4267换刀器设计—末端操作器设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4267换刀器设计—末端操作器设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,换刀器,设计,末端,操作,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 陶翔 学 号： 060104219 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 换刀机器人设计 末端操作器设 计 指 导 教 师 : 郭钢 2010 年 3 月 19 日 1 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见 及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册）； 4有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2007 年 3 月 15 日”或“ 2007 2 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 ： 大致概括了换刀机器人的概念及其发展过程，以及其发展现状和未来趋势及前景。简单描述了换刀机器人的作用及其功能特点等。 关键词 换刀机器人 加工中心 柔性制造系统 自动换刀 机器人技术在柔性制造系统 发挥着重要作用。为满足提高系统柔性和生产效率 的要求， 配置较大的刀库，为加工中心的刀具需求服务。在配置中央刀库的 具流系统中，往往有上百个甚至数百个刀位，并采用换刀机器人完成加工中心、中央刀库和刀具进出站之间的刀具交换任务 1 换刀机器人 柔性制造系统的重要组成部分 。其职能是将机床主轴上 的刀具与刀 具 库或刀具传送装置下一道工序 用的刀具进行交换。换刀机器人必须结构紧凑，在运动过程中要避开障碍物以及进行多轴插补运动等 3。为了正确、快速可靠地完成 换刀 作业，换刀机器人 的机械手具备误差补偿能力，在机械手相对于刀位的位置和姿态出现误差时仍能可靠地工作，实现复杂结构件连续加工过程中的自动换刀 4。 1956 年日本富士通研究成功数据砖塔式冲床，美国 司同期也研制成功了“ 刀具程序控制装置）。 1958 年美国卡尼 动刀具交换装置），成为世界上第一台加工中心。 1967 年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的 性制造系统）基本概念，研制了“系统 24”。 1978年以后，加工中心迅速发展，带有 置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。 1983 年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的构模式 5目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。一般数控机床在整个加工过程中换刀时间超过总加工时间 50%以上。 为了提 3 高机床效率，近年 ，包括主轴高速化、进给高速化、结构高刚性、高加减速、快速自动换刀装置与快速工件交换 8发展迅速。 换刀机器人成了高速加工中心制造企 业之间竞争焦点之一 9，因为高速加工主要是为了加工时间的不断缩短 10，换刀时间的缩短对于加工中心的生产率的提高显得尤为重要。 目前，在柔性制造系统中一般有三种换刀方式：人工换刀、自动机械换刀和换刀机器人换刀 11。而换刀机器人换刀是一种全自动的换刀方式，换刀机器人可以完成中央刀库、刀具进出站及机床刀库之间的刀具交换任务，目前已在柔性制造系统中广泛应用。换刀机器人按工作范围可分为固定式和移动式 12。所谓固定式就是只 为一台加工中心服务，其典型有日本的 床公司 的 统， 日本的 器人 有限公司的器人 ， 固定式的中央刀库较庞大时，工作范围 受到限制。移动式换 刀机器人的工作范围较大，可在各机床与刀库间作远距离大范围动作，分为有轨式和无轨式，无轨式研制 难度 较大，所以目前 大多是有轨式的。比如德国的 司的 统中的换刀机器人，英国宇航公司的 器人和 司的 有轨式 多为地面轨道，由于其要抓取较大的重量，所以其导轨占地面积很大 13。 正由于地 轨式的局限性， 换刀机器人 正向 空间导轨式发展。空中导轨式能充分利用空间，占地面积小，能适应各种 条件 的换刀工作。同时为了使工作空间更大，结构安排更容易，精密度更高，可以根据需要分别采用空间单轨和双轨两种换刀机器人。采用换刀机器人可以使机床刀库与中央刀库的刀 具交换与加工同时进行，机床可实现连续加工。近几年来，伴随着全球 机床产业正朝着全方位、高 效率、高速度、多功能的柔性制造系统的演进趋势以及降低生产成本 的发展需求 14。换刀机器人将有如下发展：（ 1）换刀机器人系统要能承载重量 70上的超重刀具，并且要拥有强力 锁刀装置，以防止重型刀具在运行中坠落；（ 2）对不同类型刀具的容纳能力将更强，以便时常变换使用在多种主轴的加工中心；（ 3）向着高效率且定位精确的驱动和选刀系统发展，发展出更高精度且配高质量、高定位的伺服电机及减速机，以符合选刀的迅速和换刀的精确；（ 4）换刀机器人也向着质量轻，成本低，但能有高容量的刀库发展，提高换刀效率 15。如今，高速加工中心的切削技术和柔性制造技术正飞速发展起来，他们能进一步减少加工时间、提高加工生产率。因此，换刀机器人技术也伴随着两者的发展而发展，换刀机器人 4 技术主要是减少加工辅助时间，而且正处于 发展阶段，换刀机器人技术的新技术新方法正不断出现和改进，使得 加工中心的切削技术和柔性制造的效率进一步得到提高。 换刀机器人在告诉加工的工业生产下应运而生，对减少加工准备时间，提高设备工作效率起了举足轻重的作用，未来的换刀机器人将更加发挥这一能力，为柔性制造系统和加工中心节约更多的准备时间，为企业创造更高的 效益。 参考文献 1 J, et J. 985,32(2):2312 谭 益智 . 柔性制造系统 M. 北京：机械工业出版社， 1995. 3 许兴华 ,马铭辰 ,陶俐言 换刀机器人运动控制系统的实现研 究 J. 新技 术新工艺 机械加工与自动化 , 2003， (3):124 王科社 ,张怀存 ,杨 庆东 ,朱骥北 置 J. 机械制造 ,1995，(5):31 33. 5 吴华伦 300 型龙门五面加工中心换 刀机器人 J. 科技成果纵横 ,1998， (5): 426 廉元国 动态 J. 制造技术 与机床 , 1990,(1)： 767 刘炜 系统 J. 机床 与液压 , 2005， (5): 588 王科社 ,杨庆东 ,孙志永 置 J. 机械加工与自动化 , 2002，(10): 209 刘瑞己 J. 中国机械工程师 , 2004,(11): 8410 王西彬 J. 中国机械工程师 , 2000,(11):190- 194. 11 宋德锋 ,王华坤 式换刀机械手的研制 J. 机械设计 , 2005， (3): 6112 蒋新松 J. 机器人 , 1996,(5): 28513 王柞斌 况 J. 电气自动化 , 1995,(2): 1214 李如松 J. 组合机床与自动化加工技术 , 1994,(4): 3715 邱焜城 J. 制造 技术与机床 , 2007,(4): 114- 115. 5 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： （ 1） 本课题要研究的问题 本课题主要研究的是换刀机器人的总体方案及末端操作器的结 构，结合相关技术要求，主要研究问题有 1）结构型式； 2)自由度数； 3） 驱动方式 ； 4） 传动方式 ； 5） 末端操作器 等的确定 。 （ 2） 拟采用的研究手段 1）结构型式 机器人的坐标型式一般由直角坐标、圆柱坐标、极坐标和多关节等几种型式。本课题换刀机器人采用的是组合式 为采用直角坐标控制机械手到达指定位置，然后机械手的旋转完成换刀操作。 2）自由度数 自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不包 括手爪（末端操作器）的开合自由度。加工中心的换刀位置是固定的， 且 刀位中刀具放置的姿态一样，中央刀库和 机床刀库的刀具 位置也一样，所以本课题换刀机器人有四个自由度（不包括手爪）。 3）驱动方式 工业机器人中使用的伺服电机， 以前 一直采用的是直流伺服电机，但目前逐渐被交流伺服电机所取代，因为交流伺服电机中没有直流伺服电机的机械接触部分（电刷、换向器）， 可以 免维护，因此，本课题中的换刀机器人三轴将采用交流伺服电机驱动方式。 4）传动方式 工业机器人的传动系统要求结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，要求消除传动间隙，提高其运动和位置精度，一般传动装置有齿轮、蜗杆传动、链传动、滚珠丝杠、谐波齿轮等。本课题 拟 采用滚珠丝杠 传动，依靠导轨导向，上下运动时，丝杠转动，丝母固定不动，整个手臂运动。 5）末端操作器 末端操作器采用连杆杠杆式双手爪结构，双手爪由手腕带动旋转 180o。 6 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 文献综述查阅了较多的国内外文献资料，总结了国内、国外换刀机器人的
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