數(shù)控鏜銑加工中心自動換刀機構(gòu)設計

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[7] 謝政. 加工中心換刀機械手的研究[D]. 湘潭大學. 2008，05.15. [8] 鄭俊,許明恒，高宏力，單俊峰.PCB鉆床自動換刀機械手換刀部分的設計分析[J],現(xiàn)代機械，2008，第1期：6. [9] 李加明，陶衛(wèi)軍，馮虎田. 自動換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J].電氣制造，2013（05）：174～176 [10] 黃澤正,劉沖,陳志輝. 加工中心自動換刀裝置的設計[J]. 機械工程與自動化. 2007(01)：124～125 [11] 戚洪利. 自動換刀裝置及其控制的研究[D]. 蘭州理工大學 2007 [12] 朱玉敏. 加工中心的自動換刀技術(shù)[J]. 制造技術(shù)與機床. 1988(08)：168～170 [13] 陳義莊. 數(shù)控機床自動換刀裝置的選擇及刀柄的配置[J]. 機床與液壓. 2002(04)：207～209 [14] M.B.Ko.Design of automatic tool changer for CNC machines.M.Sc. thesis,Mechanical EngineeringDepartmet, METU, Ankara, Turkey 1995 [15] KIM Jae-Hyun,LEE Choon-Man School of Mechatronics,Changwon National University,Changwon 641-773,Korea [16] S. Mekid a,*, P. Pruschek b, J. Hernandez c, Beyond intelligent manufacturing: A new generationof flexible intelligent NC machines[J], Mechanism and Machine Theory,2009(44):466-476.