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考虑到液压缸密封处的摩擦力，取?C=0.95，则手架伸缩液压缸实际的负载为：
F?=826.92N；
液压缸回油腔背压力，由于此液压缸在不工作时需保证它的负载能长时间的保持在某一位置上，所以在本设计中初取估算值P2=1MPa，取P因工作压力P1=1.5MPa，1<2MPa，取活塞杆直径与液压缸内径之比d/D=0.3。
将各值代入式(3.9)，可得：D=43.8mm。
为便于采取标准的密封件，根据液压缸内径尺寸系列，将内径D进行圆整，取
D=50mm；又因为本设计中d/D=0.3，所以d=0.3×50=15mm，样为便于采取标准密封
件，根据活塞杆直径系列，将活塞杆直径d进行圆整，取d=16mm；活塞的宽度
B?(0.6~1.0)D=30~50mm，这里取B=40mm。
3.5.2 材料的选择
根据文献[5，87-92]，对手架伸缩液压缸各元件的材料选取如下：
活塞杆材料采用实心的45号钢，并进行表面淬火处理，以提高活塞杆硬度；由于活塞与活塞杆是一体的，所以活塞的材料也为45号钢，但为了增加它的耐磨性，需在活塞的表面覆盖一层耐磨材料，常用耐磨材料有青铜、黄铜、尼龙等等；一般情况下，压力较低的液压缸的缸筒材料多采用铸铁，此处选用HT200 ；缸盖的材料选用HT200铸件。
3.5.3 手架伸缩液压缸活塞杆的校核
1、活塞杆强度校核
活塞杆直径d=16mm；取液压缸负载F=850N； 则由式 (3.11)可得：
d?4?850/(300?)=1.90 mm
因本设计中d=16mm，大于1.90mm，故强度可以保证。 2、活塞杆稳定性验算
本设计中手架伸缩液压缸的支承方式为一端固定、一端自由，所以取?2=0.25，
?1=85，所以有：
?1?2?85?0.25 =42.5
取手架伸缩液压缸安装长度取l=150mm； 由式(3.15)可得活塞杆横断面的最小回转半径：
rk?d/4=16/4=4 mm
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故活塞杆细长比为l/rk =150/4=37.5；
本设计中手架伸缩液压缸活塞杆的细长比l/rk??1?2且?1?2=20~120，故手架伸缩液压缸的活塞杆保持工作稳定的临界负载Fk应按公式(3.14)进行验算有：
Fk?fA/[1??l2/(?2rk2)]
=(162?10?6?4.9?108?/4)/(1?1?1102/5000)
=394081.38/10.68=36899N
将上述各值代入式(3.12)可得：
Fk/nk=36899/4=9224.75N
由于本设计中的手架伸缩液压缸的活塞杆所承受的负载F=850N 3.6 本章小结 本章对手指夹紧液压缸、手臂伸缩液压缸及手架伸缩液压缸进行了设计计算，并对手指夹紧力、各液压缸的活塞杆以及重要部位的螺栓和键进行了校核。同时，本章也对手架旋转机构进行了设计，选用电动机作为驱动机构，采用单级圆锥齿轮传递动力，并通过对圆锥齿轮的计算和校核，保证了换刀的安全性、可靠性以及设计的实用性。 西安文理学院本科毕业设计(论文) 第26页 第4章 控制部分的设计 4.1 液压缸的流量、流速及压力 1、伸缩式液压缸 在本设计中，由于考虑到两侧手臂伸出后要受到主轴刀具与刀库刀具之间距离的限制，所以将手指夹紧液压缸与手臂伸缩液压缸一起设计成了伸缩式液压缸，并由液压控制系统单独控制手指的夹紧与松开运动和手臂的伸缩运动。运动过程如图4.1所示。 各运动过程的流速如下： v1=5.5m/min=0.092m/s v2=12m/min=0.187m/s v3=12.8m/min=0.21m/s v4=11.2m/min=0.187m/s 手臂伸缩液压缸进油腔油压力： P1=0.31MPa； 手指夹紧液压缸进油腔油压力： P1=1.5MPa； 手臂伸缩液压缸流量： Q1=1.71L/min； 手指夹紧液压缸流量； Q2=0.965L/min； 2、手架伸缩液压缸 伸出时：v1=18m/min=0.3m/s； Q1=14.48L/min； 缩回时：v2=15m/min=0.25m/s； Q2=9.65L/min； 手架伸缩液压缸伸出时进油腔油压力： P1=1.5MP； 4.2 确定液压泵的流量、压力及液压泵的型号 1、泵的工作压力的确定 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为： Pp?P (4.1) 1???P式中： Pp——液压泵的最大工作压力； P1——执行元件的最大工作压力； 西安文理学院本科毕业设计(论文) 第27页 ??P——进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2~0.5MPa，复杂系统可取 0.5~1.5MPa，本设计中取??Pp=0.2MPa； 将各值代入式(4.1)，得Pp=1.5+0.2=1.7MPa； 上述计算中所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在工作过程中出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定的压力储备量，并保证泵的寿命，因此，选用泵的额定压力Pn应满足Pn?(1.25~1.6)Pp，在中低压系统中取小值，高压系统中取大值，本设计为低压系统，故取Pn=1.25Pp=1.25×1.7=2.13MPa； 2、泵的流量的确定 泵的最大流量: Qp?K1?(?q)max (4.2) 式中： Qp——液压泵的最大流量； K1——系统泄漏系数，一般取K1=1.1~1.3，本设计中K1=1.2； (?q)max——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值，这里取(?q)max=14.48L/min； 将各值代入式(4.2)，得： Qp?K1?(?q)max=1.2×14.48=17.38L/min 3、液压泵的选择 泵的主要类型有：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等。柱塞泵主要用在高压、大流量、大功率的液压系统中，而本设计为低压系统，故不可选用柱塞泵。齿轮泵结构简单、紧凑，体积小，自吸能力强，但它还具有径向不平衡力大，泄漏大，噪声较高的缺点。与齿轮泵相比，叶片泵流量均匀、运转平稳、寿命长、噪声小，同时，它的轮廓尺寸也较小，在中低压系统的普通机床中应用广泛，在精密机床中应用也较多。所以，在本设计中选用叶片泵。 根据以上计算的Pp和Qp值，现选用YB1—20型叶片泵，其基本参数为：额定压力为6.3MPa，驱动功率为2.6kw，公称排量为20mL/r，转速为960r/min，在额定压力下的流量为18.0L/min，容积效率?v≥0.90，总效率?≥0.78，本设计取?v＝0.95，?＝0.80； 4、与液压泵匹配的电动机的选择 所选电动机的功率按下式进行验算： 西安文理学院本科毕业设计(论文) 第28页 Pn?PbQP/? (4.3) 式中： Pn——所选电动机功率； Pb——叶片泵的额定压力，这里Pb=6.3MP； Qp——额定压力下泵的输出流量，这里Qp=18L/min； 将各值代入上式得： Pn≥6.3×18/(60×0.8)=2.36kw 根据上述计算，选用YBZS-6三相步进电动机，其额定功率为3.0kw，额定转速为960r/min。 4.3 各液压缸缓冲装置的设计 由于当工作机构质量较大，活塞速度较高(v>12m/min）时，液压缸将有较大的动量，使得液压缸在行程终点停止时，易产生很大的冲击及噪音，这种冲击不仅会引起液压缸的损坏，而且还会引起各类阀及相关部件的损坏，具有很大的危险性。为消除这种冲击，可设置缓冲装置。在本设计中，手指夹紧液压缸的负载虽然不是很大，可是由于它的速度较高，为保证各类部件的安全，仍给它设置了缓冲装置。但由于它的行程较短，不宜采用两端缓冲装置，否则会导致非缓冲行程过短，甚至没有缓冲行程。所以，本设计中只在手指夹紧液压缸的前端设置了缓冲装置。而对于手臂伸缩液压缸，因其所取的速度不是很大，故不需设置缓冲装置。 对于手架伸缩液压缸，由于它的行程较大，为缩短加工中心换刀机械手的整体换刀时间，本设计中将手架伸缩液压缸的速度取得较大，同时由于它的负载也很大，所以在它的两端都需要设置缓冲装置。 4.4 液压系统回路 本设计中液压系统的控制主要由压力继电器、电磁换向阀以及流量控制阀等元件实现。 控制过程如下： 当手臂伸出信号发出后，电磁铁DT1动作，两侧手臂同时伸出。当手臂伸缩液压缸的活塞杆及手指夹紧液压缸的后端盖运动到设计位置后，由于受到阻碍，便不再运动。a腔内油压力升高，压力继电器1YJ动作，同时，电磁铁DT1断电，电磁铁DT3通电，开始手指夹紧动作。同理，当手指夹紧液压缸的活塞杆运动到设计位置后便不再运动。d腔内油压力升高，压力继电器2YJ动作，电磁铁DT5通电，手架伸缩液压缸开始拔刀动作。当手架伸缩液压缸运动到设计位置时，控制电动机运动的线圈KT2恰好延时结束，它所控制的常开延时闭触头闭合，电动机启动，手架旋转轴开始旋转运动，进行刀库刀具和主轴刀具的互换动作。在手架旋转轴旋转180°后，发出插刀信号。电磁铁DT6通电，手架伸缩液压缸开始反行程运动。但运动到初始位置后，活塞不运动，油腔f内油压力升高，压力继电器3YJ动作，控制电磁铁DT4通电，手指夹紧液压缸反行程运动。当运动