換刀機械手設計帶CAD圖
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加工中心換刀機械手的設計與計算西北輕工業(yè)學院李常斌主且飼加工中心換刀機械手設計林加工中心換刀機械手的工作特點是工作循環(huán)時間短暫,執(zhí)行機構(gòu)具有不恒定的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量,在過渡過程中起動、制動和反向時,傳動機構(gòu)會出現(xiàn)大的動載荷、振動和沖擊。由于這些特 點,要保證換刀機械手動作的快速性、工作精度和使用壽命,就必須合理選擇它在過渡工作過程時的傳動參數(shù)。換刀機械手的傳動系統(tǒng)由原動機和傳動機構(gòu)以及 帶有位置、速度、力傳感器的控制裝置組成。原動機可以是液壓缸或氣缸,液壓馬達或氣動馬達,液壓或氣動擺動馬達,直流或交流 電機,直線電機或電磁鐵。傳動機構(gòu)可以是減速器普通齒輪式、行星齒輪式 或諧波齒輪式,也可以是別的運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)、蝸輪機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等等?？倐鲃酉禂?shù)瓦、。式 中執(zhí)行機構(gòu)的速 度。一原動機的角速度,一相應的減速器 的傳動比和運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)的導程機軸的原動機最大轉(zhuǎn)矩二二,受靜負載力矩,。,與原動機和機構(gòu)動態(tài)轉(zhuǎn)動俄量怡之和的制約?？紤]到總傳動系數(shù),這時,。耘,藝幾籠,式中凡執(zhí)行機構(gòu)的運動阻力。執(zhí)行機構(gòu)的質(zhì)量幾原動機轉(zhuǎn)動慣量由于換刀機械手執(zhí)行機構(gòu)質(zhì)量 的可變性,產(chǎn)生了在運動時隨執(zhí)行機構(gòu)位置變化的附加阻力矩。圖給出了具有水平軸的換刀機械手不平衡力矩計算簡圖場一協(xié)式 中,杭一二刀具的質(zhì)量換刀機械手軸和刀具軸之間的距離誘換刀機械手的角位置二一重力加速度力矩的大小和換刀機械手所處位置有關(guān),因而是變化的。執(zhí)行機構(gòu)運動速度按三角形規(guī)律變化時的設計計算方法換刀機械手執(zhí)行機構(gòu)過渡工況 可以用圖所示的運動速度變化規(guī)律來說明。機構(gòu)快速動作的最大速度在其以速度三角形變化規(guī)律運動時達到,即以最大可能加速度起動達到最大速度。,并以最大負加速度制動到完全停止。這 時的加速度被折算成原動,一“一二“圖換刀機械手過渡工況速度變化規(guī)律圖組合機床與自動化加工技術(shù),式中忍。悶一九一一表明運動速度曲線特性的參數(shù)在梯形變化規(guī)律時,而在三角形變化規(guī)律時。,因為起動和制動總的時間如,一丫。更方便的公式是圖,換刀機械手不平衡力矩計算簡圖過渡過程的最小時間由下式?jīng)Q定看圖不,瓦億乞忍藝,入一洲,工一萬一丫壇式中、忿執(zhí)行機構(gòu)的位移路程由于過渡過程時間很短,傳動機構(gòu)靜負載力矩,和動態(tài)轉(zhuǎn)動慣量,藝實際上可以看作不變化的。在優(yōu)化情況下,傳動原動機最大力矩,、最大功率二二由下式?jīng)Q定,乎小,一耘式中藝執(zhí)行機構(gòu)總的路程制動時加速度的模耘起動和制動時加速度之比被調(diào)節(jié)運動勻速運動的速度如把運動總時間和能量或者傳動機構(gòu)的功率,和成反 比 的線性組合函數(shù)的最小值作為優(yōu)化準則,那么換刀機械手執(zhí)行機構(gòu)的優(yōu)化運動速度 是可以尋求的。億沂忿的優(yōu)化值為。優(yōu)化運動速度的值取決于藝的長度,如位移很小,則不要求很高的運動速度,如位移增加,則優(yōu)化運動速度的值就增大。換刀機械手工作機構(gòu)速度的優(yōu)化值一般為。加速度的額定值受傳動機構(gòu)的振動程度所制約。為減少振動必須使制動時間行遠遠大于傳動機構(gòu)固有振動的周 期。在大多數(shù)情況下眾,。因此,在小行程時卜必須使二名,在大行程時卜必須使,。在速度按梯形規(guī)律變化時,傳動原動機的最大轉(zhuǎn)矩二二和它的功率動二可 由下式川口一嘴允入一勺自協(xié)。,“二,二一,萬式中功原動機軸轉(zhuǎn)角丸二,二二原動機負載力矩系數(shù)執(zhí)行機構(gòu)運動速度按梯形規(guī)律變化時的設計計算方法在制動的起始點加速度符號會瞬變,將導致產(chǎn)生沖擊,并且 大功率原動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)又是必須的,這使得速度三角形變化規(guī)律的優(yōu)越性明顯少于梯形規(guī)律。如起動時加速度為,制動時為的,當速度和加速度被限制并符合速度梯形變化規(guī)律時,原動機輪廓尺寸將減小,能量消耗將減少,傳動機構(gòu)中的負載沖擊會降低,壽命會增加。在速度按梯形規(guī)律變化時,換刀機械手機構(gòu)運動的總時間為決定二二藝功一,一下“性。護二二尹萬叮 丁底叮瓦萬碩而石耳了年第期如果機構(gòu)的工況是短時重復的,每個運動之間的間歇時間為加,總的循環(huán)時間二,那么額定轉(zhuǎn)矩應該大于等價轉(zhuǎn)矩。二一了。原動機等價功率為,式 中。原動機額定角速度在決定液壓氣動油缸和其它線性原動機的傳動機構(gòu)特性時,可先計算換刀機械手執(zhí)行機構(gòu)最大運動速度二和極限負載力二二,然后按照這些值選擇壓力和確定油缸直徑。介式 中由活塞桿密封類型所決定的系數(shù),。計算工作液壓的流量樂,幾式 中活塞面積在設計手冊上選擇最相近的油缸、氣缸的類型尺寸,考慮其特點進行換刀機械手傳動機構(gòu)的設計和計算。換刀機械手夾爪機構(gòu)夾爪機構(gòu)是換刀機械手的重要部件,它是靠夾緊力來握住刀具的。目前,徑向夾緊刀桿畫柱外表面的夾爪機構(gòu)得到普遍使用,而軸向夾緊刀桿法蘭盤的夾爪機構(gòu)使用較少。在鉗類夾爪中刀具的緊固是依靠鉗口夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力,在包容卡類夾爪中是依靠固定裝置。圖是鉗類夾爪的 一個例子。搭板用軸安裝在套上,套和液壓缸或氣缸活塞桿圖上未畫出一起能沿夾爪軸向移動。每塊搭板的另一端和杠桿鉸接。在杠桿的前部安裝有梯形的可交換夾緊鉗口,它用形的環(huán)狀槽夾緊刀具刀桿。杠桿的擺動軸固定在殼體上。當活塞桿向前運動時刀具被松開,而 當活塞桿在彈簧作用下向后運動時刀具被夾緊。端面鍵用來傳遞從機床主軸到刀具的扭矩。為了使鉗口能從和主軸一起旋轉(zhuǎn)的刀桿上通過,端面鍵應該被切開。圖是帶固定裝置的包容卡類夾爪的結(jié)構(gòu)。具有形環(huán)狀槽的卡鉗用螺栓固定在換刀機械手旋轉(zhuǎn)手臂上。具有同樣截面形狀的固定器安裝在杠桿上,杠桿能相對于手臂旋轉(zhuǎn)。夾緊時,在彈簧作用下,經(jīng)過桿,使固定器夾緊刀桿。當手臂移近 主軸端面或刀庫時,桿被壓入手臂移肄蟒蟒潮潮撇撇撇曝曝霖霖霖霖霖霖霖霖考考嫩嫩嫩熟熟 嫌嫌爹爹爹爹爹 認尹洲今產(chǎn)夕飛飛飛飛飛 冬 韜招招六六鄉(xiāng) 燈件兌兌圖鉗類央爪機構(gòu)心圖包容卡類夾爪機構(gòu)組合機宋與自動化加工技術(shù)動機構(gòu)活動支架的專門槽圖中未給 出中,固定器放松刀桿。圖鉆銑銼類加工中心機床換刀機構(gòu)示意圖具體例子介紹圖所示的鉆銑俊類加工 中之心機床換刀機械手傳動機構(gòu)。換刀機 械手是 這樣工作的,得到換力指令后,機床工作臺沿軸和軸被引離主軸,主軸箱沿立柱導軌沿軸升到交換位置。換刀機械手從初始位置旋轉(zhuǎn)。同時抓住位于主軸和翻轉(zhuǎn)機中的刀具刀桿,然后沿軸向外移動,旋轉(zhuǎn)“后重新向后位移,這樣就完成了主軸和翻轉(zhuǎn)機中刀具的交換。當?shù)毒咴谥鬏S中被夾緊后,換刀機械手回到初始位置,翻轉(zhuǎn)機旋轉(zhuǎn)“回到垂直位置實 現(xiàn)了,刀具的調(diào)整,刀具在刀庫刀座中的夾緊是靠刀具刀桿沿其軸線下降未實現(xiàn)的。循循環(huán)的各個組成部分分循環(huán)各階段的時問問機機床工作臺沿、軸的調(diào)整位移移一卜。主主軸箱沿軸的調(diào)整位移選遠一一一換換刀機械手從原始位旋轉(zhuǎn)換換刀機械手旋轉(zhuǎn)回原始位遙戮戮,換刀機械手沿軸伸出勻換換刀機械手返回初始位沿乞抽 換換刀機械手從原始位旋轉(zhuǎn) 的華找牲過過翻翻轉(zhuǎn)機轉(zhuǎn)到垂直位掃掃翻翻轉(zhuǎn)機轉(zhuǎn)到水平位卜卜門門刀刀具刀桿沿軸向位移后從刀庫刀座中取出出出與刀刀具刀桿安放到刀庫刀座中中中, ,尸刀刀庫旋轉(zhuǎn)和定位位刀刀具在主軸中夾緊緊,型二珠林林刀刀具在主軸中放松松斗斗,勻勻勻主主軸箱沿軸的調(diào)整位移移卜卜機機床工作臺沿、軸的調(diào)整位移移匕圖換刀機械手工作循環(huán)圖一機床工作臺和主軸箱的調(diào)整位移時間而石刀具交換本身的時問幾一從翻轉(zhuǎn)機中向刀庫轉(zhuǎn)卸刀具及刀庫旋轉(zhuǎn)搜索下一把刀具或空刀座的時闖年第期致刀機械手旋轉(zhuǎn)。旋生呀,。二吸二刀具奮轉(zhuǎn)掃軟戶位夠旋轉(zhuǎn) 如二爪二亡,二川主軸箱和機床上作臺沿、獷和藝軸移動到重新加工的起點位置,刀庫旋 轉(zhuǎn) 搜 索下一把刀具,刀庫停止在給定 位 置后,翻轉(zhuǎn)機從刀庫刀座中抓住刀具刀桿,并向上位移二,然 后旋轉(zhuǎn)到水平位置,在那兒等候下一個換刀循環(huán)開始。刀庫重新旋轉(zhuǎn)到空刀座位置,以便安放交換下來的刀具。圖為確定機構(gòu)動作順序的工作循環(huán)圖。圖中給出了運動梯形規(guī)律和刀具位移速度的極限值,計算了循環(huán)中每個階段的時間,以及刀具交換本身的時間找。還考慮了機床工作臺和主軸箱的調(diào)整位移時間,從翻轉(zhuǎn)機中向刀庫轉(zhuǎn)卸刀具及刀庫旋轉(zhuǎn)搜索下一把刀具或空刀座的時間和是重合的,并與部分 工作循環(huán)時間重合。換刀機械手夾爪中心軌跡弧長半徑二。當?shù)毒咝D(zhuǎn)。時,刀具運動的優(yōu)化速度由下式?jīng)Q定億一乙當。,不二川時。刀具旋轉(zhuǎn)“的時間 由下式 決定二毛上止性廠廠廠口口口口口口口圖換刀機械手液壓原理圖、絲叢當匕畫畫衛(wèi)記勿乙當召而二盯,七二時,。刀具旋轉(zhuǎn)。時,在同徉條件下。換刀機械手沿軸向位移優(yōu)化速度為入二億由獷幾當叭二名,二。二時,、二。如果取起動加速度幾,棍二巫,的一五奸對一一耀耀耀耀耀耀耀耀耀耀耀署月月月月月月月月月月月叱二月月一“一瞬 瓤瓤甲甲甲甲甲甲甲篆篆篆翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼翼十了井二蘭篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷篷鬢 矍 掣髓髓卜卜卜卜卜 卜奮委毛舟戶備悶悶悶悶悶悶悶三三三三雀菜沱遙遙尸遴遴遴遴遴遴別別陳陳陳陳味了一氣歸尺,內(nèi),甲呀認一石二二石石子石石七二巴二匕匕巴,尸曲曲明明峭甲、, , , ,】 人、 、州州川川日浮號一一護口飛些紐空翻廠馬卜價山一一一一一主 遐黝黝 淵悅雙二石二二不夕一門門 口口口口坦習腳卒丈山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山山笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠笠王塑翼翼邀邀邀邀邀邀邀邀邀曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰想想想想想百衛(wèi)丘比比比比,口口麟幾萬丁一勺籠籠圖換刀機械手機械結(jié)構(gòu)組合機床與自動化加工技術(shù)換刀機械手沿軸向位移的時間為,玉一、川飛型呵鄉(xiāng)包衛(wèi)鄉(xiāng)玉億忍。刀具在機床主軸中夾緊或放松的時間。用于刀具交換的總的時間為。換刀機械手液壓原理圖由圖給出。該液壓原理圖和換刀機械手工作循環(huán)圖相對應。換刀機械手依靠加工在每個油缸活塞桿上的齒條和齒輪嚙合實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。,。運動。換刀機械手軸向位移是靠油缸活塞正反向移動來實現(xiàn)的。液壓傳動的工作參數(shù)可通過計算得到。已知的參數(shù)是刀具把,最大刀桿質(zhì)量,刀柄錐度地,刀具軸之間的距離,換刀機械手最大不平衡力矩場,換刀機械手帶刀具時總質(zhì)盆幻在前面所選定的加速度的情況下,液壓缸為克服慣性力所產(chǎn)生的額定力為。 。液壓傳動效率、,機械傳動效率飛,液壓系統(tǒng)油的工作壓力。根據(jù)換刀機械手液壓傳動所 計算的參數(shù),換刀機械手機械結(jié)構(gòu)的設計如圖所示。換刀機械手中的液壓缸和分別用于旋轉(zhuǎn)。和。,并彼此平行地安裝在箱體內(nèi)。加工在液壓缸 活塞桿上的齒條通過兩對增速齒輪副帶動齒輪轉(zhuǎn)動。齒輪安裝在花鍵軸上,花鍵軸安裝在箱體的軸承上。換刀機械手的兩個夾爪既能和軸一起轉(zhuǎn)動,又能在液壓 缸的作用下相對于軸作軸向位移。液壓缸的 活塞桿和叉子剛性聯(lián)在一起。叉子安裝在換刀機械手法蘭盤的環(huán)形槽中。當換刀機械手沿軸向向前位移時,拉桿和它一起向前移動,拉七七七七一了盯盯了了敞敞敞敞敞二二二二二霆霆弓弓二二二二用用勺勺廠鄧鄧鄧耀耀耀、盯盯夕夕乙石稱州州圖刀具翻轉(zhuǎn)機機械結(jié)構(gòu)桿推動齒輪,讓它和旋轉(zhuǎn)的傳動齒輪脫開,又和旋轉(zhuǎn)。的傳動齒輪聯(lián)在一起。當換刀機械手沿軸向方 向返回時,彈簧柱塞向前位移、壓縮彈簧,釋放壓緊機構(gòu)的定位銷。定位銷是用來固定刀具刀桿的。圖是刀具翻轉(zhuǎn)機的機構(gòu)。機構(gòu)通過液壓缸旋轉(zhuǎn)“。在液壓缸的 活塞桿上加工有齒條,該齒條和齒輪相嚙合。在旋轉(zhuǎn)支架上加工有導軌,滑塊在液壓缸的作用下能沿導軌移動。當滑塊向上運動時刀桿和套一起從定位銷了上脫開。定位銷是安裝在刀庫殼體的端面上的。當支架旋轉(zhuǎn)。時,刀桿和套就轉(zhuǎn)到水平位置。交換刀具后,刀具翻轉(zhuǎn)機重新回到垂直位置,滑塊降下,套和刀具一起被安置在刀庫刀座中。本文年月日收到編輯王誰和。年第期
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