内容简介：: 加工中心换刀机械手的设计与计算西北轻工业学院李常斌主且饲加工中心换刀机械手设计林加工中心换刀机械手的工作特点是工作循环时间短暂,执行机构具有不恒定的质量和转动惯量,在过渡过程中起动、制动和反向时,传动机构会出现大的动载荷、振动和冲击。由于这些特点,要保证换刀机械手动作的快速性、工作精度和使用寿命,就必须合理选择它在过渡工作过程时的传动参数。换刀机械手的传动系统由原动机和传动机构以及带有位置、速度、力传感器的控制装置组成。原动机可以是液压缸或气缸,液压马达或气动马达,液压或气动摆动马达,直流或交流电机,直线电机或电磁铁。传动机构可以是减速器普通齿轮式、行星齿轮式或谐波齿轮式,也可以是别的运动转换机构齿轮齿条机构、蜗轮机构、曲柄滑块机构、凸轮机构等等。总传动系数瓦、。式中执行机构的速度。一原动机的角速度,一相应的减速器的传动比和运动转换机构的导程机轴的原动机最大转矩二二,受静负载力矩,。,与原动机和机构动态转动俄量怡之和的制约。考虑到总传动系数,这时,。耘,艺几笼,式中凡执行机构的运动阻力。执行机构的质量几原动机转动惯量由于换刀机械手执行机构质量的可变性,产生了在运动时随执行机构位置变化的附加阻力矩。图给出了具有水平轴的换刀机械手不平衡力矩计算简图场一协式中,杭一二刀具的质量换刀机械手轴和刀具轴之间的距离诱换刀机械手的角位置二一重力加速度力矩的大小和换刀机械手所处位置有关,因而是变化的。执行机构运动速度按三角形规律变化时的设计计算方法换刀机械手执行机构过渡工况可以用图所示的运动速度变化规律来说明。机构快速动作的最大速度在其以速度三角形变化规律运动时达到,即以最大可能加速度起动达到最大速度。,并以最大负加速度制动到完全停止。这时的加速度被折算成原动,一“一二“图换刀机械手过渡工况速度变化规律图组合机床与自动化加工技术,式中忍。闷一九一一表明运动速度曲线特性的参数在梯形变化规律时,而在三角形变化规律时。,因为起动和制动总的时间如,一丫。更方便的公式是图,换刀机械手不平衡力矩计算简图过渡过程的最小时间由下式决定看图不,瓦亿乞忍艺,入一洲,工一万一丫坛式中、忿执行机构的位移路程由于过渡过程时间很短,传动机构静负载力矩,和动态转动惯量,艺实际上可以看作不变化的。在优化情况下,传动原动机最大力矩,、最大功率二二由下式决定,乎小,一耘式中艺执行机构总的路程制动时加速度的模耘起动和制动时加速度之比被调节运动匀速运动的速度如把运动总时间和能量或者传动机构的功率,和成反比的线性组合函数的最小值作为优化准则,那么换刀机械手执行机构的优化运动速度是可以寻求的。亿沂忿的优化值为。优化运动速度的值取决于艺的长度,如位移很小,则不要求很高的运动速度,如位移增加,则优化运动速度的值就增大。换刀机械手工作机构速度的优化值一般为。加速度的额定值受传动机构的振动程度所制约。为减少振动必须使制动时间行远远大于传动机构固有振动的周期。在大多数情况下众,。因此,在小行程时卜必须使二名,在大行程时卜必须使,。在速度按梯形规律变化时,传动原动机的最大转矩二二和它的功率动二可由下式川口一嘴允入一勺自协。,“二,二一,万式中功原动机轴转角丸二,二二原动机负载力矩系数执行机构运动速度按梯形规律变化时的设计计算方法在制动的起始点加速度符号会瞬变,将导致产生冲击,并且大功率原动机转速调节又是必须的,这使得速度三角形变化规律的优越性明显少于梯形规律。如起动时加速度为,制动时为的,当速度和加速度被限制并符合速度梯形变化规律时,原动机轮廓尺寸将减小,能量消耗将减少,传动机构中的负载冲击会降低,寿命会增加。在速度按梯形规律变化时,换刀机械手机构运动的总时间为决定二二艺功一,一下“性。护二二尹万叮丁底叮瓦万硕而石耳了年第期如果机构的工况是短时重复的,每个运动之间的间歇时间为加,总的循环时间二,那么额定转矩应该大于等价转矩。二一了。原动机等价功率为,式中。原动机额定角速度在决定液压气动油缸和其它线性原动机的传动机构特性时,可先计算换刀机械手执行机构最大运动速度二和极限负载力二二,然后按照这些值选择压力和确定油缸直径。介式中由活塞杆密封类型所决定的系数,。计算工作液压的流量乐,几式中活塞面积在设计手册上选择最相近的油缸、气缸的类型尺寸,考虑其特点进行换刀机械手传动机构的设计和计算。换刀机械手夹爪机构夹爪机构是换刀机械手的重要部件,它是靠夹紧力来握住刀具的。目前,径向夹紧刀杆画柱外表面的夹爪机构得到普遍使用,而轴向夹紧刀杆法兰盘的夹爪机构使用较少。在钳类夹爪中刀具的紧固是依靠钳口夹紧时所产生的摩擦力,在包容卡类夹爪中是依靠固定装置。图是钳类夹爪的一个例子。搭板用轴安装在套上,套和液压缸或气缸活塞杆图上未画出一起能沿夹爪轴向移动。每块搭板的另一端和杠杆铰接。在杠杆的前部安装有梯形的可交换夹紧钳口,它用形的环状槽夹紧刀具刀杆。杠杆的摆动轴固定在壳体上。当活塞杆向前运动时刀具被松开,而当活塞杆在弹簧作用下向后运动时刀具被夹紧。端面键用来传递从机床主轴到刀具的扭矩。为了使钳口能从和主轴一起旋转的刀杆上通过,端面键应该被切开。图是带固定装置的包容卡类夹爪的结构。具有形环状槽的卡钳用螺栓固定在换刀机械手旋转手臂上。具有同样截面形状的固定器安装在杠杆上,杠杆能相对于手臂旋转。夹紧时,在弹簧作用下,经过杆,使固定器夹紧刀杆。当手臂移近主轴端面或刀库时,杆被压入手臂移肄蟒蟒潮潮撇撇撇曝曝霖霖霖霖霖霖霖霖考考嫩嫩嫩熟熟嫌嫌爹爹爹爹爹认尹洲今产夕飞飞飞飞飞冬韬招招六六乡灯件兑兑图钳类央爪机构心图包容卡类夹爪机构组合机宋与自动化加工技术动机构活动支架的专门槽图中未给出中,固定器放松刀杆。图钻铣锉类加工中心机床换刀机构示意图具体例子介绍图所示的钻铣俊类加工中之心机床换刀机械手传动机构。换刀机械手是这样工作的,得到换力指令后,机床工作台沿轴和轴被引离主轴,主轴箱沿立柱导轨沿轴升到交换位置。换刀机械手从初始位置旋转。同时抓住位于主轴和翻转机中的刀具刀杆,然后沿轴向外移动,旋转“后重新向后位移,这样就完成了主轴和翻转机中刀具的交换。当刀具在主轴中被夹紧后,换刀机械手回到初始位置,翻转机旋转“回到垂直位置实现了,刀具的调整,刀具在刀库刀座中的夹紧是靠刀具刀杆沿其轴线下降未实现的。循循环的各个组成部分分循环各阶段的时问问机机床工作台沿、轴的调整位移移一卜。主主轴箱沿轴的调整位移选远一一一换换刀机械手从原始位旋转换换刀机械手旋转回原始位遥戮戮,换刀机械手沿轴伸出匀换换刀机械手返回初始位沿乞抽换换刀机械手从原始位旋转的华找牲过过翻翻转机转到垂直位扫扫翻翻转机转到水平位卜卜门门刀刀具刀杆沿轴向位移后从刀库刀座中取出出出与刀刀具刀杆安放到刀库刀座中中中, ,尸刀刀库旋转和定位位刀刀具在主轴中夹紧紧,型二珠林林刀刀具在主轴中放松松斗斗,匀匀匀主主轴箱沿轴的调整位移移卜卜机机床工作台沿、轴的调整位移移匕图换刀机械手工作循环图一机床工作台和主轴箱的调整位移时间而石刀具交换本身的时问几一从翻转机中向刀库转卸刀具及刀库旋转搜索下一把刀具或空刀座的时闯年第期致刀机械手旋转。旋生呀,。二吸二刀具奋转扫软户位够旋转如二爪二亡,二川主轴箱和机床上作台沿、犷和艺轴移动到重新加工的起点位置,刀库旋转搜索下一把刀具,刀库停止在给定位置后,翻转机从刀库刀座中抓住刀具刀杆,并向上位移二,然后旋转到水平位置,在那儿等候下一个换刀循环开始。刀库重新旋转到空刀座位置,以便安放交换下来的刀具。图为确定机构动作顺序的工作循环图。图中给出了运动梯形规律和刀具位移速度的极限值,计算了循环中每个阶段的时间,以及刀具交换本身的时间找。还考虑了机床工作台和主轴箱的调整位移时间,从翻转机中向刀库转卸刀具及刀库旋转搜索下一把刀具或空刀座的时间和是重合的,并与部分工作循环时间重合。换刀机械手夹爪中心轨迹弧长半径二。当刀具旋转。时,刀具运动的优化速度由下式决定亿一乙当。,不二川时。刀具旋转“的时间由下式决定二毛上止性厂厂厂口口口口口口口图换刀机械手液压原理图、丝丛当匕画画卫记勿乙当召而二盯,七二时,。刀具旋转。时,在同徉条件下。换刀机械手沿轴向位移优化速度为入二亿由犷几当叭二名,二。二时,、二。如果取起动加速度几,棍二巫,的一五奸对一一耀耀耀耀耀耀耀耀耀耀耀署月月月月月月月月月月月叱二月月一“一瞬瓤瓤甲甲甲甲甲甲甲篆篆篆翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼十了井二兰篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷鬓矍掣髓髓卜卜卜卜卜卜奋委毛舟户备闷闷闷闷闷闷闷三三三三雀菜沱遥遥尸遴遴遴遴遴遴别别陈陈陈陈味了一气归尺,内,甲呀认一石二二石石子石石七二巴二匕匕巴,尸曲曲明明峭甲、, , , ,】人、、州州川川日浮号一一护口飞些纽空翻厂马卜价山一一一一一主遐黝黝渊悦双二石二二不夕一门门口口口口坦习脚卒丈山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠王塑翼翼邀邀邀邀邀邀邀邀邀曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰想想想想想百卫丘比比比比,口口麟几万丁一勺笼笼图换刀机械手机械结构组合机床与自动化加工技术换刀机械手沿轴向位移的时间为,玉一、川飞型呵乡包卫乡玉亿忍。刀具在机床主轴中夹紧或放松的时间。用于刀具交换的总的时间为。换刀机械手液压原理图由图给出。该液压原理图和换刀机械手工作循环图相对应。换刀机械手依靠加工在每个油缸活塞杆上的齿条和齿轮啮合实现旋转。,。运动。换刀机械手轴向位移是靠油缸活塞正反向移动来实现的。液压传动的工作参数可通过计算得到。已知的参数是刀具把,最大刀杆质量,刀柄锥度地,刀具轴之间的距离,换刀机械手最大不平衡力矩场,换刀机械手带刀具时总质盆幻在前面所选定的加速度的情况下,液压缸为克服惯性力所产生的额定力为。。液压传动效率、,机械传动效率飞,液压系统油的工作压力。根据换刀机械手液压传动所计算的参数,换刀机械手机械结构的设计如图所示。换刀机械手中的液压缸和分别用于旋转。和。,并彼此平行地安装在箱体内。加工在液压缸活塞杆上的齿条通过两对增速齿轮副带动齿轮转动。齿轮安装在花键轴上,花键轴安装在箱体的轴承上。换刀机械手的两个夹爪既能和轴一起转动,又能在液压缸的作用下相对于轴作轴向位移。液压缸的活塞杆和叉子刚性联在一起。叉子安装在换刀机械手法兰盘的环形槽中。当换刀机械手沿轴向向前位移时,拉杆和它一起向前移动,拉七七七七一了盯盯了了敞敞敞敞敞二二二二二霆霆弓弓二二二二用用勺勺厂邓邓邓耀耀耀、盯盯夕夕乙石称州州图刀具翻转机机械结构杆推动齿轮,让它和旋转的传动齿轮脱开,又和旋转。的传动齿轮联在一起。当换刀机械手沿轴向方向返回

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