自动换刀机械手设计【数控镗铣床的自动换刀】【BT40型刀柄】
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数控镗铣床的自动换刀
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BT40
刀柄
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自动换刀机械手设计【数控镗铣床的自动换刀】【BT40型刀柄】,数控镗铣床的自动换刀,自动,机械手,设计,数控,铣床,BT40,刀柄
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一、选题背景1. 国内外数控机床的的发展情况20 世纪90 年代以来, 数控加工技术得到迅速的普及和发展, 数控机床在制造业得到了越来越广泛的应用。带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着愈来愈重要的作用, 它能缩短产品的制造周期, 提高产品的加工精度, 适合柔性加工。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(A u2tom at ic Too l 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。2. 加工中心发展简史1952年世界上出现第一台数控机床，使多种产品、中小批量的机械加工设备在柔性，自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产中使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因而大大提高加工加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床战整个机械加工70%80%的状况。数控机床能实现两坐标以上的联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高的多。自动换刀装置的形式是多种多样的，主要的组成部分是刀库、机械手和驱动机构等，虽然换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手类型等个不相同，但是在数控装置及可编程控制器控制下，由电动机或液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。我们把这种为实现多工序的连续加工，在加工中心或车削中心，可进行刀具的选择与交换的装置叫自动换刀装置（automatic tool change 简称ATC）。3. 加工中心的主要优点1）提高加工质量工件一次装夹，即可实现多工序集中加工，大大减少多次装夹所带来的误差。另外，由于是数控加工，较少依赖操作者的技术水平，可得到相当高的饿稳定精度。2）缩短加工准备时间3）减少在制品4）减少刀具费5）最少的直接劳务费6）最少的间接劳务费7）设备利用率高4 加工中心的发展趋势加工中心亦同其他机床一样，他的技术水平的提高，表现在其固有技术（如高速、高精度化等）的进一步发展和新技能（如智能化技能等）的运用上。1.高速化加工中心的高速化，是只主轴转速、进给速度、自动换刀和自动交换工作台的高速化。2.进一步提高精度加工中心的主要精度指标是它的运动精度指标。而这一精度指标，近年来有了不小的提高，其中精密加工中心精度指标的提高尤为明显。所谓加工中心的运动精度，主要以定位精度、重复定位精度以及铣圆精度来表示。3.机能更加完善（1）愈来愈完美的自诊断机能（2）新式刀具破损检测装置（3）加工中心复合化趋势二、设计方案（一）、 研究的主要内容加工中心换刀机械手的设计是在实现手指夹紧、手臂伸缩、手架伸缩以及手架旋转运动的基础上，实现其准确、快速、可靠、稳定的换刀。设计得主要内容如下：1、根据目前常用的加工中心换刀机械手的换刀方式，对手臂伸缩与手指夹紧机构、手架旋转与手架伸缩机构的设计提出几种新的方案，并通过对所提出方案的论证分析，选择一种较为理想的方案进行具体的设计。2、对所选设计方案中换刀机械手的组成机构及各个自由度运动的实现进行分析。3、对加工中心换刀机械手的手指夹紧力进行分析与计算，并对其关键部位进行校核，以保证换刀的可靠性。4、确定各个运动的驱动机构。5、对设计中所涉及到的液压缸通过计算确定其个部分结构的具体尺寸，并对个活塞杆的强度、稳定性以及螺栓的强度进行校核，以保证加工中心换刀机械手能够稳定、可靠的完成换刀过程。6、对设计中出现的齿轮、轴等重要零部件通过计算确定尺寸后，要进行安全校核。7、设计出加工中心换刀机械手的控制系统部分，完善设计内容。(二)、初步设计方案1.手臂伸缩与手指夹紧机构由于与机械、电力传动相比，液压传动具有体积小、质量轻、功率大运动平稳的特点，并且因为液压元件有自我润滑作用，使用寿命长5，所以在以下设计方案中，手臂伸缩运动及手指夹紧运动都采用液压的驱动方式。并且由于两手伸缩回转式单臂双爪机械手的两手可伸缩，缩回后回转，可避免与刀库中其他刀具干涉，所以，以下设计方案中的换刀机械手为两手伸缩回转式单臂双爪机械手。结构设计方案在此方案中，加工中心换刀机械手四个手指的运动分别由四个液压缸单独控制，这使得它运动的灵活性很强，其结构如图2.1所示。 图2.1 手臂伸缩与手指夹紧机构2. 手架旋转与手架伸缩机构结构设计方案此方案的主要特点是，手架旋转轴与手架伸缩液压缸之间通过一对角接触球轴承来连接，由这对轴承向旋转轴传递活塞杆的推力和拉力，实现手架的伸缩运动，并且保证手架旋转轴在旋转时也不会干扰到手架伸缩液压缸。手架旋转轴上开有很长的键槽，通过滑键与圆锥齿轮相连，这样就可以使手架旋转运动与手架的伸缩运动之间互不干扰。对于手架的旋转运动，则采用电动机驱动方式，用延时继电器控制电动机的起、停时间，并由单级圆锥齿轮将电动机的运动传递给手架旋转轴，这在一定程度上简化了加工中心换刀机械手的机械结构，其结构如图2.3所示。 图2.3 机构三、进度安排(一)、第一阶段（1-4周）1、开题报告(含文献综述、参考资料等)2.方案论证和方案设计（二）、第二阶段（5-11周）1、完成第一张A02、完成第二张第三张的草图绘制（包括主要结构）（三）、第三阶段（12-18周）1、绘制要求的其余设计图纸2、撰写说明书准备答辩四、参考文献【1】沈阳市机床工业公司七二一大学编著，工业机械手，辽宁人民出版社，1979【2】工业机械手图册编写组编著，工业机械手图册，机械工业出版社，1978【3】李允文编，工业机械手设计，机械工业出版社，2009【4】王永章,杜君文,程国全 主编.数控技术M.高等教育出版社,2007.8;【5】李建功，机械设计，机械工业出版社，2008【6】廉元国 张永红 加工中心设计与应用M 北京：机械工业出版社，1995.12；【7】王永华主编，现代电气控制及PLC应用技术，北
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