罩盖钻孔专用机械手的设计与制造.doc

王珍：罩盖钻孔专用机械手的设计与制造

目 录

摘要 I
ABSTRACT II矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
1 绪论 1聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
1.1 工业机械手系统概论 1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
1.1.1 工业机械手的发展状况 1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
1.1.2 工业机械手的应用与发展趋势 1彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
1.2 课题任务 2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
1.2.1 选题的背景与研究意义 2厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
1.2.2 课题需要完成的任务 3茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
2 工业机械手系统总体方案设计 5鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
3 卸料机械手手指设计 8籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
3.1 手指夹紧缸活塞杆顶块设计 8預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
4 传动轴的设计 9渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
4.1 轴的概述 9铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
4.1.1 轴的用途及分类 9擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
4.1.2 轴设计的主要内容 9贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
4.1.3 轴的材料 9坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
4.2 传动轴的结构设计 10蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
4.2.1 拟定轴上零件的装配方案 10買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
4.2.2 轴上零件的定位 11綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
4.2.3 各轴段直径和长度的确定 11驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
4.3 传动轴机械加工工艺规程的制定 12猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
4.3.1 零件的工艺分析 12锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
4.3.2 毛坯的选择 13構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
4.3.3 基准的选择 13輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
4.3.4 拟定机械加工工艺路线 13尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
4.3.5 确定机械加工余量、工序尺寸及公差 14识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。
4.3.6 选择机床设备及工艺装备 15凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
4.3.7 确定切削用量 16恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
5 压力头的设计 20鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
5.1 压力头的结构设计 20硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
5.2 压力头机械加工工艺规程的制定 21阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
5.2.1 零件的工艺分析 21氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
5.2.2 毛坯的选择 22釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
5.2.3 基准的选择 22怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
5.2.4 定机械加工工艺路线 22谚辞調担鈧谄动禪泻類。
5.2.5 确定机械加工余量、工序尺寸 24嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
5.2.6 确定切削用量 25熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
6 导轨的设计 29鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
7 滑台的设计 31纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
8 支架设计 33颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
9 卸料机构液压系统的设计与计算 35濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
10 送料机械手的设计 38銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
11 结论 40挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
参考文献 41赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
致 谢 42塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。

第43页
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，这使得供裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
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。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
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。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
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：机械手，液压系统

Abstract
Along with the saltant development of industrial production in our country, and the rapid enhancement of automaticity, achieve work pieces loading and unloading, or the automation of manipulating welding torch, spray gun and trigger tool to work and assemble, has increasingly brought to people's 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 material to obtain widely application in the automaton and transfermatic.骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
The topics 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 text is compose of five parts.瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
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. 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
First part of this topic is the overall concept of designing this manipulator，and mades a detailed introduction for the overall project of the design.栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
Second part of manipulator finger design.
Third part of this topic is the shafts design. The shaft is used to transmit the movement, which causes the components installing on the shaft to realize the anticipated movement.辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
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.峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
Other parts briefly introduced the slipway, the support, the guide rail and the design of the hydraulic system 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。

Key word：Manipulator, hydraulic system

1 绪论
1.1 工业机械手系统概论
1.1.1 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。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
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。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
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。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
1.1.2 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：稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
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。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
2、提高工业机械手的工作性能
机械手工作性能的优劣，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。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。
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。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。
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。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。
1.2 课题任务
1.2.1 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。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。
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。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。
1.2.2 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孔的其中任意一个。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。
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。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。
零件加工示意图：

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。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。
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
3、 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 。
6、 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5N風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。
2、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。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。
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。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。
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。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。
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。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。
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、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, 另一夹持机夹覡闾辁駁档驀迁锬減。
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。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。
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。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。
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。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。

机械手系统总体方案设计如下图2.3所示：

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。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。
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。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。
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。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。
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。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。
2.该结构的联接：
（1）手臂间的联接：选用的螺栓联接
（2）与活塞杆的联接：选用的球头螺钉联接
4 传动轴的设计
4.1 轴的概述
4.1.1 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。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。
按照承受载荷的不同，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。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。
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。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。
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，则将轴制成空心的。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。
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。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。
4.1.2 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。鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。
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。穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。
4.1.3 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。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。
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。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。
高强度铸铁和球墨铸铁容易做成复杂的形状，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。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。
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。惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。
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。下面进行轴的结构设计。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。
4.2.1 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。嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。
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。薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。
常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并有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。齡践砚语蜗铸转絹攤濼。
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。绅薮疮颧訝标販繯轅赛。
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。饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。
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。烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。
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。鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。
4.2.2 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。撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。
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=（0.07～0.1）d=200.1=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。踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。
套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽，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。婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。
4.2.3 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。譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。
因为摆动缸为标准件，根据对扭矩的计算，求得他的输出轴直径为，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。俦聹执償閏号燴鈿膽賾。
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，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位所需要的套用的尺寸，最终确定
轴段的长度为39mm。有设计可知，轴端还需要安装两个圆螺母，根据表1.6-37，选圆螺母，一个是,m=7，另一个,m=8。最终确定此处轴端上应车螺纹为，轴段长度为22mm。缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。
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：

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
4.3.1 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。骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。
传动轴的主要配合面有，，，等处的轴段，此传动轴属于阶梯轴，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。癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。
2、主要加工表面及要求
（1）主要的配合轴段：H7，表面粗糙度1.6，20js6,表面粗糙度1.6，20H7表面粗糙度1.6。鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。
（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。榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。
（3）轴端车螺纹，表面粗糙度6.3。
4.3.2 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。
4.3.3 基准的选择
4.3.4 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，、、的孔在车床上钻，螺纹采用车。逊输吴贝义鲽國鳩犹騸。
2、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333mm34mm
20
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，M16
40
钻
在车床上钻10，15，35
50
热处理
调质处理 28~32HRC
60
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M161.5螺纹，切槽31.5
80
半精车
以两中心孔定位夹紧工件，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30，20
100
钳
修毛
110
检验
检查各部分尺寸及精度
120
入库
入库

4.3.5 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