数控卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构设计开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告题目：数控卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号导师2012年12月21日一、毕业设计（论文）题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。1、课题名称数控卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构设计与分析2.题目背景和意义：2.1数控卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的多种工序的加工。数控卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构用于主轴和刀库间的装刀与卸刀操作。良好的结构设计能够实现刀库与机床主轴之间刀具的快速装卸，提高机床的工作效率。2.2本课题的意义：在车床、镗床、铣床、插、拉床、磨床、数控加工中心、齿轮加工中心、切断机床、特种加工机床、组合机床、柔性制造系统等众多机械加工设备中，镗铣床加工特点：加工过程中工件不动，让刀具移动，并使刀具转动（主运动），在实践中具有“万能机床”的称号【1】。镗铣床主要是刀具在工件上加工已有预制孔的机床。通常，刀具旋转为主运动，刀具或工件的移动为进给运动。它主要是用来加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。【2】3、数控镗铣床概述和结构组成3.1数控镗铣床也称“加工中心”机床，是一种新型机床，是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的点位-直线数字控制机床。工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的钻、铣、镗、铰、攻丝等多种工序的加工，有立式和卧式之分。在机械零件中，箱体类零件占相当大的比重，例如变速箱、气缸体、气缸盖等。【3】这类零件往往重量较大，形状复杂，加工的工序多。如果能在一台机床上，一次装夹自动地完成大部分工序，对于提高生产率，提高加工质量和自动化程度将有很大的意义。箱体类零件的加工工序，主要是铣端面和钻孔、攻螺纹、镗孔等孔加工。因此，数控镗铣床集中了钻床、铣床和镗床的功能，有下列特点：（1）工序集中。集中了铣削和不同直径的孔加工工序。（2）自动换刀。按预定加工程序，自动地把各种刀具换到主轴上去，把用过的刀具换下来。因此，要有刀库、换刀机械手等。（3）精度高。各孔的中心距全靠各坐标的精度来保证，不用钻、镗模。有的机床，还有自动转位工作台，用来保证各孔各面间的角度。镗孔时，还可先镗这个壁上的孔，然后工作台转180度，再镗对面壁上的孔。两孔要保证达到一定的同轴度。3.2数控镗铣床的结构组成（1）机床本体。数控镗铣床常按主轴在空间所处的状态，分为立式数控镗铣床和卧式数控镗铣床。机床本体是用来支撑机床的工作以达到加工生产目的，主要由床身和立柱组成。（2）主轴结构。主轴部件既要满足精加工时精度较高的要求，又要具备粗加工时高效切削的能力，因此在旋转精度、刚度、抗振性和热变形等方面，都有很高的要求。在布局结构方面，对于具有自动换刀功能的数控镗铣床，其主轴部件除主轴、主轴轴承和传动件等一般组成部分外，还有刀具自动加紧、主轴自动准停和主轴装刀孔吹净等装置。（3）数控转台。数控转台可以进行任意角度定位，它的功用有两个：一是使工作台进行圆周进给运动，二是使工作台进行分度运动。（4）换刀装置。数控镗铣床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩减辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。其主要有刀库、横梁升降机构、滑座伸缩机构、手架回转机构、装刀手和卸刀手组成。（5）机床导轨。导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。在导轨副中，运动的一方叫运动导轨，不动的一方叫支撑导轨。运动导轨相对于支撑导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。【4】4、国内外研究情况当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展3,s。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，己形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早己成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。【5】随着数控镗铣床的发展，机床附件行业必须有与之相配套的产品，要能跟得上数控镗铣床的步调，数控镗铣床竞争是激烈的，机床附件行业竞争也是激烈的，但恶性的竞争终将给行业带来黑暗，机床附件行业急需公平的良性竞争【6】。我国机床的功能部件虽然从“小件"、“配套件"的地位提升到“关键岗位"并受到重视，但一直是在“重主机、轻配套"，“重洋轻土"这样的大环境中逆水行舟、艰难成长。长期以来我们对功能部件关注不够，在功能部件上无所作为很难使我们的机床产业上一个台阶，购买国外的功能部件只能使我们的产业缺乏竞争力。【7】我国滚动功能部件产业是土生土长的民族工业，有着40多年的发展历史，行业虽小（约60多家企业）却有一批从上世纪60年代“精密机床全国会战"中成长起来的骨干企业。在生产规模、硬件设施等方面与国外同行不相上下。再加上近几年出现的一批新生的企业，行业竞争越来越激烈，我们应为机床附件行业提供一个好的公平的竞争环境。这才能促进行业更进一步发展。最近几年，随着国民经济快速稳定发展，装备制造业的振兴以及整个制造业技术升级和国防现代化需求加大，在固定资产投资较快增长的拉动下，我国机床附件工具市场呈现产需两旺的态势，代表装备制造业先进水平的数控机床生产更是乘势而上。【8】强劲的市场需求拉动，促使国内机床工具行业出现了产销畅旺的局面，机床附件行业在强大的需求之下也是如虎添翼，奋力前进【9】。二、本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施1、本课题研究的主要内容：（1）了解刀库机械手回转与装卸刀机构的性能要求；（2）了解刀库机械手回转与装卸刀机构的工作原理，进行结构设计和计算分析；（3）设计指标：回转油缸摆动，带动手架回转，实现主轴和刀库间的换刀动作，手臂沿手臂座移动，完成拔刀和插刀动作；（4）应用CAD系统对系统零件和装配建模和仿真2、研究方案：（1）明确文章的研究内容，确定研究对象；（2）大量收集并查阅相关资料，力求条理清晰。3、研究方法：（1）坚持很好地全部阅读指导教师指定的参考资料、文献，并阅读了较多的自选资料和较多的外文资料，积极开展调研论证；（2）充分利用时间，提前学习专业软件，能够熟练运用CAD软件进行设计、分析、加工等操作，使产品提前得到的方案可行性设计。（3）采用同其它同等机械类设备的类比，方案比较等方法，根据实际应用特征及现有的物质、经济技术、人力等条件，以所学的理论知识为基础，按照工业机械手步设计方案进行验算，修正，直至达到安全、经济、实用的目的。其中对于机械手设计中的关键问题、难点问题进行重点分析解决，确保整个设计方案的可行性和最佳性。【9】图1刀库机械手回转与装卸刀自动换刀装置是数控加工中心在工件的一次装夹中实现多道工序加工不可缺少的装置,主要由刀库、机械手和驱动装置几部分组成。机械手和驱动装置是两个关键部分,根据驱动装置的不同,自动换刀装置可分为凸轮式、液压式、齿轮式、连杆式及各种机构复合式,其中以凸轮式用得较多。【10】