　　　在机械加工中，大部分零件都要进行多种工序加工。在一般数控机床的整个加工过程中，真正用于切削的时间只占整个工作时间的30%左右，其余的大部分时间都花在安装、调整刀具、装卸、搬运零件和检查加工精度等辅助工作上。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。为充分发挥机床的作用，数控中心均配有自动换刀装置。

　　　本课题重点在于镗铣加工中心换刀机械手的结构设计。目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量，品质还是性能方面都不能完全满足工业发展的需要。本课题重点解决的问题：换刀机械手部件的结构设计，对关键零件进行校核以及尺寸的优化选取。

　　　主要设计内容有：

（1）设计镗铣加工中心换刀机械手部件的结构，传动系统以及驱动系统，使其能够满足快速，平稳，准确换刀的功能。

（2）完成重要零件的设计，主要包括齿轮的设计，轴的设计，手指的设计。使用Pro/E对所有换刀机械手零件进行三维建模，并建立总装模型。

（3）用AutoCAD画出换刀机械手重要零部件的二维图纸。

关键词：镗铣加工中心；结构设计；换刀机械手；伸缩回转式单臂双爪机械手。

摘要

Abstract

第1章绪论1

1.1选题的背景和意义1

1.2国内外研究现状和发展趋势1

1.2.1机械手简介1

1.2.2 机械手的分类3

1.2.3工业机械手研究趋势6

1.3 换刀机械手研究意义7

1.4 设计的内容和思路7

第2章镗铣加工中心换刀机械手总体设计8

2.1 换刀机械手的工作原理分析8

2.2 机械手的平稳性10

2.3 机械手的运动特性11

2.4 换刀机械手方案的确定12

第3章换刀机械手的总体方案设计12

3.1手爪部分设计12

3.2 机械手手臂的设计13

3.3 机械手传动方式的选择14

3.3.1机械手转过180度的传动机构选择14

3.3.2 主轴以及机械手上下伸缩的传动机构设计16

3.4 换刀机械手驱动机构的选择18

第4章换刀机械手的结构设计及尺寸确定19

4.1 手指结构设计及计算19

4.1.1 手指夹紧力的计算19

4.1.2 手指部分的相关校核21

4.2手臂的弯曲变形23

4.3 轴与机械手配合部分的直径的选取25

4.4 机械手转过180度的驱动机构设计26

4.5 设计参数29

第5章总结与展望30

参考文献31

致谢33

2.1 换刀机械手的工作原理分析

整体结构设计布局如图2-1所示。本设计中，换刀机械手部件的最大长度为1400mm，最大高度为1200mm，厚度为175mm。

　　传动机构。工业生产要求机械手工作速度快，运动平稳，转动灵活，定位精度高。主要传动部件：①大主轴：采用45钢；②传动齿轮：采用40Cr，齿数为22，模数为6，采用7级精度；③带齿条的传动轴：采用45钢；④扇形齿轮和传动齿条轴：齿数为21，模数为2；⑤液压缸。

　　运动实现方式:该换刀机械手通过液压缸-带齿条的传动杆-齿轮-大主轴-连接块，实现机械手在水平方向的180°转动，从而完成换刀的运动。机械手的另外一个运动是通过液压缸-大主轴-连接块，带动机械手臂的上下移动，实现机械手的拔刀和插刀的运动。而机械手的伸缩和抓刀松刀则是通过液压缸-活塞杆-扇形齿轮-齿条轴的传动来完成的。

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