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机械手 设计 CAD

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一种新结构的立卧换刀机械手济南一机床集团有限公司邵名健我厂接受的联合国援助项目中, 要求设计试制五面加工中心, 其特点是主轴箱可进行主卧转换。 为此,提出立卧换刀机械手的设计。 在德国专家指导下, 所完成的换刀手方案是单向换刀。 我们经过调研和讨论, 认为该方案存在以下缺点: 1) 换刀手与主轴箱及防护的干涉大; 2) 换刀手体积大; 3) 换刀手在加工区内, 布局不合理; 4) 在加工过程中, 存在着主轴箱的重复定位误差。 同时, 肯定了在刀库中刀具轴线与主轴轴线垂图145 换刀手图2移动式换刀手直的情况下, 采用45 换刀手( 见图1) 的优点。 我们认为这种换刀形式可加大刀库容量, 简化换刀过程, 因此,提出将单向换刀手改为立卧转换刀手的设计方案。 方案是将45 换刀手( 图1) 与移动式换刀手( 图2) 相结合,增加立卧转换机构形成立卧转换换刀手, 如图3所示。这种结构吸取了45 换刀手和移动式换刀手的优点, 换刀动作简单( 两个直线运动, 两个旋转运动) , 再加上卡爪夹紧, 与普通移动式换刀手动作数相同, 但却实现了立卧换刀。 该换刀手的设计, 外型和内部结构打破了传统设计模式, 有所创新。1换刀手运行原理如图3所示, 换刀手由准备位置 B 移至图示位置A, 当主轴箱1退出刀杆后, 在齿轮齿条机构5的作用下, 换刀臂2、 4和联接体3一起绕轴转动180 , 主轴箱1再前移至图示位置实现换刀, 卡爪松开后, 纵向差动油缸8带动换刀手至位置 C( 此时, 主轴已开始工作, 下述换刀动作为辅助运动, 与工件加工同步进行) ; 横向油缸带动换刀手至位置 P, 油缸8使其移至位置 E 而将刀具插入刀库中, 横向油缸回位, 使换刀手回到换刀准备位置 B。 刀库电机转动, 将所需刀具转至位置 E,换刀手在差动油缸8和横向油缸的共同作用下, 完成由位置BEDCB 的转换过程, 此时, 换刀手夹持着新刀具在换刀准备位置 B 待命。 至此本轮换刀结束, 待接到新的换刀命令后, 重复上述过程。当主轴箱1转至立式位置, 需要立式换刀时, 齿轮齿条机构7便驱动联成一体的件2、 3、 4、 5和回转体6, 使之绕轴转动90 至立式换刀位置, 其他过程 与上述卧式换刀相同。图3立卧转换式换刀手2卡爪夹紧机构图4是去掉臂盖的换刀臂内部结构图, 图中油缸9、定位块11固定在换刀臂2上, 活塞组件10可沿定位块11滑动, 卡爪17、 18可分别绕轴15、 14转动, 刀具定位键16固定于定位块11上。换刀手由准备位置移至换刀位置时, 键16卡进刀具定位槽中, 此时, 油缸9中的油液推动活塞组件10, 在定位块11的导向下向前移动, 使得两卡爪17、 18分46机械传动1998年图4换刀臂内部结构图别绕轴15、 14转动, 直至卡爪夹紧刀具, 此时活塞组件10将卡爪锁上。 卡爪的松开是由油缸9内的弹簧带动活塞组件10后移, 卡爪17、 18分别在弹簧球12、 13的作用下与件10保持接触, 卡爪松开, 换刀手退至换刀准备位置。 上述卡爪夹紧机构, 利用活塞组件10实现了卡紧、 锁止的联动。 在油压较小时也能有效地锁紧刀具。 如图4所示, 当锁止角为15 时, F1= p / sin15 3. 9F。式中, p 为作用于件10上的油压力; F1为作用于卡爪上的力。 所以, 作用于卡爪上的力( F1) 比所提供的作用于件10上的油的压力大3. 9倍, 这样便实现了锁止的要求。 由此说明, 该夹紧机构结构简单可靠。通过图4可以看出, 该立卧转换换刀机械手的换刀动作少, 且各个动作都是由简单的直线运动实现, 内部结构简单可靠( 这样便降低了制造成本) ; 由于机械手远离工作区, 机床整体布局美观, 同时, 机械手立卧换刀, 去掉了主轴箱的重复定位误差, 故提高了工件的加工精度。 下表为在电气液压和机械状态相同的前提下, 与单向固定式换刀手在换刀时间上的比较。通过比较可知上述结构的立卧换刀机械手, 在刀库中刀具轴线与主轴轴线垂直的情况下, 省去了中间环节, 结构简单, 虽比单向换刀手成本稍高, 但功能强; 而与 NC 换刀机械手相比, 由于所用数控系统档次降低减少了大量电气元件, 因而制造成本下降了数倍, 而功能却相同。 所以本文所介绍的立卧换刀机械手是一种结构先进, 功能价格比合理的实用型机械手。时间 t/ s状态立卧转换移动式45 换刀手单向固定式45 换刀手?卧式换刀立式换刀卧式换刀立式换刀切削 至切 削时 间1010816换刀时间6. 56. 55.