机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。设计思路是用机械手的动作来实现对加工中心的换刀，机械手的转动有回转液压缸运来实现，其动力则由驱动系统实现。加工中心的自动换刀装置，通常是由刀库和机械手组成，它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手部分更是如此。这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。根据结构要求，可以采用油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。整个机械手由机械臂伸缩机构，机械爪开合机构，回转机构及装卸刀具直线运动机构组成。

关键词：加工中心；机械手；刀库；机械臂

Abstract

Manipulator is automatically change tool device the main tool to exchange tool, it bears on the knife library on the tool to spindle, and then the spindle has used tool returns tasks on tool store. Design idea is to use robots to achieve the action machining center, the rotation of the manipulator change cutters are shipped turn hydraulic cylinder, its power is realized by drive system implementation. Machining center, the automatic cutter replacement device is usually composed by knife library and manipulator, it is the symbol of processing center, it is crucial to the success of the processing center link. So the processing center manufactures are developed rapidly next vigorously, high reliability of action, in order to be automatic cutter replacement device in the fierce competition and achieved good benefit, automatically change tool device is the core content of machining center, the manufacturers are confidential, seldom publicly about material, especially manipulator part is even more so. This manipulator, a sword, inserted knife action by oil cylinder action mostly to finish. According to the structural requirement, can use oil cylinder move, piston fixed; Or the piston move, oil cylinder fixed structure. The whole manipulator, by mechanical arm telescopic institution of mechanical claw opening-closing institutions, rotary institutions and loading and unloading tool linear motion mechanism composition.

Key words: machining centre； manipulator； magazine tool； mechanical arm

1 前言1

2 加工中心的总体布局1

2.1 技术条件1

2.2 总体布局2

2.3 卧式加工中心的机械结构：2

3 换刀机械手的设计2

3.1 刀具的交换装置2

3.1.1 自动换刀装置2

3.1.2 机械手的种类3

3.1.3 手爪的选择8

3.1.4 刀具的夹持8

3.2 机械手的驱动装置9

3.2.1 手臂的伸缩运动：9

3.2.2 手爪的开合（见自动换刀机械手图）9

3.2.3 回转运动（见驱动装置图）10

3.2.4 直线运动10

3.3 设计计算10

3.3.1 手指夹紧力的计算：10

3.3.2 齿轮的设计11

3.3.3 轴的设计15

3.3.4 轴承的设计20

3.3.5 弹簧的设计22

4 结论26

参考文献27

致谢28

1 前言

本次设计的题目是加工中心的自动换刀装置中的核心部件---机械手的设计。机械手是加工中心自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，并且把主轴上已用过的刀具放回刀库上的任务。

设计此机械手的目的是为了使加工中心能够更快的的工作，使加工中心能够得到更加充分的利用，以实现其的价值；再者，由于使用机械手换刀，减少了由于人工换刀带来的生产效率低，并且容易出事故的弊端。

本次设计的内容主要有回转液压缸装置和机械运动的驱动系统，对于其中动作的实现则由电气控制来实现。

由于本人的实际能力及学到的知识有限，在设计中必然会存在有很多缺陷，望老师们能多加指导与指正。

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A3回转座.gif

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A3轴承端盖.gif

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内容简介：: 中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名闫俊业学号05211511专业班级机械设计制造及其自动化指导教师杨义勇职称教授单位中国地质大学（北京）课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计（论文）题目4轴加工中心机械手自动换刀机械装置设计一、课题研究的目的通过本次研究，掌握机械设计的一般方法，培养完善的设计思想，锻炼分析问题、解决问题的能力，特别是掌握总体设计和零部件设计的方法与技巧。综合运用机械设计与原理及其他有关的专业知识，去分析和解决生活工作中的问题，做到理论联系实际，进一步巩固自己所学到的知识。二、课题研究的意义一个零件往往需要进行多工序的加工，而单功能的数控机床，只能完成单工序的加工，如车、钻、铣等。因此，在制造一个零件的过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等非加工时间上，切削时间仅仅占整个工时中的较小比例。为了缩短非切削时间，提高工作效率，我们便设计了带有自动换刀系统的加工中心。三、课题研究现状未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，我国的加工中心从70年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经济、技术发展的需要。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造业、机械加工业的巨大发展，使得数控机床的使用越来越普遍，而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。然而，目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主，小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展，需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用。四、课题研究的内容1、设计方案的拟定；2、刀库、换刀机械手结构设计；3、刀库电机的选择及计算；4、绘制装配图、零件图。五、研究方案可行性分析确定设计任务自动换刀设备功能分析设计方案分析确定机器的工作原理和技术要求方案设计技术评价确定设计方案总装配图总体规划设计部件装配图部件技术设计零部件设计零件工作图六、进度安排1.第一阶段：2014年12月到2015年1月，确定毕业设计题目，查阅并收集整理相关资料；2.第二阶段：2015年1月到20015年3月，确定研究方法，分析处理数据，撰写论文大纲；3.第三阶段：2015年3月到2015年4月，构思论文内容，设计开题报告，完成论文初稿的撰写；4.第四阶段：2015年4月到2015年 5月，论文修改润色，完成论文终稿，送交指导老师评审，进行答辩。七、预期结果加工中心自动换刀设备是当前众多学者共同关注的前沿热门研究领域。通过了解、熟悉国内外有关加工中心自动换刀设备的设计创新情况，得知加工中心自动换刀设备的发展现状与应用前景。由于时间紧张、设计中的不足，本次研究有可能还有需要完善的地方。本次开题报告只是初步的设计构思，但理论上任具有可行性，实践还有待进一步证明。而加工中心自动换刀设备的应用，将为我们带来很多便利与好处。八、参考文献【1】范超毅，赵天婵，吴斌方.数控技术课程设计M.华中科技大学出版社，2007.【2】廖效果.数控技术M.湖北科学技术出版社，2000.【3】邓三鹏.数控机床结构与维修M.国防工业出版社，2008.【4】何小柏，王昆，汪信远.机械设计基础课程设计M.高等教育出版社，1995.【5】机床设计手册编写组.机床设计手册（第三册）.北京：机械工业出版社，1986.【6】裘文言，张祖继，瞿元赏.机械制图M.高等教育出版社，2003.【7】顾维邦.金属切削机床M.北京：机械工业出版社，1984.【8】机床设计手册编写组编.机床设计手册M.北京：机械工业出版社，1986.【9】杨叔子，杨克冲.机械工程控制基础M，第五版.华中科技大学出版社，2005

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