340 自動換刀機械手設計

340 自動換刀機械手設計,自動,機械手,設計 一、選題背景1. 國內外數(shù)控機床的的發(fā)展情況20 世紀 90 年代以來, 數(shù)控加工技術得到迅速的普及和發(fā)展, 數(shù)控機床在制造業(yè)得到了越來越廣泛的應用。帶有自動換刀系統(tǒng)的數(shù)控加工中心在現(xiàn)代先進制造業(yè)中起著愈來愈重要的作用, 它能縮短產品的制造周期, 提高產品的加工精度, 適合柔性加工。加工中心是數(shù)控機床中較為復雜的加工設備, 由于其具有多種加工能力而得到廣泛的應用, 其強大的加工能力和效率得益于其配置的自動換刀裝置(A u2tom at ic Too l Changer)。換刀裝置作為加工中心的重要組成部分 , 其主要作用在于減少加工過程中的非切削時間, 提高生產率, 降低生產成本, 進而提升機床乃至整個生產線的生產力。加工中心自動換刀裝置是實現(xiàn)多工序連續(xù)加工的重要裝置, 其結構設計及其控制是實現(xiàn)加工中心設計制造的關鍵。加工中心的換刀過程較為復雜, 動作多, 動作間的相互協(xié)調關系多, 因而自動換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低。2. 加工中心發(fā)展簡史1952 年世界上出現(xiàn)第一臺數(shù)控機床，使多種產品、中小批量的機械加工設備在柔性，自動化和效率上產生了巨大變革。它用易于修改的數(shù)控加工程序進行控制，因而比大批量生產中使用組合機床生產線和凸輪、開關控制的專用機床有更大的柔性，容易適應加工件品種的變化，進行多品種加工。它用數(shù)控系統(tǒng)對機床的工藝功能、幾何圖形運動功能和輔助功能實行全自動的數(shù)字控制，因而大大提高加工加工效率，大大改變了中小批量生產中普通機床戰(zhàn)整個機械加工 70%～80%的狀況。數(shù)控機床能實現(xiàn)兩坐標以上的聯(lián)動的功能，其效率和精度比用手工和樣板控制加工復雜零件要高的多。自動換刀裝置的形式是多種多樣的，主要的組成部分是刀庫、機械手和驅動機構等，雖然換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型等個不相同，但是在數(shù)控裝置及可編程控制器控制下，由電動機或液壓或氣動機構驅動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。我們把這種為實現(xiàn)多工序的連續(xù)加工，在加工中心或車削中心，可進行刀具的選擇與交換的裝置叫自動換刀裝置（automatic tool change 簡稱ATC） 。3. 加工中心的主要優(yōu)點1）提高加工質量工件一次裝夾，即可實現(xiàn)多工序集中加工，大大減少多次裝夾所帶來的誤差。另外，由于是數(shù)控加工，較少依賴操作者的技術水平，可得到相當高的餓穩(wěn)定精度。2）縮短加工準備時間3）減少在制品4）減少刀具費5）最少的直接勞務費6）最少的間接勞務費7）設備利用率高4． 加工中心的發(fā)展趨勢加工中心亦同其他機床一樣，他的技術水平的提高，表現(xiàn)在其固有技術（如高速、高精度化等）的進一步發(fā)展和新技能（如智能化技能等）的運用上。1.高速化加工中心的高速化，是只主軸轉速、進給速度、自動換刀和自動交換工作臺的高速化。2.進一步提高精度加工中心的主要精度指標是它的運動精度指標。而這一精度指標，近年來有了不小的提高，其中精密加工中心精度指標的提高尤為明顯。所謂加工中心的運動精度，主要以定位精度、重復定位精度以及銑圓精度來表示。3.機能更加完善（1）愈來愈完美的自診斷機能（2）新式刀具破損檢測裝置（3）加工中心復合化趨勢二、設計方案（一） 、 研究的主要內容加工中心換刀機械手的設計是在實現(xiàn)手指夾緊、手臂伸縮、手架伸縮以及手架旋轉運動的基礎上，實現(xiàn)其準確、快速、可靠、穩(wěn)定的換刀。設計得主要內容如下：1、根據(jù)目前常用的加工中心換刀機械手的換刀方式，對手臂伸縮與手指夾緊機構、手架旋轉與手架伸縮機構的設計提出幾種新的方案，并通過對所提出方案的論證分析，選擇一種較為理想的方案進行具體的設計。2、對所選設計方案中換刀機械手的組成機構及各個自由度運動的實現(xiàn)進行分析。3、對加工中心換刀機械手的手指夾緊力進行分析與計算，并對其關鍵部位進行校核，以保證換刀的可靠性。4、確定各個運動的驅動機構。5、對設計中所涉及到的液壓缸通過計算確定其個部分結構的具體尺寸，并對個活塞桿的強度、穩(wěn)定性以及螺栓的強度進行校核，以保證加工中心換刀機械手能夠穩(wěn)定、可靠的完成換刀過程。6、對設計中出現(xiàn)的齒輪、軸等重要零部件通過計算確定尺寸后，要進行安全校核。7、設計出加工中心換刀機械手的控制系統(tǒng)部分，完善設計內容。(二)、初步設計方案1.手臂伸縮與手指夾緊機構由于與機械、電力傳動相比，液壓傳動具有體積小、質量輕、功率大運動平穩(wěn)的特點，并且因為液壓元件有自我潤滑作用，使用壽命長 [5]，所以在以下設計方案中，手臂伸縮運動及手指夾緊運動都采用液壓的驅動方式。并且由于兩手伸縮回轉式單臂雙爪機械手的兩手可伸縮，縮回后回轉，可避免與刀庫中其他刀具干涉，所以，以下設計方案中的換刀機械手為兩手伸縮回轉式單臂雙爪機械手。結構設計方案在此方案中，加工中心換刀機械手四個手指的運動分別由四個液壓缸單獨控制，這使得它運動的靈活性很強，其結構如圖 2.1 所示。圖 2.1 手臂伸縮與手指夾緊機構2. 手架旋轉與手架伸縮機構結構設計方案此方案的主要特點是，手架旋轉軸與手架伸縮液壓缸之間通過一對角接觸球軸承來連接，由這對軸承向旋轉軸傳遞活塞桿的推力和拉力，實現(xiàn)手架的伸縮運動，并且保證手架旋轉軸在旋轉時也不會干擾到手架伸縮液壓缸。手架旋轉軸上開有很長的鍵槽，通過滑鍵與圓錐齒輪相連，這樣就可以使手架旋轉運動與手架的伸縮運動之間互不干擾。對于手架的旋轉運動，則采用電動機驅動方式，用延時繼電器控制電動機的起、停時間，并由單級圓錐齒輪將電動機的運動傳遞給手架旋轉軸，這在一定程度上簡化了加工中心換刀機械手的機械結構，其結構如圖 2.3 所示。圖 2.3 機構三、進度安排(一)、第一階段（1-4 周）1、開題報告(含文獻綜述、參考資料等)2.方案論證和方案設計（二）、第二階段（5-11 周）1、完成第一張 A02、完成第二張第三張的草圖繪制（包括主要結構）（三）、第三階段（12-18 周）1、繪制要求的其余設計圖紙2、撰寫說明書準備答辯四、參考文獻【1】沈陽市機床工業(yè)公司七·二一大學編著， 《工業(yè)機械手》 ，遼寧人民出版社，1979【2】工業(yè)機械手圖冊編寫組編著， 《工業(yè)機械手圖冊》 ，機械工業(yè)出版社，1978【3】李允文編， 《工業(yè)機械手設計》 ，機械工業(yè)出版社，2009【4】王永章,杜君文,程國全 主編.數(shù)控技術[M].高等教育出版社,2007.8;【5】李建功， 《機械設計》 ，機械工業(yè)出版社，2008【6】廉元國 張永紅 加工中心設計與應用[M] 北京：機械工業(yè)出版社，1995.12；【7】王永華主編， 《現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應用技術》 ，北京航空航天大學出版社，2003【8】 （美）J 達菲著， 《機構和機械手分析》 ，1990【9】依蘭·歐克拉，比克·京.數(shù)控平面加工中心輪式刀庫自動換刀裝置的設計.成都紡織高等?？茖W校學報.2000指導教師意見：指導教師簽字： 年 月 日畢業(yè)設計（論文）領導小組意見：負責人簽章： 年 月 日