數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設計含SW三維及4張CAD圖.zip

數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設計含SW三維及4張CAD圖.zip,數(shù)控,銑床,加工,中心,機械手,三維設計,SW,三維,CAD 任務書論文(設計)題目：數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設計工作日期：2017年12月18日 2018年05月20日1.選題依據(jù):設計了一種數(shù)控臥式鏜銑床加工中心換刀機械手，使之在給定的程序指令下，配合刀庫和臥式鏜銑床實現(xiàn)所有加工工序的自動換刀。加工中心區(qū)別于數(shù)控機床最主要的特征是備有刀庫，具有自動換刀功能，對工件一次裝夾后進行多工序加工的數(shù)控機床。工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。2.論文要求(設計參數(shù)):抓 重：20公斤。自由度數(shù)：4個。坐標形式：圓柱坐標。手指夾持刀柄的直徑：100毫米。驅(qū)動方式：液壓。拔、插刀行程（即滑座伸縮Z）：155毫米（最大180毫米）。升降行程（即找刀排Y）：3x420毫(刀排間垂直方向距離為420毫米，共四排)。 回轉(zhuǎn)角度（）：180。裝、卸刀手手臂伸縮行程（X）：195毫米。手指夾持刀柄的直徑：100mm 。3.個人工作重點:采用三維設計軟件完成數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手的設計，包括機械手總裝結構設計、機械手手部和手臂的結構設計、升降伸縮和回轉(zhuǎn)機構的結構設計，同時編寫設計說明書，完成英文翻譯工作。4.時間安排及應完成的工作:第1周：布置畢設任務第2周：根據(jù)題目查閱文獻第3周：準備開題報告材料第4周：撰寫開題報告，準備開題答辯第5周： 查閱文獻進行方案設計第6周：根據(jù)方案完成結構設計第7周：零件三維設計和建模第8周：零件三維設計和建模第9周：零件三維設計和建模第10周：將三維零件進行裝配，完成裝配圖第11周：完善裝配圖和零件圖第12周：完成設計說明書和英文翻譯第13周：完善設計說明書和英文翻譯第14周：上交材料，答辯5.應閱讀的基本文獻:1 李宗斌. 加工中心換刀機械手的設計與計算J. 組合機床與自動化加工技術, 1994,(12) . 2 曹華軍,劉飛,何彥,李智勇.面向綠色制造的機床設備選擇模型及其應用機械工程學報2004(03)3 賀煒,李劍玲,丁毅,李體仁,夏田.立臥兩用凸輪式換刀機械手的設計機械制造.2003(07). 4 梁楚華,朱志堅,吳金強.數(shù)控機床自動換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化研究.機械工藝師2000(08).5 夏粉玲,賀煒,李體仁,劉俊生,李劍玲. 關于立臥兩用換刀機械手的設計J. 西北輕工業(yè)學院學報.2002(05) .6 彭文,劉伯軍. 加工中心機械聯(lián)動換刀裝置J. 制造技術與機床, 1999(04) .7 李劍玲,賀煒,丁毅,王寧俠. 一種換刀機械手卡爪夾緊機構的設計J. 組合機床與自動化加工技術. 2003(10) .8 Lee, C. S. G., Chung, M. J., Mudge, T. N., andTurney, J. L.: On the Control of Mechanical Manipulators. Proc. 6thIFACConf. Estimation and Parameter Identification, Washington D. C., 1982 (pp1454-1459).9 劉瑞已. 加工中心快速自動換刀裝置J. 機械工程師.2004(11) .10劉茂生. FMS刀具交換系統(tǒng)換刀機械手的方案設計J. 航空精密制造技術.1997(06) .指導教師簽字：XX教研室主任意見：同意簽字：XX 2017年12月14日教學指導分委會意見：同意簽字：XX 2017年12月15日 學院公章進度檢查表第-1周工作進展情況在老師的指導下，查閱鏜銑床加工中心換刀機械手文獻，并根據(jù)參考文獻寫出了一份文獻綜述。最后完成開題報告，并通過了開題答辯。2018年01月10日指導教師意見按照畢業(yè)設計任務書要求，查閱鏜銑床加工中心換刀機械手文獻，并根據(jù)參考文獻寫出了一份文獻綜述，了解了鏜銑床加工中心換刀機械手國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢，開題報告技術路線可行，時間進度安排合理，較好地完成了開題階段的任務。指導教師(簽字)：XX 2018年01月11日第 2周工作進展情況經(jīng)查閱相關資料以及參考文獻，并且在老師的幫助下，完成了對數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手的控制電路、液壓系統(tǒng)、手臂和手部結構以及升降機構和手架回轉(zhuǎn)機構的設計方案。準備開始進行二維及三維建模畫圖，并撰寫說明書。2018年03月15日指導教師意見查閱了相關資料以及參考文獻，完成了對數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手的控制電路、液壓系統(tǒng)、手臂和手部結構以及升降機構和手架回轉(zhuǎn)機構的設計方案，完成了畢業(yè)設計進度計劃相關部分。指導教師(簽字)：XX 2018年03月16日第 5周工作進展情況方案設計已全部完成，換刀機械手手臂和手部結構二維A0圖和換刀機械手滑座伸縮和手部回轉(zhuǎn)機構二維A0圖和換刀機械手設計總裝圖A0圖以及換刀機械手升降機構A0圖已完成，分析及計算過程也已完成，液壓回路設計完成，接下來開始撰寫說明書以及機械手三維建模2018年04月11日指導教師意見完成了方案設計、換刀機械手手臂和手部結構二維A0圖、換刀機械手滑座伸縮和手部回轉(zhuǎn)機構二維A0圖、換刀機械手設計總裝圖A0圖以及換刀機械手升降機構A0圖（初稿），初步完成分析及計算過程、液壓回路設計。指導教師(簽字)：XX 2018年04月11日第 8周工作進展情況翻閱查看參考文獻以及相關書籍，研究并設計了所有結構以及計算內(nèi)容。說明書撰寫完緒論、手臂及手部設計部分?；炜s機構和回轉(zhuǎn)機構；機械手升降機構；手爪及手臂的三維模型已經(jīng)完成，待裝配。2018年05月01日指導教師意見完成了機械手的結構設計和部分計算工作，完成了設計說明書的緒論、手臂及手部設計部分；完成了滑座伸縮機構和回轉(zhuǎn)機構、機械手升降機構、手爪及手臂的零件部分三維模型。指導教師(簽字)：XX 2018年05月02日第 11周工作進展情況二維圖、三維建模裝配全部完成，設計說明書撰寫完成。2018年05月20日指導教師意見完成零部件的三維建模和裝配體模型，完成外文翻譯、畢業(yè)設計說明書，準備畢業(yè)答辯答辯。指導教師(簽字)：XX 2018年05月21日第周工作進展情況年月日指導教師意見指導教師(簽字)：年月日過程管理評價表評價內(nèi)容具體要求總分評分工作態(tài)度態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹32遵守紀律自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導33開題報告內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求53任務完成按時、圓滿完成各項工作任務43過程管理評分合計11 過程管 理評語 該生在畢業(yè)設計過程中態(tài)度較為端正，較為刻苦努力，能夠積極主動地分析問題和解決問題，能夠按時聯(lián)系指導老師，遇到問題，能夠積極主動地查閱資料，解決問題。通過查閱相關文獻資料，較好地完成了開題報告，開題報告內(nèi)容詳實，論述清晰，符合規(guī)范要求，文獻綜述完成較好。能夠獨立地完成方案設計、結構設計、三維建模整個過程，中期檢查按時完成任務，在整個畢業(yè)過程中，開始進展較慢，與進度計劃相比，稍微滯后。后期經(jīng)過努力，完成了整個畢業(yè)設計任務，完成了設計說明書，分析、計算過程準確，論述層次分明，結構合理，符合規(guī)范要求。指導教師簽字:XX日期:2018-05-23指導教師評價表評價內(nèi)容具體要求總分評分選題質(zhì)量符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿54能力水平有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力54完成質(zhì)量文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)107指導教師評分合計15 指導教 師評語 張楠同學的畢業(yè)設計題目符合培養(yǎng)目標要求，有一定的研究價值和實踐意義，具有開拓性，難度適宜，工作量飽滿。有綜合運用知識能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力、科研方法運用能力和分析問題解決問題的能力，總體設計方案合理。論文文題相符，概念準確，分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理，結論明確；論文結構合理，撰寫格式、圖表等基本符合規(guī)范要求，該生具有中文表達與外語能力。基本完成了畢業(yè)設計要求的任務，同意該生參加畢業(yè)答辯。指導教師簽字:XX日期:2018-05-23評閱人評價表評價內(nèi)容具體要求總分評分選題質(zhì)量符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿53能力水平有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力53完成質(zhì)量文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)108評閱人評分合計14 評閱人 評語 論文研究并設計了一種數(shù)控臥式鏜銑床加工中心自動換刀機械手，讓其在設定好的程序指令下，配合刀庫和鏜銑床完成整個加工工序的自動換刀過程。選題符合專業(yè)培養(yǎng)方案要求，具有一定的實際意義，難度適中，工作量符合要求。通過畢業(yè)設計工作，該生具有了一定的綜合知識運用能力，中英文寫作能力，文獻檢索能力。工程圖紙的繪制，表明該生具備一定的計算機使用能力。該畢業(yè)設計文題相符，分析計算設計基本合理。論文格式及撰寫內(nèi)容、圖表基本符合規(guī)范要求。同意該生參加畢業(yè)答辯.評閱人簽字：XX評閱人工作單位：機械工程學院日期：2018-05-23答辯委員會評價表評價內(nèi)容具體要求總分評分自述總結思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理106答辯過程能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù)106選題質(zhì)量符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿54完成質(zhì)量文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)106能力水平有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力106答辯委員會評分合計28 答辯委員會評語 張楠同學在畢業(yè)設計工作期間，基本遵守各項紀律，表現(xiàn)一般。 能按時完成畢業(yè)設計有關任務。 論文立論正確，立論分析無原則性的錯誤，解決問題方案有一定的參考價值，結論基本正確。 論文使用的概念基本正確，語句通順，條理比較清楚。 論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，基本規(guī)范。 能夠查閱文獻資料，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結論基本準確。 答辯過程中，能夠闡述出論文的主要內(nèi)容，主要問題經(jīng)答辯教師啟發(fā)后能夠回答出來。答辯成績： 28答辯委員會主任：XX2018年05月30日成績評定 項目分類成績評定過程管理評分11指導教師評分15評閱人評分14答辯委員會評分28總分68成績等級D成績等級按“A、B、C、D、F”記載成績審核人簽章： XX學院審核人簽章： XX一、選題依據(jù)1.論文（設計）題目數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設計2.研究領域機械設計、三維設計、工業(yè)機械手3.論文（設計）工作的理論意義和應用價值一個零件往往需要進行多工序的加工，而單功能的數(shù)控機床，只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，在制造零件的過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運零件等非加工時間上，切削時間僅僅占整個工時中的較小比例。為了縮短非切削時間，提高工作效率，便設計帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心。加工中心(Machining Center,MC)是綜合了機械技術、電子技術、計算機軟件技術、拖動技術、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術以及通信診斷、刀具和編程技術的高科技產(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、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床的 3 到 4 倍，所以，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。機械手的應用價值：（1）提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。（2）改善勞動條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復， 特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。（3）減輕人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應用機械手代替人可以進行連續(xù)的工作，但在自動化機床綜合加工自動線上，機械手還沒有普及，應用機械手可以減少人力，更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢機械手（machine hand），指能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置，主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。機械人手臂與人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度，也就是機械手的最大優(yōu)勢可以重復的做同一動作。機械手可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機11械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手研究始于 20 世紀中期。大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術的進展， 并且為機器人的開發(fā)奠定了基礎。另一方面，核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于 1947 年開發(fā)了遙控機械手，1948 年又開發(fā)了機械式的主從機械手，1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手，它的結構是機體上安裝一個回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教形的。同時，隨著計算機和自動控制技術的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械將進入高度自動化和智能化時期，機械手機器人的應用可以提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，解決勞動力不足等問題。比爾蓋茨曾經(jīng)說過：“前三十年是計算機的時代，后一百年是機器人的時代”足見計算機時代后的機器人時代的重要性及其影響的長遠性。世界上幾大機器人巨頭， 如日本、美國及歐共體，在機器人領域內(nèi)取得巨大進步，從研究型走向?qū)嵱眯?，從重要的軍事應用走向民用，甚至走向家庭，從高科技走向普及。而我國機器人技術領域還有較大差距，很多方面還處于起步階段。在先進制造業(yè)領域中，機器人的應用主要在于示教焊接機器人、噴涂機器人、裝配機器人、裝卸機器人、換刀機器人等。作為先進制造中技術含量最高的裝備之一的加工中心，不僅是加工的多面手，也是構建柔性制造系統(tǒng)乃至計算機集成制造系統(tǒng)的核心硬件，除了數(shù)控加工工藝和編程能力外， 其自動換刀機械手的性能也直接影響整機性能。要求機械手自動換刀具有準確性、穩(wěn)定性、快速性等。傳統(tǒng)的換刀機械手都是專用的機械式的結構，通用性較差，標準化程度低，商業(yè)市場不廣。加工中心由于加工工藝的復雜性，使用的刀具種類和數(shù)量較多，當程序執(zhí)行到不同刀具功能代碼 T 時，要及時更換刀具完成其加工。機械手則是完成刀庫和機床主軸之間刀具裝卸與傳遞的裝置。目前這類機械手的品種較多，比如：單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手，單臂雙爪擺動式機械手，雙臂回轉(zhuǎn)式機械手，雙臂往復交叉式機械手和雙臂端面夾緊式機械手等。沒有芯片控制純機械工作方式，它的拔刀，插刀及轉(zhuǎn)動由機構驅(qū)動，一種是液壓控制驅(qū)動的油缸來完成，一種是電動驅(qū)動凸輪聯(lián)動來完成。國內(nèi)大部分大規(guī)模生產(chǎn)加工企業(yè)將采用機械手進行裝配作為目前研究的重點，國外已采用攝像機、力傳感裝置和微型計算機連接在一起，能確定零件的方位來達到安裝的目的。由于近年來世界制造業(yè)逐漸向中國轉(zhuǎn)移，我國對于機床的需求量逐漸增加。同時，經(jīng)過多年努力我國數(shù)控機床的技術逐漸成熟，品種和質(zhì)量有所提高。然而在所有數(shù)控產(chǎn)品中，中高檔數(shù)控機床較少，而且這些數(shù)控產(chǎn)品的核心技術加工中心換刀機械手、數(shù)控伺服系統(tǒng)、高速電主軸、數(shù)控刀架等等都需要依賴中外合資企業(yè)提供或者直接從國外進口，這也說明了國內(nèi)外數(shù)控技術的發(fā)展不平衡，我國的整體技術水平和國外技術水平還是有一定差距的。功能部件的技術水平以及性能優(yōu)劣直接決定和影響著數(shù)控機床的整體技術水平和性能，而自動換刀機械手則是保證數(shù)控機床加工中心穩(wěn)定可靠運行的關鍵功能部件。換刀機械手作為數(shù)控機床的一個重要的功能部件，它在國內(nèi)外的數(shù)控機床制造領域中已受到廣泛的重視。在國外 BT40 機床的換刀時間已達到 0.9 秒，BT50 機床的換刀時間也達到了 1.5 秒左右，國內(nèi)也出現(xiàn)了立、臥兩用凸輪式換刀機械手和用于五軸聯(lián)動的換刀機械手的研究。換刀機器人換刀的速度和準確性是影響加工中心發(fā)揮可靠加工性能的重要因素。據(jù)資料顯示，刀庫和機械手的故障率占整機故障率的 25%。所以換刀機械手的質(zhì)量和性能影響整體機床的質(zhì)量、性能和品種。加工中心自動換刀機械手的主要任務是完成換刀動作，給機床主軸和夾緊裝置提供相對轉(zhuǎn)動實現(xiàn)夾緊和放松刀具的動作。因此機械手必須具備足夠大的轉(zhuǎn)矩，同時設計機械手的結構緊湊使其占用空間盡量小。隨著機械制造加工業(yè)的不斷發(fā)展，制造業(yè)對換刀機械手的需求量會逐漸提高，自動換刀機器人的普及度也會越來越高。目前，國內(nèi)自動換刀機械手主要還是應用于機床加工、制造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種或是性能方面都是不能滿足制造業(yè)發(fā)展需求的。面對機械加工行業(yè)中多元化的需求和激烈的競爭，生產(chǎn)加工的效率將會越來越高，因此自動換刀機器人的發(fā)展會愈加的多元化。首先，在國內(nèi)換刀機器人擴大其應用范圍，重點發(fā)展鑄造加工和熱處理方面的機械手，以減輕疲勞強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時， 研制發(fā)展通用機械手、示教型機械手、計算機控制機械手和組合型機械手等。換刀機器人手的性能逐漸提高，主要表現(xiàn)在速度、精度、可靠性以及操作性可便于維修方面，同時單機的價格也在逐漸下降。機器人的控制系統(tǒng)也逐漸向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，以便于標準化。元器件的集成度也提高了，控制柜也日漸減小，并且采用模塊化的結構，很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。換刀機器人的機械結構也向模塊化和可重構化發(fā)向發(fā)展，比如在關節(jié)模塊中，伺服電機、減速機和檢測系統(tǒng)三位一體化，關節(jié)模塊和連桿模塊用重組的方式構造機器人的整體機構。機器人中的傳感器也扮演著越來越重要的角色，除了采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器之外，還應用了視覺、聲覺、觸覺、力覺等傳感器來進行環(huán)境建模和決策控制。二、論文（設計）研究的內(nèi)容1. 重點解決的問題采用三維設計軟件 SolidWorks 完成數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手的設計，包括機械手總裝結構設計、機械手手部和手臂的結構設計、升降伸縮和回轉(zhuǎn)機構的結構設計。2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）（1）確定換刀機械手的組成與配置（2）通過設計計算和手冊及參考文獻確定換刀機械手的升降機構的結構和尺寸及相互位置關系（3）設計自動換刀機械手的滑座伸縮機構（4）設計自動換刀機械手的手架回轉(zhuǎn)運動機構（5）設計裝、卸刀手手臂和手部結構（6）完成機械手三維模型3.本論文（設計）預期取得的成果（1）一套完整的鏜銑床加工中心換刀機械手三維模型及其二維零件圖、裝配圖（2）一份鏜銑床加工中心換刀機械手的設計說明書（3）一篇外文文獻翻譯三、論文（設計）工作安排1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）采用三維設計軟件 SolidWorks 完成數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手的設計，包括機械手總結構設計、機械手手部和手臂的結構設計、升降伸縮和回轉(zhuǎn)機構的結構設計。用途：在給定的程序指令下，配合刀庫和臥式鏜銑床（簡稱主機）實現(xiàn)所有加工工序的自動裝、卸刀。設計參數(shù)：刀庫類型：鏈式刀庫。換刀機械手：雙臂單爪交叉式機械手。抓重：20 公斤自由度數(shù)：4 個坐標形式：圓柱坐標。手指夾持刀柄的直徑：100 毫米驅(qū)動方式：液壓手架運動參數(shù)：拔、插刀行程（即滑座伸縮 Z）：155 毫米（最大 180 毫米）升降行程（即找刀排 Y）：3x420 毫(刀排間垂直方向距離為 420 毫米，共四排)回轉(zhuǎn)角度（）：180位置檢測與定位方式：滑座伸縮、手架回轉(zhuǎn)和裝、卸刀手手臂伸縮運動采用行程開關進行位置檢測，由擋塊定位。手架升降運動采用無觸點行程開關進行位置檢測，并控制三位四通閥適時“關閉”來定位控制方式：數(shù)字控制2.論文（設計）進度計劃第 1 周：根據(jù)畢業(yè)設計任務做初步準備第 2 周：查閱鏜銑床加工中心換刀機械手文獻第 3 周：準備機械手、換刀、加工中心的開題報告材料第 4 周：撰寫鏜銑床加工中心換刀機械手開題報告，準備開題答辯第 5 周：查閱相關文獻進行方案設計第 6 周：根據(jù)方案完成機械手結構設計第 7-9 周：換刀機械手零件三維設計和三維建模第 10 周：將換刀機械手三維零件進行裝配，完成裝配圖第 11 周：完善換刀機械手裝配圖和零件圖第 12-13 周：完成鏜銑床加工中心換刀機械手設計說明書和英文翻譯第 14 周：上交鏜銑床加工中心換刀機械手設計說明書和英文翻譯以及換刀機械手裝配圖和零件圖，并進行答辯四、需要閱讀的參考文獻1 張 俊 勇 , 趙 小 剛 . 刀 庫 合 理 布 置 在 加 工 中 心 的 應 用 J. 裝 備 制 造 技術,2009(06):147-148.2 張祺,侯力,劉松,唐艷,蔣維旭.加工中心換刀機械手控制系統(tǒng)研究J.組合機床與自動化加工技術,2010(08):42-44.3 馬騁,李全普,王坤.加工中心機械手換刀與主軸松刀的凸輪液壓聯(lián)動技術J.制造技術與機床,2012（01):142-143-145.4 焦大蒙. 加工中心鏈式刀庫及機械手可靠性試驗方法研究D. 長春: 吉林大學,2014.5 汪雪松.加工中心自動換刀裝置J.金屬加工(冷加工),2013(04):51-54.6 高瑋珽.數(shù)控加工中心刀庫及機械手設計J.濟南：山東大學 2014(24):14.7 譚春暉.加工中心換刀方式的選擇J.組合機床與自動化加工技術,2004(03):114.8 Eric F.T. Buil,Paul Breedveld. A Laboratory Evaluation of Four Control Methods for Space Manipulator Positioning TasksJ. IFAC Proceedings Volumes, 1995, 28(15): 195-200.9 Ivan Virgala,Alexander Gmiterko,Rbert Surovec,Martina Vackov,Erik Prada,Mria Kenderov. Manipulator End-Effector Position ControlJ. Procedia Engineering, 2012, 48:684-692.10 Marco Faroni,Manuel Beschi,Lorenzo Molinari Tosatti,Antonio Visioli. A Predictive Approach to Redundancy Resolution for Robot ManipulatorsJ. IFAC Papers On e,2017,50(1):8975-8980.11李劍玲,賀煒,丁毅,王寧俠.一種換刀機械手卡爪夾緊機構的設計J. 組合機床與自動化加工技術.2003(10):48-50.12許瑞.大型鏈式刀庫機械手改進設計D.呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學,2014.13鄭博.機床自動換刀機械手的設計與研究J.科技創(chuàng)新與應用,2017,07:148.14陳愛虎,羅生梅.數(shù)控機械手換刀精度優(yōu)化控制仿真J.計算機仿真,2017,34(07):345-349.15武曉杰,王一楠,王巖,楊小娟.圓盤機械手刀庫工作原理及自動控制研究J.現(xiàn)代制造技術與裝備,2017(06):49-51.16傅凱.數(shù)控銑床刀庫改裝裝置J.科技創(chuàng)新與應用,2017(20):65-66.附：文獻綜述文獻綜述加工中心是由機械設備與數(shù)控系統(tǒng)組成的，適用于復雜零件加工的高效自動化機床。它與一般數(shù)控機床的顯著區(qū)別是對零件進行多序加工的能力，即在一次裝夾中自動完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻螺紋等加工。加工中心能夠廣泛運用，是因為其能夠利用刀庫實現(xiàn)自動換刀。因此自動換刀裝置功能的好壞關系到整個加工中心的性能。自動換刀裝置可分為五種基本形式，即轉(zhuǎn)塔式、180回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)插入式、二軸轉(zhuǎn)動式和主軸直接式。按照換刀過程有無機械手參與，分成有機械手換刀和無機械手換刀兩種情況。在有機械手換刀的過程中，使用一個機械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出，與此同時，另一機械手將在刀庫中待命的刀具從刀庫拔出，然后兩者交換位置，完成換刀過程。無機械手換刀時，刀庫中刀具存放方向與主軸平行，刀具放在主軸可到達位置換刀時，主軸移到刀庫換刀位置，利用主軸將加工用畢刀具插入刀庫中要求的空位處，然后刀庫中待換刀具轉(zhuǎn)到待命位置。主軸將待用刀具從刀庫中取出， 并將刀具插入主軸。加工中心換刀機械手的工作特點是：工作循環(huán)時間短暫; 執(zhí)行機構具有不恒定的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量;在過渡過程中(起動、制動和反向時) ，傳動機構會出現(xiàn)大的動載荷、振動和沖擊。由于這些特點，要保證換刀機械手動作的快速性、工作精度和使用壽命， 就必須合理選擇它在過渡工作過程時的傳動參數(shù)。換刀機械手的傳動系統(tǒng)由原動機和傳動機構以及帶有位置、速度、力傳感器的控制裝置組成。原動機可以是液壓缸或氣缸,液壓馬達或氣動馬達，液壓或氣動擺動馬達,直線電機或電磁鐵。傳動直流或交流電機，機構可以是減速器(普通齒輪式、行星齒輪式或諧波齒輪式)，也可以是別的運動轉(zhuǎn)換機構(齒輪齒條機構、蝸輪機構、曲柄滑塊機構、凸輪機構等等)。沈陽機床股份有限公司的武曉杰在對刀庫結構及工作原理的研究中論述了刀庫回轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要由刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、減速機、蝸桿凸輪回轉(zhuǎn)機構、旋轉(zhuǎn)刀盤、刀套、換刀位刀套翻轉(zhuǎn)機構組成，主要完成刀具的安裝、預選以及換刀位刀具翻轉(zhuǎn)。其中， 換刀位刀套的水平、垂直翻轉(zhuǎn)，一般采用氣缸驅(qū)動實現(xiàn)。刀套均有對應的刀套號，刀庫回轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)置 2 只無觸點感應開關，分別用于刀庫的回零反饋和刀庫的旋轉(zhuǎn)計數(shù)。針對不同的刀柄標準，如 BT、ISO、CAT 等，對應不同的刀套型號，其余結構一致。機械手驅(qū)動系統(tǒng)主要由機械手換刀電機、ATC 凸輪箱(內(nèi)含弧面/ 平面組合凸輪、機械手回轉(zhuǎn)機構、刀臂伸縮機構等，是該類刀庫的核心部件)、換刀機械手組成，主要完成機床主軸與刀庫中的刀具抓取、卸刀、換位、裝刀等動作。ATC 凸輪箱中內(nèi)置三只無觸點開關，用于監(jiān)測機械手各項動作是否到位，并將信號反饋至機床控制系統(tǒng)。圓盤機械手刀庫采用隨機換刀的方式，采用就近換刀原則，即多次換刀后，刀套號與刀具號并不一致。每一個刀套號中對應的刀具號由數(shù)控系統(tǒng)記憶并實現(xiàn)不斷更新，且該過程同樣適用于鏈式機械手刀庫。大連機床集團有限公司技術中心的譚春暉師傅曾精確的設計了刀庫的控制方式。(1) 刀庫作為系統(tǒng)的定位軸來控制。在梯形圖中根據(jù)指令 T 碼進行運算比較后輸出角度和速度指令到刀庫伺服，驅(qū)動的刀庫伺服電機。刀庫的容量、旋轉(zhuǎn)速度加/減速時間等均可在系統(tǒng)參數(shù)中設定，此種方式不受外界因素影響，定位準確、可靠，但成本較高。(2)刀庫由液壓馬達驅(qū)動，有快慢速之分，用接近開關計數(shù)并定位。在梯形圖中比較系統(tǒng)存儲的當前刀號(主軸上的刀)和目標刀號(預選刀)并運算，再輸出旋轉(zhuǎn)指令，同時判斷按最短路徑旋轉(zhuǎn)到位。這種方式需要足夠的液壓動力和電磁閥，刀庫旋轉(zhuǎn)速度可通過節(jié)流閥調(diào)整。但使用一段時間后，可能會因為油質(zhì)、油壓、油溫及環(huán)境因素的變化而影響運動速度和準確性，一般用于不需頻繁換刀的大中型機床。(3)刀庫由交流異步電動機驅(qū)動凸輪機構(馬氏機構)，用接近開關計數(shù)，這種方式運行穩(wěn)定，定位準確可靠，一般與凸輪機械手配合使用，換刀速度快，定位準。主要用于中小型的加工中心。在自動化機床中，機械手的應用越來越普遍，在機床自動換刀機械手設計上，升降系統(tǒng)是非常重要的，除了升降系統(tǒng)機械手的換刀和對刀具的夾持，都是需要仔細地去設計，而對于機械手設計上要保證機床設備本身與機械手的柔性連接，保證工件的正常輸送和機床的自動化加工。上海優(yōu)尼斯工業(yè)設備銷售有限公司技術部鄭博在刀具換刀與夾持上做了相關研究，如下：在機床機械手換刀上,是自動換刀裝置，同時它還擔負著把刀從刀庫送到主軸上,刀具在主軸上使用完成之后，再從主軸上被送回到刀庫中，機床刀具的換刀方式有圓盤形、直線型,圓盤形換刀是刀架是一個回轉(zhuǎn)體， 每個刀都置于圓盤的外圓端，通過圓盤的選擇，刀具旋轉(zhuǎn)到指定位置，機械手進行換刀，這種換刀方法是機床上最常見的。刀具的夾持設計上，一般選取柄式夾持和法蘭式夾持，柄式夾持方法是軸向夾持，這種方法是利用最多的，因為刀柄的尾部是個錐柄，這種刀具采用模式錐度方法夾持最方便、快捷。而法蘭式夾持方法是在機械手前端安裝法蘭盤，這種夾持方法有一些繁瑣。蘭州理工大學陳愛虎、羅生梅教授對機械手換刀控制進行了仿真研究。數(shù)控機械手主要作用就是換刀，由于在換刀過程中會出現(xiàn)刀具不能精確地換到對應位置，影響機床正常工作。為了能夠減小這種誤差，通過系統(tǒng)的建模、有限元仿真和優(yōu)化的方法對其結構進行建模、靜力分析和模態(tài)分析，得到整個裝配體的位移和應力以及它的固有頻率、振型，然后將優(yōu)化前和優(yōu)化后的機械手進行對比。結果顯示，總的位移相對于優(yōu)化前的位移有了大幅的減少，且使一二五六階模態(tài)固有頻率變大,三四階模態(tài)固有頻率減小。綜合仿真分析結果可得，上述優(yōu)化方法可以有效減小數(shù)控機械手誤差， 為后續(xù)機械手設計提供了依據(jù)和借鑒。浙江交通技師學院的傅凱對刀庫進行了改裝裝置的設計。隨著對加工工藝的深入了解，加工中心起到重要的作用。設備改造、產(chǎn)品創(chuàng)新設計、生產(chǎn)工藝改進等都是需要突破的難點數(shù)控銑床的自動化換刀就是眾多項目中的一個，通過分析企業(yè)需求，制定設備改造方案，完成自動換刀裝置支架的設計和制造、刀庫系統(tǒng)的設計、刀庫的安裝及位置調(diào)整、系統(tǒng)調(diào)試及運行等任務，最終完成對數(shù)控銑床的自動化改造，將機械手自動換刀代替以前的人工手動換刀，使生產(chǎn)提高了效率，降低了成本。山東大學高瑋珽在數(shù)控加工中心刀庫及機械手設計中提到刀庫傳動系統(tǒng)的傳動過程為：直流伺服電機通過十字聯(lián)軸節(jié)、蝸桿、蝸輪將運動傳給刀盤，刀盤帶動其刀套(內(nèi)裝刀具)轉(zhuǎn)動，完成選刀工作。其中每個刀套尾部有一個滾子，當待換刀具轉(zhuǎn)到換刀位置時，滾子進入撥叉的槽內(nèi)。同時氣缸的下腔進壓縮空氣，活塞桿帶動撥叉上升，帶動刀套繞著銷軸向下轉(zhuǎn)動 90 度，從而使刀具軸線與主軸軸線平行，做好換刀的準備工作。在運動過程中，為防止刀庫、主軸等有誤動作，高瑋珽利用位置開關起到自鎖保護的作用，用以斷開相關的電路，起到保護機械結構作用。考慮刀庫的分度精度要求，本傳動系統(tǒng)采用蝸桿、蝸輪傳動，同時選用同服電動機傳動，實現(xiàn)準確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫工作的可靠性。加工中心刀庫的布置、刀庫與主軸的配置影響機械手的動作、抓刀方式、機構的復雜程度、可靠性和換刀時間的長短，進而影響加工中心的工作效率。陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院的張俊勇和趙小剛通過對加工中心換刀的分析和研究，提出了合理布置刀庫的方式，以減少自動換刀裝置的動作和機構的復雜程度，提高加工中心的效率、可靠性和可維護性。13圖 1 加工中心換刀過程換刀過程為：（1）刀庫取刀：主軸正常工作，刀庫旋轉(zhuǎn)，將 T02 所在的滑板由刀庫沿滑道上移，并將 T02 所在的刀座中心與 P1 重合，等待換刀。當系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，送刀機構將刀具 TO2 及其刀座一起沿軌道移動到 P2，等待換刀機械手換刀，在送刀機構工作的同時，主軸快速停轉(zhuǎn)并回到主軸換刀點，主軸應離開被加工工件一段距離，為換刀留出一個足夠的空間，避免換刀被工件干涉。（2）主軸換刀：主軸回到換刀點，刀具 T02 在 P2。機械手旋轉(zhuǎn)抓刀，外伸拔刀。旋轉(zhuǎn) 180換刀，機械手裝刀，機械手復位。主軸開始工作，送刀機構要將剛換下的刀具 T01 放回刀庫中。（3）刀庫裝刀：送刀機構將剛才換下的刀具 T01 沿軌道送到 P1 處的滑板里，滑板沿軌道下移回到刀庫中，刀庫旋轉(zhuǎn)，將 T03 所在的滑板由刀庫沿軌道上移，并將T03 所在的刀座中心與 P1 重合,等待下次換刀。換刀過程就是這樣，由刀庫取刀-送刀-機械手換刀-刀庫裝刀-刀庫取刀循環(huán)，直到工件加工完成。缺點：刀庫容量大，加上采用盤式刀庫引起刀庫所占的空間較大，刀具由刀庫到換刀點 P2，并最終完成換刀和刀庫裝刀的操作太復雜，分別由刀庫旋轉(zhuǎn)一滑板上移一送刀機構一機械手換刀一送刀機構一滑板下移來完成。換刀過程中，如果其中個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能無法正常工作，降低了效率，甚至發(fā)生事故。因為制造業(yè)和工業(yè)不斷的發(fā)展，科學不斷的進步，對生產(chǎn)效率不斷提高的要求， 單純的使用人力，不能滿足生產(chǎn)需要，使得機械手的應用越來越廣泛，它可以代替人完成更高要求、難度、重復枯燥的工作，所以怎樣能更大提升加工中心換刀機械手的性能，怎樣將加工中心的控制系統(tǒng)與機械手完美的連接，這是機械手研究設計的一個重要環(huán)節(jié)和意義所在。指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）審核簽字：年月日意見教研室主任意見簽字：年月日學院教學指導委員會意見簽字：年月日公章：數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設計 數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設計摘 要 在本文中研究并設計了一種數(shù)控臥式鏜銑床加工中心自動換刀機械手，讓其在設定好的程序指令下，配合刀庫和鏜銑床完成整個加工工序的自動換刀過程。該機構由液壓馬達通過滾珠絲杠進行豎直方向的定位，使用液壓回轉(zhuǎn)油缸實現(xiàn)手架的回轉(zhuǎn)，通過直線油缸驅(qū)動手部結構配合刀庫的運動實現(xiàn)對新刀的裝卡和對舊刀卸載、入庫。在完成機械結構設計的同時進行了液壓系統(tǒng)的原理設計和對液壓油缸的設計計算，并制定了液壓閥電磁鐵通斷情況表，實現(xiàn)了機、電、液一體化結構設計，并利用 SolidWorks 軟件對所有結構進行了三維的繪制和裝配?？偨Y全文，本論文的工作包括如下幾個方面： 1、通過參閱有關文獻確定換刀機械手的組成與配置。2、通過設計計算和參考文獻利用 SolidWorks 軟件確定換刀機械手的升降機構的結構和尺寸及相互位置關系。3、設計自動換刀機械手上的滑座伸縮機構并繪制及裝配三維實體模型。4、設計自動換刀機械手的手架回轉(zhuǎn)運動機構借助 SolidWorks 軟件在裝配中確定具體結構和尺寸。5、設計裝、卸刀手手臂和手部結構，并且繪制以及裝配裝、卸刀手手臂和手部結構的三維實體模型。6、設計自動換刀機械手的液壓系統(tǒng)結構。關鍵詞：加工中心； 機械手；自動換刀裝置；雙臂機械手。AbstractIn this paper，I designed a kind of CNC horizontal boring and milling machine Robot Tool Manipulator，make it processes to achieve all the automatic tool changes with the Programinstructions that we gain it.This agency Vertical direction for positioning with Hydraulic Motor and Ball Screw.Use rotary hydraulic tanks to achieve hand planes rotation.Tanks drive through the linear structure of the hand movement with the knife to achieve the treasury on the new card and loaded knife blade to uninstall the old, put in storage.Upon completion of the mechanical structure design of the hydraulic system ,I desiged the principles of design and the design of the hydraulic cylinder calculation.I also make the Electromagnetic hydraulic valve set off Tietong Table.realizeed mechanical, electrical,hydraulic of structural design.use the SolidWorks software structure of all three-dimensional mapping and assembly.Summary of the full text of this paper include the following aspects of work:1. Refer to the relevant literature to determine the adoption of robot components and configuration.2. Through the design of computing and the light of references use SolidWorks software to determine the Manipulator hoisting appliance structure and the size and location of mutual relations.3. Design Manipulator telescopic slide and draw three-dimensional solid body.4. Design of Automatic Tool Changer hand manipulator rotating body frame with SolidWorks software in the assembly to determine the specific structure and size.5. Design, drawing and assembly loading, unloading arms structures. 6.design of the hydraulic manipulator system.7.Completed the design of electrical control.Keywords: machining center; manipulator; ATC; automatic tool changing device; manipulator arms目 錄第一章緒論. - 1 -1.1 設計背景. - 1 -1.2 系統(tǒng)簡要介紹. - 1 -1.2.1 刀庫類型： . - 1 -1.2.2 換刀機械手： . - 1 -1.2.3 用途： . - 1 -1.2.4 規(guī)格參數(shù). - 2 -1.2.5 手架的運動參數(shù)： . - 2 -第二章?lián)Q刀機械手的總體方案設計32.1 設計任務32.2 設計思路32.2.1 設計步驟32.3 主要設計內(nèi)容32.4 總體方案確定32.4.1 自動換刀機械手的組成與配置的確定3圖 2.2 自動換刀過程示意圖6第三章 機械部分的結構設計73.1 換刀機械手的升降機構的設計73.1.2 加工中心常見的刀庫73.1.2 鏈式刀庫的構成83.1.2 刀庫的準停與回零93.1.3 升降機構結構的確定103.2 換刀機械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)機構的設計113.2.1 刀具交換裝置113.2.2 自動換位換刀裝置123.2.3 本次設計的自動換刀機械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運動機構163.3 裝、卸刀手手臂和手部結構163.3.1 手爪163.3.2 裝、卸刀手手臂和手部結構173.4 自動換刀機械手液壓系統(tǒng)19第四章 相關設計計算214.1 手部設計計算214.2 臂部設計要求214.2.1 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕214.2.2 臂部運動速度要高，慣性要小224.2.3 手臂動作應靈活234.2.4 位置精度要高234.2.5 手臂的設計計算234.3 伸縮液壓缸的設計計算244.3.1 作水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力24計算數(shù)據(jù)274.3.2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的設計計算32計算數(shù)據(jù)34第五章 三維裝配效果圖37第六章 環(huán)保性、經(jīng)濟性、安全性分析406.1 油液泄漏污染406.2 振動與噪聲40參考文獻41結束語42第一章緒論1.1 設計背景隨著時代的發(fā)展，對機械加工的加工精度和加工效率要求越來越高，而普通機床的加工精度有限，加工效率也比較低，因此加工中心越來越多的在機械加工行業(yè)被使用。 加工中心(Machining Center)，是一種包含機械設備與數(shù)控系統(tǒng)的被用來加工復雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心區(qū)別于數(shù)控機床最主要的特征是備有刀 庫，具有自動換刀功能，對工件一次裝夾后進行多工序加工的數(shù)控機床。工件裝夾 后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。因而大大減少了工件裝夾時間，測量和機床調(diào)整等輔助工序時間，對加工形狀比較復雜，精度要求較 高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟效果。 加工中心的換刀方式主要有兩種： 1、無機械手式：這種方式必須將用過的刀具送回刀庫，之后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不能同時進行，因此換刀時間較長。 2、機械手換刀：這種方式應用的最為廣泛，因為機械手換刀有較大的靈活性，可以減少換刀時間。 由此可見自動換刀機械手在加工中心中有著十分重要的地位。在實際應用中加工中心換刀機械手有著多種形式，各自的特點也各不相同。本文對換刀機械手進行系統(tǒng)的研究，并系統(tǒng)的設計一種針對數(shù)控臥式鏜銑床加工中心的換刀機械手。 1.2 系統(tǒng)簡要介紹設計課題：數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀裝置。1.2.1 刀庫類型：鏈式刀庫。1.2.2 換刀機械手：雙臂單爪交叉式機械手。1.2.3 用途：在給定的程序指令下，配合刀庫和臥式鏜銑床（簡稱主機）實現(xiàn)所有加工工序的自動裝、卸刀。- 2 -1.2.4 規(guī)格參數(shù)抓重：20 公斤。自由度數(shù)：4 個。坐標形式：圓柱坐標。手指夾持刀柄的直徑：100 毫米。驅(qū)動方式：液壓。1.2.5 手架運動參數(shù)：拔、插刀行程（即滑座伸縮 Z）：155 毫米（最大 180 毫米）。升降行程（即找刀排 Y）：3x420 毫(刀排間垂直方向距離為 420 毫米，共四排)。回轉(zhuǎn)角度（）：180。裝、卸刀手手臂伸縮行程（X）：195 毫米。手指夾持刀柄的直徑：100 毫米。 位置檢測與定位方式： 滑座伸縮、手架回轉(zhuǎn)和裝、卸刀手手臂伸縮運動采用行程開關進行位置檢測，由擋塊定位。手架升降運動采用無觸點行程開關進行位置檢測，并控制三位四通閥適時“關閉”來定位。 控制方式：數(shù)字控制第二章?lián)Q刀機械手的總體方案設計2.1 設計任務本次設計的主要任務是設計一種數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手，使其在設定好的指令下，和刀庫以及鏜銑床主機一起，完成整個加工工序的自動裝、卸刀過程。2.2 設計思路2.2.1 設計步驟1、確定換刀機械手的結構與構成。2、通過設計計算和參考文獻確定換刀機械手的升降機構的結構和尺寸及相互位置關系。3、設計自動換刀機械手的滑座伸縮機構。4、設計設計自動換刀機械手的手架回轉(zhuǎn)運動機構。5、設計裝、卸刀手手臂和手部結構。6、設計自動換刀機械手的液壓系統(tǒng)結構。7、完成換刀機械手的電氣控制系統(tǒng)的設計。2.3 主要設計內(nèi)容1、換刀機械手的升降機構的設計； 2、滑座伸縮機構的設計； 3、 裝、卸刀手手臂和手部結構的設計； 4、自動換刀機械手的液壓系統(tǒng)的設計； 5、機械手的電氣控制系統(tǒng)的設計.2.4 總體方案確定2.4.1 自動換刀機械手的組成與配置的確定機械手在自動換刀數(shù)控機床中的形式有多種多樣，常見的機械手形式有以下幾種。 1、單臂單爪回轉(zhuǎn)機械手這種機械手的手臂在進行自動換刀過程中可以回轉(zhuǎn)不同的角度，而且不論在刀庫上或是在主軸上，均靠其僅有的一個卡爪來裝刀及卸刀，因此換刀時間較長。 2、單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手45這種機械手換刀時間相對于上述單爪回轉(zhuǎn)機械手用時要少，因為其手臂上有兩個卡爪，其中一個卡爪從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個卡爪從刀庫取出“新刀”送回主軸。 經(jīng)過參考上述機械手的設計方案，最終確定了本次設計自動換刀機械手的總體結構： 自動換刀機械手由升降絲桿 1、滑座 2、橫梁 3、油馬達 4、 裝刀手 5、手架 6、卸刀手 7 組成并與刀庫 8（由四排帶刀套的鏈條組成，每排鏈條上均有 15 個刀套，總共有 60 個刀套）組成自動換刀裝置，其配置如圖所示。 換刀過程：圖 2.1 換刀機械手配置示意圖如圖所示，設正在進行第五工序，主機的主軸上正用 T05 號刀進行切削過程，第六工序需要用 T09 號刀，第七工序需要用 T46 號刀，P05 是裝 T05 號刀的刀套，已經(jīng)停在換刀位置上，裝刀手已經(jīng)抓取了 T09 號刀，開始自動換刀前的狀態(tài)如圖 a。 第五工序最后的程序是：使主機立柱到最后位置(Z 軸原點)，主軸箱升到最高位置（Y 軸原點），將主軸定向，并使自動換刀控制部分作好換刀的準備。 第六工序開始的第一個指令是選刀的指令 Z46，控制部分得到選刀指令后開始自動換刀循環(huán)過程，其循環(huán)分三個階段。第一階段完成向主軸上換刀的過程，包括十個動作（需要時間約 8 秒）： 1、手架轉(zhuǎn)向主軸，如圖 b。 2、卸刀手向前伸，抓取主軸上的 T05 號刀，如圖 c。 3、主軸箱拉刀機構松開，主軸孔吹氣。 4、滑座前伸拔刀，如圖 d。 5、卸刀手縮回，如圖 e。 6、裝刀手向前伸，如圖 f。 7、滑座向后退，將 T09 號刀安裝到主軸孔，如圖 g。 8、主軸箱拉刀機構拉緊，停止吹氣。 9、裝刀手縮回，如圖 h。 10、手架轉(zhuǎn)向刀庫，如圖 i。 手架轉(zhuǎn)向刀庫后。機床即開始第六工序的加工。同時自動換刀循環(huán)過程進入第二階段，將 T05 號刀送回刀庫。此過程包括五個動作： 1、橫梁下降到第二排刀鏈處，如圖 j。 2、滑座前伸。 3、卸刀手前伸。 4、滑座后退，將 T05 號刀安裝到 P05 刀套中。 5、卸刀手后退。 然后轉(zhuǎn)入第三階段。使自動換刀裝置變換為下一次換刀的換刀前狀態(tài)，此過程包括六個動作： 1、刀套鏈沿順時針方向轉(zhuǎn)動，將 T46 號刀移動到換刀位置，橫梁下降到第三排刀套鏈處，如圖 k。 2、裝刀手前伸，抓取 T46 號刀。 3、滑座前伸拔刀。 4、裝刀手后退。 5、滑座后退。 6、橫梁上升至最高位置，刀鏈反向轉(zhuǎn)動，將 P09 刀套移動到換刀位置，如圖 l。如此，就結束了整個自動換刀循環(huán)過程。 圖 2.2 自動換刀過程示意圖第三章 機械部分的結構設計3.1 換刀機械手的升降機構的設計3.1.2 加工中心常見的刀庫按照刀具的數(shù)目可分為單刀架和多刀架。按驅(qū)動刀架轉(zhuǎn)位的動力可分為手動轉(zhuǎn)位刀架和自動（電動和液動）轉(zhuǎn)位刀架。 自動換刀裝置的刀庫和換刀機械手的驅(qū)動都是采用電氣或液壓自動實現(xiàn)的。當前主要在加工中心和車削中心上用到自動換刀裝置，但數(shù)控磨床上的自動更換砂輪，電加工機床上的自動更換電極，以及數(shù)控沖床上的自動更換模具等也日漸增多。 在數(shù)控車床的自動換刀裝置中主要采用回轉(zhuǎn)刀盤。在刀盤上安裝有 812 把刀。部分數(shù)控車床采用兩個刀盤，實行四坐標控制方法。一小部分數(shù)控車床已經(jīng)具有了刀庫形式的自動換刀裝置。一個刀架上的回轉(zhuǎn)盤，刀具與主軸中心平行安裝，回轉(zhuǎn)刀盤不僅僅有回轉(zhuǎn)運動還有縱向進給運動和橫向進給運動。刀盤中心線相對于主軸中心線傾斜的回轉(zhuǎn)刀盤，在刀盤上安裝有 68 個刀位，在每個刀位上可安裝兩把刀具，分別用來加工外圓和內(nèi)孔。安裝有兩個刀盤的數(shù)控車床，刀盤 1 的回轉(zhuǎn)中心與主軸中心線平線，是用來加工外圓的；刀盤 2 的回轉(zhuǎn)中心線與主軸中心線垂直，是用來加工內(nèi)表面的。在安裝有刀庫的數(shù)控車床中，其刀庫可以是回轉(zhuǎn)式的也可以是鏈式的，通過機械手進行交換。如圖： 圖 3.1 數(shù)控車床的自動換刀裝置加工中心有立式、臥式和龍門式等幾種，因而其刀庫和換刀裝置也是各式各樣的。加工中心中刀庫的類型有盤形刀庫、鏈式刀庫、格子箱式刀庫和直線刀庫等。 3.1.2 鏈式刀庫的構成目前鏈式刀庫在所有刀庫中是用得最多的一種形式，它是由一個主動鏈輪帶動裝有刀套的鏈條來進行刀具的移動。主動鏈輪是由直流（交流）伺服電動機通過蝸桿、蝸輪等減速裝置驅(qū)動的（根據(jù)結構的需要有時還需要加一對齒輪副）。不僅在鏈式刀庫中有這樣的傳動方式，而且也采用在其他形式的刀庫傳動中。導向輪一般都會被做成光輪， 并且在圓周表面做硬化處理。在左側(cè)同時起張緊輪作用的兩個導向輪，在其輪座上必須帶有導向槽（或?qū)蜴I），防治松開螺釘時出現(xiàn)輪座位置歪扭的情況，導致張緊調(diào)節(jié)無法正常完成。 由于刀具的重量和為了保證刀庫工作的平穩(wěn)性，推薦以下形式的鏈條供選擇： 1、SK04 型鏈條（帶導向輪的）； 2、HP 型鏈條（一種套筒式鏈條，其輥子本身就是刀套）。 上述鏈條中，應先確定好刀柄號和拉釘種類、刀套間距、定位安裝位置和刀套導標牌位置，再予以采用。 鏈式刀庫的結構形式有很多。SK 型懸掛式鏈條組成的鏈式刀庫只能是刀套“外轉(zhuǎn)型“，所以如果刀庫為方形時，就無法充分利用其中間空間。HP 型套筒式鏈條組成的鏈式刀庫在刀套”內(nèi)轉(zhuǎn)“時，刀套之間不會發(fā)生干涉，所以刀庫空間的利用率比懸掛式的刀庫空間的利用率高。 3.1.2 刀庫的準停與回零如果換刀機械手抓刀不準，就會在換刀時容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象，刀套不能準確地停在換刀位置上就會導致這種情況的發(fā)生。因此影響換刀動作可靠性的重要因素之一就是刀套的準停問題。為了確保刀套準停 在換刀位置上，需要采取如下措施。 1、定位盤準停由液壓缸推動的定位銷插入定位盤的定位槽內(nèi)，以實現(xiàn)刀套的準停。 為了保證刀套的準停精度和刀套定位的剛性，鏈式刀庫的換刀位置一般設在主動鏈輪上， 或者盡可能設置在靠近主動鏈輪的刀套處。定位盤上的每個定位槽（或定位孔）都對應 一個相應的刀套，而且定位槽（或定位孔）的節(jié)距要一致。 這種準停方式的優(yōu)點為： 能有效地消除傳動鏈反向間隙的影響。 保護傳動鏈，使其免受換刀撞擊力。 可不用制動自鎖裝置驅(qū)動電動機。 2、鏈式刀庫要選用節(jié)距精度較高的套筒輥子鏈和鏈輪，而且在把刀套裝在鏈條上時。要用專用夾具來定位，以保證刀套間距一致。 3、鏈式刀庫的鏈條要有導向輪，沿導向槽移動，這樣就能防止鏈條在運動中的抖動現(xiàn)象，保證刀庫工作的可靠性、回零開關的工作可靠性以及高的重復精度。 4、采用對鏈輪傳動進行補償方式 在鏈輪軸上裝編碼器，對鏈輪傳動進行補償實現(xiàn)準停。 5、采用單頭雙導程蝸桿傳動方式 它通過調(diào)節(jié)蝸桿的軸向位置，把傳動間隙調(diào)到理想程度。在這種傳動方式中，如果還加用定位銷準停方式，就容易出現(xiàn)“過定位”現(xiàn)象。 6、采用使刀套單方向運行和單方向定位方式 這是消除反向間隙影響的一個“笨方法”，使用該方法時，刀庫單向運行方向必須與機械手抓刀方向相反，否則機械手抓刀時會使刀套“挪位“。這種運行方式雖然能夠消除傳動間隙的影響。卻增加了選刀時間。因此這種方式一般只用于容量刀庫或順序選刀的刀庫上，應盡量少用。 7、為了準確地回到零點，在零點前設置減速行程開關，其回零減速撞塊尺寸按下式計算。 V ( Tq+30+T )+40V TLdw q 2s600001 s 該不等式計算后，Ldw 取整數(shù)就是減速撞塊的有效工作長度。Lda 為由減速行程開關釋放點到零點的距離，約等于電動機轉(zhuǎn)動半圈的移動量。 3.1.3 升降機構結構的確定圖 3.2 升降機構的示意圖這個自動換刀機械手的升降機構是由油馬達 1、滾珠絲杠 2、螺旋副間隙調(diào)整墊 3、導向柱、減速齒輪 5、和無觸點行程開關 6 等組成。當接受使手架上升或下降（找刀排） 指令后，壓力油進到油馬達 1 中，油馬達帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，使手架帶著裝、卸刀手升降。因刀庫有四排刀排，手架可上下移動 3x420 毫米的距離，當手架上下運動接近所選刀排位置時，其上的懸臂感應塊使安裝在刀排相應位置的無觸點行程開關發(fā)信，控制手架升降油路的調(diào)速閥作用使手架減速，當?shù)竭_所選刀排要求準確定位時，裝在減速齒輪上的感應塊使無觸點行程開關（12XK 或 20XK）發(fā)信，切斷手架升降油路，油馬達停止轉(zhuǎn)動，手架即停在所規(guī)定的位置上。滾珠絲桿和螺母間隙，可用修磨調(diào)整墊來達到。導向柱除起導向作用外，并使?jié)L珠絲桿在傳動中免受彎曲力矩的作用，使手架升降運動平穩(wěn)可靠。 3.2 換刀機械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)機構的設計3.2.1 刀具交換裝置數(shù)控機床的自動換刀裝置中，實現(xiàn)刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式通常分為由刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換和采用機械手交換刀具兩類。刀具的交換方式和其具體結構對機床的生產(chǎn)率和工作可靠性有著直接的影響。 1、利用刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換的裝置此裝置在換刀是必須首先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不可能同時進行，因此換刀時間較長。數(shù)控立式鏜銑床就是采用這類刀具交換方式的實例。該機床的盤式刀庫的結構極為簡單，換刀過程卻較為復雜。它的選刀和換刀由三個坐標軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來完成，因而每交換一次刀具，工作臺和主軸箱就必須沿著三個坐標軸作兩次來回的運動，因而增加了換刀時間。另外由于刀庫置于工作臺上， 減少了工作臺的有效使用面積。 2、刀庫機械手的刀具交換裝置采用機械手進行刀具交換的方式應用得最為廣泛，這是因為機械手有很大的靈活性， 而且可以減少換刀時間。在各種類型的機械手中，雙臂機械手集中地體現(xiàn)了以上的優(yōu)點。在刀庫遠離機床主軸的換刀裝置中，除了機械手以外，還帶有中間搬運裝置。 雙臂機械手中最常用的幾種結構，他們分別是鉤手、抱手、伸縮手和叉手。這幾種機械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、插刀以及返回等全部動作。為了防止刀具掉落，各機械手的活的爪都必須帶有自鎖結構。由于雙臂回轉(zhuǎn)機械手的動作比較簡單，而且能夠同時抓起和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間可以進一步縮短。 雙刀庫機械手換刀裝置，其特點是用兩個刀庫和兩個單臂機械手進行工作，因而機械手的工作行程大為縮短，有效地節(jié)省了換刀時間。還由于刀庫分設兩處使布局較為合理。 根據(jù)各類機床的需要，自動換刀數(shù)控機床所使用的刀具的刀柄有圓柱形和圓錐形兩種。為了使機械手能可靠地抓取刀具，刀柄必須有合理的夾持部分，而且應當盡可能使刀柄標準化。V 形槽夾持結果適用于各種機械手。這是由于機械手抓的形狀和 V 形槽能很好地吻合，使刀具能保持準確的軸向和徑向位置，從而提高了裝刀的重復精度。凸緣夾持結構適用于鉗式機械手裝夾，這是由于凸緣的兩邊可以同時伸進鉗口，使用輔助機械手能夠方便地將刀具從一個機械手傳遞給另一個機械手。 3.2.2 自動換位換刀裝置數(shù)控車床上使用的轉(zhuǎn)位刀架是一種最簡單的自動換刀裝置。根據(jù)不同加工對象，可以設計成四方刀架和六角刀架等多種形式。轉(zhuǎn)位刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。 轉(zhuǎn)位刀架在結構上應具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖的位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀尖位置不進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每一次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復定位精度（一般為 0.0010.005mm）。 1、四方轉(zhuǎn)位刀架一般經(jīng)濟型數(shù)控車床采用的螺旋升降式四方自動刀架，適用于軸類零件的加工。其換刀過程：a.刀架抬起。當數(shù)控裝置發(fā)生換刀指令后，電動機正傳，并經(jīng)聯(lián)軸套、軸， 由滑鍵（或花鍵）帶動蝸桿、蝸輪、軸、軸套轉(zhuǎn)動。軸套的外圓上有兩處凸起，可在套筒內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)滑動，從而舉起刀架及上端齒盤，使齒盤與下端齒盤分開，完成刀架拾起動作。b.刀架轉(zhuǎn)位。刀架抬起后，軸套仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動，同時帶動刀架轉(zhuǎn)過 90（如不到位，刀架還可以繼續(xù)轉(zhuǎn)位 180、270、360）并由微動開關發(fā)出信號給數(shù)控裝置。c.刀架壓緊。刀架轉(zhuǎn)位后，由微動開關發(fā)出的信號使電動機發(fā)轉(zhuǎn)，使刀架定住而不隨軸套回轉(zhuǎn)，于是刀架向下位移，上下端齒盤合攏壓緊。蝸桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動則產(chǎn)生軸向位移， 壓縮彈簧，套筒的外圓曲面壓縮開關使電動機停止旋轉(zhuǎn)，從而完成一次轉(zhuǎn)位。 2、六角轉(zhuǎn)位刀架數(shù)控車床的六角轉(zhuǎn)位刀架，適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時，可以換用四方轉(zhuǎn)位刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便。 六角轉(zhuǎn)位刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制。其動作分為四個步驟：a.刀架抬起。當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油進入壓緊液壓缸的下腔，活塞上升，刀架體抬起，使定位活動插銷與固定插銷脫開。同時，活塞下端的端齒離合器與空套齒輪結合。b.刀架轉(zhuǎn)位。當?shù)都芴鹬?，壓力油轉(zhuǎn)入液壓缸左腔，活塞向右 移動，通過連接板帶動齒輪移動，使空套齒輪作逆時針方向轉(zhuǎn)動，通過齒端離合器使刀 架轉(zhuǎn)過 60?；钊男谐虘扔邶X輪 5 節(jié)圓周長的 1/6，并由限位開關控制。c.刀架壓緊。刀架轉(zhuǎn)位之后，壓力油進入壓緊液壓缸的上腔，活塞帶動刀架體下降。杠體的底盤 上精確地安裝著六個帶斜楔的圓柱固定插銷，利用活動插銷消除定位銷與孔之間的間隙， 實現(xiàn)反靠定位。刀架體下降時，定位活動插銷與另一個固定插銷卡緊，同時由于缸體與 壓盤的錐面接觸，刀架在新的位置定位并壓緊。這時，端齒離合器與空套齒輪脫開。d. 轉(zhuǎn)位液壓缸復位。刀架壓緊之后，壓力油進入轉(zhuǎn)位油缸右腔，活塞帶動齒條復位，由于 此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。 如果定位和壓緊動作正常，推桿與相應的接觸頭接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已結束，可以繼續(xù)進行切削加工。 轉(zhuǎn)位刀架除了采用液壓缸驅(qū)動轉(zhuǎn)位和定位銷定位外，還可以采用電動機馬氏機構官網(wǎng)和鼠盤定位，也可使用其他轉(zhuǎn)位和定位機構。 數(shù)控車床 12 個刀位的液壓回轉(zhuǎn)刀架結構。刀架的夾緊和轉(zhuǎn)位均由液壓油缸驅(qū)動。接到轉(zhuǎn)位信號后，液壓缸的右腔進油將中心軸和刀盤左移，使端面齒盤與軸分離，然后， 液壓馬達驅(qū)動凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個柱銷，使刀盤轉(zhuǎn)過一個工位。同時，固定在中心軸尾端的 12 面選位凸輪壓合相應的計數(shù)開關一次；當?shù)侗P轉(zhuǎn)到新予選的工位時，液壓馬達剎車，然后液壓缸前腔進油，將中心軸和刀盤拉緊，使兩端面齒盤嚙合夾緊。此時，中心軸尾部平面壓下開關發(fā)出轉(zhuǎn)位結束信號。該刀架可以向正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可自動選擇最近的回轉(zhuǎn)路線，以縮短輔助時間。 電動回轉(zhuǎn)刀架，當轉(zhuǎn)塔刀架接到轉(zhuǎn)位指令后，電動機通過齒輪帶動行星輪的系桿旋轉(zhuǎn)，再通過軸帶動套轉(zhuǎn)動，套沿圓周方向均布 3 個夾緊輪，此時夾緊輪沿著下定位齒盤上的凸輪槽移動，當夾緊輪進入槽中的凹部時，將使下齒盤向右移動，從而使上、下定位齒盤脫離嚙合，完成轉(zhuǎn)塔打開工作。接著套帶著夾緊輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，推動與轉(zhuǎn)塔頭連在一起的套同步轉(zhuǎn)動，進行分度轉(zhuǎn)位工作，當達到預定位置時，電磁鐵動作，將預定位桿向左推出，使預定位銷金土轉(zhuǎn)塔的預定位套中，當預定位銷到位后，接近開關發(fā)出信號使電動機停止轉(zhuǎn)動，并立即進行反轉(zhuǎn)，即使夾緊套帶動夾緊輪反向轉(zhuǎn)動，從而將下定位齒盤向左移動，上下齒盤嚙合（精定位），靠下齒盤凸輪槽中的凸起部分夾緊轉(zhuǎn)塔。該轉(zhuǎn)塔刀架的特點是靠移動下端齒盤來完成打開動作，整個過程轉(zhuǎn)塔不抬起。 該轉(zhuǎn)塔根據(jù)相應的邏輯電路自動選擇回轉(zhuǎn)方向，進行雙向自動分度旋轉(zhuǎn)。 3、帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由于回轉(zhuǎn)刀架、轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置容納的刀具數(shù)量不能太多，滿足不了復雜零件的加工需要。具有鉆、鏜、銑功能的數(shù)控銑鏜床和加工中心，為了使工件能在一次安裝中實現(xiàn)工序高度集中，加工完盡可能多的工作表面，一般采用刀庫式自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機構組成，是多工序數(shù)控機床上應用最廣泛的換刀系統(tǒng)。整個換刀過程較為復雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標準的刀柄上，在機外進行尺寸預調(diào)整之后，按一定的方式收入刀庫，換刀時先在刀庫中進行選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具。在進行刀具交換之后，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫。在、存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可作為單獨部件安裝在機床以外。常見的刀庫形式有三種：a.盤形刀庫。b.鏈式刀庫。c.格子箱刀庫。 帶刀庫的自動換刀裝置的數(shù)控機床主軸箱內(nèi)只有一個主軸，設計主軸部件時有可能充分增強它的剛度，因而能夠滿足精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具（可以多達 100 把以上），因而能夠進行復雜零件的多工序加工，這樣就明顯提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀裝置換刀形式很多，以下介紹幾種典型換刀裝置。 4、直接在刀庫與主軸（或刀架）之間換刀的自動換刀裝置這種換刀裝置只具備一個刀庫，刀庫中儲存著加工過程中需使用的各種刀具，利用機床本身與刀庫的運動實現(xiàn)換刀過程。自動換刀數(shù)控立式車床，刀庫固定在橫梁的右端， 它可作回轉(zhuǎn)以及上下方向的插刀和拔刀運動。機床自動換刀過程如下：a.刀架快速右移， 使其上的裝刀孔軸線與刀庫上空刀座的軸線重合，然后刀架滑枕向下移動，把用過的刀具插入空刀座。b.刀庫下降，將通過的刀具從刀架中拔出。c.刀庫回轉(zhuǎn)，將下一工步所需使用的新刀具軸線對準刀架上的裝刀孔軸線。d.刀庫上升，將新刀具插入刀架裝刀孔， 接著由刀架中自動夾緊裝置將其夾緊在刀架上。e.刀架帶著換上的新刀具離開刀庫，快速移向加工位置。 這種刀庫的驅(qū)動是由伺服電動機經(jīng)齒輪、蝸桿和蝸輪轉(zhuǎn)動刀庫進行的。為了消除齒側(cè)間隙而采用雙片齒輪。蝸桿、蝸桿采用單頭雙導程蝸桿（左齒面導程為 9.2363mm）消除蝸桿蝸輪嚙合間隙，壓蓋和軸承套之間螺紋聯(lián)接。轉(zhuǎn)動套就可使蝸桿軸向移動以調(diào)整間隙，螺母用于在調(diào)整后鎖緊，刀庫的最大轉(zhuǎn)角為 180，在控制系統(tǒng)中有自動判別功能，決定刀庫正反轉(zhuǎn)，以使轉(zhuǎn)角最?。换蛘卟捎貌邃N定位、反靠定位等方法來準確定位。 刀庫及轉(zhuǎn)位機構裝在一個箱體內(nèi)，用滾動導軌支承在立柱頂部，用油缸驅(qū)動箱體的前移和后退。 5、用機械手在刀庫與主軸之間換刀的自動換刀裝置這是目前用得最普遍的一種自動換刀裝置，其布局機構多種多樣。四排鏈式刀庫分置于機床的左側(cè)，由裝在刀庫與主軸直接的單臂往復交叉雙機械手進行換刀。換刀過程：a.開始換刀前狀態(tài)，主軸正在用刀具進行加工，裝刀機械手已抓住下一工步需用的刀具， 機械手架處于最高位置，為換刀作好了準備。b.上一工步結束，機床立柱后退，主軸箱上升，使主軸處于換刀位置。接著下一工步開始，其第一個指令是換刀，機械手架回轉(zhuǎn)180轉(zhuǎn)向主軸。c.卸刀機械手前伸，抓住主軸上已用過的刀具。d.機械手架由滑座帶動，沿刀具軸線前移，將刀具從主軸上拔出。e.卸刀機械手縮回原位。f.裝刀機械手前伸，使刀具對準主軸。g.機械手架后移，將刀具插入主軸。h.裝刀機械手縮回原位。i. 機械手架回轉(zhuǎn) 180，使裝刀、卸刀機械手轉(zhuǎn)向刀庫。j.機械手架由橫梁帶動下降，找第二排刀套鏈，卸刀機械手將刀具插回刀套中。k.刀套鏈轉(zhuǎn)動，把在下一個工步需用的刀具送到換刀位置；機械手架下降，找第三排刀鏈，由裝刀機械手將刀具取出。l.刀套鏈反轉(zhuǎn)，把刀套送到換刀位置，同時機械手架上升至最高位置，為再下面一個工步的換刀作好準備。 6、用機械手和轉(zhuǎn)塔配合刀庫進行換刀的自動換刀裝置這種自動換刀裝置實際是轉(zhuǎn)塔式換刀裝置和刀庫式換刀裝置的結合。轉(zhuǎn)塔上有兩個刀具主軸。當用一個刀具主軸上的刀具進行加工時，可由機械手將下一工步需用的刀具換至不工作的主軸上，待上一工步加工完畢后，轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn) 180，即完成了換刀工作。因此，所需換刀時間很短。 從以上幾種自動換刀裝置可以看出，刀庫的驅(qū)動方式一般采用液壓和電氣兩種方式。小型刀庫可直接由蝸桿蝸輪傳動，大型刀庫還需采用鏈條傳動。 采用蝸桿蝸輪傳動時，可以使伺服電動機工作在最佳狀態(tài)下（不采用伺服電動機的低速段工作）。有時為了機構上的原因，還在蝸桿蝸輪后再加一對齒輪。在圓盤式刀庫上，為了提高刀庫的轉(zhuǎn)位分度精度，一般采用單頭雙導程蝸桿，以便在使用中隨時調(diào)整蝸桿蝸輪的傳動空隙，實現(xiàn)準確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫工作的可靠性。 刀庫的刀套運動線速度影響選刀效率，但是過快的線速度又影響刀庫工作的可靠性， 一般推薦采用 v=2230m/min。 3.2.3 本次設計的自動換刀機械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運動機構本次設計的自動換刀機械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運動機構，是由滑座、活塞桿、轉(zhuǎn)柱、回轉(zhuǎn)油缸、滾柱組（滾柱按十字交叉位置放置）、預緊螺釘、定位螺釘、定位塊和 V 形導軌等組成。 滑座伸縮：當油管分別向滑座上的油缸兩腔通壓力油時，驅(qū)動滑座（因活塞桿固定在橫梁上）使滑座在十字交叉放置的滾柱和 V 形滾動導軌上往復運動，滑座就帶動手架來完成拔、插刀運動。其行程位置的檢測由安裝在橫梁上的行程開關完成。在活塞桿上的活塞兩端加工成圓錐形，配合油缸端部起節(jié)流緩沖作用。 手架回轉(zhuǎn)：當油管分別通壓力油到回轉(zhuǎn)油缸的兩腔時，推動動片連同轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動， 通過平鍵使轉(zhuǎn)柱和手架（兩者用螺栓聯(lián)接）回轉(zhuǎn)。其回轉(zhuǎn)角度的檢測由行程開關發(fā)信， 并用定位螺釘和定位塊來定位。 3.3 裝、卸刀手手臂和手部結構3.3.1 手爪機械手的手爪在抓住刀具后，必須具有鎖刀功能，以防止在換刀過程中掉刀或刀具被甩出。當機械手松刀時，刀庫的夾爪既起著刀套的作用，又起著手爪的作用。對于單臂雙爪式機械手的手爪，大多采用機械鎖刀方式，有些大型加工中心，還采用機械加液壓鎖刀方式。 目前加工中心上用得較多的一種，手臂的兩端各有一個手爪，刀具被由彈簧推著活動銷（類似于人手的母指）頂靠在固定手爪中。鎖緊銷被彈簧頂起，使活的銷被鎖住， 不能后退，這就保證了機械手手在換刀過程中手爪中的刀具不會被甩出。當手柄處于抓刀位置時，鎖緊銷被設置在主軸伸出端或刀庫上的撞塊壓下，活動銷就可以活動，使得機械手可以抓?。ɑ蚍砰_）主軸或刀庫刀套中的刀具。手爪上握刀的圓弧部分有一個錐銷，機械手抓刀時，該錐銷插入刀柄的鍵槽中。 此外，鉗形杠桿機械手也用得較為普遍，鎖銷在彈簧，其大直徑外圈頂著退銷，杠桿手爪就不能擺動、張開，手中的刀具就不會被甩出。等抓刀或還刀時，鎖銷被裝在刀庫或主軸端處的撞塊壓回，止退銷和杠桿手爪就能夠擺動、張開，刀具就能被裝入或取出。鉗形手和杠桿手均為直線運動抓刀。 3.3.2 裝、卸刀手手臂和手部結構圖 3.3 自動換刀機械手裝、卸刀手手臂和手部結構示意圖裝刀手和卸刀手對稱配置在手架上，其結構和尺寸完全相同，只是幾個主要零件形狀相反，故此處只介紹卸刀手結構和動作原理。 卸刀手手臂伸縮運動機構由手架、手臂油缸、手指座和活塞桿等組成?；钊麠U一端固定在手架上，當壓力油從油孔分別進到油缸的兩腔時，推動油缸的缸體在燕尾形導軌上往復運動，其行程位置由裝在手架上的行程開關進行檢測，采用油缸端部錐面節(jié)流緩沖，端蓋和活塞端面相碰定位。 裝刀手和卸刀手手臂移動導軌的方向相交成 45角，其交點即是裝刀手、卸刀手前伸移到終點時手指的夾緊中心。 圖 3.4 擋塊與手部結構配合動作示意圖卸刀手手部由手指座、刀具定向鍵、固定手指、頂銷、卡銷、彈簧、活動手指、擋塊（A 型）和銷軸等組成。它屬于彈簧夾持式手部，手指分為固定指和活動指，并屬于一支點回轉(zhuǎn)型手指。在手臂伸出抓刀時，活動指應能自由張開，抓住刀后，特別是在運刀過程中活動指應夾緊并鎖住，因此手指內(nèi)有自鎖機構。在鏜銑床主軸套筒的端面和滑座懸伸支架上均設有使手指松開的導板（共 4 塊，分 A 型和 B 型兩種），刀具在手指中不允許有轉(zhuǎn)動，以免刀柄的鍵槽錯位，故在固定手指上裝有定位鍵。 卸刀時，卸刀手手臂前伸，當卡銷碰到擋塊（A 型）的 a 面時，使卡銷縮回；碰到b 面頂銷可自由運動，手指碰上刀柄便能自動張開插入梯形槽中；當碰到 c 面時，卡銷被彈簧彈出，鎖緊活動指，將刀柄抓牢，以后進行拔刀等動作。 如裝刀完畢（即滑座縮回，作插刀運動，將刀具的刀柄插入機床主軸孔內(nèi)），使卡銷被擋塊（B 型）的 b面壓入，頂銷能自由活動，手臂油缸縮回時，手指就從刀柄的梯形槽中自動滑脫，當卡銷移到擋塊的 a面時，彈簧將卡銷彈出將活動指鎖住。 3.4 自動換刀機械手液壓系統(tǒng)圖 3.5 液壓系統(tǒng)原理圖自動換刀機械手液壓系統(tǒng)如圖所示，采用雙聯(lián)葉片泵供油，它具有功率損失小，油箱的升溫小，泵的壽命高，成本低等優(yōu)點。 雙聯(lián)葉片泵的工作是用溢流閥（YF-B20B）、卸荷閥(X4F-B20B)、單向閥(DIF-L20H1) 三個閥聯(lián)合控制。泵起動后兩個泵的輸出油分別進入它們的管道，小泵 1 的輸出油經(jīng)過過濾器后進入溢流閥，大泵 2 的輸出油進入卸荷閥，但此時電磁鐵 15DT 不通電，管道通過電液滑閥（24DY-B20H）、單向閥(DF-B20K3)和油箱相通，管路中壓力很低，溢流閥和卸荷閥都關閉。 在裝、卸刀手手臂伸縮或滑座伸縮或手架回轉(zhuǎn)等單獨運動時，各油缸所需油液流量較小，由高壓小流量油泵 1 供油，管路內(nèi)油壓上升到溢流閥所確定的壓力，由于卸荷閥的壓力調(diào)得比溢流閥的壓力低 5 公斤力/厘米 2，卸荷閥被打開，單向閥（DIF-L20H1）被溢流閥的油壓鎖住，大泵 2 的輸出油通過卸荷閥流經(jīng)冷卻器回到油箱。 當手架快速升降時，由于小泵 1 的流量不夠，使系統(tǒng)壓力下降，卸荷閥關閉，大泵2 的輸出油推開單向閥(DIF-L20H1)和泵 1 的輸出油一起進入系統(tǒng)，保證了手架的快速升降運動。 兩位四通電液滑閥(24DY-B20H)起開關作用，當電磁鐵 15DT 通電時，系統(tǒng)處于等待工作的狀態(tài)。 在手架升降支路系統(tǒng)裝有緩沖閥。當手架升降運動有快速轉(zhuǎn)換成慢速時，由于其慣性在回油路內(nèi)引起很高的沖擊壓力，高壓油液經(jīng)單向閥（a 或 b）和溢流閥 c 流回油箱， 以緩和油液壓力的波動，使手架由快速平滑地變換到慢速。緩沖閥處的溢流閥 c 的調(diào)定壓力應比系統(tǒng)工作壓力高 30左右。 第四章 相關設計計算4.1 手部設計計算手指在工件上的夾緊力，對于手部的設計十分重要。為了保證機械手能夠夾緊工件， 需要對其所受的力，方向以及作用點的分布進行詳細準確的分析。夾緊力需要克服由于工件重力而產(chǎn)生的靜載荷和工件在運動由于運動形式的改變而收到的動載荷，來確保工件被夾緊的可靠性。 手指對工件的夾緊力可按下面公式計算： FN = K1K2K3G 式中：K1安全系數(shù)，通常取 1.2-2.0，這里選取為 1.5； K2工況系數(shù)，主要與慣性力有關。K2可以近似按下式估算： K=1+a ； 2g其中： a 運載工件時重力方向的最大上升加速度； g重力加速度，一般近似取 9.8 K3方位系數(shù) G被抓取工件所受重力 選取K1=1.5K =1+a =1+0.2=1.022g9.8根據(jù)上述分析與之前的參數(shù)計算可得 K3=0.5FN = K1K2K3G = 1.51.020.5209.8=149.94N綜上所述，可見夾緊力需要大于 149.94N，即可保證工件能夠完全被夾緊。 4.2 臂部設計要求臂部設計需要滿足下列幾個基本要求 4.2.1 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕對于機械手臂或機身的承載能力，通常取決于其剛度。以臂部為例，一般結構上較多采用懸伸梁式。顯然伸縮臂桿的懸伸長度越長，其剛度越差。而且其剛度隨著桿的伸縮不斷變化。對于機械手的運動性能、位置精度和負載能力等影響很大，為提高剛度， 除盡可能縮短臂桿的懸伸長度外，尚應注意一下幾個方面。 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機身通常既受彎曲，也受扭轉(zhuǎn)，應該選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。提高支撐剛度和合理選擇支撐距離 臂桿或機身的變形量不僅與本身剛度有關，而且與支撐件的剛度和支撐間的距離有很大關系。 要提高支撐剛度，除了從支座的結構形式底板的剛度。以及支座與底板飛連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度 合理布置作用力的位置和方向 在結構設計時應結合具體受力情況，設法使各種用力引起的變形相互抵消。注意簡化結構 在設計臂部時，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應盡可能使結構簡單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理確定調(diào)整補償環(huán)節(jié)，以減少重要部件的間隙， 從而提高剛度。 提高配合精度 水平放置的手臂，要增加導向桿的剛度，同時提高其配合精度和相對位置精度，使導向桿承受部分或者大部分自重和抓取重量。提高活塞和缸體內(nèi)經(jīng)配合精度，以提高手臂前伸時的剛度。 4.2.2 臂部運動速度要高，慣性要小機械手的臂部運動速度是機械手較為重要的參數(shù)之一。在其工作時會產(chǎn)生一定的載荷作用或是沖擊作用。為了盡量避免或者減少沖擊，這就需要系統(tǒng)啟動的加速度和系統(tǒng)終止運動前的加速度（此處加速度為負值）不能太大，以此來避免沖擊。如果機械手在系統(tǒng)運動停止的瞬間，若加速度很大，則系統(tǒng)所受的慣性力會增大，從而產(chǎn)生較劇烈的沖擊。也可以通過增加系統(tǒng)的阻尼來使得系統(tǒng)減小沖擊。為了達到減少轉(zhuǎn)動慣量的目的，則可以采取下列措施；1、減少手臂部件的質(zhì)量，使用承載能力較高的合金材料。2、盡量減少手臂運動部件的尺寸和大小。3、減少回轉(zhuǎn)半徑4、在機械手的驅(qū)動系統(tǒng)中裝置一個能對系統(tǒng)進行緩沖的裝置4.2.3 手臂動作應靈活為減少手臂運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置應合理，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，要特別防止“卡死”現(xiàn)象。為此，必須計算使之滿足不自鎖條件。偏重力矩的計算步驟：計算零件重量，可分解為規(guī)則的形體進行計算；計算零件重心位置，并求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離； 求重心位置并計算偏重力臂。G總=Gx + G爪+ G腕+ G臂+ = nGii1 Gxx+G爪爪+G腕腕+G臂臂+=Gx+G爪+G腕+G臂+=n i=1nGii Gi計算偏重力矩：i=14.2.4 位置精度要高nM偏 = G總 = Giii=1一般來說，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高；關節(jié)式機械手的位置最難控制， 故精度差，在手臂上加設定位裝置和檢測機構，能較好的控制位置精度，檢測裝置最好裝載最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動嚙合的間隙。除此之外，要求機械手通用性好，能適合多種作業(yè)的要求；工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機械手還要設置防裝置等。這些要求往往是要相互制約，設計時應全面分析各方面要求，綜合考慮。4.2.5 手臂的設計計算通常先進行粗略的估算，或類比同類結構，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構的主要尺寸在進行校核計算，修正設計。如此反復多次，繪出最終的結構。4.3 伸縮液壓缸的設計計算4.3.1 作水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所需要克服的摩擦力、回油背壓及慣性等幾個方面的阻力，來確定所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞桿的驅(qū)動力的計算：F=F摩 + F密 + F回 + F慣式中：F摩摩擦阻力。手臂運動時，為運動件表面間的摩擦阻力。若是導向裝置， 則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力。F密密封裝置處的摩擦阻力；F回 液壓缸回油腔低壓油所造成的阻力；F慣啟動或制動時，活塞桿所受平均慣性力。計算如下：、的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況估算。 MA= 0G總L= aFbG總LFb =a Y = 0G + Fb =Fa得：Fa= G 總（L+a）aF摩 = Fa 摩 + Fb 摩 = Fa + FbF=G（ 2L+a）摩總a式中：G總參與運動的零部件所受的總重力；L手臂與運動的零部件的總重量的重心導向支撐前端的距離。a導向支撐的長度； 當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面形狀有關。對于圓柱面： = (4 ) =（1.27-1.57）2摩擦系數(shù)，對于摩擦且無潤滑時； 對于鋼對青銅：取= 0.10.15對于鋼對鑄鐵：取=0.180.3若采用 V 形導軌作導向支撐，則：F摩 = G總 =sin /2為 V 形對稱支撐面的夾角當 = 90時， = 1.41 = 120時， = 1.15、密的計算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，其計算公式如下：1、“O”形密封圈 當液壓缸工作壓力小于 10MPa?；钊麠U直徑為液壓缸直徑的一半，活塞與活塞桿處都采用“O”形密封圈時，液壓缸密封處的總的摩擦力為：F封 1 + F封 2 = 0.03F式中：F為驅(qū)動力；F封 3=pdlP工作壓力；p 1