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1、中北大学2010届毕业设计说明书毕业设计说明书卧式加工中心自动换刀装置设计学生姓名：三号楷体 学号： 三号楷体 学 院： 三号楷体 专 业： 三号楷体 指导教师： 只写名字，三号楷体 年 月（小二号居中）自动换刀机械手的设计摘要卧式加工中心在加工中用得很广泛，卧式加工中心利用刀库实现换刀。而自动换刀装置是卧式加工中心的重要组成部分之一，它的功能的好坏，关系到整个卧式加工中心的功能。自动换刀装置可分为五种基本形式，即转塔式、 180 回转式、回转插入式、二轴转动式和主轴直接式。刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在有机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加
2、工完毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置，完成换刀过程。无机械手换刀时，刀库中刀具存放方向与主轴平行，刀具放在主轴可到达位置换刀时，主轴箱移到刀库换刀位置上方，利用主轴Z向运动将加工用毕刀具插人刀库中要求的空位处，然后刀库中待换刀具转到待命位置。主轴Z向运动将待用刀具从刀库中取出，并将刀具插人主轴。关键词：卧式加工中心 自动换刀装置 刀库 机械手 AbstractMachining center in the increasingly wide use of the processing , which is currently used
3、by large processing center blade.And the automatic blade changer devices is an important component of machining center.Its function is good or bad, on the whole processing machining center functions.Automatic blade devices can be divided into five basic forms .Namely to Tower, 180 turnaround-type, r
4、otation planting one-, two-and the main axis of rotation axis direct .Exchange cutlery in the tools storehouse,according to the availability of process machinery blade in hand,into a mechanical hand blade and non-blade two mechanical hands .In a mechanical hand exchange cutlery,those will be complet
5、ed using a mechanical hand, the cutlery out from the main axis.At the same time, another mechanical hand take cutlery from tools storehouse, and then the two exchange locations. The whole process is completed.If the mechanical hand blade do not join in the process, cutlery storage direction with the
6、 main axis parallel. when cutlery arrive at the location which the the main axis can reach, the main axis of the knife blade box to the location above.Z axis movement will be used to complete the processing by cutlery inserted in the space required by department, and then for cutlery knife to be tra
7、nsferred to the standby database location. Z axis movement will return to remove the cutlery from tools storehouse and inserted into the main axis.Keyword: machining center automatic blade changer devices tools storehouse manipulator目 录1 前言61.1 加工中心简介71.1.1加工中心的发展史71.1.2加工中心的优点71.1.3加工中心的发展动向81.2 自动
8、换刀装置的简介81.2.1自动交换刀具的由来81.2.2自动换刀的形式91.2.3刀库的功能和形式111.2.4刀套准停措施132 机械手的设计142.1 机械手的原理142.2 设计方向162.3 概要172.3.1 机械手的组成与分类172.3.2 机械手的手部172.4 机械手手部的设计182.5 机械手其它零件以及尺寸的确定232.5.1 螺栓的确定232.5.2 其它尺寸的确定242.5.3 轴与机械手配合部分的直径的确定242.5.4 液压泵的选择263 驱动系统的设计273.1 转位机构的设计273.1.1机械手转过75度的驱动机构283.1.2 机械手转过180度的驱动机构32
9、3.2 驱动机构其它零件的设计353.2.1 液压缸的选择363.3 轴的结构设计373.3.1 拟定轴上零件的装配方案373.3.2 确定轴的各段直径与长度383.4 主轴的自动夹紧机构以及主轴准停装置的设计393.4.1 主轴结构393.4.2 刀具的自动夹紧机构393.4.3主轴准停装置393.5 换刀装置的液压机构分析403.5.1液压分析403.5.2换刀动作顺序表424 PLC控制分析44小结48参考文献49致谢501 前言卧式加工中心的自动换刀装置（机械手），是加工中心的重要组成部分之一，我做的这个毕业设计就是关于这方面的问题。我的设计任务是：对卧式加工中心自动换刀机械手进行设计
10、。它主要包括以下几方面的内容：(1)机械部分的设计(2)液压部分的设计(3)自动控制方面的设计（PLC）这个自动换刀装置是针对JCS-018的，通过对实验室中这台机床的研究以及查阅相关资料。在老师的指导下，我很快就有了一个明确的思路。我的思路如下：首先，对机械手部分进行设计，接下来是液压部分，最后是PLC方面。这个机械手只有2个方向的自由度，既：Z轴方向的转动一移动，通过这2个自由度，我可以完成整个换刀的操作。其中转动是用来交换刀具的位置，进而为拔刀与插刀做准备。而移动是用来完成拔刀与插刀的动作的。就是说整个运动过程如下：机械手转到指定的位置，然后在一系列的控制之下交换刀具以及插拔刀具。而我这
11、个设计与实验室中的那台加工中心的自动换刀装置有一些区别，就是实验室中那台加工中心的自动换刀装置采用的是气压控制，而我在这个设计中采用的是液压控制。在我这个设计中，我遇到了一些问题，就是力不好确定，以及许多尺寸不容易准确的确定下来，我采用了一个很笨的方法，就是直接对JCS-01那台加工中心一些部件的尺寸进行直接的测量，才得出来，我所要的尺寸。通过这个设计中，我对自己的知识有了很明确的认识，看到了自己的许多缺点，对自己起到了一个查漏补缺的作用。同时，我得到了程老师的很多指导，如果不是程老师的话，我根本不知道从那里入手。在做论文的过程中，我出了很多错误，因为这，得到及时的更正。谢谢老师。从这次做毕业
12、设计中，我对CAD有了很大的认识，以后，我对再复杂的图，都不会有恐惧感，在液压方面也温习了以前学到的知识。虽然这样，我做的这个毕业设计，肯定还有很多的错误，希望老师们指正。1.1 加工中心简介1.1.1加工中心的发展史加工中心的发展已有50年历史，自从1952年世界上出现第一台上数控机床后，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产中使用组合机床生产线的凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工关键品种的变化，进行多品种加工。所谓加工中心，普遍上指在工件一次装卡中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等
13、多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。现代加工中心的内容包括：它是在数控镗床或数控铣床的基础上增加自动换刀装置，可使工件在一次装卡中，能够自动更换刀具，自动完成工件上的铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等工序的数控机床。加工中心上如果带有自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱，可使工件在一次装卡中，自动完成多个平面和多个角度位置的多工序加工。加工中心上如果带有交换工作台，工件在工作位置的工作台上进行加工的同时，另外的工件在装卸为止的工作台上进行装卸，不影响加工的进行。1.1.2加工中心的优点加工中心的优点很多，主要有以下几点： 提高加工质量 工件一次装夹，即可实现多工序
14、集中加工，大大减少多次装夹所带来的误差。而且，由于是数控加工，较少依赖操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。 缩短加工准备时间 减少在制品减少刀具费用最少的直接劳务费最少的间接劳务费设备利用率高 加工中心设备利用率为通用机床的几倍。另外，由于工序集中，容易适应多品种、中小批量生产。1.1.3加工中心的发展动向总的来说，加工中心是向高速化、进一步提高精度和愈发完善的方向发展。（1）高速化加工中心的高速化，是指主轴转速、进给速度、自动换刀和自动交换工作台的高速化。（2）进一步提高精度加工中心的主要精度指标是它的运动精度指标。而运动精度主要以坐标定位精度、重复定位精度以及铣圆精度来表示。1.2
15、自动换刀装置的简介1.2.1自动交换刀具的由来自动交换刀具系统（Automatic Tool Changer简称ATC）系统是由刀库、机械手及相应的控制系统组成。具有钻、镗、铣功能的数控、铣床，一般刀具都安装在机床的主轴上，工件安装于工作台上。为了使工序能够高度集中，尽量节省辅助时间，于是在数控铣床上增加自动交换刀具系统（含刀库、机械手及其控制）便形成了加工中心（MC）。初期曾采用转塔头式的换刀方式，它的电动机、变速箱、转塔头做成一体，结构紧凑：但变速箱工作时的振动和热量都直接传到转塔上来，而且每把刀都需要一个主轴所以它的刀具数量、尺寸、结构都受到很多限制。采用单独存储刀具的刀库，刀具数量可以增多，以满足加工复杂零件的需要，这时的加工中心只需一个夹持刀具进行切削的主轴，所以制造难度也比转塔刀架低。1.2.2自动换刀的形式（
