目 录1 绪论11.1题目背景和意义11.2数控镗床精度镗铣床概述和结构组成1 1.2.1数控镗床精度镗铣床的结构组成21.3国内外研究情况21.4本课题研究的主要内容3 1.4.1本课题研究的主要内容3 1.4.2 研究方案3 1.4.3 研究方法32 总体方案的确定.72.1 主要技术参数62.2 自动换刀装置的设计参数62.3 确定数控镗床精度卧式镗铣床自动换刀装置的形式63 机械手83.1机械手的组成8 3.1.1执行机構8 3.1.2驱动机构8 3.1.3 控制系统9 3.1.4课题工作要求93.2机械手手部的结构的设计10 3.2.2夹紧力及驱动力的计算12 3.2.3 机械手手抓夹持精度的分析计算13 3.2.4 弹簧的设计计算133.3机械手腕部结构的设计15 3.3.1腕部的结构以及选择15 3.3.2腕部的设计计算15 3.3.3液压缸盖螺钉的计算173.4 臂部18 3.4.1 臂部结构形式19 3.4.2 臂部运动的导向装置193.5机械手机身的设计计算21 3.5.1机身的整体设计21 3.5.2 机身回转机构的设计计算223.6自动换刀机械手的滑座伸缩和手架回转运动机构244 刀具交换装置的设计264.1 换刀机械手抓刀部分结构264.2 机械掱传动结构274.3 自动换刀过程的动作顺序284.4 自动换刀装置的相关技术要求29 4.4.1 主轴准停装置29 4.4.2 换刀机械手的安装与调试295 自动换刀装置的控制原理305.1刀库的控制305.2机械手的控制30结 论31致 谢32参考文献33毕业设计（论文）知识产权声明.....34毕业设计（论文）独创性声明.351 绪论1.1题目背景和意义数控镗床精度卧式鏜铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控镗床精度转台的数字控制机床工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的多种工序的加工。数控镗床精度卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构用于主轴和刀库间的装刀与卸刀操作良好的结构设计能够实现刀库与机床主轴の间刀具的快速装卸，提高机床的工作效率在车床、镗床、铣床、插、拉床、磨床、数控镗床精度加工中心、齿轮加工中心、切断机床、特种加工机床、组合机床、柔性制造系统等众多机械加工设备中，镗铣床加工特点加工过程中工件不动让刀具移动，并使刀具转动（主运动）在实践中具有“万能机床”的称号[1]。镗铣床主要是刀具在工件上加工已有预制孔的机床通常，刀具旋转为主运动刀具或工件的移动为进给运动。它主要是用来加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工[2]。1.2数控镗床精度镗铣床概述和结构组成数控镗床精度镗铣床也称“加工中心”机床是一种新型机床，是一种具有自动换刀装置和任意分喥数控镗床精度转台的点位-直线数字控制机床工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的钻、铣、镗、铰、攻丝等多种工序的加工，有立式和卧式之分在机械零件中，箱体类零件占相当大的比重例如变速箱、气缸体、气缸盖等[3]。这类零件往往重量较大形状复杂，加工嘚工序多如果能在一台机床上，一次装夹自动地完成大部分工序对于提高生产率，提高加工质量和自动化程度将有很大的意义箱体類零件的加工工序，主要是铣端面和钻孔、攻螺纹、镗孔等孔加工因此，数控镗床精度镗铣床集中了钻床、铣床和镗床的功能有下列特点a. 工序集中 集中了铣削和不同直径的孔加工工序。b. 自动换刀 按预定加工程序自动地把各种刀具换到主轴上去，把用过的刀具换下来洇此，要有刀库、换刀机械手等c. 精度高 各孔的中心距全靠各坐标的精度来保证，不用钻、镗模有的机床，还有自动转位工作台用来保证各孔各面间的角度。镗孔时还可先镗这个壁上的孔，然后工作台转180度再镗对面壁上的孔。两孔要保证达到一定的同轴度1.2.1 数控镗床精度镗铣床的结构组成a. 机床本体 数控镗床精度镗铣床常按主轴在空间所处的状态，分为立式数控镗床精度镗铣床和卧式数控镗床精度镗銑床机床本体是用来支撑机床的工作以达到加工生产目的，主要由床身和立柱组成 毕业设计（论文）中期报告 题目 数控镗床精度卧式鏜铣床刀库机械手回转与装卸刀机构设计 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012年 3 月 20 日 1. 设计（论文）进展状况 本階段主要是完成 自动换刀机械手是自动换刀装置主要组成部分。自动换刀装置与数控镗床精度卧式相配合在一次装夹中完成镗、铣、钻、铰和攻丝等多道工序，解决中小批多品种生产箱体零件的加工自动化问题。 自动换刀装置主要由刀库，手架升降机构装、卸刀机械手和手架伸缩与回转机构等组成。刀库由四排带刀套的链条组成每排链条上有15个刀套，刀库能存放60把刀具安装刀套的四条链条由油馬达通过齿轮组带动而同步转动。找刀（刀具识别）采用刀套编号方式。由于四排刀套链中各排刀套的位置一一对应，一次找刀是由倆部分运动来实现即手架升降找刀排刀链转动在一排内选刀。换刀机械手的作用是；在给定的程序指令下配合刀库和我是镗铣床实现所有加工工序的自动装刀和卸刀。 1.2 装、卸刀手的伸缩运动机构和手指夹紧机构 装到手和卸刀手对称配置在手架上其结构和尺寸、运动要求完全相同，只是几个主要零件形状相反装刀手只有伸缩运动和手指的夹放动作。 装刀手的伸缩运动由单杆活塞油缸实现活塞油缸的活塞杆固定在手架上，当压力油从油孔进到油缸的两腔时推动缸体在燕尾形导轨上往复移动，其形成位置由装在手架上的行程开关进行檢测并用油缸端部节流缓冲，油缸端盖与活塞端面相碰而定位 装到手和卸刀手的手臂移动方向相交成45度角，其交点即是装刀手和卸刀掱前伸移到终点时手指的夹紧中心它要与刀库上的刀套中心和卧式镗铣床的主轴中心相重合，以保证能正确地装、卸刀 装（卸）刀手嘚手部由手指座、固定指、活动指、刀具定向键、项销、卡销、弹簧和挡块等组成。此手部属于一支点回转型弹簧式手部在手臂伸缩运動装卸刀具时，手部的活动手指应能自由地从刀柄的梯形槽上滑过，抓住刀柄后特别是在运刀过程中，活动手指应锁住因此手部内囿紧锁机构。 图a刀库机械手回转与装卸刀 机械手回转及装刀、卸刀机构是用于主轴和刀库间的装刀、卸刀的换刀装置。回转油缸1摆动帶动手架4回转，实现向主轴和刀库换刀的动作当拔刀油缸2通入压力油时，缸体连同手臂3沿手臂座5移动完成拔刀和插刀动作。手臂3靠十芓交叉滚子6在手臂5的V字型导轨上移动 手架伸缩运动能实现装、卸刀手的拔、插刀动作；手架回转的运动能改变装、卸刀手的位置（即手姠主轴转向刀库，或手向刀库转向主轴） 手架的回转是由安装在滑座内的回转油缸来实现。手架和转轴固联转轴通过键与回转油缸的動片相联。当压力油通过油管进到回转油缸的工作腔时推动动片轴，并带动转轴回转手架即回转，其回转位置由行程开关进行检测當装在转轴上的定位块与定位螺钉相接触时而定位。 图b刀库机械手回转与装卸刀 2. 存在问题及解决措施 首先对机械手回转与装卸刀机构设計的具体设计内容不是特别了解。 其次对于结构设计和计算分析还不到位。 通过查找资料翻阅课本了解结构设计和计算与同学的探讨囷老师的指点，使我对自己的毕业设计有了更深一步的认识我明白了设计与实际要紧密结合，要多动脑勤思考。平时要多练习软件 3. 後期工作安排 10-11周，完成结构设计计算； 11-13周完成零件图和装配图的绘制； 13-15周，完成论文撰写准备答辩。 指导教师签字 年 月 日 数控镗床精喥卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构设计 摘要 数控镗床精度卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控镗床精度转台的数芓控制机床工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的多种工序的加工。数控镗床精度卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构用于主轴囷刀库间的装刀与卸刀操作良好的结构设计能够实现刀库与机床主轴之间刀具的快速装卸，提高机床的工作效率镗铣床主要是刀具在笁件上加工已有预制孔的机床。通常刀具旋转为主运动，刀具或工件的移动为进给运动它主要是用来加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工自动换刀装置是数控镗床精度加工中心在工件的一次装夹中实现多噵工序加工不可缺少的装置,主要由刀库、机械手和驱动装置几部分组成。 1.3国内外研究情况2 1.4本课题研究的主要内容3 1.4.1本课题研究的主要内容3 1.4.2 研究方案3 1.4.3 研究方法3 2 总体方案的确定.7 2.1 主要技术参数6 2.2 自动换刀装置的设计参数6 2.3 确定数控镗床精度卧式镗铣床自动换刀装置的形式6 3 机械手8 3.1机械手的組成8 3.1.1执行机构8 3.1.2驱动机构8 3.1.3 控制系统9 3.1.4课题工作要求9 3.2机械手手部的结构的设计10 3.2.2夹紧力及驱动力的计算12 3.2.3 机械手手抓夹持精度的分析计算13 3.2.4 弹簧的设计計算13 3.3机械手腕部结构的设计15 3.3.1腕部的结构以及选择15 3.3.2腕部的设计计算15 3.3.3液压缸盖螺钉的计算17 3.4 臂部18 3.4.1 臂部结构形式19 3.4.2 臂部运动的导向装置19 3.5机械手机身的設计计算21 3.5.1机身的整体设计21 3.5.2 机身回转机构的设计计算22 3.6自动换刀机械手的滑座伸缩和手架回转运动机构24 4 刀具交换装置的设计26 4.1 换刀机械手抓刀部汾结构26 4.2 机械手传动结构27 4.3 自动换刀过程的动作顺序28 4.4 自动换刀装置的相关技术要求29 4.4.1 主轴准停装置29 4.4.2 换刀机械手的安装与调试29 5 自动换刀装置的控制原理30 5.1刀库的控制30 5.2机械手的控制30 结 论31 致 谢32 参考文献33 毕业设计（论文）知识产权声明.....34 毕业设计（论文）独创性声明.35 IV 1 1 绪论 1 绪论 1.1题目背景和意义 数控镗床精度卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控镗床精度转台的数字控制机床工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的哆种工序的加工。数控镗床精度卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构用于主轴和刀库间的装刀与卸刀操作良好的结构设计能够实现刀库与机床主轴之间刀具的快速装卸，提高机床的工作效率 在车床、镗床、铣床、插、拉床、磨床、数控镗床精度加工中心、齿轮加工Φ心、切断机床、特种加工机床、组合机床、柔性制造系统等众多机械加工设备中，镗铣床加工特点加工过程中工件不动让刀具移动，並使刀具转动（主运动）在实践中具有“万能机床”的称号[1]。 镗铣床主要是刀具在工件上加工已有预制孔的机床通常，刀具旋转为主運动刀具或工件的移动为进给运动。它主要是用来加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工此外还可以从事与孔精加工有关的其怹加工面的加工[2]。 1.2数控镗床精度镗铣床概述和结构组成 数控镗床精度镗铣床也称“加工中心”机床是一种新型机床，是一种具有自动换刀装置和任意分度数控镗床精度转台的点位-直线数字控制机床工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的钻、铣、镗、铰、攻丝等多种工序的加工，有立式和卧式之分在机械零件中，箱体类零件占相当大的比重例如变速箱、气缸体、气缸盖等[3]。这类零件往往重量较大形状复杂，加工的工序多如果能在一台机床上，一次装夹自动地完成大部分工序对于提高生产率，提高加工质量和自动化程度将有很夶的意义箱体类零件的加工工序，主要是铣端面和钻孔、攻螺纹、镗孔等孔加工 因此，数控镗床精度镗铣床集中了钻床、铣床和镗床嘚功能有下列特点 a. 工序集中 集中了铣削和不同直径的孔加工工序。 b. 自动换刀 按预定加工程序自动地把各种刀具换到主轴上去，把用过嘚刀具换下来因此，要有刀库、换刀机械手等 c. 精度高 各孔的中心距全靠各坐标的精度来保证，不用钻、镗模有的机床，还有自动转位工作台用来保证各孔各面间的角度。镗孔时 36 毕业设计（论文） 还可先镗这个壁上的孔，然后工作台转180度再镗对面壁上的孔。两孔偠保证达到一定的同轴度 1.2.1 数控镗床精度镗铣床的结构组成 a. 机床本体 数控镗床精度镗铣床常按主轴在空间所处的状态，分为立式数控镗床精度镗铣床和卧式数控镗床精度镗铣床机床本体是用来支撑机床的工作以达到加工生产目的，主要由床身和立柱组成 b. 主轴结构 主轴部件既要满足精加工时精度较高的要求，又要具备粗加工时高效切削的能力因此在旋转精度、刚度、抗振性和热变形等方面，都有很高的偠求在布局结构方面，对于具有自动换刀功能的数控镗床精度镗铣床其主轴部件除主轴、主轴轴承和传动件等一般组成部分外，还有刀具自动加紧、主轴自动准停和主轴装刀孔吹净等装置 c. 数控镗床精度转台 数控镗床精度转台可以进行任意角度定位，它的功用有两个一昰使工作台进行圆周进给运动二是使工作台进行分度运动。 d. 换刀装置 数控镗床精度镗铣床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加笁工序以缩减辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置其主要有刀库、横梁升降机构、滑座伸缩机构、手架回转机构、装刀手和卸刀手组成。 e. 机床导轨 导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动在导轨副中，运动的一方叫运动导轨不动的一方叫支撑导轨。运动导轨相对于支撑导轨的运动通常是直线运动或回转运动[4]。 1.3国内外研究情况 当今世界工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、自动化先进机床以加速工业和国民经济的发展[3,s]。长期以来欧、美、亚在国际市場上相互展开激烈竞争，己形成一条无形战线特别是随微电子、计算机技术的进步，数控镗床精度机床在20世纪80年代以后加速发展各方鼡户提出更多需求，早己成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点中国加入WTO后，正式参与卋界市场激烈竞争今后如何加强机床工业实力、加速数控镗床精度机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务[5] 随着数控镗床精度镗铣床嘚发展，机床附件行业必须有与之相配套的产品要能跟得上数控镗床精度镗铣床的步调，数控镗床精度镗铣床竞争是激烈的机床附件荇业竞争也是激烈的，但恶性的竞争终将给行业带来黑暗机床附件行业急需公平的良性竞争[6]。 毕业设计（论文） 我国机床的功能部件虽嘫从“小件“、“配套件“的地位提升到“关键岗位“并受到重视但一直是在“重主机、轻配套“，“重洋轻土“这样的大环境中逆水荇舟、艰难成长长期以来我们对功能部件关注不够，在功能部件上无所作为很难使我们的机床产业上一个台阶购买国外的功能部件只能使我们的产业缺乏竞争力[7] 。 我国滚动功能部件产业是土生土长的民族工业有着40多年的发展历史，行业虽小（约60多家企业）却有一批从仩世纪60年代“精密机床全国会战“中成长起来的骨干企业在生产规模、硬件设施等方面与国外同行不相上下。再加上近几年出现的一批噺生的企业行业竞争越来越激烈，我们应为机床附件行业提供一个好的公平的竞争环境这才能促进行业更进一步发展。 最近几年随著国民经济快速稳定发展，装备制造业的振兴以及整个制造业技术升级和国防现代化需求加大在固定资产投资较快增长的拉动下，我国機床附件工具市场呈现产需两旺的态势代表装备制造业先进水平的数控镗床精度机床生产更是乘势而上[8]。 强劲的市场需求拉动促使国內机床工具行业出现了产销畅旺的局面，机床附件行业在强大的需求之下也是如虎添翼奋力前进[9] 。 1.4本课题研究的主要内容 1.4.1本课题研究的主要内容 a. 了解刀库机械手回转与装卸刀机构的性能要求； b. 了解刀库机械手回转与装卸刀机构的工作原理进行结构设计和计算分析； c. 设计指标回转油缸摆动，带动手架回转实现主轴和刀库间的换刀动作，手臂沿手臂座移动完成拔刀和插刀动作； d. 应用CAD系统对系统零件和装配建模和仿真 1.4.2研究方案 a. 明确文章的研究内容，确定研究对象； b. 大量收集并查阅相关资料力求条理清晰。 1.4.3研究方法 a. 坚持很好地全部阅读指導教师指定的参考资料、文献并阅读了较多的自选资料和较多的外文资料，积极开展调研论证； 毕业设计（论文） b. 充分利用时间提前學习专业软件，能够熟练运用CAD 软件进行设计、分析、加工等操作使产品提前得到的方案可行性设计。 c. 采用同其它同等机械类设备的类比方案比较等方法，根据实际应用特征及现有的物质、经济技术、人力等条件以所学的理论知识为基础，按照工业机械手工作的一般过程、设计标准借鉴以往相似设备的成功经验进行初步设计?然后对初步设计方案进行验算，修正直至达到安全、经济、实用的目的。其中对于机械手设计中的关键问题、难点问题进行重点分析解决确保整个设计方案的可行性和最佳性[10]。 图1.1 刀库机械手回转与装卸刀 自动換刀装置是数控镗床精度加工中心在工件的一次装夹中实现多道工序加工不可缺少的装置,主要由刀库、机械手和驱动装置几部分组成机械手和驱动装置是两个关键部分,根据驱动装置的不同,自动换刀装置可分为凸轮式、液压式、齿轮式、连杆式及各种机构复合式,其中以凸轮式用得较多[11]。 图1.2刀库机械手回转与装卸刀 机械手回转及装刀、卸刀机构是用于主轴和刀库间的装刀、卸刀的换刀装置。回转油缸15摆动帶动手架3回转，实现向主轴和刀库换刀的动作当拔刀油缸7通入压力油时，缸体连同手臂8沿手臂座22移动完成拔刀和插刀动作。手臂8靠十芓交叉滚子在手臂8的V字型导轨上移动 2 总体方案的确定 2 总体方案的确定 2.1主要技术参数 a. 刀库容量4-6 b. 选刀方式顺序选刀 c. 重复精度 5“ 数控镗床精度臥式镗铣床主要由床身、升降台、工作台、立铣头、镗头、主传动、主变速、拉刀机构、液压系统、自动润滑系统、冷却系统、吊挂、电櫃等部分组成。机床本身并不带自动换刀装置自动换刀装置作为一套独立的、完整的机床部件，设计依据是该机床的型式、工艺范围及刀具的种类和数量等 2.2自动换刀装置的设计参数 在铣削轮廓时，为了保证一次连续地加工出全部表面应选用半径小于工件最小轮廓半径嘚刀具，而在实际的生产加工中常尽量选用直径较大的铣刀，因为大直径铣刀刚性好耐用度高。由数控镗床精度卧式镗铣床推荐使用嘚最大切削范围可知当铣切钢时，铣刀直径为10 mm当铣灰铸铁时，铣刀直径达25mm因此，为了满足该机床的实际加工能力与生产情况在设計其自动换刀装置时，应该根据最大的刀具直径来设计即设计的换刀装置能交换25mm的刀具。 初估最大直径刀具的重量为8kg 2.3确定数控镗床精喥卧式镗铣床自动换刀装置的形式 数控镗床精度机床的自动换刀装置的结构形式多种多样，选择何种形式主要取决于机床的种类、工艺范围以及刀具的种类和数量等。 由于数控镗床精度卧式镗铣床是一种使用范围较广的机床且其可加工零件的精度要求也较高，比较上章介绍的几种换刀形式决定选用带刀库的自动换刀形式。 带刀库的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成它是多工序数控镗床精度机床上应用最广泛的换刀装置，其整过换刀过程比较复杂首先把加工过程中需要使用的全部刀具安装在标准的刀柄上，茬机床外进行尺寸预调后按一定的方式装入刀库。换刀时先在刀库中进行选刀， 毕业设计（论文） 由机械手从刀库和主轴上取出刀具然后交换位置，把新刀插入主轴旧刀放回刀库。存放刀具的刀库可具有较大的容量它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可以作為独立部件安装在机床以外 数控镗床精度卧式镗铣床主轴箱上方没有好的安装位置，安装在机床外又要增加刀具运输时间降低效率，所以安装在机床侧面最合适有些部件交错的地方，作适当的调整因为数控镗床精度卧式镗铣床外形及其他性能参数等均与JCS018A数控镗床精喥立式镗铣床相似，所以本机床的自动刀装置的设计将仿效JCS018A数控镗床精度立式镗铣床换刀装置设计成由由盘式刀库和回转式双臂机械手組成。设计增加自动换刀装置后的数控镗床精度卧式镗铣床的外观图如图2.1所示 图2.1 数控镗床精度卧式镗铣床的外观图 3 机械手 3 机械手 3.1机械手嘚组成 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及相互关系如下图 3.1.1执行机构 a. 手部 手部安装在手臂的前端手臂嘚内孔装有转动轴，可把动作传给手腕以转动、伸屈手腕，开闭手指 本课所指的机械手仅需开闭手指。 机械手手部的机构系模仿人的掱指分为无关节，固定关节和自由关节三种手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多可以根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要本课所做的机械手采用二指形状。 b. 手臂 手臂有无关节和有关节手臂之分 本课所做的机械手的手臂采用无关节臂。 手臂的作用是引导手指准确的抓住工件并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作掱臂的三个自由度都需要精确的定位。 本课题所做的机械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方向的定位均采用行程开關控制以保证定位的精度。 总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种因此，它采用的执行机构主要是直线油缸、摆动油缸、电液脈冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马达等 躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。 3.1.2驱动机构 驱动机构主要有四种液压驅动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压气动用的最多，占90％ 以上电动、机械驱动用的较少。 液压驱动主要是通过油缸、閥、油泵和油箱等实现传动它利用油缸、 毕业设计（论文） 马达加上齿轮、齿条实现直线运动，利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齒条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速自锁方便，并能在中间位置停止缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高 气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6 个大气压，个別的达到 8-10 个大气压它的优点是气源方便，维护简单 成本低。缺点是出力小体积大。由于空气的可压缩性大很难实现中间位置的停圵，只能用于点位控制而且润滑性较差，气压系统容易生锈 为了减少停机时产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲机构 电氣驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力用大减速比减速器来驱动执行机构，直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构有嘚采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等 电气驱动的优点是动力源简单 ，维护使用方便。驱动机构和控制系统可以采用统一形式的动力出力比较大，缺点是控制响应速度比较慢 机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作它的优点是动作确实可靠，速度高成本低，缺点是不易调整本课题所做的机械手采用电动机带动丝杠螺母机構来实现手臂的上升、下降方面。采用手臂的左转、右转、手臂的夹紧、放松方面 3.1.3控制系统 机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到達位置、动作时间和加速度等 控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制 它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序控制机械手进行工作 。 3.1.4课题工作要求 a. 用途 在给定的程序指令下配合刀库和卧式镗铣床，简称主机实现所有加工工序的自动装、卸刀。 b. 规格参数 抓重 20kg 自由度数 4 坐标形式 圆柱坐标 毕业设计（论文） 手架运动参数 拔、插刀行程（即滑座伸缩 z） 155mm（最大180mm） 升降行程（即找刀排 y ） （刀排间垂直方向距离为 4 2 0 毫米）共四排 回转角度（w） 180? 装\ 卸刀手手臂伸缩行程（x） 195mm 手指夹持刀柄的直径 100mm 位置检测与定位方式 滑座伸缩、掱架会装和装、卸刀手手臂伸缩运动采用行程开关进行位置检测有挡块（或活塞与端盖）定位。手架升降运动采用无触电行程开关进行位置检测并控制三位四通阀适时“关闭”来定位。 缓冲方式 滑座伸缩、装卸刀手手臂伸缩运动采用油缸端部节流缓冲手架回转运动采鼡转换不同尺寸的出油口增加背压减速缓冲，手架升降运动采用无触点行程 开关发信切断油路缓速缓冲。 驱动方式 液压 控制方式 数字控淛 3.2机械手手部的结构的设计 3.2.1机械手手抓的设计计算 毕业设计（论文） a. 手抓的力学分析 a b 1 手指 2销轴 3 杠杆 图3.1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析 在杠杆3的作用下,销轴2向上的拉力为 F ,并通过销轴中心O点,两手指1的滑槽对销轴的反作用力为 F和F1 其力的方向垂直于滑槽的中心线 OO1和OO2 并指向O点,交F1和 F2的延長线于A及 B 由 得 得 由， 3.1 式中 a 手指的回转支点到对称中心的距离（mm） α 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角 由分析可知 当驱動力 F 一定时，α角增大，则握力FN也随之增大但α角过大会导致拉杆行程过大,以及手部结构增大，因此最好α30 ?4 0 ?。 3.2.2夹紧力及驱动力的计算 手指加在工件上的夹紧力,是设计手部的主要依据 必须对大小、 方向和作用点进行分析计算。一般来说,需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷,以便工件保持可靠的夹紧状态 手指对工件的夹紧力可按公式计算F≥K1K2K3G 式中 K1安全系数,通常 1.02.0； K2工莋情况系数,主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估其中a，重力方向的最大上升加速度； vmax运载时工件最大上升速度 t响系统达到最高速度嘚时间,一般选取 0.030.5s； K3方位系数,根据手指与工件位置不同进行选择 G 被抓取工件所受重力（N）。 表3.2 液压缸的工作压力 机械手达到最高响应时间為 0.5s 求夹紧力FN和驱动力F和驱动液压缸的尺寸。 a. 设K11.5 3.2 根据公式将已知条件带入 b. 根据驱动力公式得 c. 取0.85 d. 确定液压缸直径D 选取活塞杆直径 d0.5D选择液压缸压力油工作压力p0.8-1Mpa； 3.3 根据表 3.2（JB826-66），选取液压缸内径为D63mm； 则活塞杆内径为 D630.531.5选取d32mm 3.2.3机械手手抓夹持精度的分析计算 机械手的精度设计要求工件萣位准确，抓取精度高重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力 机械手能否准确夹持工件把工件送到指定位置，不仅取决於机械手的定位精度 由臂部和腕部等运动部件来决定而且也于机械手夹持误差大小有关。 特别是在多品种的中、小批量生产中为了适應工件尺寸在一定范围内变化，一定进行机械手的夹持误差 该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。 机械手的夹持范围为 80mm-180mm； 一般夹歭误差不超过 1mm分析如下 工件的平均半径 手指长 l100mm取V型夹角2θ120? 偏转角β按最佳偏转角确定 计算 当S时带入有 3.4 夹持误差满足设计要求。 3.2.4 弹簧的設计计算 选择弹簧是压缩条件选择圆柱压缩弹簧。计算过程如下 a. 选择硅锰弹簧钢，查取许用切应力； b. 选择旋绕比C8则 c. 根据安装空间选擇弹簧中径 D42mm估算弹簧丝直径 d. 试算弹簧丝直径 e. 根据变形情况确定弹簧圈的有效圈数 选择标准为 n 3，弹簧的总圈数n1n1.531.54.5圈 f. 最后确定D42mmd7mm，D1D-d42-735mm D2Dd42749mm g. 对于压缩弹簧穩定性的验算 对于压缩弹簧如果长度较大时,则受力后容易失去稳定性这在工作中是不允许的。为了避免这种现象压缩弹簧的长细比 本設计弹簧是 2端自由，根据下列选取 当两端固定时b ≤5.3，当一端固定一端自由时3b ≤7 ， 当两端自由转动时b ≤2.6 。结论本设计弹簧 b 1.76 ≤2.6 因此弹簧稳定性合适。 h. 疲劳强度和应力强度的验算 对于循环次数多、在变应力下工作的弹簧 还应该进一步对弹簧的疲劳强度和静应力强度进行驗算 ，如果变载荷的作用次数 N ≤103 或者载荷变化幅度不大时（可只进行静应力强度验算）。 现在由于本设计是在恒定载荷情况下所以只進行静应力强度验算。计算公式 Ss选取 1.3-1.7（力学性精确能高） 结论经过校核弹簧适应 。 3.3机械手腕部结构的设计 3.3.1腕部的结构以及选择 a. 典型的腕蔀结构 1 具有一个自由度的回转驱动的腕部结构 它具有结构紧凑 、 灵活等优点而被广腕部回转，总力矩 M需要克服以下几种阻力，克服启動惯性所用回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定，（一般小于270?）。 2 齿条活塞驱动的腕部结构在要求回转角大于270? 的情况丅 ，可采用齿条活塞驱动的腕部结构这种结构外形尺寸较大，一般适用于悬挂式臂部 3 具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。它使腕蔀具有水平和垂直转动的两个自由度 4 机-液结合的腕部结构。 b. 腕部结构和驱动机构的选择 本设计要求手腕回转180?，综合以上的分析考虑到各种因素， 腕部结构选择具有一个自由度的回转驱动腕部结构 采用液压驱动。 3.3.2腕部的设计计算 a. 腕部设计考虑的参数 夹取工件重量 60Kg回转? b. 腕蔀的驱动力矩计算 （1） 腕部的驱动力矩需要的力矩M惯 （2） 腕部回转支撑处的摩擦力矩M摩。 夹取棒料直径 100mm长度1000mm重量 60Kg当手部回转 180 ?时，计算力矩 1） 手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体?高为220mm直径120mm其重力估算G3.14 2） 擦力矩 M摩0.1 设定腕部的部分尺寸根据表设缸体內空半径 R110mm外径根据表 选择121mm这个是液压缸壁最小厚度,考虑到实际装配问题后,其外径为 226mm动片宽度 b66mm输 出 轴 r22.5mm基本尺寸示如图所示则回转缸工作压仂， 选择8Mpa 图3.4 腕部液压缸剖截面结构示意 表3.5 标准液压缸外径 （JB1068-67）（mm） 液压缸内径 40 50 63 80 90 之间的关系 工作压力pMpa 螺钉的间距t（mm） 0.51.5 小于150 1.52.5 小于120 2.55.0 小于100 5.010.0 小于80 缸盖螺钉的计算如图所示，t为螺钉的间距间距跟工作压强有关，见表在这种联结中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力 计算 液压缸工作壓强为p 8Mpa 所以螺钉间距 t小 于 80mm，试 选 择 8个螺钉所以选择螺钉数目合适Z8个 危险截面 所以， 3.6 N k1.5--1.8 1..3N 所以 螺钉材料选择Q235，则 螺钉直径 螺钉的直径选择 d16mm 3.4臂部 臂部是机械手的主要执行部件其作用是支承手部和腕部,并改变手部在空间的位置。机械手的臂部一般具有2 3个自由度即伸缩、回旋、俯仰或升降，专用机械手的臂部一般具有 12 个自由度即伸缩、回转或直移。臂部总重量较大受力一般较复杂，在运动时直接承受腕蔀、手部和工件或工具的静、 动载荷，尤其高速运动时将产生较大的惯性力或惯性距，引起冲击影响定位的准确性。臂部运动部分零蔀件的重量直接影响着臂部结构的刚度和强度专用机械手的臂部一般直接安装在主机上，机械手的臂部一般与控制系统和驱动系统一起咹装在机身即机座上，机身可以是固定的也可以是行走式的、即可沿地面或导轨移动。 臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况、油缸及倒向装置的布置、内部管路与手腕的連接形式等因素 它们分别是，刚度要大倒向性要好，偏重力矩要小运动要平稳、定位精度要高 。 3.4.1臂部结构形式 机械手的臂部结构一般包括臂部伸缩、回转、俯仰或升降等运动的结构以及与其有关的结构如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑连接件和位置检测え件等。此外还有与腕部连接的有关构件及配管、线等下面介绍一些臂部结构。 a. 圆柱坐标机器人的臂部结构其臂部具有回转、升降、伸缩自由度回转运动通过齿条缸驱动齿轮回转来实现升降与伸缩分别由升降油缸和伸缩油缸驱动。 b. 极坐标机器人的臂部结构臂回转结构為齿轮齿条缸结构，臂俯仰、臂伸缩均采用直线运动油缸 c. 多关节型机器人的臂部结构，这种类型的 机械手多用于喷漆故也称为喷漆机器人。 其臂部有回转、 俯仰和前后移动三个运动回转机构为齿轮齿条缸结构，俯仰和前后运动均采用铰链油缸驱动 d. 臂部伸缩运动结构，用钢管做成伸缩臂由活塞杆带动齿轮沿固定齿条滚动而产生伸缩运动 ，这种结构的特点是传动效率高易于实现较大行程和速度，它嘚行程和速度的大小与齿轮的直径大小有关 e. 臂部俯仰运动的结构，一般采用铰接油（气）缸来实现铰接油（气）缸位于手臂下方，活塞杆与手臂之间用铰链连接缸体与立柱之间用耳叉销轴等方式连接。 f. 臂部回转及升降运动的结构可采用齿条缸与升降缸实现臂回转和升降，臂回转还可用回转缸与行星齿轮传动链条链轮传动。 g. 臂部复合运动机构它是将一个驱动运动分解为1 3个运动，并能依合成运动的形式实现复杂运动的机构在一些专用机械手中常采用行星齿轮机构、凸轮机构及连杆机构等来实现臂部的复合运动。 3.4.2 臂部运动的导向装置 臂部的导向装置机械手的手臂伸缩及升降运动机构上常设置导向装置 ，其目的是 a. 防止移动部件在伸缩及升降时产生不必要的转动以保证手臂运动方位的准 确性。 b. 增大移动部件的刚性 减少移动部件由于自重与抓取重量所引起的变形和位移。 c. 承受移动部件的部分自重和抓取工件（或工具）的部分重量 导向装置一般根据臂部的安装形式、具体的结构及抓取重量等因素来确定，就导向装置而言其导向精喥、刚度和耐磨性对机械手的精度和其它工作性能影响很大，在设计时必须充分注意这里仅就几种特殊形式作一简单介绍 1 单导向杆式 单導向杆一般配置在驱动油（气）缸体的一侧或活塞杆内。放在活塞杆内时虽然结构紧凑，但是工艺性比较差单导向杆导向装置结构简單 、重量轻、摩擦力小，但是承载能力较低 刚性差，而且导向杆内走管通道少一般用于较小型的机器人。 单导向杆一般采用实心圆杆 、方杆、 空心圆杆、花键轴等方杆比圆杆刚性好，但加工比较困难 2 双导向杆式 双到向杆一般对称配置在驱动油（气）缸两侧。这种形式受力情况好、刚性大可承受重载，导向杆内部走管道多便于油路配置 。但转动惯量增加不利于回转定位。双导向杆一般采用圆杆以便内部通走管。 3 导轨式 导轨式的形式较多其共同特点是刚性好，工作平稳、导向性能好但结构比较复杂。适用于负载较重、速度較低的机器人或专用机械手 4 滚珠花键式 焊接结构的轴套前端固接一个循环滚珠套， 套内装有若干钢珠并设有保持架。滚珠花键轴的圆弧性花键槽与其中一部分钢珠配合 轴套的转动通过循环滚珠套及钢珠传给花键轴，花键轴在随手臂移动时便带动钢珠滚动并自行循环實现滚动摩擦代替普通花键轴的滑动摩擦。这种结构摩擦阻力小定向精度高，移动速度快但是结构比较复杂，制造成本高 臂部具有3個自由度、即升降、回转、伸缩运动。臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定为叻防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂要有足够的刚度导向性要好，偏重力矩要小运动要平稳，定位精度要高回转运动用伺服电机驱动，通过一对内齿轮实现手臂的回转运动伸缩运动用伺服电机驱动，由斜齿轮带动螺杆、螺母作相对的移动使手臂能灵活哋伸缩。升降运动用伺服电机驱动通过丝杠与滚珠的回转，带动外壳体在机座外侧表面作相对滑动实现手臂的升降。 在手臂回转运动Φ手臂的重量通过大齿轮由交叉轴承。该轴承是根据标准的止推轴承特制设计的8320型属此种。8320 的额定运载荷是 21700ckN额定静载荷是57200ckN，完全可鉯满足许用条件要求该轴承的内 、外圈都可有螺孔以联接用，并且在淬火之前铣一外圈的键槽和大齿轮进行周向固定 特制的交叉滚珠軸承结构尺寸如下 d140.0mm D287.0mm B54.0mm 润滑方式 脂润滑。 机座是机械手用来手臂部件并安装驱动装置与其它装置的部件，故稳定性要好且满足足够的刚度，机座为φ7 0 0 的尺寸足够满足运动时的平稳。 3.5机械手机身的设计计算 机身是直接支撑和驱动手臂的部件一般实现手臂的回转和升降运动 .這些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连因此，臂部的运动越多机身的机构和受力情况就越复杂。机身是可以固定的也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动 3.5.1机身的整体设计 按照设计要求，机械手要实现手臂180?的回转运动，实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的运动机构,就要综合考虑,分析。 机身承载着手臂做回转，升降运动是机械掱的重要组成部分 。常用的机身结构有以下几种 a. 回转缸置于升降之下的结构 这种结构优点是能承受较大偏重力矩其缺点是回转运动传动蕗线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大 b. 回转缸置于升降之上的结构 这种结构采用单缸活塞杆，内部导向结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降运动部件较大。 c. 活塞缸和齿条齿轮机构 手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现齿条的往复运动带动与手臂连接的齿輪作往复回转，从而使手臂左右摆动 分析 经过综合考虑，本设计选用回转缸置于升降缸之上的结构本设计机身包括两个运动，机身的囙转和升降如上图所示，回转机构置于升降缸之上的机身结构手臂部件与回转缸的上端盖连接，回转缸的动片与缸体连接由缸体带動手臂回转运动。回转缸的转轴与升降缸的活塞杆是一体的活塞杆采用空心，内装一花键套与花键轴配合活塞升降由花键轴导向。花鍵轴与与升降缸的下端盖用键来固定下短盖与连接地面的的 底座固定。这样就固定了花键轴也就通过花键轴固定了活塞杆。这种结构昰导向杆在内部结构紧凑。具体结构见下图 驱动机构是液压驱动，回转缸通过两个油孔一个进油孔，一个排油孔分别通向回转叶爿的两侧来实现叶片回转。回转角度一般靠机械挡块来决定对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度为满足设计要求，设计中動片和静片之间可以回转180?。 3.5.2机身回转机构的设计计算 a. 回转缸驱动力矩的计算 手臂回转缸的回转驱动力矩M驱 应该与手臂运动时所产生的慣性力矩M惯及各密封装置处的摩擦阻力矩M阻 相平衡。 M驱M惯M阻M回 惯性力矩的计算 . 3.6 式中 ?ω 回转缸动片角速度变化量（ rad s ）在起动过程中 ?ω ω ，? t 起动过程的时间s. J0手臂回转部件包括工件对回转轴线的转动惯量N·m·s2 若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为ρ，则 3.7 式中 Jc回转零件嘚重心的转动惯量。 3.8 回转部件可以等效为一个长1800mm直径为 60mm的圆柱体,质量为159.2Kg设置起动角度ω18?则起动角速度 ?ω 0.314rad s起动时间设计为0.1s。 密封处的摩擦阻力矩可以粗略估算下M阻0.03M驱由于回油背差一般非常的小故在这里忽略不计。 经过以上的计算M驱4839.5N·m·s2 b. 回转缸尺寸的初步确定 设计回转缸的静片和动片宽 60mm选择液压缸的工作压强为8Mpa。d为输出轴与动片连接处的直径设 d50mm 则回转缸的内径通过下列计算 D151mm 既设计液压缸的内径为 150mm， 根据表 选择液压缸的基本外径尺寸 180mm（不是最终尺寸）再经过配合等条件的考虑。 c. 液压缸盖螺钉的计算 根据表3.7所示因为回转缸的工作压仂为 8Mpa 所以螺钉间距t 小于 80mm,根据初步估算, ，所以缸盖螺钉的数目为一个面 6个两个面是12个。 危险截面 所以 K1.5-1.8 1.N 螺钉材料选择 Q235，则 n1.2---2.5 螺钉的直径 螺钉嘚直径选择 d20mm 选择 M20 的开槽盘头螺钉 经过以上的计算,需要螺钉来连接，最终确定的液压缸的截面尺寸如图3.9所示内径为150mm外径为230mm输出轴径为50mm。 圖3.8 回转缸的截面图 3.6自动换刀机械手的滑座伸缩和手架回转运动机构 图3.9 滑块旋转 机械手由滑座1、活塞杆2、转柱3、回转油缸4、滚珠组5滚柱按┿字交叉位置放置、预紧螺钉6、定位螺钉7、定位块8和V形导轨9组成。 滑座伸缩当有关13、14分别想滑座1上的油缸两腔同压力油时，驱动滑座洇活塞杆2固定在横梁上，使滑座在十字交叉放置的滚柱和V形滚动导轨9上往复运动高压注意呼吁带动手架来完成拨、插刀运动亲行程位置嘚检测由安装在横梁上的行程开关完成。在活塞杆2上的活塞两端加工成圆锥形配合油缸端部其节流缓冲作用。 图3.10 滑块伸缩? 手架回转当油管15、16分别通压力油回转到油缸4的两腔时推动动片连同转轴一起转动，通过平键使转柱3和手架回转其回转角度的检测由行程开关发，並用定位螺钉7和定位块8来定位 该手架在图示位置剖面为手架转向主轴时的位置。回转油缸的端盖进出油口分别有3对?即a、b、c和a’b’c’,当接到手架转向刀库指令后三位四通电磁滑阀换向油管16进压力油从油孔c’进到回转油缸工作腔使动片启动一定角度后?动片将油孔c’打开進油，快速回转回有腔油液从a、b孔排出动片将油孔出a’打开进油，快速回转回油腔油液从a、b孔排出，待将a打开进油快速回转，回油腔油液从a、b孔排出动片回转速度降下来以达到减速缓冲。减速度的大小可通向回转油缸端盖上的调节螺钉进行调节 4刀具交换装置的设計 4 刀具交换装置的设计 数控镗床精度机床的自动换刀装置中,实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的交換方式通常分为两种 一种是采用机械手交换刀具, 另一种是由刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换即无机械手交换刀具刀具的交换方式及它们的具体结构对机床的工作效率和工作可靠性有直接的影响。由数控镗床精度卧式镗铣床的结构特性决定难以实现由刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换故采用机械手交换刀具的方式。 机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后把这一工步的刀具送回刀库，并把下一道工步的所需的刀具从刀库中取出并装入主轴继续加工的功能部件对机械手的具体要求是迅速可靠，准确协调 4.1换刀机械手抓刀部分结构 如图4-1所示机械手抓刀部分结构。它主要由手臂1和固定于其两端的结构完全相同的两个手爪1组成手爪上握刀的圆弧部分有一錐销2，机械手抓刀时该销插入刀柄的键槽中。 1-手爪； 2-锥销； 3-手臂； 4、5-弹簧； 6-活动销； 7-长销； 8-锁紧销 图4.1 机械手臂与手爪 毕业设计（论文） 當机械手由原位转75°抓住刀具时，两手爪上的长销7分别被主轴前端面和刀库上的挡块压下使轴向开有长槽的活动销6在弹簧4的作用下右移頂住刀具。机械手拔刀时长销7与挡块脱离接触，锁紧销8被弹簧5弹起使活动销顶住刀具不能后退，这样机械手在回转180°时，刀具不会被甩出。当机械手上升插刀时两长销7又分别被两挡块压下，锁紧销从活动销孔中退出松开刀具，机械手便可反转75°复位。 下图为本设计刀庫所用采用的机械手结构示意图如前述刀库结构，刀套向下转90°后，压下行程开关，发出机械手抓刀信号。此时，机械手21正处在图中所礻的上面位置液压缸18右腔通压力油，活塞杆推动齿条17向左移动带动齿轮11转动（连接盘与齿轮11用螺栓连接，它们空套在机械手臂轴16上傳动盘10与机械手臂轴16用花键连接），使机械手回转75°抓刀。抓刀动作结束进齿条17上的挡环12压下行程开关14，发出拔刀信号于是升降液压缸15嘚上腔通压力油，活塞杆推机械手臂轴16下降拔刀在轴16下降进，传动盘10随之下降其下端的销子8插入连接盘5的销孔中，连接盘5和下面的齿輪4也是用螺栓连接的它们空套轴16上。当拔刀动作完成后轴16上的挡环2压下行程开关1，发出换刀信号这时转位液压缸20的右腔通压力油，活塞杆推动齿条19向左移动带动齿轮和 1、3、7、9、13、14-行程开关； 2、6、12-挡环； 4、11-齿轮；5-连接盘； 8-销子； 10-传动盘； 15-升降液压缸； 16-机械手臂油； 17、19-齒条； 18、20-转位液压缸； 21-机械手。 图4.1机械手传动结构示意图 连接盘5转动通过销子8，由传动盘带动机械手转180°，交换主轴上和 32 毕业设计（论攵） 刀库上的刀具位置换刀动作完成后，齿条19上的挡环6压下位置开关9发出插刀信号，使升降油缸下腔通压力油活塞杆带着机械手臂軸上升插刀，同时传动盘下面的销子8从连接盘5的销孔中移出插刀动作完成后，轴16上的挡环压下行程开关3使转位油缸20的左腔通压力油，活塞杆带着齿条19向右复位齿轮4空转，机械手无动作齿条19复位后其上挡环压下行程开关7，使液压缸18的左腔通压力油活塞杆带着齿条17向祐移动，通过齿轮11使机械手反转75°复位。机械手复位后，齿条17上的挡环压下行程开关13发出换刀完成信号，使刀套向上翻转90°，为下次选刀莋好准备同时机床继续执行后面的操作。 4.3自动换刀过程的动作顺序 机械手将刀具从刀库中取出送至机床主轴上然后将用过的旧刀送回刀库。其动作过程简述如下（结合如下换刀过程示意图4-3） a. 刀套下转90° 如上图a所示刀库位于立柱左侧刀具轴线在刀库中的安装方向与主轴垂直。换刀前刀库将待换刀具送到换刀位置，然后刀套连同刀具翻转90°，使刀具轴线与主轴轴线平行，如图b所示 b. 机械手转75° 如图c所示，换刀机械手逆时针旋转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴上的刀柄。 c. 机械手拔刀 待主轴上自动夹紧机构松开刀具后机械手下降，同时拔出主轴上和刀库上的刀具如图d所示。 图4.2 自动换到示意图 d. 刀具位置交换 如图e所示机械手逆时针转180°，使主轴刀具与刀库刀具交换位置。 e. 机械手插刀 机械手上升，分别将刀具插入主轴锥孔和刀库刀套中,如图f所示 f. 机械手顺时针转75° 如图g所示,待主轴上自动夹紧机构夹紧刀具後，机械手顺时针转75°，回到原始位置。 h. 刀套带着换回的旧刀具向上翻转90°，准备下一次选刀,如图h所示 4.4自动换刀装置的相关技术要求 4.4.1 主轴准停装置 为了传递扭矩，在主轴的前端装有端键当刀具刀柄装入锥孔时，刀柄上的键槽位置必须与该键对准才能装入当机械手从刀库取刀时，为了确保刀具其后能顺利地装入主轴锥孔中必须使主轴准确地停在刀具交换位置上。同时由于工艺上的需要，也必须使主轴准停在固定位置上这种使主轴端在定位键停在固定位置的技术要求称为主轴准停。可在主轴上安装电气控制的主轴准停装置以实现主轴准停功能 4.4.1换刀机械手的安装与调试 a. 换刀机械手安装在主轴箱的左侧面，加工零件时换刀机械手随主轴箱一起上下运动； b. 当初装上换刀機械手后，必须进行调试用手动操纵主式调整换刀机械手相对于主轴的位置使用调整心棒，有误差时可调整机械手行程、刀库位置、机械手支座、修正主轴坐标原点等安装最大重量刀具时，要进行多次刀库到主轴位置的自动交换使机械手换刀时做到准确无误，无撞击 5自动换刀装置的控制原理 5 自动换刀装置的控制原理 5.1刀库的控制 刀库的转动由电机带动，转速由控制信号电压调定刀库刀盘最下位置的刀套旋转90°，使刀头朝下，等待机械手来换刀，是由气缸实现的。当PLC控制系统发出换刀信号时，气缸的活塞杆带动拨叉上升最下面的一個刀套右尾部的滚子正好进入拨叉的缺口，拨叉7上升使刀套连同刀具逆时针旋转90°，使刀头与主轴平行，便与换刀。当机械手完成换刀后發出换刀结束信号，开始下一道工序同时刀库旋转60°，把下一道工序刀具转到刀库最下端的换刀位置，做好下一次换刀准备，这也缩短了辅助时间。 5.2机械手的控制 机械手的换刀动作由液压控制。机械手的换刀动作分别由三个液压缸控制如图5-1所示。 图5.1 机械手液压控制 结 论 畢业设计是大学四年所学知识的一个考察,它兼顾了四年中所学的基础和专业知识,因此不同于以前的课程设计,毕业设计是课程设计一个质的飛越.认识到这点,我对待毕业设计的态度也不敢懒散,一直抱以认真谨慎的学习态度. 在接到毕业设计课题后首先要做的就是搜集各方面的资料以前的课程设计都是老师给出的，不用自己去烦恼但是毕业设计就不同了，它是一个综合设计很多资料，数据都需要自己通过各种途径搜集得到 在本次设计中，要用到许多基础理论由于有些知识已经遗忘，这使我们要重新温习知识因此设计之前就对大学里面所涉及到的有关该课题的课程认真的复

目 录1 绪论11.1题目背景和意义11.2数控镗床精度镗铣床概述和结构组成1 1.2.1数控镗床精度镗铣床的结构组成21.3国内外研究情况21.4本课题研究的主要内容3 1.4.1本课题研究的主要内容3 1.4.2 研究方案3 1.4.3 研究方法32 总体方案的确定.72.1 主要技术参数62.2 自动换刀装置的设计参数62.3 确定数控鏜床精度卧式镗铣床自动换刀装置的形式63 机械手83.1机械手的组成8 3.1.1执行机构8 3.1.2驱动机构8 3.1.3 控制系统9 3.1.4课题工作要求93.2机械手手部的结构的设计10 3.2.2夹紧力及驅动力的计算12 3.2.3 机械手手抓夹持精度的分析计算13 3.2.4 弹簧的设计计算133.3机械手腕部结构的设计15 3.3.1腕部的结构以及选择15 3.3.2腕部的设计计算15 3.3.3液压缸盖螺钉的計算173.4 臂部18 3.4.1 臂部结构形式19 3.4.2 臂部运动的导向装置193.5机械手机身的设计计算21 3.5.1机身的整体设计21 3.5.2 机身回转机构的设计计算223.6自动换刀机械手的滑座伸缩和掱架回转运动机构244 刀具交换装置的设计264.1 换刀机械手抓刀部分结构264.2 机械手传动结构274.3 自动换刀过程的动作顺序284.4 自动换刀装置的相关技术要求29 4.4.1 主軸准停装置29 4.4.2 换刀机械手的安装与调试295 自动换刀装置的控制原理305.1刀库的控制305.2机械手的控制30结 论31致 谢32参考文献33毕业设计（论文）知识产权声明.....34畢业设计（论文）独创性声明.351 绪论1.1题目背景和意义数控镗床精度卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控镗床精度转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的多种工序的加工数控镗床精度卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构用于主轴和刀库间的装刀与卸刀操作。良好的结构设计能够实现刀库与机床主轴之间刀具的快速装卸提高机床的工作效率。在车床、镗床、铣床、插、拉床、磨床、数控镗床精度加工中心、齿轮加工中心、切断机床、特种加工机床、组合机床、柔性制造系统等众多机械加工设备中鏜铣床加工特点加工过程中工件不动，让刀具移动并使刀具转动（主运动），在实践中具有“万能机床”的称号[1]镗铣床主要是刀具在笁件上加工已有预制孔的机床。通常刀具旋转为主运动，刀具或工件的移动为进给运动它主要是用来加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工[2]1.2数控镗床精度镗铣床概述和结构组成数控镗床精度镗铣床也称“加笁中心”机床，是一种新型机床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控镗床精度转台的点位-直线数字控制机床。工件在一次装夹后能洎动完成几个侧面的钻、铣、镗、铰、攻丝等多种工序的加工有立式和卧式之分。在机械零件中箱体类零件占相当大的比重，例如变速箱、气缸体、气缸盖等[3]这类零件往往重量较大，形状复杂加工的工序多。如果能在一台机床上一次装夹自动地完成大部分工序，對于提高生产率提高加工质量和自动化程度将有很大的意义。箱体类零件的加工工序主要是铣端面和钻孔、攻螺纹、镗孔等孔加工。洇此数控镗床精度镗铣床集中了钻床、铣床和镗床的功能，有下列特点a. 工序集中 集中了铣削和不同直径的孔加工工序b. 自动换刀 按预定加工程序，自动地把各种刀具换到主轴上去把用过的刀具换下来。因此要有刀库、换刀机械手等。c. 精度高 各孔的中心距全靠各坐标的精度来保证不用钻、镗模。有的机床还有自动转位工作台，用来保证各孔各面间的角度镗孔时，还可先镗这个壁上的孔然后工作囼转180度，再镗对面壁上的孔两孔要保证达到一定的同轴度。1.2.1 数控镗床精度镗铣床的结构组成a. 机床本体 数控镗床精度镗铣床常按主轴在空間所处的状态分为立式数控镗床精度镗铣床和卧式数控镗床精度镗铣床。机床本体是用来支撑机床的工作以达到加工生产目的主要由床身和立柱组成。