1、 毕业设计(论文)开题报告题目：数控镗铣加工中心自动换刀机构的设计1 毕业设计（论文）综述1.1题目背景、研究意义一个零件往往需要进行多工序的加工，而单功能的数控机床，只能完成单工序的加工，如车、钻、铣等。因此，在制造一个零件的过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等非加工时间上，切削时间仅仅占整个工时中的较小比例。为了缩短非切削时间，提高工作效率，我们便设计了带有自动换刀系统的加工中心。加工中心（Machining Center,MC）是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量
2、及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床 3倍4 倍，所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床 1。1.2国内外相关研究情况未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，我国的加工中心从 70年代开始，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 2。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造
3、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 3。在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（Automatic Tool Changer,简称 ATC） ，而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的部分
4、 4。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，正因为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，尤其机械手这部分更是如此。目前常见的换刀机械手类型如下：（1）单臂单手式机械手 结构较简单，换刀各动作均需顺序进行，时间不能重合，故换刀时间较长。（2）双手式机械手 向刀库还回用完的刀具和选取新刀，均可在主轴正在加工时进行，故换刀时间可较短。（3）双臂回转式机械手 这类机械手可以同时抓住和拔、插位于主轴和刀库里的刀具。与单臂单手式机械手相比，可以缩短换刀时间。应用最广泛
5、，形式也较多。（4）多手式机械手 使用者较少。2 主要研究内容、拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要设计内容：缩短机械手换刀的时间、保持工作平稳、定位准确。从而提高生产效率。2.2研究方案：2.2.1手的驱动方式的选择（1）液压驱动通常拥有很大的抓举能力，特点是结构紧凑，动作平稳，耐冲击，耐振动，防爆好，但液压组件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。（2）气动驱动特点是电源方便，动作迅捷，结构简单，造价较低，维修方便。但是难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。（3）电动驱动电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递
6、、处理方便，并可采用多种灵活控制方案。由于电机速度较高，通常必须采用减速机构，而且成本上也较其他两种驱动系统高。由于本设计机构需要要求换刀时间短、工作平稳、定位准确，故选择液压驱动。2.2.2机械手的组成及运动本课题研究采用的是双臂回转式机械手。这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。手臂的回转动作，则通过活塞的运动带动齿轮齿条来实现。机械手臂的不同回转角度，是由活塞的可调行程来保证。图 1为该机械手手部结构示意图。整个机械手主要由: 行程开关, 挡环,齿轮, 连接盘, 销子, 传动盘, 升降液压缸, 滑轴, 齿条,转位液压缸, 机械手组成。其工作原理为: 上、下两个液压缸分别驱动两
7、组齿轮齿条实现机械手的旋转运动; 为了保证上下两个旋转运动互不干扰, 中间采用一根滑轴上固接一个传动盘的结构, 传动盘与齿轮通过销来传递运动, 机械手换刀动作到位与否则是通过行程开关来检测, 外加档块进行限位, 从而实现机械手的自动换刀功能。如图 2所示。图 1双臂回转式机械手 1,3,7,9,13,14为行程开关； 2,6,12 为挡环； 4,11 为齿轮 ；5 为连接盘；8 为销子；10 为传动盘；15 为升降液压缸；16 为滑轴；17,19 为齿条；18,20 为转位液压缸；21 为机械手；图 2机械手结构图在换刀过程中，机械手要完成准备、抓刀、拔刀、交换主轴上和刀座上的刀具、插刀和复位
8、等动作，机械手的全部动作均由液压油缸控制。刀具安装在标准的刀柄中，本次设计采用 7：24 锥度的刀柄；最大刀具长度300mm，最大刀具直径 100mm，最大刀具重量 8kg，刀具材料为高速钢，如图 3所示。图 3刀具结构图闰土机械外文翻译成品某宝 dian机械手两端各有一个手爪，手爪的抓刀圆弧部分各有各有一个锥销，机械手抓刀时，锥销插入刀柄键槽内，由活动销在弹簧力的作用下顶住刀柄，使刀柄固定，机械手能同时抓取和装卸刀库和主轴上的刀具，动作简单，效率高，换刀时间短。其换刀过程如下，如图 4图 5所示:a. 刀套转 90: 换刀之前, 刀库 2 转动将待换刀具 5送到换刀位置, 之后把带有刀具 5
9、的刀套 4向下翻转 90, 使得刀具轴线与主轴轴线平行。b. 机械手转 90:两手分别抓住刀库和主轴 3上的刀柄。c. 刀具松开: 刀具的自动夹紧机构松开刀具。d. 机械手拔刀: 机械手臂下降, 同时拔出两把刀具。e. 机械手转 180:使主轴刀具与刀库刀具交换位置。f. 机械手插刀: 机械手上升, 分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。g. 刀具夹紧: 刀具插入主轴的锥孔后, 刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。h. 机械手松刀: 机械顺时针转 90, 回到原始位置。i. 刀套向上翻转 90:刀套带着刀具向上翻转 90,为下一次选刀做准备。图 4械手的换刀示意图图 5机械手手部换刀过程简图3 本课题研究的
10、重点难点以及展开的工作本课题的重点是：保证各个结构之间的相互合理配合，使之能连续工作，有节奏，安全地成产。难点是：机械手手臂的设计与计算，机械手手部的设计与计算，机械手传动和驱动的设计计算，以及各个过程参数的确定，绘制图形。前期已经展开的工作：网上查阅有关书籍和资料，确定设计的大致方向，了解换刀机械手的大体结构和工作原理。4 工作方案及进度计划13 周：调研并收集资料；36 周：阅读资料，分析该机械手的结构组成和工作原理，并完成结构方案设计；711 周：完成该机械手的结构设计计算；1215 周：完成该机械手的装配图和仿真；1618 周：完成论文撰写，准备答辩；指导教师意见（对课题的深度、广度及
11、工作量的意见）指导教师： 年 月 日 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日参考文献1 刘建慧,邹慧君.加工中心自动换刀装置类型综述及设计特点J,机械设计与研究,2001.9,17(3):49512 李净仪,李秋红,郑耘杰.简述机械手液压控制系统的设计J,农机使用与维修,2010,3: 27283 朱文艺，张庆乐.数控加工中心换刀机构动作过程及控制原理研究J,武汉工程职业技术学院学报，2009.3,21(1):59 4 刘炜. 数控加工中心自动换刀系统J, 机床与液压, 2005,5:585 杨可森,艾长胜,侯志坚. 数控镗铣加工中心自动换刀系统中机液机械手J, 机床与液压，2003,3:2
12、162176 夏粉玲,贺炜. 凸轮式立卧两用换刀机械手的研究J. 机械科学与技术, 2004, 23(3):320.7 谢政. 加工中心换刀机械手的研究D. 湘潭大学. 2008，05.15.8 郑俊,许明恒，高宏力，单俊峰.PCB 钻床自动换刀机械手换刀部分的设计分析J,现代机械，2008，第 1期：6.9 李加明，陶卫军，冯虎田. 自动换刀装置发展现状及其关键技术J.电气制造，2013（05）：174176 10 黄泽正,刘冲,陈志辉. 加工中心自动换刀装置的设计J. 机械工程与自动化. 2007(01)：12412511 戚洪利. 自动换刀装置及其控制的研究D. 兰州理工大学 2007
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