數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),數(shù)控,臥式,銑床,機(jī)械手,回轉(zhuǎn),裝卸,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告
題目： 數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2012年 3 月 20 日
1. 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r
本階段主要是完成 Optimal Kinematic Design of a 2-DOF Planar Parallel Manipulator* 的翻譯工作。對(duì)數(shù)控臥式鏜銑床的深入了解和分析，了解機(jī)械手回轉(zhuǎn)和裝卸刀。
1.1自動(dòng)換刀的組成
自動(dòng)換刀機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置主要組成部分。自動(dòng)換刀裝置與數(shù)控臥式相配合，在一次裝夾中完成鏜、銑、鉆、鉸和攻絲等多道工序，解決中小批多品種。生產(chǎn)箱體零件的加工自動(dòng)化問(wèn)題。
自動(dòng)換刀裝置，主要由刀庫(kù)，手架升降機(jī)構(gòu)，裝、卸刀機(jī)械手和手架伸縮與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。刀庫(kù)由四排帶刀套的鏈條組成，每排鏈條上有15個(gè)刀套，刀庫(kù)能存放60把刀具。安裝刀套的四條鏈條由油馬達(dá)通過(guò)齒輪組帶動(dòng)而同步轉(zhuǎn)動(dòng)。找刀（刀具識(shí)別），采用刀套編號(hào)方式。由于四排刀套鏈中，各排刀套的位置一一對(duì)應(yīng)，一次找刀是由倆部分運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即手架升降找刀排刀鏈轉(zhuǎn)動(dòng)在一排內(nèi)選刀。換刀機(jī)械手的作用是；在給定的程序指令下，配合刀庫(kù)和我是鏜銑床實(shí)現(xiàn)所有加工工序的自動(dòng)裝刀和卸刀。
1.2 裝、卸刀手的伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和手指夾緊機(jī)構(gòu)
裝到手和卸刀手對(duì)稱(chēng)配置在手架上，其結(jié)構(gòu)和尺寸、運(yùn)動(dòng)要求完全相同，只是幾個(gè)主要零件形狀相反。裝刀手只有伸縮運(yùn)動(dòng)和手指的夾放動(dòng)作。
裝刀手的伸縮運(yùn)動(dòng)由單桿活塞油缸實(shí)現(xiàn)?；钊透椎幕钊麠U固定在手架上，當(dāng)壓力油從油孔進(jìn)到油缸的兩腔時(shí)，推動(dòng)缸體在燕尾形導(dǎo)軌上往復(fù)移動(dòng)，其形成位置由裝在手架上的行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，并用油缸端部節(jié)流緩沖，油缸端蓋與活塞端面相碰而定位。
裝到手和卸刀手的手臂移動(dòng)方向相交成45度角，其交點(diǎn)即是裝刀手和卸刀手前伸移到終點(diǎn)時(shí)手指的夾緊中心，它要與刀庫(kù)上的刀套中心和臥式鏜銑床的主軸中心相重合，以保證能正確地裝、卸刀。
裝（卸）刀手的手部由手指座、固定指、活動(dòng)指、刀具定向鍵、項(xiàng)銷(xiāo)、卡銷(xiāo)、彈簧和擋塊等組成。此手部屬于一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型彈簧式手部。在手臂伸縮運(yùn)動(dòng)裝卸刀具時(shí)，手部的活動(dòng)手指，應(yīng)能自由地從刀柄的梯形槽上滑過(guò)，抓住刀柄后，特別是在運(yùn)刀過(guò)程中，活動(dòng)手指應(yīng)鎖住，因此手部?jī)?nèi)有緊鎖機(jī)構(gòu)。
圖a刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀
機(jī)械手回轉(zhuǎn)及裝刀、卸刀機(jī)構(gòu)，是用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀、卸刀的換刀裝置?；剞D(zhuǎn)油缸1擺動(dòng)，帶動(dòng)手架4回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)向主軸和刀庫(kù)換刀的動(dòng)作。當(dāng)拔刀油缸2通入壓力油時(shí)，缸體連同手臂3沿手臂座5移動(dòng)，完成拔刀和插刀動(dòng)作。手臂3靠十字交叉滾子6在手臂5的V字型導(dǎo)軌上移動(dòng)。
手架伸縮運(yùn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)裝、卸刀手的拔、插刀動(dòng)作；手架回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)能改變裝、卸刀手的位置（即手向主軸轉(zhuǎn)向刀庫(kù)，或手向刀庫(kù)轉(zhuǎn)向主軸）。
手架的回轉(zhuǎn)是由安裝在滑座內(nèi)的回轉(zhuǎn)油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。手架和轉(zhuǎn)軸固聯(lián)，轉(zhuǎn)軸通過(guò)鍵與回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片相聯(lián)。當(dāng)壓力油通過(guò)油管進(jìn)到回轉(zhuǎn)油缸的工作腔時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片軸，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，手架即回轉(zhuǎn)，其回轉(zhuǎn)位置由行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)裝在轉(zhuǎn)軸上的定位塊與定位螺釘相接觸時(shí)而定位。
圖b刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀
2. 存在問(wèn)題及解決措施
首先，對(duì)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容不是特別了解。
其次，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析還不到位。
通過(guò)查找資料翻閱課本了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，與同學(xué)的探討和老師的指點(diǎn)，使我對(duì)自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)有了更深一步的認(rèn)識(shí)。我明白了設(shè)計(jì)與實(shí)際要緊密結(jié)合，要多動(dòng)腦，勤思考。平時(shí)要多練習(xí)軟件。
3. 后期工作安排
10-11周，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；
11-13周，完成零件圖和裝配圖的繪制；
13-15周，完成論文撰寫(xiě)，準(zhǔn)備答辯。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題目：數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2012年 12 月 21 日
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況。
1、課題名稱(chēng)
數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
2.題目背景和意義：
2.1數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)字控制機(jī)床，工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的多種工序的加工。數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀與卸刀操作。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間刀具的快速裝卸，提高機(jī)床的工作效率。
2.2本課題的意義：
在車(chē)床、鏜床、銑床、插、拉床、磨床、數(shù)控加工中心、齒輪加工中心、切斷機(jī)床、特種加工機(jī)床、組合機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等眾多機(jī)械加工設(shè)備中，鏜銑床加工特點(diǎn)：加工過(guò)程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)），在實(shí)踐中具有“萬(wàn)能機(jī)床”的稱(chēng)號(hào)【1】。
鏜銑床主要是刀具在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它主要是用來(lái)加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工?！?】
3、數(shù)控鏜銑床概述和結(jié)構(gòu)組成
3.1數(shù)控鏜銑床也稱(chēng)“加工中心”機(jī)床，是一種新型機(jī)床，是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的點(diǎn)位-直線(xiàn)數(shù)字控制機(jī)床。工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的鉆、銑、鏜、鉸、攻絲等多種工序的加工，有立式和臥式之分。在機(jī)械零件中，箱體類(lèi)零件占相當(dāng)大的比重，例如變速箱、氣缸體、氣缸蓋等。【3】這類(lèi)零件往往重量較大，形狀復(fù)雜，加工的工序多。如果能在一臺(tái)機(jī)床上，一次裝夾自動(dòng)地完成大部分工序，對(duì)于提高生產(chǎn)率，提高加工質(zhì)量和自動(dòng)化程度將有很大的意義。箱體類(lèi)零件的加工工序，主要是銑端面和鉆孔、攻螺紋、鏜孔等孔加工。因此，數(shù)控鏜銑床集中了鉆床、銑床和鏜床的功能，有下列特點(diǎn)：
（1）工序集中。集中了銑削和不同直徑的孔加工工序。
（2）自動(dòng)換刀。按預(yù)定加工程序，自動(dòng)地把各種刀具換到主軸上去，把用過(guò)的刀具換下來(lái)。因此，要有刀庫(kù)、換刀機(jī)械手等。
（3）精度高。各孔的中心距全靠各坐標(biāo)的精度來(lái)保證，不用鉆、鏜模。有的機(jī)床，還有自動(dòng)轉(zhuǎn)位工作臺(tái)，用來(lái)保證各孔各面間的角度。鏜孔時(shí)，還可先鏜這個(gè)壁上的孔，然后工作臺(tái)轉(zhuǎn)180度，再鏜對(duì)面壁上的孔。兩孔要保證達(dá)到一定的同軸度。
3.2數(shù)控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成
（1）機(jī)床本體。數(shù)控鏜銑床常按主軸在空間所處的狀態(tài)，分為立式數(shù)控鏜銑床和臥式數(shù)控鏜銑床。機(jī)床本體是用來(lái)支撐機(jī)床的工作以達(dá)到加工生產(chǎn)目的，主要由床身和立柱組成。
（2）主軸結(jié)構(gòu)。主軸部件既要滿(mǎn)足精加工時(shí)精度較高的要求，又要具備粗加工時(shí)高效切削的能力，因此在旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形等方面，都有很高的要求。在布局結(jié)構(gòu)方面，對(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控鏜銑床，其主軸部件除主軸、主軸軸承和傳動(dòng)件等一般組成部分外，還有刀具自動(dòng)加緊、主軸自動(dòng)準(zhǔn)停和主軸裝刀孔吹凈等裝置。
（3）數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可以進(jìn)行任意角度定位，它的功用有兩個(gè)：一是使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，二是使工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。
（4）換刀裝置。數(shù)控鏜銑床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。其主要有刀庫(kù)、橫梁升降機(jī)構(gòu)、滑座伸縮機(jī)構(gòu)、手架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、裝刀手和卸刀手組成。
（5）機(jī)床導(dǎo)軌。導(dǎo)軌主要用來(lái)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方叫支撐導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支撐導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?！?】
4、國(guó)內(nèi)外研究情況
當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[3,s]。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，己形成一條無(wú)形戰(zhàn)線(xiàn)，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，各方用戶(hù)提出更多需求，早己成為四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶(hù)、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國(guó)加入WTO后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，今后如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)?！?】
隨著數(shù)控鏜銑床的發(fā)展，機(jī)床附件行業(yè)必須有與之相配套的產(chǎn)品，要能跟得上數(shù)控鏜銑床的步調(diào)，數(shù)控鏜銑床競(jìng)爭(zhēng)是激烈的，機(jī)床附件行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也是激烈的，但惡性的競(jìng)爭(zhēng)終將給行業(yè)帶來(lái)黑暗，機(jī)床附件行業(yè)急需公平的良性競(jìng)爭(zhēng)【6】。?
我國(guó)機(jī)床的功能部件雖然從“小件"、“配套件"的地位提升到“關(guān)鍵崗位"并受到重視，但一直是在“重主機(jī)、輕配套"，“重洋輕土"這樣的大環(huán)境中逆水行舟、艱難成長(zhǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)我們對(duì)功能部件關(guān)注不夠，在功能部件上無(wú)所作為很難使我們的機(jī)床產(chǎn)業(yè)上一個(gè)臺(tái)階，購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的功能部件只能使我們的產(chǎn)業(yè)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。【7】?
我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)是土生土長(zhǎng)的民族工業(yè)，有著40多年的發(fā)展歷史，行業(yè)雖?。s60多家企業(yè)）卻有一批從上世紀(jì)60年代“精密機(jī)床全國(guó)會(huì)戰(zhàn)"中成長(zhǎng)起來(lái)的骨干企業(yè)。在生產(chǎn)規(guī)模、硬件設(shè)施等方面與國(guó)外同行不相上下。再加上近幾年出現(xiàn)的一批新生的企業(yè)，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，我們應(yīng)為機(jī)床附件行業(yè)提供一個(gè)好的公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。這才能促進(jìn)行業(yè)更進(jìn)一步發(fā)展。?
最近幾年，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展，裝備制造業(yè)的振興以及整個(gè)制造業(yè)技術(shù)升級(jí)和國(guó)防現(xiàn)代化需求加大，在固定資產(chǎn)投資較快增長(zhǎng)的拉動(dòng)下，我國(guó)機(jī)床附件工具市場(chǎng)呈現(xiàn)產(chǎn)需兩旺的態(tài)勢(shì)，代表裝備制造業(yè)先進(jìn)水平的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)更是乘勢(shì)而上?！?】?
強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求拉動(dòng)，促使國(guó)內(nèi)機(jī)床工具行業(yè)出現(xiàn)了產(chǎn)銷(xiāo)暢旺的局面，機(jī)床附件行業(yè)在強(qiáng)大的需求之下也是如虎添翼，奮力前進(jìn)【9】?。
二、本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
1、本課題研究的主要內(nèi)容：
（1）了解刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)的性能要求；
（2）了解刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析；
（3）設(shè)計(jì)指標(biāo)：回轉(zhuǎn)油缸擺動(dòng)，帶動(dòng)手架回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主軸和刀庫(kù)間的換刀動(dòng)作，手臂沿手臂座移動(dòng)，完成拔刀和插刀動(dòng)作；
（4）應(yīng)用CAD系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)零件和裝配建模和仿真
2、研究方案：
（1）明確文章的研究?jī)?nèi)容，確定研究對(duì)象；
（2）大量收集并查閱相關(guān)資料，力求條理清晰。
3、研究方法：
（1）堅(jiān)持很好地全部閱讀指導(dǎo)教師指定的參考資料、文獻(xiàn)，并閱讀了較多的自選資料和較多的外文資料，積極開(kāi)展調(diào)研論證；
（2）充分利用時(shí)間，提前學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)軟件，能夠熟練運(yùn)用CAD 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、加工等操作，使產(chǎn)品提前得到的方案可行性設(shè)計(jì)。
（3）采用同其它同等機(jī)械類(lèi)設(shè)備的類(lèi)比，方案比較等方法，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用特征及現(xiàn)有的物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、人力等條件，以所學(xué)的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，按照工業(yè)機(jī)械手工作的一般過(guò)程、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。借鑒以往相似設(shè)備的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)然后對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)算，修正，直至達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的目的。其中對(duì)于機(jī)械手設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析解決，確保整個(gè)設(shè)計(jì)方案的可行性和最佳性。【9】
圖1 刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀
自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置,主要由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置幾部分組成。機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置是兩個(gè)關(guān)鍵部分,根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同,自動(dòng)換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機(jī)構(gòu)復(fù)合式,其中以凸輪式用得較多?！?0】
圖2刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀
機(jī)械手回轉(zhuǎn)及裝刀、卸刀機(jī)構(gòu)，是用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀、卸刀的換刀裝置。回轉(zhuǎn)油缸1擺動(dòng)，帶動(dòng)手架4回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)向主軸和刀庫(kù)換刀的動(dòng)作。當(dāng)拔刀油缸2通入壓力油時(shí)，缸體連同手臂3沿手臂座5移動(dòng)，完成拔刀和插刀動(dòng)作。手臂3靠十字交叉滾子6在手臂5的V字型導(dǎo)軌上移動(dòng)。
三.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作
本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的確定。
目前已經(jīng)查找和閱讀了大量期刊、書(shū)籍、報(bào)紙及優(yōu)秀碩士論文，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。
四、完成畢業(yè)論文的工作步驟與時(shí)間安排（按周次填寫(xiě)）
（1）1—3周：調(diào)研并收集資料；
（2）3—10周：確定設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；
（3）10—11周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；
（4）11—13周：完成裝配圖、三維建模和仿真；
（5）13-15周：完成論文撰寫(xiě)，準(zhǔn)備答辯。
5 指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)）
指導(dǎo)教師： 年 月 日
6 所在系審查意見(jiàn)：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
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數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)字控制機(jī)床，工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的多種工序的加工。數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀與卸刀操作。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間刀具的快速裝卸，提高機(jī)床的工作效率。鏜銑床主要是刀具在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它主要是用來(lái)加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置,主要由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置幾部分組成。
關(guān)鍵字：臥式鏜銑床；自動(dòng)換刀裝置；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；裝卸刀裝置
CNC horizontal boring and milling machine tool storage manipulator rotary knife with loading and discharging mechanism design
Abstract
CNC horizontal boring and milling machine is a kind of digital control machine tools, automatic tool changer and arbitrary indexing NC rotary table machining of the workpiece in a fixture can automatically complete the side of a variety of processes. CNC horizontal boring and milling machine magazine robotic swing and handling knife institutions for the loading the knife and unloading knife operation between the spindle and magazine. The good structure designed to achieve rapid loading and unloading of the tool between the magazine and the machine tool spindle to improve the efficiency of the machine. Boring and milling machine is a machine tool on the workpiece processing has been pre-hole. Typically, the rotation of the tool main movement, the movement of the tool or workpiece feed movement. It is mainly used to process high-precision holes or location to complete the finishing of a plurality of apertures, in addition to in the hole finishing machining surface processing. The automatic tool changer CNC machining centers in the workpiece clamping device, multi-channel processes indispensable mainly by the magazine, robots and drives several parts.
Keywords：horizontal boring and milling machine； automatic tool changer；rotating mechanism； loading and unloading knife device
目 錄
1 緒論 1
1.1題目背景和意義 1
1.2數(shù)控鏜銑床概述和結(jié)構(gòu)組成 1
1.2.1數(shù)控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成 2
1.3國(guó)內(nèi)外研究情況 2
1.4本課題研究的主要內(nèi)容 3
1.4.1本課題研究的主要內(nèi)容 3
1.4.2 研究方案 3
1.4.3 研究方法 3
2 總體方案的確定………………………………………………………….7
2.1 主要技術(shù)參數(shù) 6
2.2 自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù) 6
2.3 確定數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀裝置的形式 6
3 機(jī)械手 8
3.1機(jī)械手的組成 8
3.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) 8
3.1.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 8
3.1.3 控制系統(tǒng) 9
3.1.4課題工作要求 9
3.2機(jī)械手手部的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
3.2.2夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 12
3.2.3 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 13
3.2.4 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
3.3機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
3.3.1腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 15
3.3.2腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.3.3液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 17
3.4 臂部 18
3.4.1 臂部結(jié)構(gòu)形式 19
3.4.2 臂部運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置 19
3.5機(jī)械手機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
3.5.1機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 21
3.5.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 22
3.6自動(dòng)換刀機(jī)械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 24
4 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) 26
4.1 換刀機(jī)械手抓刀部分結(jié)構(gòu) 26
4.2 機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 27
4.3 自動(dòng)換刀過(guò)程的動(dòng)作順序 28
4.4 自動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求 29
4.4.1 主軸準(zhǔn)停裝置 29
4.4.2 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試 29
5 自動(dòng)換刀裝置的控制原理 30
5.1刀庫(kù)的控制 30
5.2機(jī)械手的控制 30
結(jié) 論 31
致 謝 32
參考文獻(xiàn) 33
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明………………………………………….....34
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明……………………………………………….35
IV
1
1 緒論
1 緒論
1.1題目背景和意義
數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)字控制機(jī)床，工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的多種工序的加工。數(shù)控臥式鏜銑床刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀與卸刀操作。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間刀具的快速裝卸，提高機(jī)床的工作效率。
在車(chē)床、鏜床、銑床、插、拉床、磨床、數(shù)控加工中心、齒輪加工中心、切斷機(jī)床、特種加工機(jī)床、組合機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等眾多機(jī)械加工設(shè)備中，鏜銑床加工特點(diǎn)：加工過(guò)程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)），在實(shí)踐中具有“萬(wàn)能機(jī)床”的稱(chēng)號(hào)[1]。
鏜銑床主要是刀具在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它主要是用來(lái)加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工[2]。
1.2數(shù)控鏜銑床概述和結(jié)構(gòu)組成
數(shù)控鏜銑床也稱(chēng)“加工中心”機(jī)床，是一種新型機(jī)床，是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的點(diǎn)位-直線(xiàn)數(shù)字控制機(jī)床。工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的鉆、銑、鏜、鉸、攻絲等多種工序的加工，有立式和臥式之分。在機(jī)械零件中，箱體類(lèi)零件占相當(dāng)大的比重，例如變速箱、氣缸體、氣缸蓋等[3]。這類(lèi)零件往往重量較大，形狀復(fù)雜，加工的工序多。如果能在一臺(tái)機(jī)床上，一次裝夾自動(dòng)地完成大部分工序，對(duì)于提高生產(chǎn)率，提高加工質(zhì)量和自動(dòng)化程度將有很大的意義。箱體類(lèi)零件的加工工序，主要是銑端面和鉆孔、攻螺紋、鏜孔等孔加工。
因此，數(shù)控鏜銑床集中了鉆床、銑床和鏜床的功能，有下列特點(diǎn)：
a. 工序集中 集中了銑削和不同直徑的孔加工工序。
b. 自動(dòng)換刀 按預(yù)定加工程序，自動(dòng)地把各種刀具換到主軸上去，把用過(guò)的刀具換下來(lái)。因此，要有刀庫(kù)、換刀機(jī)械手等。
c. 精度高 各孔的中心距全靠各坐標(biāo)的精度來(lái)保證，不用鉆、鏜模。有的機(jī)床，還有自動(dòng)轉(zhuǎn)位工作臺(tái)，用來(lái)保證各孔各面間的角度。鏜孔時(shí)，
36
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
還可先鏜這個(gè)壁上的孔，然后工作臺(tái)轉(zhuǎn)180度，再鏜對(duì)面壁上的孔。兩孔要保證達(dá)到一定的同軸度。
1.2.1 數(shù)控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成
a. 機(jī)床本體 數(shù)控鏜銑床常按主軸在空間所處的狀態(tài)，分為立式數(shù)控鏜銑床和臥式數(shù)控鏜銑床。機(jī)床本體是用來(lái)支撐機(jī)床的工作以達(dá)到加工生產(chǎn)目的，主要由床身和立柱組成。
b. 主軸結(jié)構(gòu) 主軸部件既要滿(mǎn)足精加工時(shí)精度較高的要求，又要具備粗加工時(shí)高效切削的能力，因此在旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形等方面，都有很高的要求。在布局結(jié)構(gòu)方面，對(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控鏜銑床，其主軸部件除主軸、主軸軸承和傳動(dòng)件等一般組成部分外，還有刀具自動(dòng)加緊、主軸自動(dòng)準(zhǔn)停和主軸裝刀孔吹凈等裝置。
c. 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái) 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可以進(jìn)行任意角度定位，它的功用有兩個(gè)：一是使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，二是使工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。
d. 換刀裝置 數(shù)控鏜銑床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。其主要有刀庫(kù)、橫梁升降機(jī)構(gòu)、滑座伸縮機(jī)構(gòu)、手架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、裝刀手和卸刀手組成。
e. 機(jī)床導(dǎo)軌 導(dǎo)軌主要用來(lái)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方叫支撐導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支撐導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[4]。
1.3國(guó)內(nèi)外研究情況
當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[3,s]。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，己形成一條無(wú)形戰(zhàn)線(xiàn)，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，各方用戶(hù)提出更多需求，早己成為四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶(hù)、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國(guó)加入WTO后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，今后如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)[5]。
隨著數(shù)控鏜銑床的發(fā)展，機(jī)床附件行業(yè)必須有與之相配套的產(chǎn)品，要能跟得上數(shù)控鏜銑床的步調(diào)，數(shù)控鏜銑床競(jìng)爭(zhēng)是激烈的，機(jī)床附件行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也是激烈的，但惡性的競(jìng)爭(zhēng)終將給行業(yè)帶來(lái)黑暗，機(jī)床附件行業(yè)急需公平的良性競(jìng)爭(zhēng)[6]。?
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
我國(guó)機(jī)床的功能部件雖然從“小件"、“配套件"的地位提升到“關(guān)鍵崗位"并受到重視，但一直是在“重主機(jī)、輕配套"，“重洋輕土"這樣的大環(huán)境中逆水行舟、艱難成長(zhǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)我們對(duì)功能部件關(guān)注不夠，在功能部件上無(wú)所作為很難使我們的機(jī)床產(chǎn)業(yè)上一個(gè)臺(tái)階，購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的功能部件只能使我們的產(chǎn)業(yè)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力[7]?。
我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)是土生土長(zhǎng)的民族工業(yè)，有著40多年的發(fā)展歷史，行業(yè)雖?。s60多家企業(yè)）卻有一批從上世紀(jì)60年代“精密機(jī)床全國(guó)會(huì)戰(zhàn)"中成長(zhǎng)起來(lái)的骨干企業(yè)。在生產(chǎn)規(guī)模、硬件設(shè)施等方面與國(guó)外同行不相上下。再加上近幾年出現(xiàn)的一批新生的企業(yè)，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，我們應(yīng)為機(jī)床附件行業(yè)提供一個(gè)好的公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。這才能促進(jìn)行業(yè)更進(jìn)一步發(fā)展。?
最近幾年，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展，裝備制造業(yè)的振興以及整個(gè)制造業(yè)技術(shù)升級(jí)和國(guó)防現(xiàn)代化需求加大，在固定資產(chǎn)投資較快增長(zhǎng)的拉動(dòng)下，我國(guó)機(jī)床附件工具市場(chǎng)呈現(xiàn)產(chǎn)需兩旺的態(tài)勢(shì)，代表裝備制造業(yè)先進(jìn)水平的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)更是乘勢(shì)而上[8]。
強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求拉動(dòng)，促使國(guó)內(nèi)機(jī)床工具行業(yè)出現(xiàn)了產(chǎn)銷(xiāo)暢旺的局面，機(jī)床附件行業(yè)在強(qiáng)大的需求之下也是如虎添翼，奮力前進(jìn)[9]?。
1.4本課題研究的主要內(nèi)容
1.4.1本課題研究的主要內(nèi)容
a. 了解刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)的性能要求；
b. 了解刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀機(jī)構(gòu)的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析；
c. 設(shè)計(jì)指標(biāo)：回轉(zhuǎn)油缸擺動(dòng)，帶動(dòng)手架回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主軸和刀庫(kù)間的換刀動(dòng)作，手臂沿手臂座移動(dòng)，完成拔刀和插刀動(dòng)作；
d. 應(yīng)用CAD系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)零件和裝配建模和仿真
1.4.2研究方案
a. 明確文章的研究?jī)?nèi)容，確定研究對(duì)象；
b. 大量收集并查閱相關(guān)資料，力求條理清晰。
1.4.3研究方法
a. 堅(jiān)持很好地全部閱讀指導(dǎo)教師指定的參考資料、文獻(xiàn)，并閱讀了較多的自選資料和較多的外文資料，積極開(kāi)展調(diào)研論證；
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
b. 充分利用時(shí)間，提前學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)軟件，能夠熟練運(yùn)用CAD 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、加工等操作，使產(chǎn)品提前得到的方案可行性設(shè)計(jì)。
c. 采用同其它同等機(jī)械類(lèi)設(shè)備的類(lèi)比，方案比較等方法，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用特征及現(xiàn)有的物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、人力等條件，以所學(xué)的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，按照工業(yè)機(jī)械手工作的一般過(guò)程、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。借鑒以往相似設(shè)備的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)然后對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)算，修正，直至達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的目的。其中對(duì)于機(jī)械手設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析解決，確保整個(gè)設(shè)計(jì)方案的可行性和最佳性[10]。
圖1.1 刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀
自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置,主要由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置幾部分組成。機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置是兩個(gè)關(guān)鍵部分,根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同,自動(dòng)換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機(jī)構(gòu)復(fù)合式,其中以凸輪式用得較多[11]。
圖1.2刀庫(kù)機(jī)械手回轉(zhuǎn)與裝卸刀
機(jī)械手回轉(zhuǎn)及裝刀、卸刀機(jī)構(gòu)，是用于主軸和刀庫(kù)間的裝刀、卸刀的換刀裝置?；剞D(zhuǎn)油缸15擺動(dòng)，帶動(dòng)手架3回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)向主軸和刀庫(kù)換刀的動(dòng)作。當(dāng)拔刀油缸7通入壓力油時(shí)，缸體連同手臂8沿手臂座22移動(dòng)，完成拔刀和插刀動(dòng)作。手臂8靠十字交叉滾子在手臂8的V字型導(dǎo)軌上移動(dòng)。
2 總體方案的確定
2 總體方案的確定
2.1主要技術(shù)參數(shù)
a. 刀庫(kù)容量：4-6
b. 選刀方式：順序選刀
c. 重復(fù)精度： 5"
數(shù)控臥式鏜銑床主要由床身、升降臺(tái)、工作臺(tái)、立銑頭、鏜頭、主傳動(dòng)、主變速、拉刀機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等部分組成。機(jī)床本身并不帶自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置作為一套獨(dú)立的、完整的機(jī)床部件，設(shè)計(jì)依據(jù)是該機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類(lèi)和數(shù)量等。
2.2自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)
在銑削輪廓時(shí)，為了保證一次連續(xù)地加工出全部表面，應(yīng)選用半徑小于工件最小輪廓半徑的刀具，而在實(shí)際的生產(chǎn)加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因?yàn)榇笾睆姐姷秳傂院茫陀枚雀?。由?shù)控臥式鏜銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當(dāng)銑切鋼時(shí)，銑刀直徑為10 mm。當(dāng)銑灰鑄鐵時(shí)，銑刀直徑達(dá)25mm。因此，為了滿(mǎn)足該機(jī)床的實(shí)際加工能力與生產(chǎn)情況，在設(shè)計(jì)其自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來(lái)設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)的換刀裝置能交換25mm的刀具。
初估最大直徑刀具的重量為8kg。
2.3確定數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀裝置的形式
數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機(jī)床的種類(lèi)、工藝范圍以及刀具的種類(lèi)和數(shù)量等。
由于數(shù)控臥式鏜銑床是一種使用范圍較廣的機(jī)床，且其可加工零件的精度要求也較高，比較上章介紹的幾種換刀形式，決定選用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀形式。
帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置是由刀庫(kù)和刀具交換裝置（換刀機(jī)械手）組成。它是多工序數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的換刀裝置，其整過(guò)換刀過(guò)程比較復(fù)雜。首先把加工過(guò)程中需要使用的全部刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，在機(jī)床外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式裝入刀庫(kù)。換刀時(shí)，先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀，
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由機(jī)械手從刀庫(kù)和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊刀放回刀庫(kù)。存放刀具的刀庫(kù)可具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為獨(dú)立部件安裝在機(jī)床以外。
數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱上方?jīng)]有好的安裝位置，安裝在機(jī)床外又要增加刀具運(yùn)輸時(shí)間，降低效率，所以安裝在機(jī)床側(cè)面最合適，有些部件交錯(cuò)的地方，作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因?yàn)閿?shù)控臥式鏜銑床外形及其他性能參數(shù)等均與JCS—018A數(shù)控立式鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動(dòng)刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效JCS—018A數(shù)控立式鏜銑床換刀裝置，設(shè)計(jì)成由由盤(pán)式刀庫(kù)和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。設(shè)計(jì)增加自動(dòng)換刀裝置后的數(shù)控臥式鏜銑床的外觀(guān)圖如圖2.1所示。
圖2.1 數(shù)控臥式鏜銑床的外觀(guān)圖
3 機(jī)械手
3 機(jī)械手
3.1機(jī)械手的組成
機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關(guān)系如下圖：
3.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)
a. 手部
手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸屈手腕，開(kāi)閉手指?！?
本課所指的機(jī)械手僅需開(kāi)閉手指。
機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指，分為無(wú)關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。本課所做的機(jī)械手采用二指形狀。
b. 手臂
手臂有無(wú)關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分。
本課所做的機(jī)械手的手臂采用無(wú)關(guān)節(jié)臂。
手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位。
本課題所做的機(jī)械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三個(gè)方向的定位均采用行程開(kāi)關(guān)控制，以保證定位的精度。
總括機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)直線(xiàn)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此，它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線(xiàn)油缸、擺動(dòng)油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等?！?
軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。
3.1.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種，液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以液壓氣，動(dòng)用的最多，占90％ 以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少?！?
液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、
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馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無(wú)級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高?！?
氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6 ， 個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到 8-10 個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡(jiǎn)單， 成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤(rùn)滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹?！?
為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)?！?
電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多。現(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，有的采用直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。
電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡(jiǎn)單 ，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大，缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢?！?
機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低，缺點(diǎn)是不易調(diào)整。本課題所做的機(jī)械手采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的上升、下降方面。采用手臂的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、手臂的夾緊、放松方面?！ ?
3.1.3控制系統(tǒng)
機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間和加速度等?！?
控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。 它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作 。
3.1.4課題工作要求
a. 用途
在給定的程序指令下，配合刀庫(kù)和臥式鏜銑床，簡(jiǎn)稱(chēng)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)所有加工工序的自動(dòng)裝、卸刀。
b. 規(guī)格參數(shù)
抓重： 20kg
自由度數(shù)： 4
坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo)
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手架運(yùn)動(dòng)參數(shù)：
拔、插刀行程（即滑座伸縮 z）： 155mm（最大180mm）
升降行程（即找刀排 y ）： （刀排間垂直方向距離為
4 2 0 毫米）共四排
回轉(zhuǎn)角度（w）： 180o
裝\ 卸刀手手臂伸縮行程（x）： 195mm
手指夾持刀柄的直徑： 100mm
位置檢測(cè)與定位方式：
滑座伸縮、手架會(huì)裝和裝、卸刀手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)采用行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè)，有擋塊（或活塞與端蓋）定位。手架升降運(yùn)動(dòng)采用無(wú)觸電行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè)，并控制三位四通閥適時(shí)“關(guān)閉”來(lái)定位。
緩沖方式 ：
滑座伸縮、裝卸刀手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)采用油缸端部節(jié)流緩沖，手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用轉(zhuǎn)換不同尺寸的出油口增加背壓減速緩沖，手架升降運(yùn)動(dòng)采用無(wú)觸點(diǎn)行程
開(kāi)關(guān)發(fā)信，切斷油路緩速緩沖。
驅(qū)動(dòng)方式： 液壓
控制方式： 數(shù)字控制
3.2機(jī)械手手部的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.2.1機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算
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a. 手抓的力學(xué)分析
(a) (b)
1 ——手指 2——銷(xiāo)軸 3 ——杠桿
圖3.1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析
在杠桿3的作用下,銷(xiāo)軸2向上的拉力為 F ,并通過(guò)銷(xiāo)軸中心O點(diǎn),兩手指1的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸的反作用力為 F和F1 其力的方向垂直于滑槽的中心線(xiàn) OO1和OO2 并指向O點(diǎn),交F1和 F2的延長(zhǎng)線(xiàn)于A(yíng)及 B。
由 得
得
由，
(3.1)
式中 a ——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱(chēng)中心的距離（mm）
α ——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。
由分析可知： 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 F 一定時(shí)，α角增大，則握力FN也隨之增大，但α角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大,以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好α=30 o—4 0 o。
3.2.2夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算
手指加在工件上的夾緊力,是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。 必須對(duì)大小、 方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō),需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷,以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài) 。
手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：F≥K1K2K3G
式中 K1——安全系數(shù),通常 1.0——2.0；
K2——工作情況系數(shù),主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦溃渲衋，重力方向的最大上升加速度：；
vmax——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度
t響——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間,一般選取 0.03——0.5s；
K3——方位系數(shù),根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇?！?
G ——被抓取工件所受重力（N）。
表3.2 液壓缸的工作壓力
作用在活塞上外力 F(N)
液壓缸工作壓力Mpa
作用在活塞上外力 F(N)
液壓缸工作壓力Mpa
小于50000
0.8-1
20000-30000
2.4-4.0
5000-10000
1.5-2.0
30000-50000
4.0-5.0
10000-20000
2.5-3.0
50000以上
5.0-8.0
計(jì)算：設(shè)a=100mm，b=50mm，10o<α<40o； 機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 0.5s， 求夾緊力FN和驅(qū)動(dòng)力F和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。
a. 設(shè)K1=1.5
(3.2)
根據(jù)公式，將已知條件帶入 ：
b. 根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：
c. 取=0.85
d. 確定液壓缸直徑D
選取活塞桿直徑 d=0.5D選擇液壓缸壓力油工作壓力p=0.8-1Mpa；
(3.3)
根據(jù)表 3.2（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為D=63mm；
則活塞桿內(nèi)徑為：
D=630.5=31.5，選取d=32mm
3.2.3機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算
機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高，重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力
機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度 (由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定)，而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。 特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差。
該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。
機(jī)械手的夾持范圍為 80mm-180mm；
一般夾持誤差不超過(guò) 1mm分析如下：
工件的平均半徑:
手指長(zhǎng) l=100mm，取V型夾角2θ=120o
偏轉(zhuǎn)角β按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：
計(jì)算：
當(dāng)S時(shí)帶入有：
(3.4)
夾持誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3.2.4 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。計(jì)算過(guò)程如下。
a. 選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力；
b. 選擇旋繞比C=8，則
c. 根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑 D=42mm估算彈簧絲直徑
d. 試算彈簧絲直徑:
e. 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)：
選擇標(biāo)準(zhǔn)為 n =3，彈簧的總?cè)?shù)n1=n+1.5=3+1.5=4.5圈
f. 最后確定D=42mm，d=7mm，D1=D-d=42-7=35mm
D2=D+d=42+7=49mm
g. 對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算
對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí),則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比， 本設(shè)計(jì)彈簧是 2端自由，根據(jù)下列選?。?
當(dāng)兩端固定時(shí)，b ≤5.3，當(dāng)一端固定：一端自由時(shí)，3b ≤7 ， 當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，b ≤2.6 。結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧 b = 1.76 ≤2.6 ，因此彈簧穩(wěn)定性合適。
h. 疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算
對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧 ，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算 ，如果變載荷的作用次數(shù) N ≤103， 或者載荷變化幅度不大時(shí)（可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）?！?
現(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式
Ss選取 1.3-1.7（力學(xué)性精確能高）
結(jié)論：經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng) 。
3.3機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.3.1腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇
a. 典型的腕部結(jié)構(gòu)
(1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 它具有結(jié)構(gòu)緊湊 、 靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力，克服啟動(dòng)慣性所用。回轉(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定，（一般小于270o）。
(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于270o 的情況下 ，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。
(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。
(4) 機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。
b. 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇
本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)180o，綜合以上的分析考慮到各種因素， 腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu) ，采用液壓驅(qū)動(dòng)。
3.3.2腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算
a. 腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)
夾取工件重量 60Kg回轉(zhuǎn)o
b. 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算
（1） 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩M慣。
（2） 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩M摩。
夾取棒料直徑 100mm長(zhǎng)度1000mm重量 60Kg當(dāng)手部回轉(zhuǎn)
180 o時(shí)，計(jì)算力矩：
1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體?高為220mm直徑120mm其重力估算G=3.14
2） 擦力矩 M摩=0.1 m 。
3） 啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度φ啟=18o=3.14rad，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω= 2.616 s2。
(3.5)
查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有：
代入：
c. 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算
表3.3 腕部驅(qū)動(dòng)力圖示
20
25
32
40
50
55
63
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
125
130
140
160
180
200
250
設(shè)定腕部的部分尺寸:根據(jù)表設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=110mm外徑根據(jù)表 選擇121mm這個(gè)是液壓缸壁最小厚度,考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后,其外徑為 226mm動(dòng)片寬度 b=66mm輸 出 軸 r=22.5mm基本尺寸示如圖所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，
選擇8Mpa
圖3.4 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意
表3.5 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 （JB1068-67）（mm）
液壓缸內(nèi)徑
40
50
63
80
90
100
110
125
140
150
160
20 鋼 p
50
60
76
95
108
121
133
168
146
180
194
45 鋼
50
60
76
95
108
121
133
168
146
180
194
180
200
219
245
219
245
3.3.3液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算
圖3.6 缸蓋螺釘間距示意
表3.7 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系
工作壓力p(Mpa)
螺釘?shù)拈g距t（mm）
0.5~1.5
小于150
1.5~2.5
小于120
2.5~5.0
小于100
5.0~10.0
小于80
缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見(jiàn)表，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力
計(jì)算：
液壓缸工作壓強(qiáng)為p= 8Mpa， 所以螺釘間距 t小 于 80mm，試 選 擇 8個(gè)螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個(gè)
危險(xiǎn)截面
所以， (3.6)
=7908.875N
k=1.5--1.8
=1.57908.8=11863.3N
所以，
螺釘材料選擇Q235，則
螺釘直徑：
螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=16mm
3.4臂部
臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部,并改變手部在空間的位置。機(jī)械手的臂部一般具有2 ~ 3個(gè)自由度，即伸縮、回旋、俯仰或升降，專(zhuān)用機(jī)械手的臂部一般具有 1~2 個(gè)自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)或直移。臂部總重量較大，受力一般較復(fù)雜，在運(yùn)動(dòng)時(shí)，直接承受腕部、手部和工件(或工具)的靜、 動(dòng)載荷，尤其高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生較大的慣性力(或慣性距)，引起沖擊，影響定位的準(zhǔn)確性。臂部運(yùn)動(dòng)部分零部件的重量直接影響著臂部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。專(zhuān)用機(jī)械手的臂部一般直接安裝在主機(jī)上，機(jī)械手的臂部一般與控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一起安裝在機(jī)身，(即機(jī)座)上，機(jī)身可以是固定的，也可以是行走式的、即可沿地面或?qū)к壱苿?dòng)。
臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、抓取重量、動(dòng)作自由度、運(yùn)動(dòng)精度等因素來(lái)確定。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及倒向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素 ，它們分別是，剛度要大，倒向性要好，偏重力矩要小，運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高 。
3.4.1臂部結(jié)構(gòu)形式
機(jī)械手的臂部結(jié)構(gòu)一般包括臂部伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或升降等運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)以及與其有關(guān)的結(jié)構(gòu)，如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐連接件和位置檢測(cè)元件等。此外還有與腕部連接的有關(guān)構(gòu)件及配管、線(xiàn)等。下面介紹一些臂部結(jié)構(gòu)。
a. 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)，其臂部具有回轉(zhuǎn)、升降、伸縮自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒條缸驅(qū)動(dòng)齒輪回轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降與伸縮分別由升降油缸和伸縮油缸驅(qū)動(dòng)。
b. 極坐標(biāo)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)，臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)為齒輪齒條缸結(jié)構(gòu)，臂俯仰、臂伸縮均采用直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)油缸。
c. 多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)，這種類(lèi)型的 機(jī)械手多用于噴漆，故也稱(chēng)為噴漆機(jī)器人。 其臂部有回轉(zhuǎn)、 俯仰和前后移動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為齒輪齒條缸結(jié)構(gòu)，俯仰和前后運(yùn)動(dòng)均采用鉸鏈油缸驅(qū)動(dòng)。
d. 臂部伸縮運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，用鋼管做成伸縮臂，由活塞桿帶動(dòng)齒輪沿固定齒條滾動(dòng)而產(chǎn)生伸縮運(yùn)動(dòng) ，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，易于實(shí)現(xiàn)較大行程和速度，它的行程和速度的大小與齒輪的直徑大小有關(guān)。
e. 臂部俯仰運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，一般采用鉸接油（氣）缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉸接油（氣）缸位于手臂下方，活塞桿與手臂之間用鉸鏈連接，缸體與立柱之間用耳叉銷(xiāo)軸等方式連接。
f. 臂部回轉(zhuǎn)及升降運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，可采用齒條缸與升降缸實(shí)現(xiàn)臂回轉(zhuǎn)和升降，臂回轉(zhuǎn)還可用回轉(zhuǎn)缸與行星齒輪傳動(dòng)，鏈條鏈輪傳動(dòng)。
g. 臂部復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是將一個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)分解為1 ~ 3個(gè)運(yùn)動(dòng)，并能依合成運(yùn)動(dòng)的形式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。在一些專(zhuān)用機(jī)械手中常采用行星齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)及連桿機(jī)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)臂部的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。
3.4.2 臂部運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置
臂部的導(dǎo)向裝置，機(jī)械手的手臂伸縮及升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上常設(shè)置導(dǎo)向裝置 ，其目的是：
a. 防止移動(dòng)部件在伸縮及升降時(shí)產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手臂運(yùn)動(dòng)方位的準(zhǔn)
確性。
b. 增大移動(dòng)部件的剛性， 減少移動(dòng)部件由于自重與抓取重量所引起的變形和位移。
c. 承受移動(dòng)部件的部分自重和抓取工件（或工具）的部分重量。
導(dǎo)向裝置一般根據(jù)臂部的安裝形式、具體的結(jié)構(gòu)及抓取重量等因素來(lái)確定，就導(dǎo)向裝置而言，其導(dǎo)向精度、剛度和耐磨性對(duì)機(jī)械手的精度和其它工作性能影響很大，在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分注意。這里僅就幾種特殊形式作一簡(jiǎn)單介紹：
(1) 單導(dǎo)向桿式 單導(dǎo)向桿一般配置在驅(qū)動(dòng)油（氣）缸體的一側(cè)或活塞桿內(nèi)。放在活塞桿內(nèi)時(shí)，雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但是工藝性比較差。單導(dǎo)向桿導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、重量輕、摩擦力小，但是承載能力較低 ，剛性差，而且導(dǎo)向桿內(nèi)走管通道少。一般用于較小型的機(jī)器人。
單導(dǎo)向桿一般采用實(shí)心圓桿 、方桿、 空心圓桿、花鍵軸等。方桿比圓桿剛性好，但加工比較困難。
(2) 雙導(dǎo)向桿式 雙到向桿一般對(duì)稱(chēng)配置在驅(qū)動(dòng)油（氣）缸兩側(cè)。這種形式受力情況好、剛性大，可承受重載，導(dǎo)向桿內(nèi)部走管道多，便于油路配置 。但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，不利于回轉(zhuǎn)定位。雙導(dǎo)向桿一般采用圓桿，以便內(nèi)部通走管。
(3) 導(dǎo)軌式 導(dǎo)軌式的形式較多，其共同特點(diǎn)是剛性好，工作平穩(wěn)、導(dǎo)向性能好，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。適用于負(fù)載較重、速度較低的機(jī)器人或?qū)Ｓ脵C(jī)械手。
(4) 滾珠花鍵式 焊接結(jié)構(gòu)的軸套前端固接一個(gè)循環(huán)滾珠套， 套內(nèi)裝有若干鋼珠，并設(shè)有保持架。滾珠花鍵軸的圓弧性花鍵槽與其中一部分鋼珠配合 ，軸套的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)循環(huán)滾珠套及鋼珠傳給花鍵軸，花鍵軸在隨手臂移動(dòng)時(shí)便帶動(dòng)鋼珠滾動(dòng)并自行循環(huán)，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦代替普通花鍵軸的滑動(dòng)摩擦。這種結(jié)構(gòu)摩擦阻力小，定向精度高，移動(dòng)速度快，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本高。
臂部具有3個(gè)自由度、即升降、回轉(zhuǎn)、伸縮運(yùn)動(dòng)。臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、抓取重量、動(dòng)作自由度、運(yùn)動(dòng)精度等因素來(lái)確定。為了防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂要有足夠的剛度，導(dǎo)向性要好，偏重力矩要小，運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，定位精度要高，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)一對(duì)內(nèi)齒輪實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伸縮運(yùn)動(dòng)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由斜齒輪帶動(dòng)螺桿、螺母作相對(duì)的移動(dòng)，使手臂能靈活地伸縮。升降運(yùn)動(dòng)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)絲杠與滾珠的回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)外殼體在機(jī)座外側(cè)表面作相對(duì)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的升降。
在手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，手臂的重量通過(guò)大齒輪由交叉軸承。該軸承是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的止推軸承特制設(shè)計(jì)的，8320型屬此種。8320 的額定運(yùn)載荷是 21700ckN，額定靜載荷是57200ckN，完全可以滿(mǎn)足許用條件要求。該軸承的內(nèi) 、外圈都可有螺孔以聯(lián)接用，并且在淬火之前銑一外圈的鍵槽和大齒輪進(jìn)行周向固定。
特制的交叉滾珠軸承結(jié)構(gòu)尺寸如下： d=140.0mm
D=287.0mm
B=54.0mm
潤(rùn)滑方式 ：脂潤(rùn)滑?！?
機(jī)座：是機(jī)械手用來(lái)手臂部件，并安裝驅(qū)動(dòng)裝置與其它裝置的部件，故穩(wěn)定性要好，且滿(mǎn)足足夠的剛度，機(jī)座為φ7 0 0 的尺寸，足夠滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)。
3.5機(jī)械手機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算
機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng) .這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。
3.5.1機(jī)身的整體設(shè)計(jì)
按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂180o的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),就要綜合考慮,分析。
機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分 。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：
a. 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線(xiàn)長(zhǎng)，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。
b. 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。
c. 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu) 手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。
分析：
經(jīng)過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來(lái)固定，下短蓋與連接地面的的
底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過(guò)花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過(guò)兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)180o。
3.5.2機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
a. 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算
手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩M驅(qū) ，應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M慣及各密封裝置處的摩擦阻力矩M阻 相平衡。
M驅(qū)=M慣+M阻+M回
慣性力矩的計(jì)算
. (3.6)
式中 ?ω ——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（ rad s ），在起動(dòng)過(guò)程中
?ω = ω ，? t ——起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間(s).
J0——手臂回轉(zhuǎn)部件(包括工件)對(duì)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(N·m·s2 ) 。 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為ρ，則
(3.7)
式中 Jc——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
(3.8)
回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長(zhǎng)1800mm直徑為 60mm的圓柱體,質(zhì)量為159.2Kg設(shè)置起動(dòng)角度ω=18o則起動(dòng)角速度 ?ω =0.314rad s，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.1s。
密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下M阻=0.03M驅(qū)由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)。
經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算M驅(qū)=4839.5N·m·s2
b. 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定
設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬 60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為8Mpa。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè) d=50mm 則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算：
D=151mm
既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為 150mm， 根據(jù)表 選擇液壓缸的基本外徑尺寸 180mm（不是最終尺寸），再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮。
c. 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算
根據(jù)表3.7所示，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為 8Mpa 所以螺釘間距t 小于 80mm,根據(jù)初步估算,
，所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為(一個(gè)面 6個(gè)，兩個(gè)面是12個(gè))。
危險(xiǎn)截面
所以，
K=1.5-1.8
=1.520933=31400N
螺釘材料選擇 Q235，則
(n=1.2---2.5)
螺釘?shù)闹睆?
螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=20mm 選擇 M20 的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。
經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算,需要螺釘來(lái)連接，最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖3.9所示，內(nèi)徑為150mm外徑為230mm輸出軸徑為50mm。
圖3.8 回轉(zhuǎn)缸的截面圖
3.6自動(dòng)換刀機(jī)械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
圖3.9 滑塊旋轉(zhuǎn)
機(jī)械手由滑座1、活塞桿2、轉(zhuǎn)柱3、回轉(zhuǎn)油缸4、滾珠組5，滾柱按十字交叉位置放置、預(yù)緊螺釘6、定位螺釘7、定位塊8和V形導(dǎo)軌9組成。 滑座伸縮，當(dāng)有關(guān)13、14分別想滑座1上的油缸兩腔同壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)滑座，因活塞桿2固定在橫梁上，使滑座在十字交叉放置的滾柱和V形滾動(dòng)導(dǎo)軌9上往復(fù)運(yùn)動(dòng)高壓注意呼吁帶動(dòng)手架來(lái)完成撥、插刀運(yùn)動(dòng)。親行程位置的檢測(cè)由安裝在橫梁上的行程開(kāi)關(guān)完成。在活塞桿2上的活塞兩端加工成圓錐形，配合油缸端部其節(jié)流緩沖作用。
圖3.10 滑塊伸縮
手架回轉(zhuǎn)：當(dāng)油管15、16分別通壓力油回轉(zhuǎn)到油缸4的兩腔時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片連同轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)平鍵使轉(zhuǎn)柱3和手架回轉(zhuǎn)。其回轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)由行程開(kāi)關(guān)發(fā)，并用定位螺釘7和定位塊8來(lái)定位。
該手架在圖示位置剖面為手架轉(zhuǎn)向主軸時(shí)的位置。回轉(zhuǎn)油缸的端蓋進(jìn)出油口分別有3對(duì)即a、b、c和a’b’c’,當(dāng)接到手架轉(zhuǎn)向刀庫(kù)指令后，三位四通電磁滑閥換向油管16進(jìn)壓力油從油孔c’進(jìn)到回轉(zhuǎn)油缸工作腔使動(dòng)片啟動(dòng)一定角度后動(dòng)片將油孔c’打開(kāi)進(jìn)油，快速回轉(zhuǎn)，回有腔油液從a、b孔排出動(dòng)片將油孔出a’打開(kāi)進(jìn)油，快速回轉(zhuǎn)，回油腔油液從a、b孔排出，待將a打開(kāi)進(jìn)油，快速回轉(zhuǎn)，回油腔油液從a、b孔排出，動(dòng)片回轉(zhuǎn)速度降下來(lái)以達(dá)到減速緩沖。減速度的大小可通向回轉(zhuǎn)油缸端蓋上的調(diào)節(jié)螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4刀具交換裝置的設(shè)計(jì)
4 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)
數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中,實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱(chēng)為刀具交換裝置。刀具的交換方式通常分為兩種: 一種是采用機(jī)械手交換刀具, 另一種是由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具交換即無(wú)機(jī)械手交換刀具。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由數(shù)控臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)特性決定難以實(shí)現(xiàn)由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式。
機(jī)械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)工步后，把這一工步的刀具送回刀庫(kù)，并把下一道工步的所需的刀具從刀庫(kù)中取出并裝入主軸繼續(xù)加工的功能部件。對(duì)機(jī)械手的具體要求是迅速可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。
4.1換刀機(jī)械手抓刀部分結(jié)構(gòu)
如圖4-1所示機(jī)械手抓刀部分結(jié)構(gòu)。它主要由手臂1和固定于其兩端的結(jié)構(gòu)完全相同的兩個(gè)手爪1組成。手爪上握刀的圓弧部分有一錐銷(xiāo)2，機(jī)械手抓刀時(shí)，該銷(xiāo)插入刀柄的鍵槽中。
1-手爪； 2-錐銷(xiāo)； 3-手臂； 4、5-彈簧； 6-活動(dòng)銷(xiāo)； 7-長(zhǎng)銷(xiāo)； 8-鎖緊銷(xiāo)
圖4.1 機(jī)械手臂與手爪
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
當(dāng)機(jī)械手由原位轉(zhuǎn)75°抓住刀具時(shí)，兩手爪上的長(zhǎng)銷(xiāo)7分別被主軸前端面和刀庫(kù)上的擋塊壓下，使軸向開(kāi)有長(zhǎng)槽的活動(dòng)銷(xiāo)6在彈簧4的作用下右移頂住刀具。機(jī)械手拔刀時(shí)，長(zhǎng)銷(xiāo)7與擋塊脫離接觸，鎖緊銷(xiāo)8被彈簧5彈起，使活動(dòng)銷(xiāo)頂住刀具不能后退，這樣機(jī)械手在回轉(zhuǎn)180°時(shí)，刀具不會(huì)被甩出。當(dāng)機(jī)械手上升插刀時(shí)，兩長(zhǎng)銷(xiāo)7又分別被兩擋塊壓下，鎖緊銷(xiāo)從活動(dòng)銷(xiāo)孔中退出，松開(kāi)刀具，機(jī)械手便可反轉(zhuǎn)75°復(fù)位。
4.2機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
下圖為本設(shè)計(jì)刀庫(kù)所用采用的機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖。如前述刀庫(kù)結(jié)構(gòu)，刀套向下轉(zhuǎn)90°后，壓下行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出機(jī)械手抓刀信號(hào)。此時(shí)，機(jī)械手21正處在圖中所示的上面位置，液壓缸18右腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)齒條17向左移動(dòng)，帶動(dòng)齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)（連接盤(pán)與齒輪11用螺栓連接，它們空套在機(jī)械手臂軸16上，傳動(dòng)盤(pán)10與機(jī)械手臂軸16用花鍵連接），使機(jī)械手回轉(zhuǎn)75°抓刀。抓刀動(dòng)作結(jié)束進(jìn)，齒條17上的擋環(huán)12壓下行程開(kāi)關(guān)14，發(fā)出拔刀信號(hào)，于是升降液壓缸15的上腔通壓力油，活塞桿推機(jī)械手臂軸16下降拔刀。在軸16下降進(jìn)，傳動(dòng)盤(pán)10隨之下降，其下端的銷(xiāo)子8插入連接盤(pán)5的銷(xiāo)孔中，連接盤(pán)5和下面的齒輪4也是用螺栓連接的，它們空套軸16上。當(dāng)拔刀動(dòng)作完成后，軸16上的擋環(huán)2壓下行程開(kāi)關(guān)1，發(fā)出換刀信號(hào)。這時(shí)轉(zhuǎn)位液壓缸20的右腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)齒條19向左移動(dòng)，帶動(dòng)齒輪和
1、3、7、9、13、14-行程開(kāi)關(guān)； 2、6、12-擋環(huán)； 4、11-齒輪；5-連接盤(pán)； 8-銷(xiāo)子； 10-傳動(dòng)盤(pán)； 15-升降液壓缸； 16-機(jī)械手臂油； 17、19-齒條； 18、20-轉(zhuǎn)位液壓缸； 21-機(jī)械手。
圖4.1機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖
連接盤(pán)5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)銷(xiāo)子8，由傳動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)180°，交換主軸上和
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
刀庫(kù)上的刀具位置。換刀動(dòng)作完成后，齒條19上的擋環(huán)6壓下位置開(kāi)關(guān)9，發(fā)出插刀信號(hào)，使升降油缸下腔通壓力油，活塞桿帶著機(jī)械手臂軸上升插刀，同時(shí)傳動(dòng)盤(pán)下面的銷(xiāo)子8從連接盤(pán)5的銷(xiāo)孔中移出。插刀動(dòng)作完成后，軸16上的擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān)3，使轉(zhuǎn)位油缸20的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條19向右復(fù)位，齒輪4空轉(zhuǎn)，機(jī)械手無(wú)動(dòng)作。齒條19復(fù)位后其上擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān)7，使液壓缸18的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條17向右移動(dòng)，通過(guò)齒輪11使機(jī)械手反轉(zhuǎn)75°復(fù)位。機(jī)械手復(fù)位后，齒條17上的擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān)13，發(fā)出換刀完成信號(hào)，使刀套向上翻轉(zhuǎn)90°，為下次選刀做好準(zhǔn)備。同時(shí)機(jī)床繼續(xù)執(zhí)行后面的操作。
4.3自動(dòng)換刀過(guò)程的動(dòng)作順序
機(jī)械手將刀具從刀庫(kù)中取出送至機(jī)床主軸上，然后將用過(guò)的舊刀送回刀庫(kù)。其動(dòng)作過(guò)程簡(jiǎn)述如下（結(jié)合如下?lián)Q刀過(guò)程示意圖4-3）：
a. 刀套下轉(zhuǎn)90°
如上圖a所示刀庫(kù)位于立柱左側(cè)，刀具軸線(xiàn)在刀庫(kù)中的安裝方向與主軸垂直。換刀前，刀庫(kù)將待換刀具送到換刀位置，然后刀套連同刀具翻轉(zhuǎn)90°，使刀具軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)平行，如圖b所示。
b. 機(jī)械手轉(zhuǎn)75°
如圖c所示，換刀機(jī)械手逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)75°，兩手爪分別抓住刀庫(kù)上和主軸上的刀柄。
c. 機(jī)械手拔刀
待主軸上自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)刀具后，機(jī)械手下降，同時(shí)拔出主軸上和刀庫(kù)上的刀具，如圖d所示。
圖4.2 自動(dòng)換到示意圖
d. 刀具位置交換
如圖e所示，機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)180°，使主軸刀具與刀庫(kù)刀具交換位置。
e. 機(jī)械手插刀
機(jī)械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫(kù)刀套中,如圖f所示。
f. 機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)75°
如圖g所示,待主軸上自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具后，機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)75°，回到原始位置。
h. 刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉(zhuǎn)90°，準(zhǔn)備下一次選刀,如圖h所示。
4.4自動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求
4.4.1 主軸準(zhǔn)停裝置
為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當(dāng)?shù)毒叩侗b入錐孔時(shí)，刀柄上的鍵槽位置必須與該鍵對(duì)準(zhǔn)才能裝入。當(dāng)機(jī)械手從刀庫(kù)取刀時(shí)，為了確保刀具其后能順利地裝入主軸錐孔中，必須使主軸準(zhǔn)確地停在刀具交換位置上。同時(shí)，由于工藝上的需要，也必須使主軸準(zhǔn)停在固定位置上。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術(shù)要求稱(chēng)為主軸準(zhǔn)停?？稍谥鬏S上安裝電氣控制的主軸準(zhǔn)停裝置以實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停功能。
4.4.1換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試
a. 換刀機(jī)械手安裝在主軸箱的左側(cè)面，加工零件時(shí)，換刀機(jī)械手隨主軸箱一起上下運(yùn)動(dòng)；
b. 當(dāng)初裝上換刀機(jī)械手后，必須進(jìn)行調(diào)試：用手動(dòng)操縱主式調(diào)整換刀機(jī)械手相對(duì)于主軸的位置，使用調(diào)整心棒，有誤差時(shí)可調(diào)整機(jī)械手行程、刀庫(kù)位置、機(jī)械手支座、修正主軸坐標(biāo)原點(diǎn)等。安裝最大重量刀具時(shí)，要進(jìn)行多次刀庫(kù)到主軸位置的自動(dòng)交換，使機(jī)械手換刀時(shí)做到準(zhǔn)確無(wú)誤，無(wú)撞擊。
5自動(dòng)換刀裝置的控制原理
5 自動(dòng)換刀裝置的控制原理
5.1刀庫(kù)的控制
刀庫(kù)的轉(zhuǎn)動(dòng)由電機(jī)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速由控制信號(hào)電壓調(diào)定。刀庫(kù)刀盤(pán)最下位置的刀套旋轉(zhuǎn)90°，使刀頭朝下，等待機(jī)械手來(lái)?yè)Q刀，是由氣缸實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)時(shí)，氣缸的活塞桿帶動(dòng)撥叉上升，最下面的一個(gè)刀套右尾部的滾子正好進(jìn)入撥叉的缺口，撥叉7上升使刀套連同刀具逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，使刀頭與主軸平行，便與換刀。當(dāng)機(jī)械手完成換刀后，發(fā)出換刀結(jié)束信號(hào)，開(kāi)始下一道工序。同時(shí)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)60°，把下一道工序刀具轉(zhuǎn)到刀庫(kù)最下端的換刀位置，做好下一次換刀準(zhǔn)備，這也縮短了輔助時(shí)間。
5.2機(jī)械手的控制
機(jī)械手的換刀動(dòng)作由液壓控制。機(jī)械手的換刀動(dòng)作分別由三個(gè)液壓缸控制，如圖5-1所示。
圖5.1 機(jī)械手液壓控制
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí),因此不同于以前的課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)的飛越.認(rèn)識(shí)到這點(diǎn),我對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.
在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計(jì)都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)就不同了，它是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過(guò)各種途徑搜集得到。
在本次設(shè)計(jì)中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識(shí)已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識(shí)，因此設(shè)計(jì)之前就對(duì)大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認(rèn)真的復(fù)
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