數(shù)控鏜銑加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目：數(shù)控鏜銑加工中心自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述1.1題目背景、研究意義 一個(gè)零件往往需要進(jìn)行多工序的加工，而單功能的數(shù)控機(jī)床，只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，在制造一個(gè)零件的過程中，大量的時(shí)間用于更換刀具、裝卸零件、測(cè)量和搬運(yùn)零件等非加工時(shí)間上，切削時(shí)間僅僅占整個(gè)工時(shí)中的較小比例。為了縮短非切削時(shí)間，提高工作效率，我們便設(shè)計(jì)了帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的加工中心。加工中心（Machining Center,MC）是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求而迅速發(fā)展起來的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，它是綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測(cè)量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測(cè)量和調(diào)整時(shí)間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床3倍4倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度最高的綜合性機(jī)床1。1.2國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況未來加工中心的發(fā)展動(dòng)向是高速化、進(jìn)一步提高精度和愈發(fā)完善的機(jī)能。加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，我國(guó)的加工中心從70年代開始，已有很大發(fā)展，但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的需要2。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了模具制造業(yè)、機(jī)械加工業(yè)的巨大發(fā)展，使得數(shù)控機(jī)床的使用越來越普遍，而加工中心更是以其高自動(dòng)化程度得到廣泛應(yīng)用。然而，目前市場(chǎng)上生產(chǎn)和銷售的都是以大、中型的加工中心為主，小型加工中心幾乎是空白，而機(jī)械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學(xué)校等對(duì)小型加工中心存在著大量的需求。為加速我國(guó)加工中心的發(fā)展，需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)加工中心的研究、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用3。在加工中心中，刀庫和機(jī)械手組成自動(dòng)換刀裝置（Automatic Tool Changer,簡(jiǎn)稱ATC），而自動(dòng)換刀裝置的好壞，將直接影響加工中心的好壞，從目前情況看，加工中心的主機(jī)部分基本定型，變化不大，但自動(dòng)換刀裝置種類繁多，五花八門，是最難搞好的部分4。它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動(dòng)作迅速、可靠性高的自動(dòng)換刀裝置，以求在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取得好效益，正因?yàn)樽詣?dòng)換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容，各廠家都在保密，極少公開有關(guān)資料，尤其機(jī)械手這部分更是如此。目前常見的換刀機(jī)械手類型如下：（1）單臂單手式機(jī)械手 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，換刀各動(dòng)作均需順序進(jìn)行，時(shí)間不能重合，故換刀時(shí)間較長(zhǎng)。（2）雙手式機(jī)械手 向刀庫還回用完的刀具和選取新刀，均可在主軸正在加工時(shí)進(jìn)行，故換刀時(shí)間可較短。（3）雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這類機(jī)械手可以同時(shí)抓住和拔、插位于主軸和刀庫里的刀具。與單臂單手式機(jī)械手相比，可以縮短換刀時(shí)間。應(yīng)用最廣泛，形式也較多。（4）多手式機(jī)械手 使用者較少。2 主要研究?jī)?nèi)容、擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：縮短機(jī)械手換刀的時(shí)間、保持工作平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確。從而提高生產(chǎn)效率。2.2研究方案：2.2.1手的驅(qū)動(dòng)方式的選擇（1）液壓驅(qū)動(dòng)通常擁有很大的抓舉能力，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)，耐沖擊，耐振動(dòng)，防爆好，但液壓組件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。（2）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)是電源方便，動(dòng)作迅捷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，維修方便。但是難以進(jìn)行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。（3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電力驅(qū)動(dòng)是目前使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，并可采用多種靈活控制方案。由于電機(jī)速度較高，通常必須采用減速機(jī)構(gòu)，而且成本上也較其他兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高。由于本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)需要要求換刀時(shí)間短、工作平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確，故選擇液壓驅(qū)動(dòng)。 2.2.2機(jī)械手的組成及運(yùn)動(dòng) 本課題研究采用的是雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。這種機(jī)械手的拔刀、插刀動(dòng)作，大都由油缸動(dòng)作來完成。手臂的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，則通過活塞的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪齒條來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度，是由活塞的可調(diào)行程來保證。圖1為該機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)機(jī)械手主要由: 行程開關(guān), 擋環(huán),齒輪, 連接盤, 銷子, 傳動(dòng)盤, 升降液壓缸, 滑軸, 齒條,轉(zhuǎn)位液壓缸, 機(jī)械手組成。其工作原理為: 上、下兩個(gè)液壓缸分別驅(qū)動(dòng)兩組齒輪齒條實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng); 為了保證上下兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)互不干擾, 中間采用一根滑軸上固接一個(gè)傳動(dòng)盤的結(jié)構(gòu), 傳動(dòng)盤與齒輪通過銷來傳遞運(yùn)動(dòng), 機(jī)械手換刀動(dòng)作到位與否則是通過行程開關(guān)來檢測(cè), 外加檔塊進(jìn)行限位, 從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)換刀功能。如圖2所示。 圖1雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 1,3,7,9,13,14為行程開關(guān)； 2,6,12為擋環(huán)； 4,11為齒輪 ；5為連接盤；8為銷子；10為傳動(dòng)盤；15為升降液壓缸；16為滑軸；17,19為齒條；18,20為轉(zhuǎn)位液壓缸；21為機(jī)械手；圖2機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖在換刀過程中，機(jī)械手要完成準(zhǔn)備、抓刀、拔刀、交換主軸上和刀座上的刀具、插刀和復(fù)位等動(dòng)作，機(jī)械手的全部動(dòng)作均由液壓油缸控制。刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄中，本次設(shè)計(jì)采用7：24錐度的刀柄；最大刀具長(zhǎng)度300mm，最大刀具直徑100mm，最大刀具重量8kg，刀具材料為高速鋼，如圖3所示。圖3刀具結(jié)構(gòu)圖閏土機(jī)械外文翻譯成品某寶dian機(jī)械手兩端各有一個(gè)手爪，手爪的抓刀圓弧部分各有各有一個(gè)錐銷，機(jī)械手抓刀時(shí)，錐銷插入刀柄鍵槽內(nèi)，由活動(dòng)銷在彈簧力的作用下頂住刀柄，使刀柄固定，機(jī)械手能同時(shí)抓取和裝卸刀庫和主軸上的刀具，動(dòng)作簡(jiǎn)單，效率高，換刀時(shí)間短。其換刀過程如下，如圖4圖5所示:a. 刀套轉(zhuǎn)90: 換刀之前, 刀庫2 轉(zhuǎn)動(dòng)將待換刀具5送到換刀位置, 之后把帶有刀具5的刀套4向下翻轉(zhuǎn)90, 使得刀具軸線與主軸軸線平行。b. 機(jī)械手轉(zhuǎn)90:兩手分別抓住刀庫和主軸3上的刀柄。c. 刀具松開: 刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具。d. 機(jī)械手拔刀: 機(jī)械手臂下降, 同時(shí)拔出兩把刀具。e. 機(jī)械手轉(zhuǎn)180:使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。f. 機(jī)械手插刀: 機(jī)械手上升, 分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。g. 刀具夾緊: 刀具插入主軸的錐孔后, 刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。h. 機(jī)械手松刀: 機(jī)械順時(shí)針轉(zhuǎn)90, 回到原始位置。i. 刀套向上翻轉(zhuǎn)90:刀套帶著刀具向上翻轉(zhuǎn)90,為下一次選刀做準(zhǔn)備。圖4械手的換刀示意圖圖5機(jī)械手手部換刀過程簡(jiǎn)圖3 本課題研究的重點(diǎn)難點(diǎn)以及展開的工作本課題的重點(diǎn)是：保證各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的相互合理配合，使之能連續(xù)工作，有節(jié)奏，安全地成產(chǎn)。難點(diǎn)是：機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)與計(jì)算，機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)與計(jì)算，機(jī)械手傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及各個(gè)過程參數(shù)的確定，繪制圖形。前期已經(jīng)展開的工作：網(wǎng)上查閱有關(guān)書籍和資料，確定設(shè)計(jì)的大致方向，了解換刀機(jī)械手的大體結(jié)構(gòu)和工作原理。4 工作方案及進(jìn)度計(jì)劃13周：調(diào)研并收集資料；36周：閱讀資料，分析該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，并完成結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)；711周：完成該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；1215周：完成該機(jī)械手的裝配圖和仿真；1618周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯； 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日參考文獻(xiàn)1 劉建慧,鄒慧君.加工中心自動(dòng)換刀裝置類型綜述及設(shè)計(jì)特點(diǎn)J,機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2001.9,17(3):49512 李凈儀,李秋紅,鄭耘杰.簡(jiǎn)述機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J,農(nóng)機(jī)使用與維修,2010,3: 27283 朱文藝，張慶樂.數(shù)控加工中心換刀機(jī)構(gòu)動(dòng)作過程及控制原理研究J,武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009.3,21(1):59 4 劉煒. 數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)J, 機(jī)床與液壓, 2005,5:585 楊可森,艾長(zhǎng)勝,侯志堅(jiān). 數(shù)控鏜銑加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)中機(jī)液機(jī)械手J, 機(jī)床與液壓，2003,3:2162176 夏粉玲,賀煒. 凸輪式立臥兩用換刀機(jī)械手的研究J. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 2004, 23(3):320.7 謝政. 加工中心換刀機(jī)械手的研究D. 湘潭大學(xué). 2008，05.15.8 鄭俊,許明恒，高宏力，單俊峰.PCB鉆床自動(dòng)換刀機(jī)械手換刀部分的設(shè)計(jì)分析J,現(xiàn)代機(jī)械，2008，第1期：6.9 李加明，陶衛(wèi)軍，馮虎田. 自動(dòng)換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)J.電氣制造，2013（05）：174176 10 黃澤正,劉沖,陳志輝. 加工中心自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)J. 機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2007(01)：12412511 戚洪利. 自動(dòng)換刀裝置及其控制的研究D. 蘭州理工大學(xué) 2007 12 朱玉敏. 加工中心的自動(dòng)換刀技術(shù)J. 制造技術(shù)與機(jī)床. 1988(08)：16817013 陳義莊. 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置的選擇及刀柄的配置J. 機(jī)床與液壓. 2002(04)：20720914 M.B.Ko.Design of automatic tool changer for CNC machines.M.Sc. thesis,Mechanical EngineeringDepartmet, METU, Ankara, Turkey 199515 KIM Jae-Hyun,LEE Choon-Man School of Mechatronics,Changwon National University,Changwon 641-773,Korea16 S. 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