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1、2012届届 分 类 号 ：单位代码 ：10452毕业设计加工中心换刀装置的设计加工中心换刀装置的设计 姓 名 胡文午 学 号 201203110214 年 级 2012 级（2）班 专 业 机械设计制造及其自动化 系 （院） 机械工程学院 指导教师 刘玉慧 2016 年 4 月 6 日目目 录录摘要1关键词11 前言22 加工中心的总体布局22.1 技术条件22.2 总体布局32.3 卧式加工中心的机械结构33 换刀机械手的设计43.1 刀具的交换装置43.1.1 自动换刀装置43.1.2 机械手的种类53.1.3 手爪的选择93.1.4 刀具的夹持103.2 机械手的驱动装置113.2.1
2、 手臂的伸缩运动113.2.2 手爪的开合113.2.3 回转运动123.2.4 直线运动123.3 设计计算133.3.1 手指夹紧力的计算133.3.2 齿轮的设计133.3.3 轴的设计193.3.4 轴承的设计243.3.5 弹簧的设计284 结论31参考文献31致谢320加工中心换刀装置的设计加工中心换刀装置的设计学 生：胡文午指导老师：刘玉慧摘摘 要：要：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。设计思路是用机械手的动作来实现对加工中心的换刀，机械手的转动有回转液压缸运来实现，其动力则由驱动系统实现。加工中心
3、的自动换刀装置，通常是由刀库和机械手组成，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，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，尤其机械手部分更是如此。这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。根据结构要求，可以采用油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。整个机械手由机械臂伸缩机构，机械爪开合机构，回转机构及装卸刀具直线运动机构组成。关键词关键词：加工中心；机械手；刀库；机械臂Processing Center in Lnife Device Des
4、ignStudent:Xiong TaoTutor: Zhang Lan(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract ：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 too
5、l returns tasks on tool store. Design idea is to use robots to achieve the action machining center, the rotation of the manipulator change cutters are shipped turn hydraulic cylinder, its power is realized by drive system implementation. Machining center, the automatic cutter replacement device is u
6、sually composed by knife library and manipulator, it is the symbol of processing center, it is crucial to the success of the processing center link. So the processing center manufactures are developed rapidly next vigorously, high reliability of action, in order to be automatic cutter replacement de
7、vice in the fierce competition and achieved good benefit, automatically 1change tool device is the core content of machining center, the manufacturers are confidential, seldom publicly about material, especially manipulator part is even more so. This manipulator, a sword, inserted knife action by oi
8、l cylinder action mostly to finish. According to the structural requirement, can use oil cylinder move, piston fixed; Or the piston move, oil cylinder fixed structure. The whole manipulator, by mechanical arm telescopic institution of mechanical claw opening-closing institutions, rotary institutions
9、 and loading and unloading tool linear motion mechanism composition. Key words: machining centre；manipulator；magazine tool；mechanical arm1 1 前言前言本次设计的题目是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；再者，由于使用了机械手
10、，减少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 2 加工中心的总体布局加工中心的总体布局盘式刀库的卧式加工中心盘式刀库的卧式加工中心卧式加工中心的主轴是水平设置的，卧式加工中心刀库容量一般较大，有的刀库可存放几百把刀具，卧式加工中心的结构较立式加工中心复杂，占地面积大，价格也较高，卧式加工中心较适用于加工箱体之类的零件，特别对箱体零件上的一些孔和孔系，以及孔和型腔与基准面有严格要求的箱体，容易得到保证，适合于批量加工。
11、卧式加工中心的功能较立式加工中心多，在立式加工中心上加工不了的工件，在卧式加工中心上一般都能加工。2.12.1 技术条件技术条件我们所设计的加工中心的主要的技术参数有：1. 刀库容量： 24 把刀2. 刀柄型号： 标准刀柄3. 刀具最大直径： 12024. 刀具最大重量： 1.5kg 5. 刀具重量： 116. 换刀时间： 3.5s7. 选刀方式： 任选2.22.2 总体布局总体布局图 1 卧式加工中心的总体布局Fig.1 Horizontal processing center of the general layout2.32.3 卧式加工中心的机械结构卧式加工中心的机械结构：1 主轴组件
12、 对加工中心主轴组件的基本要求是具有足够的刚度，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，并抑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
13、工作台，数控回转工作台。3 3 换刀机械手的设计换刀机械手的设计33.13.1 刀具的交换装置刀具的交换装置3.1.13.1.1 自动换刀装置自动换刀装置加工中心区别于 NC 镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，即自动换刀（ATC）机能。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。加工中心的自动换刀形式，可分为有机械手换刀方式和无机械手换刀方式两类。无机械手换刀方式，适用于采用 40 号以下刀柄的小型加工中心或换刀次数少的用量型刀具的重型机床，这种换刀方式没有机械手，因而结构简单。另外，刀库回转
14、是在工步与工步之间，即非切削时进行的。因此，虽然刀库设置在立柱顶面，却免去了刀库回转时的震动对加工精度的影响。无机械手换刀方式中，刀库可以是圆盘型、直线排列式，也可以是格子箱式等。无机械手换刀方式中特别需要注意的是刀库转位定位的准确度，为保证转位准确，就要尽力消除刀库驱动传动链的间隙，为此可采用双导程蜗杆蜗轮副，或采用可以相互错位的两片齿轮结构形式，或采用插销定位、反靠定位等方法来准确定位。圆盘型刀库可设在立柱顶上、立柱主轴箱的侧面，也可设在横梁一端，或设在主轴箱上，由主轴箱和刀库配合运动完成自动换刀动作。直线排列式刀库可设在工作台上方，也可设在工作台的一端或两端，由主轴箱或工作台配合运动完成自动换刀动作。格子箱式刀库可设在双工作台的中间，换刀时，小直径刀具可轴向取刀，大直径刀具可径向取刀。加
