸、形状及重量，夹持该零件的结构选为双 V 型块式，这种结构便于夹持不同直径的工件，适应性强。斜楔夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用长闭式弹簧夹紧，松开时，用单作用液压缸，此种结构较为简单，制造方便。机床常用的机械手手部，按其握持工件的原理可分为夹持类、吸附类。本设计中采用回转

26、型斜楔杠杆式夹持类手指，它利用斜楔推动手指绕支点回转夹紧工件，复位时靠弹簧。它的特点：动作可靠，可自锁夹紧，开闭范围一般不大，制造时应保持斜楔的对称性，对工件尺寸公差有较严的要求，机械效率低，夹持对象是轴类、轴套圆柱类零件。夹持式手部的驱动装置是使手指实现开、闭动作的动力装置，本设计采用液压驱动，驱动装置为单作用常闭缸，弹簧力使手指总处于闭合位置，通入压力油时，活塞克服弹簧力使手指松开，放松工件，仅需一个动力油管，由于夹紧受弹簧力的限制，一般只用于夹持轻小工件。手指的形状如下图 3.1 所示： 图 3.1 手指的形状3.1 手指夹紧缸活塞杆顶块设计1.手指夹紧缸活塞杆顶块的工作原理手指夹紧缸活

27、塞杆顶块，通过螺栓和手臂连接，又通过球头螺钉和活塞杆产生联系，活塞杆伸长时，球头螺钉顶起顶块，再通过顶块和手臂的联接式手臂张开，活塞杆缩回时，手指夹紧弹簧带动球头螺钉和顶块返回，手臂也会跟着合上。该结构便于加工，工作效率高，足以保证强度，稳定性要求。2.该结构的联接：（1）手臂间的联接：选用的螺栓联接1410M（2）与活塞杆的联接：选用的球头螺钉联接5SR4 传动轴的设计4.1 轴的概述轴的用途及分类轴的用途及分类轴是组成机器的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等） ，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功能是支承回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不

28、同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中及承受又承受扭矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。弯矩心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。轴还可以按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或做相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。光轴结构简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。直轴一般制成实心的。在那些由于机器结构的要求而在轴中装设其它零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，

29、则将轴制成空心的。此外，还有一种钢丝挠性轴。他是有多组钢丝分层卷绕而成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活的传到不开敞的空间位置。轴设计的主要内容轴设计的主要内容轴的设计也和其它零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的决定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴的设计中的重要内容。轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只对轴进行

30、强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。轴的材料轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是 45 钢。各种热处理(如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等)以及表面强化处理（如喷丸、滚压等） ，对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。高强度铸铁和球墨铸铁容易做成复杂

31、的形状，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可由于制造外形复杂的轴。4.2 传动轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和局部合理尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装及外形；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对具体情况进行具体分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺等。下面进行轴

32、的结构设计。拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓的装配方案就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。根据卸料机械手的总体设计方案现在拟定以下装配方案：先将机械手的手臂支架安上，然后再装上端盖、深沟球轴承、套筒、推力球轴承、拧上双螺母、压力头。在轴承的选择方面，主要考虑轴承所受载荷的大小、方向和性质，这是选择轴承类型的主要依据。滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是主要依靠元件间的滚动接触来支承转动零件的。与滑动轴承相比具有摩擦阻力小，功率消耗小，起动容易等优点。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并有

33、专业工厂大量制造及供用各种常有规格的轴成。滚动轴承的类型、性能与特点如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时，滚动轴承可以概括的分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类，主要承受径向载荷的轴承叫做向心轴承，其中有几种类型还可以承受不大的轴向载荷；只能承受轴向载荷的轴承叫做推力轴承，轴承中与轴颈紧套在一起的叫轴圈，与机座相联的叫做权；能同时承受轴向载荷和径向载荷的轴承叫做向心推力轴承。向心推力轴承的滚动体与外圈滚道接触点处的法线与半径方向的夹角叫做轴的接触角。根据载荷的方向选择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承。较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承；较大的纯轴向载荷可选用推力滚子轴承。对

34、于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。当轴承在承受径向载荷的同时还有不大色轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承；当轴向载荷较大时可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用推力轴承和向心轴承组合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。 根据载荷的大小选择轴承类型时，由于滚子轴承中主要元件是线接触，宜用于承受较大的载荷，承载后的变形也很小。而球轴承中则主要为点接触，宜用于承受较轻的或中等的载荷，在卸料机械手的机构中，所承受载荷较小，因此选用球轴承，并且载荷的方向主要为径向的，最终确定为深沟球轴承，它的特点是主要承受径向载荷，也可同时

35、承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速时可用来承受纯轴向载荷。工作中允许内外圈轴线偏斜量同，大量生产，价格最低。同时考虑对轴支撑816的可靠性，再选用推力球轴承与其配合使用。为了防止钢球与滚道之间的滑动，工作时必须家有一定的轴向载荷。高速时离心力大，钢球与保持架磨损，发热严重，寿命降低，古极限转速很低。轴线必须与轴承底座面垂直，在和必须与轴线重合，以保持钢球载荷的均匀分配。在上端盖处还应安上密封装置，密封的作用是阻止设备润滑剂的泄漏和外界污物的进入。按两结合面间是否相对运动，分为静密封与动密封两类。从总体设计中得知，轴与端盖之间有相对的旋转运动。查表 3.12-45实用机床设计手册李洪主

36、编，最终选择毡圈密封，其结构简单，成本低，尺寸紧凑，对轴的偏心窜动不敏感，但摩擦阻力较大，适用于脂润滑，轴承面最好经抛光。下端盖设计成带有螺纹的形式，在压力头上也车有螺纹，利用下端盖上的小孔，用工具直接将其拧入压力头之中，下端盖的作用也是为了防止外界污物进入压力头空腔，而防碍机器的正常工作。轴上零件的定位轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了又游动或空转的要求者外，都必须进行周向和轴向定位，以保证其正确的工作位置。 1、零件的轴向定位轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴承端盖和圆螺母来保证的，轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而

37、且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多时也不利于加工，因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。根据此机械手的工作情况，深沟球轴承的外圈采用轴承端盖定位，内圈采用轴肩定位。轴肩的高度 h 一般取为 h=（0.070.1）d=20 0.1=2mm，d 为与零件相配处的轴的直径 d=20mm，滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承，为了使零件能靠近轴肩而得到准确可靠的定位，轴肩处的过渡圆角半径 r必须小于与之相配的零件毂孔端部的圆角半径 R 或倒角尺寸 c，轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用范围见表 15-2机械设计 ，取 R=1。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需

38、开槽，钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。在此设计中深沟球轴承与推力球轴承之间采用套筒定位，要实现推力球轴承完全的定位，还需要将其外圈嵌入压力头的壳体当中，套筒的末端在轴端，要实现套筒的定位，我们采用双圆螺母定位，双圆螺母定位可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，但用在固定轴端的零件可以减少这种不利影响。在此轴端采用圆螺母还可以通过套筒来调节深沟球轴承的轴向间隙。各轴段直径和长度的确定各轴段直径和长度的确定以上我们以把零件在轴上的定位和装配方案确定后，轴的形状及大小就大体确定了。各轴段所需要的直径与轴上的载荷大小有关。因为摆动缸

39、为标准件，根据对扭矩的计算，求得他的输出轴直径为，mm30轴以外的部分是用来安装机械手的手臂，压力头，端盖，轴承等零件。根据手mm30臂的长度以及压力头的长度，初定伸出部分总长度为 236mm，再根据压力头的直径大小，初定直径为，此处直径不能太细，因为，一方面此处如果直径过小，就会导致mm24截面有突变，从而引起应力集中，削弱轴的强度，另一方面，此处轴段我们需要在轴上钻孔，以用来安装手臂支架，单作用液压缸，弹簧，这也将削弱轴的强度。在轴的下端部分要安装压力头，此处的轴段需要与轴承，套筒和端盖相配合，为了使轴承，套筒等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径，

40、并且有配合要求的轴段应尽量采用标准直径，在此确定与轴承配合的轴段直径为轴段的长度为 39mm。有设计可知，轴端还需要安装两个圆mm20螺母，根据表 1.6-37，选圆螺母，一个是,m=7，另一个,m=8。最终确定此16M16M处轴端上应车螺纹为，轴段长度为 22mm。5 . 116M至此，轴上各段直径和长度已经确定好了。轴的结构尺寸如下图 4.1 所示： ，轴承确定后我们就可以选出轴承的型号。深沟球轴承的型号6304，推力球轴承的型号51205，根据所选的轴承，可以确定了它们与轴配合部分的轴向尺寸，与51205配合的轴段尺寸为15mm，与6304配合的轴段尺寸为15mm，还可以确定出它们之间定

41、位所需要的套用的尺寸，最终确定图 4.1 轴的结构及尺寸4.3 传动轴机械加工工艺规程的制定零件的工艺分析零件的工艺分析 1、零件的功用、结构及特点该零件是摆动缸的输出轴，在此轴上安装着机械手臂，压力头等零件，利用轴的转动带动安装在其上的手臂转动，从而实现工件的旋转，摆动缸安装在滑台上，滑台通过支架与安装在机床导轨上的液压缸的活塞杆相连，这样通过液压缸的动作实现了摆动缸上输出轴的往复直线运动，从而带动传动轴上的压力头运动，实现对工件的夹紧。传动轴的主要配合面有，等处的轴段，此传动轴属于mm30mm20mm24阶梯轴，复杂程度一般。由于传动轴上钻了三个空，因此对轴的强度有一定的影响。2、主要加工

42、表面及要求（1）主要的配合轴段：H7，表面粗糙度 1.6，20js6,表面粗糙度 1.630m，20H7 表面粗糙度 1.6。mm（2）轴上的安装孔：35，15，10，因为这三个孔都不与其他零件直接接触，所以可以一次钻孔成功，表面粗糙度为 12.5。m（3）轴端车螺纹，表面粗糙度 6.3。5 . 116Mm毛坯的选择毛坯的选择1、确定毛坯的类型因为零件材料为 45 号钢，且单件小批量生产，轮廓尺寸不大，所以选择圆棒料。基准的选择基准的选择拟定机械加工工艺路线拟定机械加工工艺路线1、确定各表面的加工方法根据各表面的加工精度和表面粗糙度的要求，选择如下的加工方法：各配合处的外圆柱面先车后磨，、的孔

43、在车床上钻，螺纹采用车。3515105 . 116M2、拟定加工工艺路线加工方案如下表： 表 3-1 传动轴的加工方案序号工序工序内容10下料棒料尺寸 333mm 34mm20粗车用三爪卡盘装夹，粗车30，车端面见平即可30粗车掉头三爪卡盘装夹，车端面见平即可，钻中心孔，上顶尖粗车24，20，M1640钻在车床上钻10，15，3550热处理调质处理 2832HRC60精车夹左端，车右端面并倒角，钻中心孔，掉头装夹，车端面保证总长 328mm，倒角钻中心孔70半精车一夹一顶装夹工件，半精车 24，20，留磨削余量为0.4mm，车 M16 1.5 螺纹，切槽 3 1.580半精车以两中心孔定位夹紧

44、工件，辅以跟刀架，半精车 30，各留磨削余量 0.4mm。90磨以两中心孔定位夹紧工件，磨30，20100钳修毛110检验检查各部分尺寸及精度120入库入库确定机械加工余量、工序尺寸及公差确定机械加工余量、工序尺寸及公差根据上述原始资料和加工工艺，查表，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸，如下表表 3-2 机械加工余量及工序尺寸工序号工序内容单边余量mm/工序尺寸mm/表面粗糙度m/（1）粗车301.231.612.520（2）车端面2 33112.5（1）车端面2 32912.5（2）第一次粗车2423012.5第二次粗车2422612.5（3）第一次粗车2023012.5第二次粗车20

45、22612.5第三次粗车2022212.5（4）车 M1623212.530(5)切槽1.53 1.512.5钻孔mm3517.53512.5157.51512.5401051012.5（1）精车右端面1 3286.360（2）倒角1C112.5半精车（1）300.830.46.370 （2）200.820.46.3 （3）车螺纹2166.380半精车300.830.46.390粗磨（1）300.2300.8 （2）200.2200.8 选择机床设备及工艺装备选择机床设备及工艺装备根据生产类型和满足被加工零件的技术要求，且结合工厂现有的生产条件，各工序所选用的机床设备和工艺装备如下表： 表 4

46、-3 机床设备和工艺装备工序号工序内容机床设备和工艺装备（1）粗车30CA6140 P10 车外圆车刀，游标卡尺20（2）车端面CA6140 P10 端面车刀，游标卡尺（1）车端面CA6140 P10 端面车刀，游标卡尺（2）第一次粗车24第二次粗车24（3）第一次粗车20第二次粗车20第三次粗车20（4）车 M16 CA6140 P10 车外圆车刀，游标卡尺 CA6140 P10 车外圆车刀，游标卡尺30(5)切槽CA6140 ，切槽刀钻孔 （1）35（2）1540（3）1014 标准麻花钻，15 标准麻花钻，0200/0.02mm 游标卡尺10 标准麻花钻60（1）精车右端面CA6140

47、P10 端面车刀，游标卡尺 （2）倒角P10 倒角车刀70半精车（1）30CA6140 P10 车外圆车刀，游标卡尺（2）20CA6140 P10 车外圆车刀，游标卡尺 （3）车螺纹CA6140 P10 车螺纹车刀，游标卡尺80半精车30CA6140 P10 车外圆车刀，游标卡尺粗磨（1）3090（2）20M1420，白刚玉砂轮。0200/0.02mm 游标卡尺确定切削用量确定切削用量1、车端面，粗车30 外圆（1）车端面1）确定背吃刀量。 两侧端面的总加工余量为 6mm，取=2mm。pa2）确定进给量，根据机械工程及自动化简明设计手册表 5-5，f=0.40.5，查表 5-27，根据机床的横

48、向进给量，取 f=0.48mm/r。3）确定切削速度。根据表 5-57 和表 5-58，查的， ，cV242VC15. 0VX， m=0.2 ， 35. 0Vy18. 1VMK24. 1VHK9 . 0VhK ，道具寿命选 T=60min，故81. 0VMkK1VtKVyXvpmvcKfaTCVv 181. 09 . 024. 118. 148. 026024235. 015. 02 . 0XXXX =min/13394. 11 .258m4)确定机床主轴转速 n n=wCdV1000min/1246341331000r查表 5-27 与 1246 相近较小的机床转速为 n=1120r/min

49、。 所以实际的切削速度n=119.6m/min。（2）粗车外圆301)确定被吃刀量。根据所编的工艺取。pammap2 . 12)确定进给量，根据机械工程及自动化简明设计手册表 5-5，查表 5-27，根据机床的横向进给量，取 f=0.48mm/r。rmmf/5 . 04 . 03）确定切削速度。根据表 5-57 和表 5-58，查的， ，cV242VC15. 0VX， m=0.2 ， 35. 0Vy18. 1VMK24. 1VHK9 . 0VhK ，道具寿命选 T=60min,故81. 0VMkK1VtK 181. 09 . 024. 118. 148. 026024235. 015. 02

50、. 0XX =min/13394. 11 .258m(4)确定机床主轴转速 nVyXvpmvcKfaTCVv n=wCdV1000min/1256min/301331000rr查表 5-27 与 1246 相近较小的机床转速为 n=1120r/min。 所以实际的切削速度n=117.4m/min 。3车端面，粗车，。242016M（1）车端面的各参数同上。（2）粗车，的各参数同上。242016M4钻，351510（1）钻351）确定进给量。根据表 5-61 取。rmmdf/6 . 03002. 002. 00查表 5-27，根据 CA6140 机床的实际纵向进给量，取。rmmf/56. 02）

51、确定切削速度。按表 5-61，取 。cVmin/20mVc3）确定机床主轴转速 nn=01000dVCmin/3 .212min/35201000rr根据表 5-26，按机床实际转速选取 ，实际切削速度。min/200rn min/84.18mVc（1）钻 151）确定进给量。根据表 5-61 取。rmmdf/3 . 01502. 002. 00查表 5-27，根据 CA6140 机床的实际纵向进给量，取。rmmf/3 . 02）确定切削速度。按表 5-61，取 。cVmin/20mVc3）确定机床主轴转速 nn=01000dVCmin/6 .424min/15201000rr根据表 5-26

52、，按机床实际转速选取 ，实际切削速度。min/400rn min/84.18mVc（2）钻 101）确定进给量。根据表 5-61 取。rmmdf/2 . 01002. 002. 00查表 5-27，根据 CA6140 机床的实际纵向进给量，取。rmmf/2 . 02）确定切削速度。按表 5-61，取 。cVmin/20mVc3）确定机床主轴转速 nn=01000dVCmin/9 .636min/10201000rr根据表 5-26，按机床实际转速选取 ，实际切削速度。min/560rn min/6 .17 mVc6精车右端面，并倒角 各参数的确定同上， ， 。min/138mVcrmmf/31

53、. 0min/1120rn 7 （1）半精车，车螺纹 ：各参数的确定同上。2420（2）切槽5 . 131）确定被吃刀量。根据所编的工艺取。pammap5 . 12）确定进给量，根据机械工程及自动化简明设计手册表 27-8，rmmf/12. 01 . 0查表 5-27，根据机床的纵向进给量，取。rmmf/11. 03）确定切削速度。根据表 5-57 和表 5-58，查的， ，cV38VC15. 0VX， m=0.2 ， 8 . 0Vy18. 1VMK96. 0VHK9 . 0VhK ，道具寿命选 T=60min,故65. 0krvK1VtKVyXvpmvcKfaTCVv 181. 065. 0

54、96. 018. 111. 05 . 1603815. 015. 02 . 0 min/140m(4)确定机床主轴转速 n n=wCdV1000min/1256min/301401000rr查表 5-27 与 1246 相近较小的机床转速为 n=1120r/min。 所以实际的切削速度n=117.4m/min 。9粗磨，3020（1） 根据表 33-42 和表 33-43 查的取工件速度 30min/16mVw， 。rmmfa/6 . 0stmmap/0127. 0（2） 根据表 33-42 和表 33-43 查的取工件速度 20min/15mVw， 。rmmfa/6 . 0stmmap/01

55、27. 010精磨，3020（1） 根据表 33-42 和表 33-43 查的取工件速度 30min/25mVw， 。rmmfa/20stmmap/0044. 0（2） 根据表 33-42 和表 33-43 查的取工件速度 20min/20mVw， 。rmmfa/20stmmap/0045. 0根据表 33-48 取砂轮速度为 20m/s。5 压力头的设计5.1 压力头的结构设计有题目要求可知，压力头用来实现对工件的预夹紧，及最终夹紧。根据工件的形状将压头设计成圆柱形，再根据手臂的长度、安装在轴上的各零部件，为了避免它们之间发生相互干涉，初步确定其长度为 94mm,考虑到压力头与工件接触的完全

56、性及可靠性，将压头的工作面设计成圆环形，这样也可以减少压力头工作面的加工量，减少材料及切削工具的消耗量，从而降低了成本提高了经济效益和生产率。 为了实现对工件的预夹紧，需要在压力头上设计上四个弹性销，在最终夹紧之前有弹性销来实现预夹紧，根据零件外形及尺寸，将弹性销形状及尺寸设计如下：图 5.1 弹性销形状及尺寸确定弹性销位置时，主要应考虑工件上 5.2 的三个孔和外边缘上的三个异形孔，如果弹性销在压力头上的位置不对，在预夹紧时就会与他们接触或落入三个异形孔之中使预夹紧失败，考虑到上述这种情况，设定弹性销的位置为在 44 的圆上。弹性销安装在压力头下端，我们需要在压力头上钻两个孔，两个孔的尺寸根

57、据弹性销的尺寸而定，直径为。10压力头要安装在摆动缸的输出轴上才能实现它的动作，考虑到压力头在轴上的定位与配合，压力头上还需要有三个孔，的孔是为了和上72504672端盖相配合，的孔是为了和深沟球轴承相配合，的孔是为了和推力球轴承5046相配合，根据所选的轴承型号可知各孔的深度，的孔深为 10mm, 的孔深为725031mm，的孔深为 4mm。46上端盖要固定在压力头上，一般选用螺纹联接的形式，螺纹联接主要有螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧钉螺钉联接等类型。考虑到端盖与压力头的结构特点，这里采用沉头螺钉联接，这种联接的特点是螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中，不应螺母，在结构上比双头螺柱联接简

58、单、紧凑。其用途和双头螺柱联接相似，但如经常拆装时，易使螺纹孔磨损，可能导致被联接件报废，故多用于受力不大，或不需要经常装拆的场合。上端盖的外形尺寸如下图 5.2 所示：图 5.2 上端盖的外形及尺寸在压力头的下端还需要车出螺纹孔与下端盖相配合，尺寸为。44M压力头的外形及尺寸如图 5.3 所示：图 5.3 压力头的外形及尺寸5.2 压力头机械加工工艺规程的制定零件的工艺分析零件的工艺分析1、零件的功用、结构及特点 该零件是通过孔，与摆动缸的输出轴相配合套在轴上，并用双725046螺母、端盖与轴定位。摆动缸装在滑台上，滑台通过支架与液压缸相连，这样通过液压缸的动作使压头来回的运动，从而实现对工

59、件的预夹紧及最终的夹紧。 压头的主要工作表面为环形凸台的端面，主要配合面为孔、，该零件形5046状简单，在工作时承受一定的压力，因此要求有一定的强度，刚度和韧性。2、主要加工表面及要求（1）环形凸台：其端面与工件，表面粗糙度为,形状公差为要求端面与轴线m3 . 6垂直度为。mm1 . 0（2）与轴承配合的孔：、两孔的同轴度为，表面粗糙度为。5046mm05. 0m8 . 0（3）与端盖配合的孔：，与的同轴度为，表面粗糙度为。7250mm05. 0m3 . 6（4）非配合孔：表面粗糙度。m5 .12（5）放置弹性销的孔： 表面粗糙度，螺纹孔的表面粗糙度。m5 .12m3 . 6（6）下端盖的螺纹

60、孔：表面粗糙度。m3 . 6毛毛坯坯的选择的选择1、 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及公差1）因零件材料为 HT150，要求的生产量为 110000 件，属大批生产，压头的轮廓尺寸不大，所以毛佩制造选用金属型浇注成型2）零件毛坯选为非精铸件，铸件尺寸公差等级为 FT9，加工余量等级为 FT9-MA-H/G。2、 确定毛坯的技术要求1）铸件不应有裂纹、砂眼和局部缩松、气孔及夹渣等缺陷，铸件表面应清除毛刺、结瘤等。2）未注圆角为 R3R5mm。3）起模斜度为。基准的选择基准的选择如下表：表 5-1 基准的选择序号加工部位基准选择1孔，上端面725046外圆柱面2车外圆柱面下端面，两弹性销孔88内孔