1、 题 目： 数控镗铣床换刀机械手设计 学生姓名：高源系 别：机电系专业年级：11 维修指导教师：周文斌老师 齐晓霞老师2013 年 12 月 6 日2目 录第一章 绪 论 .1第一节 国内外数控机床的发展 .1第二章 JCS-013 数控镗铣床换刀机 械手设计 .5第一节 设计目的 .5第二节 设计内容 .5第三节 换刀装置的组成 .5第四节 JCS-013 数控镗铣床机械手参数 .8第五节 JCS-013 数控镗铣床机械手的组成 .11第三章 升降机构驱动 电机 .15第一节 升降电机的选择 .15第二节 电机调速 .18第四章 滚珠丝杠 副 .27第一节 工作原理及特点 .27第二节 滚珠
2、丝杠副的设计计算 .29第五章 控制系统 .37第一节 电气控制系统 .37第二节 液压控制系统 .38第六章 CATIA 分析报告 .43第一节 活动手指受力分析 .43结 论 .49致 谢 .51参 考 文 献 .53I摘 要摘要数控机床的发展与应用，大大降低了零件的加工辅助时间，提高了生产效率。随着数控机床的普及应用，机械加工的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备。加工中心带有刀库和自动换刀装置，可以实现按照预定程序对工件进行多工序加工。本文对 JCS-013 数控镗铣床换刀机械手的各个组成部分、工作原理、坐标形式、驱动方式等进行了讨论。对一些主要
3、零部件进行了选择计算。换刀机械手应当满足换刀时间短、运行平稳可靠、定位精确、体积小以及控制方便灵活等要求。带刀库的数控机床的关键在于机械手与主轴的自动换刀。本课题就是针对 JCS-013 数控镗铣床换刀机械手，在分析其组成部分、工作原理的基础上使用现代机械设计理论进行改进，把原来纯液压驱动改为电液混合驱动。提高了工作效率和可靠性。对机械手的活动手指使用 CATIA软件进行有限元分析模，分析得出在实际静力作用下的应力情况和变形情况，得出了相应的分析报告。关键字 换刀机械手 JCS-013 数控镗铣床 机械手 自动换刀 IIAbstract With the development of NC,t
4、he automatic tool changer system is more and more important in the modern advanced manufacture,because the ATC can shorten the cycle time of product manufacturing,improve the precision of product machining.The latest requirements of machine tool user comprise of diversification of control object,com
5、plexity of process,flexible of application and high reliability.The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will finish the change over tool.This article drilled the milling m
6、achine to the JCS-013 numerical control to trade the knife manipulators each constituent, the principle of work, the coordinate form, the drive type and so on to carry on the discussion. Has carried on the analysis computation to some main spare parts. trades the knife manipulator to trade the knife
7、 time to be short satisfiedly, the movement steady reliable, the localization is precise, the volume is small as well as control convenience nimble and so on requests. Has the knife storehouse numerically-controlled machine tools key to lie in the manipulator and the main axle trades the knife autom
8、atically. This topic is aims at the JCS-013 numerical control boring milling machine to trade the knife manipulator, in analyzes its constituent, in the principle of work foundation to use the modern machine design theory to make the improvement, changes the battery solution mix actuation the origin
9、al pure hydraulic pressure actuation. Raised the efficiency. The match grasps the active finger uses the CATIA softwares finite element analysis module to analyze under the static function stress situation and the distortion situation. Has obtained the corresponding analysis report.Keywords ATC JCS-
10、013 NC Tool Changer manipulator第一章 绪论1第一章 绪论第一节 国内外数控机床的发展随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业种起着越来越重要的作用，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。自动换刀系统一般由刀库、机械手合驱动装置组成。刀库的容量可大可小，其装刀数载 20 至 180 把之间。刀库的功能是储存刀具并把下一把即将要用的道具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀库容量大时，常远离主轴配置且移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机械包括送刀臂、摆刀站和换刀臂，总称为
11、机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压（或气液机构）或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高成产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减小多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。1.1 国内外数控机床的现状当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精度、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的
12、发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随着电子、计算机技术的进步、数控机床在 20 世纪 80 年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中过加入 WTO 后，正式参与世界市场激烈竞争，今第一章 绪论2后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而艰巨的任务。自从 1952 年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都是有飞速发展。1956 年，日本富士通研究成功数控
13、转塔式冲床，美国 IBM 公司同期研制成功了 “APT”的加工中心。1958 年美国 K&T 公司研制出带 ATC 的加工中心。 1967 年出现了FMS， 1978 年以后，加工中心迅速发展，带有 ATC 装置。可实现多工序加工的机床步入了机床发展的黄金时代。中国 1958 年研制出第一台数控机床以来，发展过程大致可分为两大阶段。在 1958 至 1979 年间为第一阶段，从 1979 年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床的特点、发展条件缺乏认识，在人员素质、基础薄弱、配套件不过关的情况下，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏事实求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙
14、先后引进数控系统技术，从美、日、德等引进数控先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。1.2 数控机床的发展趋势 1.2.1 高速化、高精度化、高可靠性质量、效率是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。高速化：（1）提高进给速度：采用直线滚珠式导轨等；（2）提高主轴转速：采用直线电机技术，直接将电机与主轴连接成一体后，装入主轴部件，可以在 1.8 秒从 0 加速到 15000r/min。高精度化：精密化石为了适应高新技术发展的需要，随着高新技术的发展和对机电产品性能与质
15、量要求的提高，机床用户对机床的加工精度的要求第一章 绪论3也越来越高。高可靠性：一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上。1.2.2 复合化数控机床的功能复合化得发展，以其复合加工实现了一次装夹后完成各种复杂零件的全部加工，从而减少了不床造价值的辅助时间，提高了机床的效率和加工精度，降低了生产制造成本，提高了生产的柔性。复合功能的机床近年来发展很快的机种，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。1.2.3 智能化智能化的内容包括在数控系统中各方面：为追求加工效率和加工质量的智能化：如自适应控制、工艺参数自动生成等；为提高驱动性能的智能化，如：前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如职能化得自动编程、智能化得人机界面等，及智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维护等。1.2.4 柔性化、集成化为适应制造自动化的发展，向 FMC FMS CIMS 提供基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，而且还能够具备自动测量自动上、下料，自动换刀，自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能，依据用户的不同要求，可方便地灵活配置及集成。
