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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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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 本科生毕业设计（论文）选题、审题表 系： 机械工程系 专业： 机械工程及自动化 指导教师 姓 名 郭钢 专业技术职 务 副教授 课题名称 换刀机器人设计 末端操作器设计 适用专业 机械工程及自动化 课题性质 A B C D E 课题来源 A B C D 课题预计 工作量大小 大 适中 小 课题预计 难易程度 难 适中 易 备注 : 课题 简介 换刀 机器人广泛应用于 性制造系统中加工中心的中央刀库与刀具进出站之间、数控机床本身的刀具交换和存储 ,可以大大提高生产率 、改善 产品质量 , 能够降低生产成本 、改善劳动条件 ,能快速适应不断变化的市场需求 . 通过本机器人的设计 ,使学生将过去所学的理论知识和技能综合运用起来 ,可以培养学生独立分析工程问题、解决工程技术问题的实际能力以及创新能力 ,养成团体合作精神 ,同时锻炼学生收集资料、综述文献、应用技术工具以及绘制工程图纸和编制设计明书的能力 . 课题应完成的任务和对学生的要求 课题应完成的任务： 课题调研，查阅资料，撰写开题报告及外文翻译； 总体方案论证及选择； 末端操作器的部件设计；主要零件的设计和计算； 绘制总体装配图、部件装配图和零件图；撰写设计说明书。 对学生的要求： 先修课程包括： 机械设计、机械制造、机器人技术、计算机应用技术及设计绘图软件的使用，如 ； 独立工作，善于思考； 具有团队协作精神；勤奋向上，积极主动，认真负责。 所在专业审定意见： 专业负责人 (签名 )： 年 月 日 注：本课题由 陶翔 同学选定，学号： 060104219 注： 1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用； 2有关内容的填写见背面的 填表说明 ，并在表中相应栏内打“ ”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。 填 表 说 明 1 该表的填写只针对 1 名学生 做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由 2名及 2 名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。 2 “ 课题性质” 一栏： A产品设计； B工程技术研究； C软件开发； D研究论文或调研报告； E其它。 3 “课题来源” 一栏： A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题； B企、事业单位委托课题； C院、系级基金课题； D自拟课题。 4 “课题简介” 一栏： 主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )前期工作材料 学生姓名 : 陶翔 学 号： 060104219 系 ： 机械工程 系 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 副教授 (姓 名 ) (专业技术职务 ) 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )选题、审题表 1 2 毕业设计 (论文 )任务书 1 3 毕业设计 (论文 )开题报告含文献综述 1 4 毕业设计 (论文 )外文资料翻译含原文 1 5 毕业设计（论文）中期检查表 1 2010 年 3 月 注：毕业设计（论文）中期检查工作结束后，请将该封面与目录中各材料 合订成册 ，并统一存放在学生“ 毕业设计（论文）资料袋 ”中（打印件一律用 型）。 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 陶翔 学 号： 060104219 外文出处： 20010037888 附 件： 指导教师评语： 译文基本上翻译出原文的意思，逻辑层次清楚，具有条理，语句通畅，大体符合中文的表达习惯，翻译质量尚可。但是，一些中文表达欠妥当，个别专业术语翻译的不够准确。 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附 件 1：外文资料翻译译文 自动换刀装置 摘要 : 所提出的发明提供了一个自动换刀装置 ,它适用于探测凸轮从动件轴承服务寿命的结束以便系统地更换轴承。自动换刀装置包括：换刀机构（ 26），它包括 转轴 、固定在 转轴 的换刀臂、依附于 转轴 的凸轮从动件，并且有由轴承支撑的可旋转啮合滚轮、与凸轮从动轮的啮合滚轮相啮合的凸轮和驱动凸轮的驱动装置以及控制换刀机构操作的控制部分（ 57）。换刀装置进而由服务寿命终结探测部分组成，探测部分用于计数换刀装置（ 26）操作次数，并且判断计数值是否达到作为轴承服务寿命终结探测基础的参考操作次数。采 用如此布置，维护能够通过判定凸轮从动轮轴承服务寿命的终结而系统地进行。 发明背景 : 【 0001】 1. 发明领域 【 0002】 提出 的发明为机床自动换刀装置，特别适用于 旋转凸轮和凸轮从动件啮合机构的 自动换刀臂。 【 0003】 2. 前景技术描述 【 0004】下面阐述 带 一个自动换刀 装置的 典型机床，如图 3 插图 3说明 机床 12 是一个立式加工中心。机床 12 包括：床身 13;垂直于床身 13 的 立柱 14； 用立柱 14支撑的主轴 箱 15为垂直可移动式； 主 轴 16由 主轴 箱 15支撑，并沿其轴线旋转； 工作台 17 装于主轴 16 下方 ，在 床身 13 上 ； 刀 具 库 21 装配在 主轴箱 15 左边 ;换刀 机构 在刀 具 库 21 下端 ，用以 换下轴 16 用的刀具 T， 并存放在刀 具 库 21 的保持 架 23中 ； 如图 5所示为数控装置 50，它 用于控制机床各 部件 。 【 0005】 刀 具 库 21 包括：多个保持 架 23，用于保持 刀具固定装置 预定的时间间隔， 用一个 保持架盘 24 来固定 保持架 23；用盖子 22 保护保持 架 23 和 保持架盘 。 【 0006】如图 4所示 ,换刀 机构 26包括：一个 转轴 27与主 轴 16保持 平行 (见图 3)；一个换刀臂 28 安装在 转轴 27 下端 ， 在 28 的 两端持有刀具 。由 辊形凸轮从动件 33围绕 转轴 27 外圆周旋转，提供一个围绕中心轴线的有预定角度间隔的旋转 。 杠杆凸轮从动件 34在 接触辊 33下方，参与控制 转轴 27 的旋转 。 弧面 凸轮 35在外周长的 导 向 槽 啮 合 接触辊 33， 导槽 从侧面啮合杠杆件 34；齿轮 41完整固定在弧面凸轮35上；马达 36产生 旋转动力通过 传动装置 38、 39驱动齿轮 41。 接触辊 33包括 由轴承支撑的可旋转辊并与弧面凸轮 35啮合 。 杠杆 件 34包括 由轴承支撑的 接触辊 ，在弧面凸轮 35的侧面与导向槽啮合 。 【 0007】 这种布局下， 马达 36 的动力通过传动装置 38、 39、 41 驱动弧面凸轮 35绕其轴线旋转，转轴 27 绕轴 线旋转通过 接触辊 33 的转动而旋转， 接触辊 33 与杠杆件 34啮合于弧面凸轮 35。 转轴 27旋转使换刀臂 28进行后文将描述的换刀操作。 【 0008】如图 5所示，数控装置 50包括计算机 化数字控制装置 （ 54，可编程控制器（ 55，输入 /输出接口 56 等。 通过输入 /输出接口 56 连接外部控制电路 51。外部控制电路 51连接到操作面板 52,换刀装置 26等。 【 0009】 行预储存的加工指令来控制机床 12 的基本 操作 ，比如 主轴箱 15和 工作台 17 的轴向移动， 示器上 11 的数据显示 。 含换刀控制部 分57 等，并控制机床 12 的辅助动作，如刀 具 库 21 的操作和 换刀装置 26 等。 示器 11 显示加工程序和刀具当前坐标位置。 【 0010】 如 上 所述 ，换刀控制部分 57 通过控制线路 51 控制换刀 机构 26 动作。换刀控制部分 57 驱动换刀装置 26 响应 4 的换刀 指令。换刀指令可 由 操作面板52 手工 输入 ，作为预存指令 。 如此，从操作面板 52 输入指令，由控制线路传输到4、输入 /输出接口 56和 5。然后， 传到换刀控制部分 57，控制部分 57接受指令后控制换刀装置 26进行换刀。 【 0011】自动换刀装置由换刀装置 26和换刀控制部分 57等构成。在自动换刀装置控制下 装夹在主 轴上的刀具与 另 一把刀具 依如下方式自动 交换。 【 0012】首先，在刀 具 库中存放 刀架 的保持 架 被移动到换刀位置准备换刀。然后， 接触辊 带动 转轴 按正常方向转过度角。换刀臂 随 转轴 一起旋转度，刀架与 主轴依附（以下简称当前刀架），另一 刀架在保持 架里（以下简称下一 刀架） ， 各自由换刀臂 28的两端夹持 。 【 0013】 接着 ， 杠杆件 使 转轴 27旋转， 换刀臂 28所持的当前刀架和 下一个刀架 把 持用换刀臂各自从主轴和保持架 移开 。之后， 接触辊 33接着 转动 转轴 27按正常方向转 180度，杠杆件 34缩 回 转轴 27。于是 ，下一个刀架 16，当前刀架 3里。 【 0014】 接触辊 33 带动 转轴 27反向旋转 90 度将 转轴 27返回初始位置。然后，保持 架 23 移动到先前 位置 ， 盖上端盖 22。于是 ， 依附于主 轴 16 的 当前刀架 和下一刀架 库 21中。 【 0015】 以上所述 ，凸轮从动轮 33、 34都使用轴承 ， 而轴承只有很短的耐久寿命 。然而，传统换刀装置不能探测轴承寿命。 因 此，凸轮从动轮 33、 34 的 使用寿命可能在换刀操作中由于 轴承破损 而终结 。凸轮从动件 33、 34 的 作业条件 不利 于 延长其使用寿命 。 【 0016】凸轮从动 件失效 的 原因，是对轴承寿命过于依赖 。 必须及时修复破损零件 。这些不利条件降低了机床的实用性 。 在新轴承到货前 换刀装置无法工作 。 再一次降低了机床的实用性 。 【 0017】考虑到前述问题 ，提出的发明使该装置能自动探测轴承的使用寿命，以便有计划地更换新轴承 。 发明的摘要： 【 0018】 所提出的发明达到了上述对象的目标，提出了 一个自动换刀装置，包含一个 机械换刀装置，其中有一个有支 撑架的 转轴 ，一个安装在 转轴 上的换刀臂，一个凸轮从动件 为可 旋转 的 接触辊 ，由 轴承支撑，一个有导向槽 的凸轮，为 接触辊 导向。驱动方式为驱动凸轮，然后转动 转轴 ，以及（或）通过 依附于凸轮的 凸轮从动件 转动转轴； 一个控制单元控制换刀装置进行换刀 ；一个寿命 检测 装置 ， 计算 已进行的换刀 次数，当次数到达预 定操作次数时 ，判定凸轮从动 件上 的轴承寿命已到。 【 0019】 所提出的发明的自动换刀装置，它的使用寿命是通过对换刀次数的计数来实现，当计数值将近预定理论值时，可估计凸轮从动件上的轴承寿命将至。 【 0020】 假使轴承工作时负载恒定，轴承的 寿命 可以在 累计操作时间基础上估计而得 。如果凸轮从动 件 上轴承的负载已知（ 可以由设计的理论负载确定），理论 运作时间为轴承寿命的理论计算结果 。 必须是每次换刀时间稳定 ，且容易测量。 轴承在换刀时 的运作时间可以通过实验 测定或理论计算得知 。 【 0021】因此，轴承的累计运作时间能通过 计算 换刀次数 间接获得，轴承的寿命能参考累计换刀运作时间 。 所提出的发明中 ， 换刀操作 在轴承寿命结束之前执行了多少次 ， 能通过 理论计算轴承在每次换刀中 的工作 时间 初步估计而知。 换刀次数可计数，当次数接近操作参考值时，判定寿 命到期。 【 0022】 由于依照提出的发明，轴承寿命可以检测 ， 维护工作可以有计划地展开，只要在旧轴承寿命终结前及时换上备用新轴承就可以了。 通过工作闲时进行 有计划且 有效的维护工作，机床的实用性将大大提高。因此，机床实用性的降低现象将不复存在。因为导致机床寿命减小的因素将被消除。 机床换刀时轴承运作，轴承运作慢慢磨损，导致寿命降低。若非如此，临时机床修复将耗费很长时间。 【 0023】当前 提出 的自动换刀装置中， 换刀装置适合执行不同刀具直径条件下的换刀操作，寿命检测部分用增量计数原理计算换刀操作的次数 。 【 0024】在 一些机床中， 换刀方式由于 刀具直径 而不一样 。 直径 不同的刀具（一个大直径和一个小直径）互换，轴上用过的 刀 具 先回到刀 具库然后另一个被夹出来。如此，在换刀过程中装置运行了两次。那些直径相同的刀 具（ 直径同大同小）互换时，换刀装置只要开动 一次。 【 0025】在 这些情况下，换刀装置的寿命不能简单的参考 数换刀次数 和单次换刀时间来正确计算 ，因为轴承在刀具直径 不同时 换刀引起的磨损是 刀具直径相 同 时的 两倍。因此，计数的增量应该 依照要求执行换刀的次数 。 确切地说，刀具直径不同时进行换刀，计两次换刀 ,刀具直径相同时 ，计一次换刀 。因此，轴 承磨损程度 还是可以 精确计算出来，换刀情况异同引起的换刀次数已经被详细地考虑到了。 因此，服务寿命 能精确地检测 。 【 0026】 该自动换刀装置还能在显示屏上显示当前使用时间与总寿命的比例值。 【 0027】 如此设置 ， 显示屏以图示显示出当前寿命值与参考寿命比值 。 所以操作员可以一眼看出轴承磨损程度。通过日常监测，维护保养计划能轻松制定。 插图 简述 ： 【 0028】图 1 用框图描述 数控装置 和所提出发明的机床 ； 【 0029】图 2 以简图显示典型的 示机床相关信息 ； 【 0030】图 3 是一般的 机床的 整体 主视图图解 ； 【 0031】图 4 关于图 3的部分重要细节详图 ； 【 0032】图 5 是常见机床数控装置结构图 。 首先具体化的描述： 【 0033】 下面将参考附图 详细描述所提出的可自动换刀的机床。 图 1 是具体描述 发明的 数控系统 及其 机床；图 2是一个典型的 示图 。机床是 由典型自动换刀的机床改进而来 ，原机床如图 3数控系统与原机床有所差别 。因此，与参考机床（图 3同细节不再累赘 ， 而是引用来描述图 1和图 2。 【 0034】如图 1所示，数控装置 1包括 与 5结构有所不同， 有附加功能， 更 包含 显示控制 部分 10和 寿命测定系统 9。 【 0035】寿命检定部分 9 对换刀装置 26 已进行的换刀次数计数 。具体 来 说， 寿命测定系统 9在收到 量计数 ， 然后比较预定 参考 值， 判断是否相接近 。 如果结论是计数值已近参考，则寿命将终的信号发至显示控制 部分 10。 【 0036】这些参考 价 值在此意味着凸轮从动 件 33、 34 上的轴承寿命 通过换刀工作时间来估计 。 该值可以 通过以下方式确定，并在 寿命测定系统 9中储存数据信息。 【 0037】首先，操作时间（服务期） L 在 磨损直到 寿命期到来 前 ，凸轮从动轮 33、34上的每 个轴承寿命能通过以下公式计算： L= ( a C )/( F N 【 0038】其中 a 是一个常数， C 是轴承的额定 载荷 （常数）， F 是轴承的额外负载，而 【 0039】然后，每个轴承在换刀操作执行时的工作 时间可以 通过 实验或理论 计算得出 。通过上述方程式计算的服务 期限 被每次换刀操作时轴承的运作时间 均分 。因此，服务期限到来前已 换刀执行的 次 数 将用来判断每个轴承的磨损情况 。数据最小的每一部分决定每个轴承按标准使用的情况。 【 0040】 数显控制部分 10 收到计数信息和从标准 寿命测定系 统 9那里得到的参考值， 4控制 1 显示，得到 如图 2 所示 的比例值 。并且，数显控制部分 10控制 1 显示轴承寿命到期 信息，指示更换轴承 。 在图 2 所示的显示屏中，参考数据显示为当前 计数 值 和使用寿命之比 （ %） 。 因此，操作员能 轻松判断 轴承磨损程度。 【 0041】 在 当前发明中的拥有 自动换刀系统的机床数控装置 1 中， 寿命测定系统 9是 在接受到 机床的换刀命令的时进行计数的，换刀 信号由 4 发出，在执行换刀 命令或进行人工操作时传至 。然后， 寿命测定系统 9 比较计数值与预定参考值， 判断是否数值已到。 【 0042】如果 寿命测定系统 9 判断 计数值已 达 参考值，发出信息在 1 上显示要求更换轴承。 并详细地 如图 2所示，计数值与参考值的比例数据将明确显示在 1上，所以操作 员很容易就知道轴承磨损状况 。 【 0043】通过以上详细描述 ，轴承寿命由 寿命测定系统 9来确定。因此， 若预备了备用轴承， 维护工作 便能在工作闲时有效 地进行。机床的实用性 在有效地维护下大大提高。因为轴承的磨损情况 在 1 上能显示出来，轴承寿命在 日常监控 下轻松检定 。因此， 维护计划的制定方便且有效 。 【 0044】在此前提下，支座轴承的寿命信 息显示在 1 上 ，随时 提醒操作人员及时更换轴承，还可以为其增加一个警报铃声或警报音。 【 0045】在一些机床中，换刀装置 执行换刀的方式 取决于刀具 的直径。那些不同直径 的刀具 进行换刀时， 装夹在 主 轴 16 上的刀具 T 回到刀 具 库 21，然后下一把 刀 具库中的刀具 主 轴 16上。因此，换刀装置 26进行了两次操作。那些相同直径的刀具 进行换刀时， 换刀装置只 需进行 一次 操作 。 【 0046】这 种情况 下，使用寿命 不能通过比较换刀操作次数和参考值来准确地计算，因为在 换刀条件 不同时，轴承 磨损是不同的，刀具直径不同，轴 承两次工作，刀具直径相同则一次工作 。 【 0047】因此，刀具 寿命测定系统 9将根据换刀具体情况 的情况来计数。 具体说来 ，换刀时， 刀 具直径不同两次计数，刀具直径相同一次计数 ，按照 这样的 规律进行计数。 因此，准确的计数方式确保了轴承磨损的计算也准确，服务期也能精确测定。 要求： 换刀控制装置包括一个可旋转的主轴，一个换刀臂附于可旋转的主轴上，一个有接触辊的凸轮从动件 ，它由轴承支撑着旋转，并与主轴啮合。一个有导向槽的凸轮，与凸轮从动件啮合。驱动方式为驱动凸轮，转动主轴，或通过与凸轮相啮合的凸轮从动件转动 主轴，依次方式传输动力。一个控制装置，控制控制换刀装置换刀。还有一个寿命测定系统，对换刀装置进行换刀次数的计数，当计数值达到参考寿命值时，判断轴承寿命已至。 所述的自动换刀装置，换刀装置适合执行不同条件的换刀操作， 取决于所需交换的刀具的直径 是否相同， 寿命测定系统对换刀装置操作 次数进行 准确计数，据 此判断支撑轴承的工作寿命。 和 2所述的自动换刀装置 包括 一个显示设备， 显示当前工作时间 和理论参考寿命的比例。 附件 2：外文原文 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、国外换刀机器人的发展现状以及未来趋势，对课题研究有一定参考意义。综述条理分明、语句通顺，格式比较符合规范。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 该课题拟从事换刀机器人的 总体方案设计及末端操作器的设计，课题的深度和广度适当，工作量适中，经过该同学的认真工作、努力设计， 预计能够完成规定的毕业设计任务，取得较好的毕业设计结果。 指导教师： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 南京理工大学 紫金学院 毕业设计（论文）任务书 系 ： 机械工程系 专 业 ： 机械工程及 自动化 学 生 姓 名： 陶 翔 学 号： 060104219 设计 (论文 )题目 ： 换刀 机器人 设计 末端操作器 设 计 起 迄 日 期 : 2010 年 2 月 24 日 6 月 5 日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学 紫金学院 指 导 教 师 : 郭 钢 专业 负责 人 : 肖 猛 发任务书日期 : 2010 年 2 月 23 日 任务书填写要求 1毕 业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经 学生所在专业 的负责人 审查、 系领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书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，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业 设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及 系主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“ 系”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字 代码。学生的“学号”要写全号 ； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 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“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过毕业设计的锻炼 ,学会综合运用所学的知识和技能进行 实际工程问题的分析 、 综合及设计。培养调查研究 、中外文献检索与阅读的能力 ; 掌握定性与定量相结合的独立研究与论证的能力 ; 熟练掌握设计、计算及绘图的能力 ; 锻炼文字与口头表达能力 ; 掌握撰写设计说明书的能力 。并且能设计出合乎实际要求的换刀机器人机械结构。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 技术要求： 结构型式： 组合式直角坐标加旋转 ; 自由度数： 4; 负载重量： 10 单爪 ) 末端操作器： 双 手爪 工作空间： 纵向 11m; 横向 升降 1m; 旋转 180; 运行速度： 五档可调 ; 最大运行速度： 纵向 33.6 m/横向 16 m/升降 8m/旋转 16 重复定位精度： 0.6 记忆刀位数 ： 不小于 170 把 ,可扩展 ; 总重量： 600 工作要求： （ 1）完成总体方案的论证设计； （ 2）完成末端操 纵器设计； （ 3）绘制总装图 、 部件图和零件图；（ 4）撰写设计说明书。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： (1)开题报告 (含文献综述 ) ： 3,000 汉字以上 ; (2) 外文资料翻译 ： 3,000 汉字以上 ; (3)总体装配图 ： 1 张 ; (4) 部件装配图 ： 1 张 ; (5)主要零件图 ： 若干张 (总图数约合3 张 0 号图 ) ; (6)毕业设计说明书 ,字数不少于 10,000 字 ,并附有 200300 汉字的中文摘要及相应的英文摘要 。 4主要参考文献： 1（日）渡边茂 . 产业机器人的应用 M. 北京： 机械工业 出版社， 1986 年 5 月 . 2 龚振邦 等 . 机器人机械设计 M. 北京： 电子工业 出版社， 1995 年 6 月 . 3 马香峰 等 . 工业机器人的操作机设计 M. 北京： 冶金工业 出版社， 1996 年 9 月 . 4 余达太 马香峰 . 工业机器人应用工程 M. 北京： 冶金工业 出版社， 1999 年 4 月 . 5 程光仁 等 . 滚珠螺旋传动设计基础 M. 北京： 机械工业 出版社， 1987 年 8 月 . 6 李中杰 等 . 步进电动机应用技术 M. 北京： 机械工业 出版社， 1988 年 12 月 . 7 . et l. A . 985. 8 . 1985. 9 宋德锋 等 . 无源式换刀机械手爪的 研制 J,机械设计 ， 2005（ 3）， 1810 薛焕然 等 换刀机器人若干技术问题的探讨 A，中国第三届机电一体化学术会会议论文集 C， 1994： 611 白井良明 著 . 王棣棠 译 . 机器人工程 M. 北