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1、毕业设计（论文）题目：基于pro/e的加工中心换刀机械手的设计 学 生 姓 名： 黄玉鹏 学号： 学 部 （系）： 机械与电气工程 专 业 年 级：12级机械设计制造及其自动化（3）班 指 导 教 师： 樊珊 职称或学位： 本科 年 5 月 1 日加工中心换刀机械手设计 【摘要】本论文简介的是小型加工中心换刀机械手的设计。机械手的种类诸多，在本次设计中机械手选用回转式双臂机械手。它的重要动作是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行互换，其动作循环为：拔刀新旧刀具互换装刀。回转式双臂机械手刀具互换装置具有换刀时间短、所需空间小动作灵活可靠等.应用最为广泛。数控系统是加工中心的控制中心
2、，它重要由（CNC）、可编程控制系统(PLC)、伺服系统构成。核心词: 加工中心 换刀机械手 Vertical machining center for knife manipulator designAbstract:This paper introduces the design of the tool changing-manipulator of the small machines centertool changing-manipulator is one of the main components of the automatically-trading-knife insta
3、llment. There are a lot of types of tool changing-manipulators. The tool changing-manipulator of this design adopts the two arms manipulator of turn-over type in this design。It is main movement is carries on the machine tool of main axle on cutting tool and the tool storage or exchanging the cutting
4、 tool in the transport installment. Its operating cycle is: to draw the tool - exchanging the new and the old cutting tool - to fix the tool. The two arms manipulator of turn-over type exchange installment has trade the knifetime short, the movement is nimbly and reliably and so on . The two arms ma
5、nipulator of turn-over type is widely used in the machining centre. The numerical control system is the centeral of control in the processing center, which is conclude computer numerical control installment, the programmable control system.Keywords: machining center tool changing-manipulator 目 录1 绪论
6、11.1加工中心的定义11.2加工中心的发展历程11.3加工中心换刀机械手国内外现状21.4国产加工中心目前存在的问题及将来发展趋势21.5加工中心的分类32 加工中心自动换刀装置概述52.1加工中心自动换刀装置形式、特点及各自应用范畴52.1.1带刀库的自动换刀系统52.1.2回转刀架换刀52.1.3更换主轴换刀62.1.4更换主轴箱换刀62.1.5更换刀库换刀62.2刀库以及刀具互换装置72.2.1设计刀库时的重要问题72.2.2刀具互换装置72.2.3刀具的夹持122.2.4手爪的选择123 总体方案设计133.1 加工中心换刀机械手的设计规定133.2 初步设计方案133.2.1气动换
7、刀工作过程133.2.2刀套的构造143.2.3 机械手传动构造144机械手臂和手抓的设计164.1 自动换刀装置的设计参数164.2手抓口的计算164.2.1 手爪锁的设计与计算184.2.2 弹簧的选择与设计204.2.3 手爪的整体尺寸设计214.2.4手臂的弯曲变形214.3 本章小结235 气压传动系统设计245.1气压传动的构成及工作原理245.1.1气压传动工作原理245.1.2气压传动的构成245.2气压传动的优缺陷245.3 升降气缸的设计255.3.1 气压缸的载荷构成及计算255.3.2升降缸的设计265.3.3气缸壁厚的设计285.3.4 气缸长度的拟定285.3.5进
8、气口直径的计算295.3.6 缸底厚度计算295.4 气压回转缸的设计305.4.1 回转缸内径的计算305.4.2 回转缸壁厚的计算325.4.3 缸盖联接螺钉计算325.4.4 动片输出轴联接螺钉计算336花键轴的设计356.1 花键轴的计算356.1.1 轴的材料选择356.1.2 轴径的初步计算356.2 轴承的选择376.2.1 升降缸中轴承的选择376.2.2 对于回转缸的轴承选择386.3 法兰连接的选择386.4 本章小结397 气动系统设计4071 气压传动系统工作原理图40设计总结42参照文献43道谢441 绪论1.1加工中心的定义加工中心，简称CNC，是由机械设备与数控系
9、统构成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床,是适应省力、省时和节能的时代规定而迅速发展起来的自动换刀数控机床，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、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动变化主轴转速、进给量等，可持续完毕钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调节等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度规定较高，品种更换频繁的零
10、件具有良好的经济效果。 图1.1 加工中心1.2加工中心的发展历程1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合伙研制了第一台三坐标数控机床，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结合等多方面的技术成果。1958年，美国卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司初次把铣、钻、镗等多种工序集中于一台数控机床上，通过换刀方式实现持续加工，成为世界上第一台加工中心。该产品浮现后，销路惊人，引起了日、德、美、英、法、意等先进工业国家的高度注重，竞相开发生产，不断扩大和完善机床的功能，成为数控机床中发展最快、需求量最大的商品之一。如今，世界上浮现了立式、卧式、
11、龙门式、落地式等多种加工中心，据不完全记录，大概有1000多种品种规格。将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，国内的加工中心从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国内经济、技术发展的需要。随着国内工业的不断发展，推动了模具制造业、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限度得到广泛应用。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
12、在着大量的需求。为加速国内加工中心的发展，需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用。自动换刀装置重要用于大中型数控加工中心，具有持续换刀且换刀时间短的长处。目前，国内提出振兴装备制造业、自主发展数控机床的国家战略，同步对数控机床与加工中心的功能部件和基本元件的自主发展非常注重，诸多专家学者已经开始结识到国产功能部件涉及自动换刀装置、滚动功能部件和数控系统存在基本研究单薄和性能总体落后的问题，急需在国产功能部件上进行产品性能提高。其中，自动换刀装置作为数控加工中心的重要构成部分和核心功能部件，直接影响到国产数控加工中心的自主发展和国产化水平。1.3加工中心换刀机械手国内外现状自动换刀装置重
13、要由刀库和机械手及驱动装置组 成，刀库的功能是存贮加工中心所要用的多种刀具，并在数控系统的控制下，把即将要用的刀具精确地送到换刀位置，刀库的重要形式有转塔式、盘式以及链式；机械手的功能是完毕刀具在主轴头与刀库之间的传递及装卸；驱动装置则是为刀库和机械手实现其功能提供动力的机构.目前，具有更高可靠性与较高自动 换刀速度的凸轮式换刀成为主流发展趋势。近几年，随着数控机床行业向着多功能、高效率、高速化、高可靠性的演进趋势，发展高负荷、高容量、高速化、高可靠性的自动换刀装置成为必然趋势。相对于欧美工业发达国家，国内自动换刀装置的研究起步较晚，随着数控机床及其核心功能部件的研究工作被列为国家重点科技攻关
14、项目，自动换刀装置作为数控加工中心的核心功能部件，其制造技术和水平直接影响到国内数控加工中心的自主发展与生产。总结国内外自动换刀装置技术特点，国产自动换刀装置与国外同类先进产品相比在技术上尚有明显的 差距，重要表目前：换刀速度的重要指标刀到刀、切削到切削以及切屑到切屑换刀时间和同步期的国外先进水平有明显差距；刀库及机械手的定位精度和精度保持性能相对较差，还需要进一步的提高和优化；自动换刀装置的可靠性作为衡量一种ATC先进与否的核心指标，还需要明显的提高和优化；相对于国外产品，国内自动换刀装置有关的机械制造及加工工艺，以及数控技术的研究较为单薄，制约了自动换刀装置的创新与发展。 总体而言，国内自
15、动换刀装置正处在追赶国外先进水平的阶段，需要针对国产自动换刀装置的缺陷和局限性，联合有关专业厂家和专家学者在某些核心技术上进行攻关研究，提高国内自动换刀装置的整体技术水平。1.4国产加工中心目前存在的问题及将来发展趋势国产加工中心目前存在的问题有：(1) 技术水平上，与国外同类产品的先进水平相比大概落后1015 年，在高精尖技术方面差距则更大。(2) 产品开发能力上，国内生产公司缺少对产品竞争前的数控技术的进一步研究与开发，特别是对加工中心应用领域的拓展力度不强。(3) 产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，虽然近年来国产加工中心的产量增长较快，但从总体上看，还没有形成规模生产；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，顾客信心局限性。(4) 国产数控系统MTBF( 平均无端障时间)大都超过1 万小时，但国际上出名品牌如：FANUC、SIEMENS 等先进公司
