數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手三維設(shè)計【含CAD圖紙、說明書、三維模型】

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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告 論 文 題 目：數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手三維 設(shè)計 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師（職稱）： 年 12 月 30 日 填 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域； 2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題； 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）； 3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 9 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計）題目 數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手三維設(shè)計2.研究領(lǐng)域 機(jī)械設(shè)計、三維設(shè)計、工業(yè)機(jī)械手 3. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 一個零件往往需要進(jìn)行多工序的加工，而單功能的數(shù)控機(jī)床，只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，在制造零件的過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運(yùn)零件等非加工時間上，切削時間僅僅占整個工時中的較小比例。為了縮短非切削時間，提高工作效率，便設(shè)計帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心。加工中心(Machining Center,MC)是綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)軟件技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)存放時間，使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床的 3 到 4 倍，所以，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機(jī)床。 機(jī)械手的應(yīng)用價值： （1） 提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 （2） 改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)， 特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 （3） 減輕人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人可以進(jìn)行連續(xù)的工作，但在自動化機(jī)床綜合加工自動線上，機(jī)械手還沒有普及，應(yīng)用機(jī)械手可以減少人力，更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 機(jī)械手（machine hand），指能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。機(jī)械人手臂與人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度，也就是機(jī)械手的最大優(yōu)勢可以重復(fù)的做同一動作。機(jī)械手可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī) 械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手研究始于 20 世紀(jì)中期。大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進(jìn)展， 并且為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于 1947 年開發(fā)了遙控機(jī)械手，1948 年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手，1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手，它的結(jié)構(gòu)是機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。同時，隨著計算機(jī)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械將進(jìn)入高度自動化和智能化時期，機(jī)械手機(jī)器人的應(yīng)用可以提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，解決勞動力不足等問題。 比爾蓋茨曾經(jīng)說過：“前三十年是計算機(jī)的時代，后一百年是機(jī)器人的時代”足見計算機(jī)時代后的機(jī)器人時代的重要性及其影響的長遠(yuǎn)性。世界上幾大機(jī)器人巨頭， 如日本、美國及歐共體，在機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)取得巨大進(jìn)步，從研究型走向?qū)嵱眯?，從重要的軍事?yīng)用走向民用，甚至走向家庭，從高科技走向普及。而我國機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域還有較大差距，很多方面還處于起步階段。在先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域中，機(jī)器人的應(yīng)用主要在于示教焊接機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、裝配機(jī)器人、裝卸機(jī)器人、換刀機(jī)器人等。作為先進(jìn)制造中技術(shù)含量最高的裝備之一的加工中心，不僅是加工的多面手，也是構(gòu)建柔性制造系統(tǒng)乃至計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的核心硬件，除了數(shù)控加工工藝和編程能力外， 其自動換刀機(jī)械手的性能也直接影響整機(jī)性能。要求機(jī)械手自動換刀具有準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、快速性等。傳統(tǒng)的換刀機(jī)械手都是專用的機(jī)械式的結(jié)構(gòu)，通用性較差，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，商業(yè)市場不廣。 加工中心由于加工工藝的復(fù)雜性，使用的刀具種類和數(shù)量較多，當(dāng)程序執(zhí)行到不同刀具功能代碼 T 時，要及時更換刀具完成其加工。機(jī)械手則是完成刀庫和機(jī)床主軸之間刀具裝卸與傳遞的裝置。目前這類機(jī)械手的品種較多，比如：單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，單臂雙爪擺動式機(jī)械手，雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手和雙臂端面夾緊式機(jī)械手等。沒有芯片控制純機(jī)械工作方式，它的拔刀，插刀及轉(zhuǎn)動由機(jī)構(gòu)驅(qū)動，一種是液壓控制驅(qū)動的油缸來完成，一種是電動驅(qū)動凸輪聯(lián)動來完成。 國內(nèi)大部分大規(guī)模生產(chǎn)加工企業(yè)將采用機(jī)械手進(jìn)行裝配作為目前研究的重點(diǎn)，國外已采用攝像機(jī)、力傳感裝置和微型計算機(jī)連接在一起，能確定零件的方位來達(dá)到安裝的目的。由于近年來世界制造業(yè)逐漸向中國轉(zhuǎn)移，我國對于機(jī)床的需求量逐漸增加。同時，經(jīng)過多年努力我國數(shù)控機(jī)床的技術(shù)逐漸成熟，品種和質(zhì)量有所提高。然而在所有數(shù)控產(chǎn)品中，中高檔數(shù)控機(jī)床較少，而且這些數(shù)控產(chǎn)品的核心技術(shù)加工中心換刀機(jī)械手、數(shù)控伺服系統(tǒng)、高速電主軸、數(shù)控刀架等等都需要依賴中外合資企業(yè)提供或者直接從國外進(jìn)口，這也說明了國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展不平衡，我國的整體技術(shù)水平和國外技術(shù)水平還是有一定差距的。功能部件的技術(shù)水平以及性能優(yōu)劣直接決定和影響 著數(shù)控機(jī)床的整體技術(shù)水平和性能，而自動換刀機(jī)械手則是保證數(shù)控機(jī)床加工中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵功能部件。換刀機(jī)械手作為數(shù)控機(jī)床的一個重要的功能部件，它在國內(nèi)外的數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域中已受到廣泛的重視。在國外 BT40 機(jī)床的換刀時間已達(dá)到 0.9 秒，BT50 機(jī)床的換刀時間也達(dá)到了 1.5 秒左右，國內(nèi)也出現(xiàn)了立、臥兩用凸輪式換刀機(jī)械手和用于五軸聯(lián)動的換刀機(jī)械手的研究。換刀機(jī)器人換刀的速度和準(zhǔn)確性是影響加工中心發(fā)揮可靠加工性能的重要因素。據(jù)資料顯示，刀庫和機(jī)械手的故障率占整機(jī)故障率的 25%。所以換刀機(jī)械手的質(zhì)量和性能影響整體機(jī)床的質(zhì)量、性能和品種。加工中心自動換刀機(jī)械手的主要任務(wù)是完成換刀動作，給機(jī)床主軸和夾緊裝置提供相對轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)夾緊和放松刀具的動作。因此機(jī)械手必須具備足夠大的轉(zhuǎn)矩，同時設(shè)計機(jī)械手的結(jié)構(gòu)緊湊使其占用空間盡量小。隨著機(jī)械制造加工業(yè)的不斷發(fā)展，制造業(yè)對換刀機(jī)械手的需求量會逐漸提高，自動換刀機(jī)器人的普及度也會越來越高。 目前，國內(nèi)自動換刀機(jī)械手主要還是應(yīng)用于機(jī)床加工、制造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種或是性能方面都是不能滿足制造業(yè)發(fā)展需求的。面對機(jī)械加工行業(yè)中多元化的需求和激烈的競爭，生產(chǎn)加工的效率將會越來越高，因此自動換刀機(jī)器人的發(fā)展會愈加的多元化。首先，在國內(nèi)換刀機(jī)器人擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造加工和熱處理方面的機(jī)械手，以減輕疲勞強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時， 研制發(fā)展通用機(jī)械手、示教型機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合型機(jī)械手等。 換刀機(jī)器人手的性能逐漸提高，主要表現(xiàn)在速度、精度、可靠性以及操作性可便于維修方面，同時單機(jī)的價格也在逐漸下降。機(jī)器人的控制系統(tǒng)也逐漸向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，以便于標(biāo)準(zhǔn)化。元器件的集成度也提高了，控制柜也日漸減小，并且采用模塊化的結(jié)構(gòu)，很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。換刀機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)也向模塊化和可重構(gòu)化發(fā)向發(fā)展，比如在關(guān)節(jié)模塊中，伺服電機(jī)、減速機(jī)和檢測系統(tǒng)三位一體化，關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊用重組的方式構(gòu)造機(jī)器人的整體機(jī)構(gòu)。機(jī)器人中的傳感器也扮演著越來越重要的角色，除了采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器之外，還應(yīng)用了視覺、聲覺、觸覺、力覺等傳感器來進(jìn)行環(huán)境建模和決策控制。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1. 重點(diǎn)解決的問題 采用三維設(shè)計軟件 SolidWorks 完成數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手的設(shè)計，包括機(jī)械手總裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)械手手部和手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計、升降伸縮和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） （1） 確定換刀機(jī)械手的組成與配置 （2） 通過設(shè)計計算和手冊及參考文獻(xiàn)確定換刀機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和尺寸及相互位置關(guān)系 （3） 設(shè)計自動換刀機(jī)械手的滑座伸縮機(jī)構(gòu) （4） 設(shè)計自動換刀機(jī)械手的手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu) （5） 設(shè)計裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu) （6） 完成機(jī)械手三維模型 3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 （1） 一套完整的鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手三維模型及其二維零件圖、裝配圖 （2） 一份鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手的設(shè)計說明書 （3） 一篇外文文獻(xiàn)翻譯 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） 采用三維設(shè)計軟件 SolidWorks 完成數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手的設(shè)計，包括機(jī)械手總結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)械手手部和手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計、升降伸縮和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 用途： 在給定的程序指令下，配合刀庫和臥式鏜銑床（簡稱主機(jī)）實(shí)現(xiàn)所有加工工序的自動裝、卸刀。 設(shè)計參數(shù)： 刀庫類型：鏈?zhǔn)降稁臁? 換刀機(jī)械手：雙臂單爪交叉式機(jī)械手。抓 重：20 公斤 自由度數(shù)：4 個 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)。 手指夾持刀柄的直徑：Φ100 毫米驅(qū)動方式：液壓 手架運(yùn)動參數(shù)： 拔、插刀行程（即滑座伸縮 Z）：155 毫米（最大 180 毫米） 升降行程（即找刀排 Y）：3x420 毫(刀排間垂直方向距離為 420 毫米，共四排) 回轉(zhuǎn)角度（φ）：180° 位置檢測與定位方式：滑座伸縮、手架回轉(zhuǎn)和裝、卸刀手手臂伸縮運(yùn)動采用行程開關(guān)進(jìn)行位置檢測，由擋塊定位。手架升降運(yùn)動采用無觸點(diǎn)行程開關(guān)進(jìn)行位置檢測，并控制三位四通閥適時“關(guān)閉”來定位 控制方式：數(shù)字控制2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃 第 1 周：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)做初步準(zhǔn)備 第 2 周：查閱鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手文獻(xiàn) 第 3 周：準(zhǔn)備機(jī)械手、換刀、加工中心的開題報告材料 第 4 周：撰寫鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手開題報告，準(zhǔn)備開題答辯 第 5 周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行方案設(shè)計 第 6 周：根據(jù)方案完成機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 7-9 周：換刀機(jī)械手零件三維設(shè)計和三維建模 第 10 周：將換刀機(jī)械手三維零件進(jìn)行裝配，完成裝配圖 第 11 周：完善換刀機(jī)械手裝配圖和零件圖 第 12-13 周：完成鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手設(shè)計說明書和英文翻譯 第 14 周：上交鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手設(shè)計說明書和英文翻譯以及換刀機(jī)械手裝配圖和零件圖，并進(jìn)行答辯 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1] 張 俊 勇 , 趙 小 剛 . 刀 庫 合 理 布 置 在 加 工 中 心 的 應(yīng) 用 [J]. 裝 備 制 造 技術(shù),2009(06):147-148. 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[16] 傅凱.數(shù)控銑床刀庫改裝裝置[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(20):65-66. 附：文獻(xiàn)綜述 文獻(xiàn)綜述 加工中心是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的，適用于復(fù)雜零件加工的高效自動化機(jī)床。它與一般數(shù)控機(jī)床的顯著區(qū)別是對零件進(jìn)行多序加工的能力，即在一次裝夾中自動完成銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋等加工。加工中心能夠廣泛運(yùn)用，是因?yàn)槠淠軌蚶玫稁鞂?shí)現(xiàn)自動換刀。因此自動換刀裝置功能的好壞關(guān)系到整個加工中心的性能。自動換刀裝置可分為五種基本形式，即轉(zhuǎn)塔式、180°回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)插入式、二軸 轉(zhuǎn)動式和主軸直接式。按照換刀過程有無機(jī)械手參與，分成有機(jī)械手換刀和無機(jī)械手換刀兩種情況。在有機(jī)械手換刀的過程中，使用一個機(jī)械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出，與此同時，另一機(jī)械手將在刀庫中待命的刀具從刀庫拔出，然后兩者交換位置，完成換刀過程。無機(jī)械手換刀時，刀庫中刀具存放方向與主軸平行，刀具放在主軸可到達(dá)位置換刀時，主軸移到刀庫換刀位置，利用主軸將加工用畢刀具插入刀庫中要求的空位處，然后刀庫中待換刀具轉(zhuǎn)到待命位置。主軸將待用刀具從刀庫中取出， 并將刀具插入主軸。 加工中心換刀機(jī)械手的工作特點(diǎn)是：工作循環(huán)時間短暫; 執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)會出現(xiàn)大的動載荷、振動和沖擊。由于這些特點(diǎn)，要保證換刀機(jī)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(jī)械手的傳動系統(tǒng)由原動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)以及帶有位置、速度、力傳感器的控制裝置組成。原動機(jī)可以是液壓缸或氣缸,液壓馬達(dá)或氣動馬達(dá)，液壓或氣動擺動馬達(dá),直線電機(jī)或電磁鐵。傳動直流或交流電機(jī)，機(jī)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(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(齒輪齒條機(jī)構(gòu)、蝸輪機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等等)。 沈陽機(jī)床股份有限公司的武曉杰在對刀庫結(jié)構(gòu)及工作原理的研究中論述了刀庫回轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要由刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)、蝸桿凸輪回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)刀盤、刀套、換刀位刀套翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，主要完成刀具的安裝、預(yù)選以及換刀位刀具翻轉(zhuǎn)。其中， 換刀位刀套的水平、垂直翻轉(zhuǎn)，一般采用氣缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)。刀套均有對應(yīng)的刀套號，刀庫回轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)置 2 只無觸點(diǎn)感應(yīng)開關(guān)，分別用于刀庫的回零反饋和刀庫的旋轉(zhuǎn)計數(shù)。針對不同的刀柄標(biāo)準(zhǔn)，如 BT、ISO、CAT 等，對應(yīng)不同的刀套型號，其余結(jié)構(gòu)一致。機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)主要由機(jī)械手換刀電機(jī)、ATC 凸輪箱(內(nèi)含弧面/ 平面組合凸輪、機(jī)械手回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、刀臂伸縮機(jī)構(gòu)等，是該類刀庫的核心部件)、換刀機(jī)械手組成，主要完成機(jī)床主軸與刀庫中的刀具抓取、卸刀、換位、裝刀等動作。ATC 凸輪箱中內(nèi)置三只無觸點(diǎn)開關(guān)，用于監(jiān)測機(jī)械手各項(xiàng)動作是否到位，并將信號反饋至機(jī)床控制系統(tǒng)。圓盤機(jī)械手刀庫采用隨機(jī)換刀的方式，采用就近換刀原則，即多次換刀后，刀套號與刀具號并不一致。每一個刀套號中對應(yīng)的刀具號由數(shù)控系統(tǒng)記憶并實(shí)現(xiàn)不斷更新，且該過程同樣適用于鏈?zhǔn)綑C(jī)械手刀庫。 大連機(jī)床集團(tuán)有限公司技術(shù)中心的譚春暉師傅曾精確的設(shè)計了刀庫的控制方式。 (1) 刀庫作為系統(tǒng)的定位軸來控制。在梯形圖中根據(jù)指令 T 碼進(jìn)行運(yùn)算比較后輸出角度和速度指令到刀庫伺服，驅(qū)動的刀庫伺服電機(jī)。刀庫的容量、旋轉(zhuǎn)速度加/減速時間等均可在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定，此種方式不受外界因素影響，定位準(zhǔn)確、可靠，但成本較高。 (2) 刀庫由液壓馬達(dá)驅(qū)動，有快慢速之分，用接近開關(guān)計數(shù)并定位。在梯形圖中比較系統(tǒng)存儲的當(dāng)前刀號(主軸上的刀)和目標(biāo)刀號(預(yù)選刀)并運(yùn)算，再輸出旋轉(zhuǎn)指令，同時判斷按最短路徑旋轉(zhuǎn)到位。這種方式需要足夠的液壓動力和電磁閥，刀庫旋 轉(zhuǎn)速度可通過節(jié)流閥調(diào)整。但使用一段時間后，可能會因?yàn)橛唾|(zhì)、油壓、油溫及環(huán)境因素的變化而影響運(yùn)動速度和準(zhǔn)確性，一般用于不需頻繁換刀的大中型機(jī)床。 (3) 刀庫由交流異步電動機(jī)驅(qū)動凸輪機(jī)構(gòu)(馬氏機(jī)構(gòu))，用接近開關(guān)計數(shù)，這種方式運(yùn)行穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確可靠，一般與凸輪機(jī)械手配合使用，換刀速度快，定位準(zhǔn)。主要用于中小型的加工中心。 在自動化機(jī)床中，機(jī)械手的應(yīng)用越來越普遍，在機(jī)床自動換刀機(jī)械手設(shè)計上，升降系統(tǒng)是非常重要的，除了升降系統(tǒng)機(jī)械手的換刀和對刀具的夾持，都是需要仔細(xì)地去設(shè)計，而對于機(jī)械手設(shè)計上要保證機(jī)床設(shè)備本身與機(jī)械手的柔性連接，保證工件的正常輸送和機(jī)床的自動化加工。上海優(yōu)尼斯工業(yè)設(shè)備銷售有限公司技術(shù)部鄭博在刀具換刀與夾持上做了相關(guān)研究，如下：在機(jī)床機(jī)械手換刀上,是自動換刀裝置，同時它還擔(dān)負(fù)著把刀從刀庫送到主軸上,刀具在主軸上使用完成之后，再從主軸上被送回到刀庫中，機(jī)床刀具的換刀方式有圓盤形、直線型,圓盤形換刀是刀架是一個回轉(zhuǎn)體， 每個刀都置于圓盤的外圓端，通過圓盤的選擇，刀具旋轉(zhuǎn)到指定位置，機(jī)械手進(jìn)行換刀，這種換刀方法是機(jī)床上最常見的。刀具的夾持設(shè)計上，一般選取柄式夾持和法蘭式夾持，柄式夾持方法是軸向夾持，這種方法是利用最多的，因?yàn)榈侗奈膊渴莻€錐柄，這種刀具采用模式錐度方法夾持最方便、快捷。而法蘭式夾持方法是在機(jī)械手前端安裝法蘭盤，這種夾持方法有一些繁瑣。 蘭州理工大學(xué)陳愛虎、羅生梅教授對機(jī)械手換刀控制進(jìn)行了仿真研究。數(shù)控機(jī)械手主要作用就是換刀，由于在換刀過程中會出現(xiàn)刀具不能精確地?fù)Q到對應(yīng)位置，影響機(jī)床正常工作。為了能夠減小這種誤差，通過系統(tǒng)的建模、有限元仿真和優(yōu)化的方法對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模、靜力分析和模態(tài)分析，得到整個裝配體的位移和應(yīng)力以及它的固有頻率、振型，然后將優(yōu)化前和優(yōu)化后的機(jī)械手進(jìn)行對比。結(jié)果顯示，總的位移相對于優(yōu)化前的位移有了大幅的減少，且使一二五六階模態(tài)固有頻率變大,三四階模態(tài)固有頻率減小。綜合仿真分析結(jié)果可得，上述優(yōu)化方法可以有效減小數(shù)控機(jī)械手誤差， 為后續(xù)機(jī)械手設(shè)計提供了依據(jù)和借鑒。 浙江交通技師學(xué)院的傅凱對刀庫進(jìn)行了改裝裝置的設(shè)計。隨著對加工工藝的深入了解，加工中心起到重要的作用。設(shè)備改造、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、生產(chǎn)工藝改進(jìn)等都是需要突破的難點(diǎn)數(shù)控銑床的自動化換刀就是眾多項(xiàng)目中的一個，通過分析企業(yè)需求，制定設(shè)備改造方案，完成自動換刀裝置支架的設(shè)計和制造、刀庫系統(tǒng)的設(shè)計、刀庫的安裝及位置調(diào)整、系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行等任務(wù)，最終完成對數(shù)控銑床的自動化改造，將機(jī)械手自動換刀代替以前的人工手動換刀，使生產(chǎn)提高了效率，降低了成本。 山東大學(xué)高瑋珽在數(shù)控加工中心刀庫及機(jī)械手設(shè)計中提到刀庫傳動系統(tǒng)的傳動過程為：直流伺服電機(jī)通過十字聯(lián)軸節(jié)、蝸桿、蝸輪將運(yùn)動傳給刀盤，刀盤帶動其刀套(內(nèi)裝刀具)轉(zhuǎn)動，完成選刀工作。其中每個刀套尾部有一個滾子，當(dāng)待換刀具轉(zhuǎn)到換刀位置時，滾子進(jìn)入撥叉的槽內(nèi)。同時氣缸的下腔進(jìn)壓縮空氣，活塞桿帶動撥叉上升，帶動刀套繞著銷軸向下轉(zhuǎn)動 90 度，從而使刀具軸線與主軸軸線平行，做好換刀的準(zhǔn)備工作。在運(yùn)動過程中，為防止刀庫、主軸等有誤動作，高瑋珽利用位置開關(guān)起到自鎖保護(hù)的作用，用以斷開相關(guān)的電路，起到保護(hù)機(jī)械結(jié)構(gòu)作用。 考慮刀庫的分度精度要求，本傳動系統(tǒng)采用蝸桿、蝸輪傳動，同時選用同服電動機(jī)傳動，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫工作的可靠性。 加工中心刀庫的布置、刀庫與主軸的配置影響機(jī)械手的動作、抓刀方式、機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、可靠性和換刀時間的長短，進(jìn)而影響加工中心的工作效率。陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的張俊勇和趙小剛通過對加工中心換刀的分析和研究，提出了合理布置刀庫的方式，以減少自動換刀裝置的動作和機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高加工中心的效率、可靠性和可維護(hù)性。 12 圖 1 加工中心換刀過程 換刀過程為： （1） 刀庫取刀：主軸正常工作，刀庫旋轉(zhuǎn)，將 T02 所在的滑板由刀庫沿滑道上移，并將 T02 所在的刀座中心與 P1 重合，等待換刀。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，送刀機(jī)構(gòu)將刀具 TO2 及其刀座一起沿軌道移動到 P2，等待換刀機(jī)械手換刀，在送刀機(jī)構(gòu)工作的同時，主軸快速停轉(zhuǎn)并回到主軸換刀點(diǎn)，主軸應(yīng)離開被加工工件一段距離，為換刀留出一個足夠的空間，避免換刀被工件干涉。 （2） 主軸換刀：主軸回到換刀點(diǎn)，刀具 T02 在 P2。機(jī)械手旋轉(zhuǎn)抓刀，外伸拔刀。旋轉(zhuǎn) 180°換刀，機(jī)械手裝刀，機(jī)械手復(fù)位。主軸開始工作，送刀機(jī)構(gòu)要將剛換下的刀具 T01 放回刀庫中。 （3） 刀庫裝刀：送刀機(jī)構(gòu)將剛才換下的刀具 T01 沿軌道送到 P1 處的滑板里， 滑板沿軌道下移回到刀庫中，刀庫旋轉(zhuǎn)，將 T03 所在的滑板由刀庫沿軌道上移，并將 T03 所在的刀座中心與 P1 重合,等待下次換刀。 換刀過程就是這樣，由刀庫取刀--送刀--機(jī)械手換刀--刀庫裝刀--刀庫取刀循環(huán)，直到工件加工完成。 缺點(diǎn)：刀庫容量大，加上采用盤式刀庫引起刀庫所占的空間較大，刀具由刀庫到換刀點(diǎn) P2，并最終完成換刀和刀庫裝刀的 操作太復(fù)雜，分別由刀庫旋轉(zhuǎn)一滑板上移一送刀機(jī)構(gòu)一機(jī)械手換刀一送刀機(jī)構(gòu)一滑板下移來完成。換刀過程中，如果其中個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能無法正常工作，降低了效率，甚至發(fā)生事故。 因?yàn)橹圃鞓I(yè)和工業(yè)不斷的發(fā)展，科學(xué)不斷的進(jìn)步，對生產(chǎn)效率不斷提高的要求， 單純的使用人力，不能滿足生產(chǎn)需要，使得機(jī)械手的應(yīng)用越來越廣泛，它可以代替人完成更高要求、難度、重復(fù)枯燥的工作，所以怎樣能更大提升加工中心換刀機(jī)械手的性能，怎樣將加工中心的控制系統(tǒng)與機(jī)械手完美的連接，這是機(jī)械手研究設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)和意義所在。 指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評閱） 審 核 簽字： 年 月 日 意 見 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見 簽字： 年 月 日公章：