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1、目 录摘要1关键词11前言12绪论22.1卧式加工中心概述22.2机械手的分类22.3应用机械手的意义32.4国内外研究现状33加工中心的总体布局33.1技术条件33.2总体布局43.3卧式加工中心的机械结构44 机械手的设计44.1机械手的结构设计54.1.1自动换刀装置介绍54.1.2机械手种类简介64.1.3手爪的选择94.1.4刀具的夹持94.2机械手的驱动装置104.2.1手臂的伸缩运动114.2.2手爪的开合114.2.3回转运动124.3.4直线运动124.3设计计算134.3.1手指夹紧力的计算134.3.2齿轮的设计134.3.3轴的设计184.3.4轴承的设计245 液压分
2、析285.1液压泵的选择285.2液压元件的选择286 总结30参考文献30致谢31卧式加工中心机械手的设计摘 要：在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业认同并采用。机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，机械手主要承担着焊接、喷漆、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。机械手是卧式加工中心自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。关键词：卧式加工中心；机械手；刀库；机械臂Design Of T
3、he Manipulator Horizontal Machining CenterAbstract:To improve the efficiency of production and ensure quality of production, the enterprises generally attach importance to the automation of production process in todays mass manufacturing. As an important member of automation production line, manipul
4、ator gradually recognized by enterprises. Technology level and application level of the manipulator in a certain extent reflects the level of industrial automation in a country. At present, the manipulator is mainly used for welding spray painting, handling, stacking repetitive work and labor intens
5、ity greatly. Manipulator is automatically change tool device the main tool to exchange tool, it bears on the knife library on the tool to spindle, and then the spindle has used tool returns tasks on tool store.Key words: Morizontal machining center ; Manipulator; Magazine tool; Mechanical arm1 前言本次设
6、计的课题是卧式加工中心的自动换刀装置中的核心部件-机械手的设计。机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。设计此机械手的目的是为了使加工中心能够更快的的工作，使加工中心能够得到更加充分的利用，以实现其的价值所在；另外，使用了机械手，减少了由于人工换刀带来的生产效率低，并且容易出事故的弊端。本次设计的内容主要有回转液压缸装置和机械运动的驱动系统，对于其中动作的实现则由电气控制来实现。由于本人能力及学识有限，在设计中存在有很多缺陷，望老师们能多加指导。2 绪论2.1 卧式加工中心概述 卧式加工中心是最常用的数控机床之一，其技
7、术含量高，是数控机床产业发展水平的标志性产品之一。卧式加工中心主要通过数控系统、伺服驱动装置控制机床基本运动，其结构的主要特征是主轴水平设置，通常由3-5个运动部件（主轴箱、工作台、立柱或主轴套等）组成。在卧式加工中心上设置自动交换工作台，构成柔性制造单元（FMC），实现工件自动交换，即在加工的同时可进行另一件工件的装卸。加工工件经一次装夹后，完成多工序自动加工，自动选择及更换刀具，自动改变机床主轴转速和进给速度，自动实现刀具与工件的运动轨迹变化以及自动实现其他辅助功能。卧式加工中心适用于零件形状比较复杂和精度要求高的产品的批量生产，特别是箱体和复杂结构件的加工。在汽车、航天航空、船舶和发电等
8、行业被大量用于复杂零件的精密和高效加工。国产卧式加工中心的水平有很大提高，可以达到一般零件的高速、精密加工，基本上可以满足用户需求，但与国际先进水平相比，在精度、效率、智能化和可靠性等方面尚有差距，因此，高档卧式加工中心进口量较大。2.2 机械手的分类机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定得操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月
9、球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”,它是为主机服务的，由主机驱动，除少数之外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。机械手是卧式加工中心自动换刀装置中交换刀具的主要工具，因此本课题所设计得机械手属于第三类机械手。2.3 应用机械手的意义随着科学技术的发展，机械手也越来越多的被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工种中也有应用。在机械工业中，应用机械手的意
10、义可言慨括如下：1)提高生产过程中的自动化程度。应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。2)改善劳动条件，避免人身事故。在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3)可以减轻人力，并便于有节奏的生产。应用机械手代替人进行工作这是直接减少人力的一个侧面
11、，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。2.4 国内外研究现状国内研究现状：当今社会，机械手被普遍用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。目前国内外正在研究反应速度更快，更可靠的
12、机械手，同时也正在研究用人脑来代替程序控制的机械手。在这个进程中仿生机械手也正在慢慢的被人类所重视。国外研究现状：国外机械手在机械制造业中应用较多，发展也很快，目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业。3 加工中心的总体布局3.1 技术条件主要的技术参数要求有： 1）刀具最大重量：1.5kg2）换刀时间：3.5s3）刀柄：标准刀柄3.2 总体布局 图1 卧式加工中心的总体布局Fig.1 Horizontal processing center of the general layout3.3 卧式加工中心的机械结构：1）主轴组件 对加工中心主轴组件的基本要求是具有足够的刚度，
13、精度，传递足够的功率和转矩，以及高速运转和适应自动换刀的条件。主轴轴承多采用高精度，高刚度，高速滚动轴承。卧式加工中心的主轴组件按进给功能分有镗轴进给，滑枕进给及非进给主轴等类型，大多数采用非进给型主轴。2）立柱 立柱有侧面导轨型与正面导轨型。侧面导轨型立柱便于机床的总体设计，制造成本也较低，并易于与非数控卧式镗铣床建立模块化系列关系，但这类立柱在机床工作时受力状况较差，且热变形的对称性差，因而对机床加工精度影响较大。正面导轨型立柱多采用门式结构，有较好的热对称结构和受力条件，多数加工中心采用这种立柱形式。3）工作台 卧式加工中心可采用自动分度工作台，数控回转工作台。4 机械手的设计4.1 机械手的结构设计4.1.1 自动换刀装置介绍卧式加工中心区别于NC镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求
