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。

360桌面截图20150701125210.gif

360桌面截图20150701132620.gif

A0机械手.gif

A0机械手驱动装置.gif

A0驱动外形.gif

A1回转液压缸.gif

A3回转座.gif

A3支架.gif

A3轴承端盖.gif

A4端盖.gif

A4轴.gif

QQ截图20150626235335.gif

内容简介：: 中国地质大学长城学院2015届文献综述中国地质大学长城学院本科毕业设计（论文）文献综述系别：工程技术系专业：机械设计制造及其自动化姓名：闫俊业学号： 05211511 2015年01月15日前言数控机床是数字控制机床（Computer numerical machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而完成零件加工。数控机床的生产技术水平在一定程度上代表了一个国家的制造水平和竞争力。作为典型数控机床之一的加工中心，在目前市场上使用范围越来越广的主要原因是它能够将铣削加工、钻削加工内容集中在一台设备上体现，能够灵活适应不同种零件的加工。加工中心还配置刀库，其中存放着不同种类的刀具或者检测附件，在加工过程中自动选用和更换。加工中心的主要工作原理是利用数控系统对机床的进给机构、主轴机构以及刀库机构进行自动化控制，从而实现主轴和进给伺服的速度和位置控制以及刀具的自动装卸，加工中心通过将传统加工中心的铣、钻、攻丝等关键加工内容整合到了一台设备上，既减少了操作人员的装刀时间，也减少了零件装夹的次数，从而保证了重复定位精度，对加工形状比较复杂，精度要求比较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。加工中心(Computerized Numerical Control Machine )简称cnc，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。加工中心是数控机床中较为复杂的加工设备,由于其具有多种加工能力而得到广泛的应用,其强大的加工能力和效率得益于其配置的自动换刀装置(Au-tomatic Tool Changer)。换刀装置作为加工中心的重要组成部分,其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间,提高生产率,降低生产成本,进而提升机床乃至整个生产线的生产力。加工中心自动换刀装置是实现多工序连续加工的重要装置,其结构设计及其控制是实现加工中心设计制造的关键。加工中心的换刀过程较为复杂,动作多,动作间的相互协调关系多,因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低。第一台加工中心是1958年由美国卡尼特雷克公司首先研制成功的。它是在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而能够做到工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。国外的立式加工中心在精度、速度、机床机械刚性等多个方面均高于我国。生产厂家较多，比较著名的有德国DMG集团、日本Mazak公司、德国Chiron Weke公司、美国哈斯、美国MAG公司。传统的组合机床或者专用机床自动线虽然生产效率高，但加工范围比较狭窄，难以满足现代工业发展变化的需要，而不同加工中心虽然具有“柔性”，但其效率远不如组合机床或专用机床的多轴加工。在这样的背景下，从上世纪70年代开始，国外机床行业就大力开发适应大批生产的多轴高速加工中心。1 加工中心与数控机床的区别加工中心与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统(CNC)、伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。但加工中心又不等同于数控铣床，加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。2 加工中心的特点工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80左右(普通机床仅为1520)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。3 国外加工中心机械手自动换刀装置的发展现状工业发达国家对于自动换刀装置的研究，起始于上世纪70 年代并获得迅速发展。1983 年，国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀装置形成了统一的结构模式。目前德国、奥地利、日本、韩国、意大利等国家，都将自动换刀装置成功应用到了高端加工中心上。例如德国 CHIRON 公司生产的 FZ08S 和 FZ08W 加工中心，采用机械手换刀，刀库布置在主轴的周围并可随主轴一起移动，且每把刀具配有一套换刀机械手，其刀对刀换刀时间仅需 0.5 s，切削对切削换刀时间仅为 1.5 s。德国 Burkardt 和 WeberGmbH 公司生产的MC325、MC325- TWN 加工中心，采用可换位的转塔刀库，换刀时间等于换位与进给时间，并带有可交换托盘和回转刀具交换系统，其切削对切削换刀时间为 2 s。4 国内加工中心机械手自动换刀装置的发展现状相比工业发达国家，我国对加工中心的研究起步较晚，因此对自动换刀装置的研究也相对落后。北京机床研究所、大连组合机床研究所、沈阳机床集团、大连机床集团、济南第一机床厂等，先后对自动换刀装置开展了研究与开发。如大连机床集团自主研发的自动换刀装置刀对刀最短换刀时间已达到 2 s 以内。近几年由于我国的机械加工业的快速发展，我国的加工中心已有很大发展，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。5 总结本文主要介绍国内外加工中心机械手自动换刀设备的现状及发展动态，说明了加工中心机械手自动换刀设备在机械加工制造业的重要性。表现出国外在该领域先进的技术，也表明我过于国外的存在着很大的差距，随着加工中心机械手自动换刀设备的逐渐普及以及使用范围的扩大，世界上著名的加工中心机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高零件加工效率以及准确性能方面在国际上的竞争力。我国也要加强对该领域的研究探索，尽快缩小与国外上的差距。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

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。