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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計
工業(yè)交換器設(shè)計
系部名稱： 機電工程學(xué)院
專業(yè)班級：機械設(shè)計制造及其自動化08-2班
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
二○一二年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of Tray Switch and Their Accompanying Jig
Candidate：Zhang Xiyang
Specialty：
?Mechanical Design?Manufacture?and?Automation
Class：08-2
Supervisor： Prof. Li Wei
Heilongjiang Institute of Technology
2012-06·Harbin
摘 要
本設(shè)計的目的是要設(shè)計出經(jīng)常用于加工中心的工業(yè)交換器設(shè)計,簡稱（APC）。該機構(gòu)應(yīng)該實自動交換以及托盤的傳輸，完成待加工工件和已加工工件之間的自動交換。具體方法是參考資料，對國內(nèi)外現(xiàn)狀進行分析研究及對托盤交換器及其隨行夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算，最后利用計算出的結(jié)果繪制出托盤交換機構(gòu)的裝配圖，隨行夾具的零件圖和輸送機構(gòu)的裝配圖及一些重要的零件圖。本設(shè)計最終實現(xiàn)了托板的升起下降和回轉(zhuǎn)進而使托盤帶動的夾具和夾緊的已加工和待加工工件之間的交換，實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)體對托盤的自動拉緊，以及對滑臺在工作臺上的固定。本設(shè)計的說明書，裝配圖，零件圖和液壓圖詳細的說明了本機構(gòu)的工作原理和設(shè)計的全過程。
關(guān)鍵詞：柔性；托盤；夾具；隨行；系統(tǒng)
I
ABSTRACT
The?purpose?of?this?design?is?to?design?a?tray?Automatic?switching?device?,(APC)?which?is?often?used?for?machining?center.?The?agency?should?realize?the?automatic?exchange?and??tray?transmission,?and?complete?the?exchange?between?the?machining?and?already?machining?of?automatic.?The?method?is?refering?material,?analysing?the?domestic?and?international?situation??and?designing?and?calculating??the?tray?switch?and?their?accompanying?fixture?structure?design?.And?finally,?using?the?calculated?results?rendering?the?tray?of?assembly?drawings?exchange?organization,?and?the?accompanying?jig?drawing?and?transportation?agencies?and?some?important?parts?of?the?assembly?drawing.?This?design?has?finally?achieved?the?raising?and?decline?of?the?tray?so?as?to?make?the?tray?of?clamping?fixture?and?drive?the?exchange?between?the?already?processing?and??unprocessing?parts,?and?realize?the?automatic?tray?of?axially?symmetrical?taut?and?the?sliding?sets?on?the?fixed.?This?design?specifications,?drawings,?parts?drawing?and?hydraulic?figure?have?described?the?institutions?of?the?working?principle?and?the?whole?design?of?the?shield?in?detail.
Key words: Flexible; Trays; Fixture; Accompanying; System
Ⅱ
Ⅱ
第1章 緒 論
1.1 概述
1.1.1選題背景
本文主要研究了回轉(zhuǎn)式托盤交換其及其隨行夾具的設(shè)計，此機構(gòu)可以減少加工時間，提高加工效率。尤其對于小工件，不論是金切加工還是電加工，均可多工件一次裝卡加工，節(jié)約大量的換刀時間以及刀具快進快退時間，生產(chǎn)工藝節(jié)拍大大縮短，在滿足生產(chǎn)的基礎(chǔ)之上減少了設(shè)備數(shù)量，對那些前期投入不足或者車間非常狹小的廠家來講，具有明顯的意義?？蓽p少工件裝夾次數(shù)，避免工作多次定位所產(chǎn)生的積累誤差，節(jié)省輔助時間，實現(xiàn)高質(zhì)、高效加工。在科技發(fā)達的今天，選擇此課題，可以節(jié)省加工時間提高效率，為當(dāng)今機械行業(yè)高速發(fā)展做點幫助。
1.1.2托盤交換器現(xiàn)在的研究狀況
由韓國籍李兌浩，金廠鎬，催玄珍發(fā)明設(shè)計的，由李兌浩申請的發(fā)明專利自動托盤交換器在一體地形成有葉片的軸和用于限制葉片的旋轉(zhuǎn)的制動器之間提供和收回液壓油，以便形成有葉片的軸通過液壓油的壓力旋轉(zhuǎn)，該自動托盤交換器還在容納軸和制動器的殼體和軸的上下液壓板之間提供和收回液壓油，以便軸通過液壓油的壓力上下運動，由此托盤與軸的運動有機地聯(lián)系在一起。該自動托盤交換器（APC），包括：可旋轉(zhuǎn)圓柱形中空軸；上液壓板和下液壓板，其分別設(shè)置于軸的上側(cè)和下側(cè)，與軸形成一體；葉片，其設(shè)置于上液壓板和下液壓板之間以包圍軸的外表面的一部分，且與軸形成一體；制動器，設(shè)置于軸的外表面，以限制軸的旋轉(zhuǎn)；殼體，用于容納軸和制動器，還具有液壓提供口；固定臂，連接到殼體以固定制動器；托盤，與軸互鎖以上、下、左、右運動。
由日本人船越晃和藤元明彥發(fā)明設(shè)計的日本山梨申請的發(fā)那科株式會社享有專利的托盤交換器夾緊機構(gòu)中，一種托盤交換器夾緊機構(gòu)將工件安裝托盤夾緊到工作臺和將工件安裝托盤從工作臺松開，該托盤交換器夾緊機構(gòu)包括工件安裝托盤，工件安裝托盤傳送到工作臺和從工作臺移走的方向與其夾緊和松開的移動方向相同。當(dāng)將其夾緊到工作臺或從工作臺移走時，工件安裝托盤在平行于工作臺的平面上移動。
托盤交換器在一些機床中的應(yīng)用：
MC系列鏜銑中心配有三種直徑分別為127mm、152 mm 、178 mm的伸縮式主軸以提高機床加工范圍、多用性及剛性，每一種型號各配置一個內(nèi)置回轉(zhuǎn)工作臺，最小承重達13608kg。托盤尺寸為1219mm×1219 mm到1524 mm×2743 mm。工件自動上（下）料能夠在機床保持連續(xù)切削的狀態(tài)下完成。MC系列鏜銑中心提供不同規(guī)格的回轉(zhuǎn)工作和托盤承載能力；其托盤交換系統(tǒng)對于每一種型號的機床都是標準配置。工件上（下）料在重型雙托盤滑臺上自動運行。
沈陽第一機床廠開發(fā)研的HMC500高速臥式加工中心是集高速、高精及高可靠性等特點于一體，并具有雙托盤交換功能，廣泛適用于汽車、摩托車、儀表、液壓件等行業(yè)，是箱體、殼體、閥體等零部件加工的理想設(shè)備，尤其適合汽車發(fā)動機缸體、缸蓋、變速箱殼體等零件的成套加工生產(chǎn)線。起獨特的托盤交換器結(jié)構(gòu)，不但保證了托盤交換的快速性和準確性，也極大的降低了客戶將來換件維修的費用。
DMC80H機床強力切削及高精度 - 此為新型 DMC H duoBLOCK? 系列的臥式加工范圍。機床的長行程達 800 x 800 x 800 mm 并且具有較小的裝夾尺寸，快移速度可達 60 m/min，獨特刀具設(shè)計的托盤交換器，為該機床特色。使用具有 8,000 rpm 及 1,075 Nm 扭矩的傳動軸扭矩， DMC 80 H duoBLOCK? 符合強力切削所有的要求。DMC80H機床的自動托盤交換器是旋轉(zhuǎn)式托盤交換器標配兩個托盤，旋轉(zhuǎn)式托盤存儲選配額外 4 個托盤。
1.1.3研究前景
如今機械行業(yè)仍舊對人類的生活十分重要，人類離不開機械，生活離不開機械，任何一個行業(yè)都需要機械作為保障?？萍及l(fā)展，要求生產(chǎn)效率提高，同樣的時間要求加工出更多的零件，同樣的零件要求占用的工時盡量縮短，以此才可以適應(yīng)當(dāng)今社會的快速發(fā)展。本設(shè)計研究的課題正是服務(wù)于機械行業(yè)，更是服務(wù)于人類。該機構(gòu)既減少工人的工作量還可以減少工序，讓加工更為簡單，操作更為容易。這種適應(yīng)社會和人類需求的產(chǎn)品一定會有很好的研究前景。
1.1.4研究對象
1、托盤
在柔性物流系統(tǒng)中，工件一般是用夾具定位加緊的，而夾具被安裝在托盤上。為了使工件在整個FMS中有效地完成任務(wù)，系統(tǒng)中所有的機床和托盤必須統(tǒng)一接口。托盤結(jié)構(gòu)形狀一般類似于加工中心的工作臺，通常為正方形結(jié)構(gòu)，它帶有大倒角的棱邊和T型槽，以及用于夾具定位夾緊的凸榫。有的物流系統(tǒng)也使用圓形托盤。
2、托盤交換器
托盤交換器是加工中心中最為常見的換料裝置，他不僅是加工系統(tǒng)與物流系統(tǒng)間的工件傳輸上的那個接口，也起到物流系統(tǒng)工件的作用。托盤交換器在機床單機運行時是加工中心的一個輔助件，但在FMS的整體功能分析上 ，他完成或協(xié)助完成物料（工件）的裝卸與交換，并起緩沖作用，因此，從系統(tǒng)分析出發(fā)，又可以把它劃為物流系統(tǒng)，通常托盤交換器，刀庫及換刀機械手都由加工設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)的可編程序控制器控制，驅(qū)動源有液壓，氣壓，電能。交換托盤應(yīng)允許手動操作以適應(yīng)維修和調(diào)整用。
托盤交換器一般有回轉(zhuǎn)式托盤交換器和往復(fù)式托盤交換器兩種。
（1）回轉(zhuǎn)式托盤交換器
回轉(zhuǎn)式托盤交換器通常與分度工作臺相似，有兩位，四位和多位形式。多位的托盤交換器可以存儲若干工件，所以特稱緩沖工作站和起盤庫。兩位的回轉(zhuǎn)式托盤交換器其上有兩條平行的導(dǎo)軌供托盤移動導(dǎo)向用，托盤的移動和交換器的回轉(zhuǎn)通常由液壓驅(qū)動。這種托盤交換器有兩個工作位置，機床加工完畢后，交換器從機床工作臺移出裝有工件的托盤，然后旋轉(zhuǎn)180度，將裝有未加工的工件的托盤再送到機床的加工位置。如圖1.1是回轉(zhuǎn)式托盤交換器。
1.托盤 2.托盤壓緊裝置 3.用于托盤裝卸的回轉(zhuǎn)工作臺
圖1.1 回轉(zhuǎn)托盤交換器
（2）往復(fù)式托盤交換器
往復(fù)式托盤交換器的基本形式是一種兩托盤的交換裝置。有無托盤的往復(fù)式托盤交換器，他有一個托盤庫和一個托盤交換器組成。當(dāng)機床加工完畢后，工作臺橫向移動到卸料位置，將裝有已經(jīng)加工的托盤一直拖到盤庫的空位上，然后工作臺橫向移動到裝料機構(gòu)位置，托盤交換器再將待加工的工件移到工作臺上。帶有托盤庫的交換裝置允許在機床前形成一個小的工件隊列，起到小型中間儲料庫的作用，以補償隨機或非同步生產(chǎn)的節(jié)拍差異。由于設(shè)置了托盤交換器，使工件的裝卸時間大幅度減縮。如圖1.2是往復(fù)式托盤交換器。
3、隨行夾具
隨行夾具的特點是靈活多變，可大大縮短生產(chǎn)準備周期；元件可重復(fù)使用，制造，
管理方便，長期經(jīng)濟性好；易于實現(xiàn)計算機輔助工藝設(shè)計。目前使用的隨行夾具有兩種基本類型，即槽系組合夾具和孔系組合夾具。槽系組合夾具元件間靠鍵和槽定位，
而孔系組合夾具則靠孔與銷定位。由于孔系組合夾具與槽系組合夾具相比于有精度高，剛性好，易組裝，可便利地提供數(shù)控編程原點，在柔性制造系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
1.加工中心 2.工作臺 3.托盤 4.托盤庫
圖1.2 往復(fù)式托盤交換器
第2章 總體方案的確定
2.1工作臺驅(qū)動機構(gòu)的選擇
一臺精密臥式加工中心的研制，需要為該加工中心選配一臺交換工作臺。目前市場上有多種交換工作臺驅(qū)動機構(gòu)，能否在這類交換臺驅(qū)動機構(gòu)中選擇一種適合機床工作要求的型式，很有實際意義。
1、 利用回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機驅(qū)動交換臺
這種交換臺采用的是利用回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機來驅(qū)動托板交換的方法，與其它驅(qū)動方式相比，省去了一套轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單化，托板的轉(zhuǎn)動由回轉(zhuǎn)工作臺的伺服電機提供動力源，設(shè)備成本低，伺服電機定位精準，交換精度高。根據(jù)圖2.1所示，這種交換臺的滑臺安裝在床身上，通過控制裝置驅(qū)動在床身上滑動，滑臺的側(cè)面固定有伺服電機，上面裝有回轉(zhuǎn)工作臺，回轉(zhuǎn)工作臺上部設(shè)有回轉(zhuǎn)體，伺服電機與回轉(zhuǎn)體之間設(shè)有傳動機構(gòu)。床身上固定有支撐架，支撐架上裝有升降機構(gòu)，采用液壓方式提升。升降機構(gòu)上裝有轉(zhuǎn)動托板，轉(zhuǎn)動托板的兩端分別與回轉(zhuǎn)體、托盤1和固定在支撐架上的托架、托盤5相配。待加工工件固定在托盤1上并置于托架上?；剞D(zhuǎn)體上裝有齒輪6，它與回轉(zhuǎn)體通過螺釘固定聯(lián)結(jié)。在轉(zhuǎn)動托板底面固定有與齒輪3相嚙合的齒輪6，當(dāng)升降機構(gòu)帶動轉(zhuǎn)動托板上升后，兩齒輪相互嚙合，當(dāng)升降機帶動轉(zhuǎn)動托板下降后，兩齒輪縱向錯開，相互離開。工作時被加工的工件固定在托盤5上，托盤5置于回轉(zhuǎn)體上并通過回轉(zhuǎn)工作臺中的鎖緊機構(gòu)鎖定，通過滑臺的移動將托盤5及其上的工件移至加工區(qū)，加工完成后，回轉(zhuǎn)工作臺返回；使回轉(zhuǎn)工作臺進入回轉(zhuǎn)托板一端的下方，再通過升降機構(gòu)使轉(zhuǎn)動托板連同托盤1、5上移，使齒輪3與齒輪6相互嚙合，通過齒輪6的傳動帶動齒輪3、轉(zhuǎn)動托板轉(zhuǎn)動，將托盤5及其上的已加工工件和托盤1及其上的待加工工件交換位置，然后下落，待加工工件與回轉(zhuǎn)體鎖定固定，通過滑臺移至加工區(qū)進行加工，已加工的工件及托盤置于托架上，可取下已加工工件，換為下一個待加工工件，再等待下一次的交換動作。這種裝置雖然結(jié)構(gòu)簡單，但也有其缺點。由于采用大齒輪傳動，制造裝配要求高，并且大齒輪暴露在工作臺面下，鐵屑容易擠入齒面嚙合區(qū)，造成齒輪磨損。目前這種回轉(zhuǎn)臺實際應(yīng)用不多，但如果能解決好齒輪防護問題，仍不失為一種可供選擇的方案。
1、5.托盤 2.升降機構(gòu) 3、6.齒輪 4.轉(zhuǎn)動托板 7.回轉(zhuǎn)體 8.滑臺 9.伺服電機 10.床身 11.支撐架 12.托架
圖2.1 回轉(zhuǎn)式托盤交換機構(gòu)
2、利用液壓驅(qū)動交換臺
利用液壓來驅(qū)動托板的交換臺與其它交換臺相比，液壓裝置通過設(shè)置溢流閥等易于實現(xiàn)過載保護，同時液壓件能自行潤滑，使用壽命長，并且液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。這種交換臺與上述利用回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機來驅(qū)動的交換臺實施方式基本相同。根據(jù)圖2.1所示，交換臺回轉(zhuǎn)時，提升活塞在液壓力作用下上升，抬起轉(zhuǎn)動托板，隨之也將兩托盤抬起。這時，回轉(zhuǎn)油缸筒一端進油，推動活塞即齒條移動，齒條隨即驅(qū)動與其相嚙合的齒輪盤轉(zhuǎn)動，齒輪盤與中心軸連接在一起，這樣也就帶動交換臺實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。交換臺回轉(zhuǎn)到位后，將兩托盤及其工件交換位置后落下，然后與圖l所示一樣，待加工工件與回轉(zhuǎn)體鎖定固定，通過滑
臺移至加工區(qū)進行加工，已加工的工件及托盤置于托架上，可取下已加工工件后再換為下一個待加工工件，等待下一次的交換動作。圖2.2中A—A旋轉(zhuǎn)視圖為交換臺的液壓驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)。當(dāng)交換臺需要回轉(zhuǎn)時，液壓油通過油缸油管接頭開始進油。液壓油作用于齒條端部的水平活塞上，使齒條在足夠的推力下移動，從而推動工作臺回轉(zhuǎn)。齒條的行程是由工作臺回轉(zhuǎn)的角度決定的，由于該交換臺只有2個工位，每次交換都是旋轉(zhuǎn)180度，這就要求齒條的行程簡單但必須十分準確。為此采用了死擋鐵，死擋鐵采用螺栓形式，旋轉(zhuǎn)死擋鐵可以調(diào)節(jié)其在油缸筒內(nèi)的伸出長度，使齒條的行程準確達到工作臺回轉(zhuǎn)所需的行程要求。當(dāng)齒條端面碰到死擋鐵時，工作臺停止回轉(zhuǎn)。工作臺在回轉(zhuǎn)與停止時，工作臺及其上面安裝的工件回轉(zhuǎn)慣量及加、減速度要求具有很大的回轉(zhuǎn)力，回轉(zhuǎn)力是由齒輪盤傳給齒條的，在齒輪盤把動力傳給齒條時，齒條與齒輪之間將產(chǎn)生相當(dāng)大的推力，而齒條上的推力會使油缸筒產(chǎn)生彎曲變形，為了預(yù)防此情況產(chǎn)生，采用4根與油缸筒平行的加固鐵棒，成90度。均布在油缸筒四周，以便增強油缸筒的剛度．防止其彎曲變形。此外，還可通過調(diào)節(jié)活塞接近運動終點時的供油壓力和流量的方法來實現(xiàn)緩沖，活塞運動開始供給全油量，而到活塞運動接近終點時逐漸減少供油流量。這樣活塞在大部分的行程中高速運動．而當(dāng)接近運動終點時速度下降為較小的恒定速度，這樣既保障了控制過程的迅速和敏捷，也減輕了活塞高速運動對缸體的沖擊。液壓傳動是一種應(yīng)用廣泛的方法，以液壓油為工作介質(zhì)，傳動機構(gòu)眾多，可實行遠距離傳動，但需要配套液壓站，一些相對運動表面間易產(chǎn)生漏油?，F(xiàn)在，有些加工中心利用伺服電機來驅(qū)動交換臺，避免了液壓漏油。
A – A回轉(zhuǎn)
1.轉(zhuǎn)動托板 2.密封圈 3.提升缸 4.中心軸 5.提升活塞 6.齒條 7.齒輪盤 8.信號圈 9.死擋鐵 10.油缸筒 11.水平活塞 12.緊固螺栓 13.油管接頭 14.加固鐵棒
圖2.2 液壓驅(qū)動臺的回轉(zhuǎn)機構(gòu)
3、利用伺服電機驅(qū)動交換臺
這種交換臺同其它交換臺的工作方式基本相同，具有占地面積小、交換速度快、精度較高等特點，是今后此類產(chǎn)品發(fā)展的趨勢。根據(jù)圖2.3所示，交換臺通過齒輪箱變速來達到交換臺工作的目的。交換臺回轉(zhuǎn)時，提升活塞在液壓力作用下上升，抬起轉(zhuǎn)動托板，隨之也將兩托盤抬起，這時，伺服電機根據(jù)指令回轉(zhuǎn)，帶動齒輪軸旋轉(zhuǎn)。齒輪軸又帶動齒輪盤，齒輪盤與中心軸連接在一起，也就帶動交換臺實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。齒輪盤和提升活塞采用銷連接，在交換臺轉(zhuǎn)動時，只需提升活塞，而齒輪盤的上下自由度被限制，只能同提升活塞一起繞中心軸旋轉(zhuǎn)，這樣就提高了傳動精度。工作臺回轉(zhuǎn)到位后，將兩托盤及其工件交換位置后落下，然后同圖l所示一樣，待加工工件與回轉(zhuǎn)體鎖定固定，通過滑臺移至加工區(qū)進行加工，已加工的工件及托盤置于托架上，可取下已加工工件再換為下一個待加工工件，等待下一次的交換動作。這種交換臺由于其優(yōu)越的性能，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于加工中心，但其價格比上述2種驅(qū)動機構(gòu)要高。
1.轉(zhuǎn)動托板 2.密封圈 3.提升缸 4.中心軸 5.提升活塞 6.信號圈 7.伺服電機 8.齒輪軸 9.齒輪盤
圖2.3 伺服電機式回轉(zhuǎn)機構(gòu)
綜上所訴選擇方案1。
2.2 本章小結(jié)
本章主要介紹了總體方案的選擇，對整體設(shè)計定個方向，為以后的設(shè)計做好鋪墊，總體方案一定，設(shè)計內(nèi)容就要圍繞此方案來進行設(shè)計?？傮w方案對于一個設(shè)計來說非常重要，方案確定了設(shè)計的方向，如何去設(shè)計，所以在進行設(shè)計之前應(yīng)該首先確定總體方案，并且應(yīng)該列出多種方案，通過對比論證選擇最合適的方案。本設(shè)計通過對比三個方案，方案一最適合本設(shè)計，接下來的設(shè)計內(nèi)容，計算過程都是圍繞方案一來進行的。
第3章 機床和加工零件的選擇確定
3.1機床的選擇
選擇機床為臥式升降臺式銑床：x6042A，工作面積。主軸轉(zhuǎn)速18-1400，級數(shù)20，主電動機11kw電動機總功率14.5kw。如圖3.1所示為x6042A機床。
3.2加工零件確定
工件是長：L=300mm,寬：B=80mm，高：h=80mm。材料35號鋼。。
3.3刀具選擇
銑削深度取，t=5mm,銑削寬度為，B=45mm，銑刀直徑，D=80mm。刀具為圓柱銑刀，銑削方法為順銑。
銑削力：
其中：
（3.1）
（3.2）
（3.3）
（3.4）
根據(jù)參考文獻[6]取.
（3.5）
根據(jù)參考文獻[5]取，
（3.6）
（3.7）
（3.8）
由參考文獻[6]得，
（3.9）
（3.10）
（3.11）
3.4本章小結(jié)
本章主要介紹了本設(shè)計的兩大主要內(nèi)容，機床和零件。機床和零件的確定是本設(shè)計的關(guān)鍵，只有確定了機床才可以確定工作臺的尺寸，加工功率，切削力，T型槽的寬度，個數(shù)，間距等問題；確定了零件的尺寸，材料，形狀才可以確定加工方式，夾具類型，夾緊方法，夾具的大小等一系列問題。本設(shè)計選擇了x6042A機床和長：L=300mm,寬：B=80mm，高：h=80mm，材料為35號鋼的工件。
第4章 托盤隨行夾具的選擇確定
4.1夾具的選擇
采用機用老虎鉗
1、平口鉗的用途
平口鉗又名機用虎鉗，是一種通用夾具，常用于安裝小型工件。它是銑床、鉆床的隨機附件。將其固定在機床工作臺上，用來夾持工件進行切削加工。
2、平口鉗的工作原理
用扳手轉(zhuǎn)動絲杠，通過絲杠螺母帶動活動鉗身移動，形成對工件的加緊與松開。被夾工件的尺寸不得超過70毫米。
3、平口鉗的構(gòu)造
平口鉗的裝配結(jié)構(gòu)是可拆卸的螺紋連接和銷連接；活動鉗身的直線運動是由螺旋運動轉(zhuǎn)變的；工作表面是螺旋副、導(dǎo)軌副及間隙配合的軸和孔的摩擦面。由圖4.1可見，平口鉗組成簡練，結(jié)構(gòu)緊湊。
圖4.1 機用虎鉗
4、注意事項
（1）、工件的被加工面必須高出鉗口，否則就要用平行墊鐵墊高工件。
（2）、為了能裝夾得牢固，防止刨削時工件松動，必須把比較干整的平面貼緊在墊鐵和鉗口上。要使工件貼緊在墊鐵上，應(yīng)該一面夾緊，一面用手錘輕擊工件的子面，光潔的平面要用銅棒進行敲擊以防止敲傷光潔表面。
5、特點
（1）為了不使鉗口損壞和保持已加工表面，夾緊工件時在鉗口處墊上銅片。用手挪動墊鐵以檢查夾緊程度，如有松動，說明工件與墊鐵之間貼合不好，應(yīng)該松開平口鉗重新夾緊。
（2）剛性不足的：工件需要支實，以免夾緊力使工件變形。
4.2夾具的受力分析
4.2.1夾具靠摩擦力固定工件
（4.1）
（4.2）
（4.3）
（4.4）
（4.5）
（4.6）
（4.7）
（4.8）
4.2.2銑削虎鉗與托盤之間連接螺栓受力分析
根據(jù)參考文[5]表2-10，，，，。
如圖4.2所示，該圖表示虎鉗與托盤之間靠螺栓連接，螺栓1和2收傾覆力矩作用，1端放松，2端拉伸。對螺栓進行受力分析。
(4.1)
(4.2)
(4.3)
(4.3)
,,
(4.4)
(4.5)
,
(4.6)
,.
合格
圖4.2 受力分析圖
4.2.3托盤T型槽
根據(jù)參考文獻[5]表2-9得
圖4.3 T型槽尺寸示意圖
A取18，B取30，C取12，H取30
根據(jù)參考文獻[7]
圖4.4 T型槽用螺栓示意圖
圖4.5 T型槽用螺栓示意圖
查表得
K=10,s=24,e=26.75,l=30-150,l取50
4.3本章小結(jié)
確定好加工工件以后，就要確定用什么夾具來夾緊工件，機用虎鉗是日常生活中最常見的夾具，為了減少成本我不去重新設(shè)計新型的夾具而采用機用老虎鉗來夾緊工件。托盤有T型槽，用來固定機用虎鉗。
第5章 控制系統(tǒng)的設(shè)計
5.1液壓缸型號的選擇
如圖5.1所示，選擇單活塞液壓缸。
圖5.1 單活塞液壓缸
估取
載荷
5.2主要參數(shù)計算
欲取將鋼的無桿腔作為主工工作腔，無桿腔與有桿腔的有效面積即活塞桿直徑d和液壓缸內(nèi)徑D間滿足d=0.71D.
取背壓
取液壓缸機械效率可得液壓缸無桿腔的有效面積
（5.1）
得液壓缸內(nèi)徑
（5.2）
按GB/2348-1893(表7-4)，將液壓缸內(nèi)徑圓整為
因故活塞桿直徑為
（5.3）
圓整為:
則液壓缸實際有效面積為：
（5.4）
（5.5）
（5.6）
由于升起速度很低，故：
（5.7）
對鋼的結(jié)構(gòu)尺寸進行檢驗取調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量：
和活塞最小進給速度：
代入
（5.8）
可滿足要求。
液壓缸的實際工作壓力
（5.9）
單個液壓缸需求的最大流量
要求活塞升起速度
（5.10）
5.3活塞桿的校核
（5.11）
45號鋼：
合格
5.4電動機型號確定
設(shè)計電動機轉(zhuǎn)動一秒鐘則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一圈，選用轉(zhuǎn)速為720r/min的電動機，選取電動機型號為Y160L-8.
5.5鍵的選擇與校核
5.5.1鍵的選擇
電動機與小錐齒輪之間靠鍵來周向固定，需要對鍵進行選擇，發(fā)動機的伸出軸的直徑d=42mm.查表，電動機伸出軸110mm，鍵長取80mm。
對鍵進行強度校核
5.5.2鍵強度校核
鍵的校核公式：
（5.12）
5.6本章小結(jié)
升起機構(gòu)用液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)升降，要求運動精度比較高，能夠確保齒輪嚙合完全。并且液壓系統(tǒng)能夠完成計算內(nèi)的升降范圍就可以，升起后停止的時間非常短，只需要托板轉(zhuǎn)動180度既可以。本設(shè)計在回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)部位需要電動機來提供動力來實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，病帶動托盤轉(zhuǎn)動，要求電動機轉(zhuǎn)動一秒鐘則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一圈，于是在設(shè)計齒輪時使大錐齒輪與小錐齒輪之間的傳動比為4，小直齒輪與大直齒輪之間的傳動比為3.這樣完成2級傳動，傳動比為12，所以選擇電動機的轉(zhuǎn)速720r/min。這里電動機伸出軸與小錐齒輪之間靠鍵來周向固定。
第6章 托盤交換器工作部分設(shè)計
6.1錐齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
6.1.1模數(shù)的選擇
齒輪的模數(shù)是根據(jù)傳動功率、扭矩等選擇的?？梢杂妙惐确ǎ▍⒄疹愃频脑O(shè)備、機械裝置，傳動功率、轉(zhuǎn)速相近，使用條件相近，有可比性）初選齒輪模數(shù)，進行齒輪、軸，等零件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括選擇軸承、齒輪精度等。邊進行結(jié)構(gòu)（尺寸）設(shè)計邊校核齒輪、軸、軸承的強度等。如果，“所有的”強度滿足使用條件，則繼續(xù)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計；如果，有“一個”不滿足的，需要修改設(shè)計方案或者重新選擇高強度材料，重新校核強度，直到滿足為止，繼續(xù)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計。
我國規(guī)定的標準模數(shù)系列表:
表6.1 標準模數(shù)
第一系列
0.1
0.12
0.15
0.2
0.25
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
1
0.25
1.5
2
2.5
3
4
5
6
8
10
12
16
20
25
32
40
第二系列
0.35
0.7
0.9
1.75
2.25
2.75
（3.25）
3.5
（3.75）
4.5
5.5
7
8
14
18
22
36
45
注:選用模數(shù)時,應(yīng)優(yōu)先采用第一系列,其次是第二系列,括號內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。
所以估取,
則
6.1.2錐齒輪參數(shù)計算
錐距：
（6.1）
齒寬：
（6.2）
分度圓：
（6.3）
（6.4）
齒頂高：
（6.5）
齒根高：
（6.6）
頂隙：
（6.7）
分度圓直徑：
（6.8）
齒頂圓直徑：
（6.9）
（6.10）
齒根圓直徑：
（6.11）
（6.12）
齒頂角
（6.13）
齒根圓
（6.14）
（6.15）
（6.16）
（6.17）
（6.18）
（6.19）
（6.20）
（6.21）
（6.22）
6.1.3錐齒輪齒根彎曲疲勞強度計算
一般的直齒錐齒輪制造精度低，因而可以認為在嚙合過程中載荷僅有一對相嚙合的齒來承擔(dān)，故可以不考慮齒間載荷分配問題，也可以忽略重合度的影響，即在計算中略去系數(shù)。這樣，載荷系數(shù)
（6.23）
式中的查表，
（6.24）
（6.25）
扭矩
（6.26）
查表得
（6.27）
小錐齒輪材料選取40Gr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大錐齒輪材料為45號鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。
取
齒根彎曲疲勞強度計算公式為：
（6.28）
（6.29）
（6.30）
,小錐齒輪數(shù)值大。
(6.31)
(6.32)
則：
(6.33)
滿足要求。
6.2圓柱齒輪的設(shè)計
6.2.1直齒圓柱齒輪的設(shè)計計算-
傳動比：
(6.34)
模數(shù)取m=10
查表，齒寬系數(shù)
(6.35)
(6.36)
(6.37)
(6.38)
(6.39)
(6.40)
(6.41)
滿足要求
6.2.2直齒圓柱齒輪參數(shù)計算
齒根系數(shù)，
齒高系數(shù)，
分度圓直徑
（6.42）
（6.43）
齒根高
（6.44）
齒根高
（6.45）
齒頂高
（6.46）
（6.47）
齒根高
（6.48）
（6.49）
基圓
（6.50）
（6.51）
齒距
（6.52）
齒厚
（6.53）
齒槽寬
（6.54）
中心距
頂隙
（6.55）
基圓齒距
（6.56）
齒厚
（6.57）
結(jié)構(gòu)尺寸
6.3 托盤定位拉緊一體化技術(shù)
6.3.1定位拉緊機構(gòu)的設(shè)計
雙交換工作臺拉緊、定位一體化機構(gòu)雙交換工作臺拉緊、定位一體化機構(gòu)結(jié)構(gòu)采用四點定位、四點拉緊，拉緊和定位各自復(fù)合在一起。在實際應(yīng)用中，需要4組該機構(gòu)，并根據(jù)一面兩銷定位的原理，用不同的銷套與銷體的組合，鋼球參與夾緊。雙交換工作臺拉緊、定位一體化機構(gòu)工作臺交換
過程如下：
如圖6.1所示，工作臺準備抬起或準備落下時，氣壓供給，各噴氣口噴氣清潔及防止異物侵入，此時油壓處于供給狀態(tài)。工作臺在落下(或抬起)過程中，油壓、氣壓保持供給；當(dāng)工作臺與活塞桿在A處接觸時，工作臺位移停止；在這一過程中，銷套與銷體的定位錐面及定位平面留有適當(dāng)?shù)拈g隙，這樣即使在工作臺交換頻繁的情況下，也不會造成傷痕或因切屑而擠死工作臺，長久地保持精度。工作臺夾緊時，釋放油壓，活塞桿在彈簧力的作用下下移，通過鋼球的介入，使銷套與銷體定位面充分接觸，定位、夾緊工作臺。該機構(gòu)的特點：結(jié)構(gòu)緊湊，并且通過彈簧力的機械式夾緊，加工過程中，無需擔(dān)心油溫變化或漏油，長時間夾緊狀態(tài)下也能保持精度，可靠性好，重復(fù)定位精度高。
圖6.1 拉緊機構(gòu)
6.3.2夾緊機構(gòu)強度校核
對軸1進行彎曲強度校核
（6.58）
（6.59）
（6.60）
(6.61)
滿足條件。
6.4 托盤輸送與夾緊
托盤輸送的方法有很多種，可以用皮帶式輸送，鏈條式輸送，輥輪式輸送和T型槽滑動式輸送等等。提供動力的方法也有很多種類，有液壓推動的，氣壓推動的，當(dāng)然還有最簡單也最有效的提供動力的方法，手動，手是最好的機械，用手提供動力和方法是最簡單最有效的手段。加緊方法也有很多種，比如用偏心輪定位夾緊，等等快速夾緊方法。
6.4.1 T型槽尺寸和螺栓的選擇
滑臺與托盤通過自動拉緊定位機構(gòu)連接固定，托盤帶著工件沿著工作臺通過用手動推到加工部位，并用專用夾具夾緊，然后進行加工。工作臺上有T 型槽，滑臺在工作臺上滑動。加工部位有夾具固定在指定位置作為定位和夾緊作用，滑臺抵到固定的夾具則停止前進，跟隨滑臺的夾具將滑臺固定在工作臺上。前后兩個夾具是同樣的夾具，通過特制螺母與夾具軸將夾具固定在T型槽上，這樣被加工工件就可以穩(wěn)定的進行被加工。T型槽的尺寸是有標準的，表6.2就是T型槽的標準數(shù)據(jù)，表6.3列出了臥式升降臺銑床X6042A的T型槽尺寸。
由表6.3得知T型槽的槽寬×數(shù)量×間距是18×3×90 mm， T 型槽的槽寬是18mm，所以選擇直徑比槽寬小的螺栓，選擇螺栓M16,S=28,K=10。根據(jù)圖6.2和圖6.3畫出結(jié)構(gòu)圖。
表6.2 T型槽規(guī)格表格
T形槽
螺栓頭部
A
B
C
H
E
F
G
d
S
K
基本
尺寸
最小
尺寸
最大
尺寸
最小
尺寸
最大
尺寸
最小
尺寸
最大
尺寸
最大
尺寸
最大
尺寸
最大
尺寸
公稱
尺寸
最大
尺寸
最大
尺寸
5
10
11
3.5
4.5
8
10
1
0.6
1
M4
9
3
6
11
12.5
5
6
11
13
M5
10
4
8
14.5
16
7
8
15
18
M6
13
6
10
16
18
7
8
17
21
M8
15
6
12
19
21
8
9
20
25
M10
18
7
14
23
25
9
11
23
28
1.6
1.6
M12
22
8
18
30
32
12
14
30
36
1
M16
28
10
22
37
40
16
18
38
45
2.5
M20
34
14
28
46
50
20
22
48
56
M24
43
18
36
56
60
25
28
61
71
2.5
M30
53
23
42
68
72
32
36
74
85
1.6
4
M36
64
28
48
80
85
36
40
84
95
2
6
M42
75
32
54
90
95
40
44
94
106
M48
85
36
圖6.2 T型槽
圖6.3 T型槽用螺栓
根據(jù)表6.2和圖6.2,6.3所示選擇，
表6.3 臥式升降臺銑床X6042A
項目
X6042A
工作臺臺面尺寸（寬X長）
425 X 2000 mm
T型槽（槽寬×數(shù)量×間距）
18×3×90 mm
工作臺最大承重
800 kg
6.4.2夾具的設(shè)計
機床夾具可以縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率可靠穩(wěn)定定位，提高了加工精度的穩(wěn)定性，便于實現(xiàn)工藝過程自動化擴大機床使用范圍，降低對工人技術(shù)等級要求和減輕工人勞動強度。本設(shè)計設(shè)計的夾具和定位元件及定位裝置如圖6.4所示1為特制螺栓，他的俯視圖為B-B圖所示，它可以在T型槽內(nèi)滑動，還可以通過螺栓4來擰緊將夾具夾緊來固定滑臺。2和3可以繞著銷轉(zhuǎn)動以便可以與工作臺和滑臺表面接觸良好。該結(jié)構(gòu)可以延長升高，適應(yīng)不同高度的被夾物體。該結(jié)構(gòu)原理簡單利用物理學(xué)的杠桿原理來設(shè)計1為中心2和3為兩個支點只要中心軸用力2壓在工作臺上，由于杠桿定理3則受力壓緊滑臺。結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡便。 被夾緊工件裝卸快捷，操作方便。 所有零件經(jīng)電鍍防銹處理，表面光潔美觀。 對重負荷的夾具，其關(guān)鍵零件經(jīng)熱處理工藝，使之具有較高的強度和耐磨性。
圖6.4 夾具
6.5 回轉(zhuǎn)體
6.5.1滑動軸承的選擇
回轉(zhuǎn)體通過軸承與軸之間的過盈配合來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，圖2.1中的2（升起機構(gòu)）和7（回轉(zhuǎn)體部分）的內(nèi)部支撐軸如圖6.5所示
圖6.5 固定軸
根據(jù)圖6.6軸的尺寸來選擇軸承。
表6.4 軸承型號表1
軸承型號
外形尺寸
d
D
T
C
A
29412
60
130
42
89
123
15
20
38
1.5
29413
65
140
45
96
133
16
21
42
2
29414
70
150
48
103
142
17
23
44
2
29415
75
160
51
109
152
18
24
47
2
29416
80
170
54
117
162
19
26
50
2.1
29417
85
180
58
125
170
21
28
54
2.1
29418
90
190
60
132
180
22
29
56
2.1
表6.5 軸承型號表2
軸承型號
外形尺寸
d
D
T
C
A
29317
85
150
39
114
143.5
13
19
50
1.5
29318
90
155
39
117
148.5
13
19
52
2
29320
100
170
42
129
163
14
20.8
58
2
29322
110
190
48
143
182
16
23
64
2
29324
120
210
54
159
200
18
26
70
2.1
29326
130
225
58
171
215
19
28
76
2.1
29328
140
240
60
183
230
20
29
82
2.1
根據(jù)上表，選擇軸承
根據(jù)圖6.6和表6.4,6.5確定軸承，滾動軸承型號為29412和29320. 此軸承特點如下(與SUJ2的對比)大溫度范圍的長壽命軸承，在室溫下是普通材料壽命的3.5倍，在高下（250℃）下是普通材料壽命的30倍，防止表面損傷，7倍的防剝落能力，1.4倍的防擦傷能力，2.5倍的防磨損能力，高溫條件下的尺寸穩(wěn)定性，在250℃時幾乎無尺寸的變化，加強破裂疲乏的強度，在高溫及緊配合的情況下，增加2倍的防破裂疲乏壽命。增加2倍的防破裂疲乏強度，簡化零件儲存管理程序，由室溫至250℃都可使用單一標準軸承型號，自動調(diào)心滾子軸承將逐漸轉(zhuǎn)成LH系列。
圖6.6 滾動軸承
6.6本章小結(jié)
齒輪的設(shè)計和參數(shù)的計算是本設(shè)計的重點部分。由于受重力作用，本設(shè)計采用可以承受軸向力的圓柱滾子軸承。通過軸的尺寸確定軸承的各個尺寸。T型槽的規(guī)格已經(jīng)標準化，經(jīng)過查表就可以確定T型槽的大小個數(shù)和間距。夾具也都是經(jīng)典夾具，也是常見的夾具類型，屬于經(jīng)驗類的東西。
結(jié) 論
本設(shè)計內(nèi)容是一個托盤上面裝個夾具，夾具夾緊工件，做到的是將托盤和夾具工件，通過交換機構(gòu)，送到機床加工部位完成加工，并將已加工工件返回，再將待加工工件輸送到加工部位，這樣可以省去很多勞動，并且可以達到更高的加工精度和加工效率。此結(jié)構(gòu)應(yīng)具有操作簡單，定位準確，工作可靠等特點。由于這個機構(gòu)是第一次接觸，在此之前對它沒有任何了解，網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)信息有少之又少。起初真的是摸不到頭腦，后來經(jīng)過的知道老師李偉教授的悉心指導(dǎo)，對此機構(gòu)有了初步認識，大概了解了它的工作過程及一些原理。之后通過上網(wǎng)和到學(xué)校圖書館搜索相關(guān)信息再加上與老師的探討，知道了這個設(shè)計的主旨。通過多種方案的比較選擇了此方案，接下來對整體結(jié)構(gòu)進行布局，對每個工作單位進行研究設(shè)計，計算。最后將這些表現(xiàn)于圖紙。此次畢業(yè)設(shè)計的主要成果為說明書一份，裝配圖兩張，零件圖若干，以及在此過程中對已學(xué)知識的歸納和新知識的學(xué)習(xí)，個人對機械專業(yè)的了解顯著提高。以往的托盤隨行機構(gòu)都是講托盤與工作臺對齊使夾具帶著工件沿著T型槽輸送到加工部位，而本設(shè)計采用的是托盤通過滑臺被輸送到加工部位，滑臺通過夾具被固定到工作臺上，工件去回都是通過滑臺來完成動作的。
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[21]高澤遠，王 金主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計[M].沈陽：東北工學(xué)院出版社.1987.
[22]喻子建，張磊，邵偉平，喻子建主編.機械設(shè)計習(xí)題與解題分析[M].沈陽：東北大學(xué)出版社.2000.
[23]張 玉，劉 平主編.幾何量公差與測量技術(shù)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社.1999.
[24]柔性制造系統(tǒng).http://wenku.baidu.com/view/395aadaedd3383c4bb4cd23c.html
[25]柔性制造系統(tǒng)的加工組成和結(jié)構(gòu).http://www.hqew.com/tech/news/229446.html
致 謝
通過這次設(shè)計知道自己還有很多提升空間。本次設(shè)計能夠成功完成最感謝我的指導(dǎo)老師李偉教授，感謝他對我的耐心指導(dǎo)。除此之外好要感謝答辯第二小組的全體老師們能夠幫助我答辯為我找出我的設(shè)計的不足和對我一些設(shè)計內(nèi)容的肯定。感謝曾經(jīng)我的專業(yè)課老師們，感謝他們可愛可敬的將知識傳授于我，沒有他們的認真教誨就沒有我的對本專業(yè)的這些認識。感謝我的同學(xué)們，感謝他們在我使用軟件和繪圖技巧上的熱心幫助，感謝他們的鼓勵。感謝大家，畢業(yè)設(shè)計做完，也就是我們分別的時候，感謝你們這四年對我的幫助。
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