(精品)卧式加工中心换刀装置设计摘要及目录

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1、更多毕业设计： QQ: 306826066毕业设计说明书卧式加工中心自动换刀装置设计学生姓名：三号楷体 学号： 三号楷体 学 院： 三号楷体 专 业： 三号楷体 指导教师： 只写名字，三号楷体 年 月（小二号居中）自动换刀机械手的设计摘要卧式加工中心在加工中用得很广泛，卧式加工中心利用刀库实现换刀。而自动换刀装置是卧式加工中心的重要组成部分之一，它的功能的好坏，关系到整个卧式加工中心的功能。自动换刀装置可分为五种基本形式，即转塔式、 180 回转式、回转插入式、二轴转动式和主轴直接式。刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在有机械手换刀的过程中，使用一个

2、机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置，完成换刀过程。无机械手换刀时，刀库中刀具存放方向与主轴平行，刀具放在主轴可到达位置换刀时，主轴箱移到刀库换刀位置上方，利用主轴Z向运动将加工用毕刀具插人刀库中要求的空位处，然后刀库中待换刀具转到待命位置。主轴Z向运动将待用刀具从刀库中取出，并将刀具插人主轴。关键词：卧式加工中心 自动换刀装置 刀库 机械手 AbstractMachining center in the increasingly wide use of the processing , which is currently

3、used by large processing center blade.And the automatic blade changer devices is an important component of machining center.Its function is good or bad, on the whole processing machining center functions.Automatic blade devices can be divided into five basic forms .Namely to Tower, 180 turnaround-ty

4、pe, rotation planting one-, two-and the main axis of rotation axis direct .Exchange cutlery in the tools storehouse,according to the availability of process machinery blade in hand,into a mechanical hand blade and non-blade two mechanical hands .In a mechanical hand exchange cutlery,those will be co

5、mpleted using a mechanical hand, the cutlery out from the main axis.At the same time, another mechanical hand take cutlery from tools storehouse, and then the two exchange locations. The whole process is completed.If the mechanical hand blade do not join in the process, cutlery storage direction wit

6、h the main axis parallel. when cutlery arrive at the location which the the main axis can reach, the main axis of the knife blade box to the location above.Z axis movement will be used to complete the processing by cutlery inserted in the space required by department, and then for cutlery knife to b

7、e transferred to the standby database location. Z axis movement will return to remove the cutlery from tools storehouse and inserted into the main axis.Keyword: machining center automatic blade changer devices tools storehouse manipulator目 录1 前言61.1 加工中心简介71.1.1加工中心的发展史71.1.2加工中心的优点71.1.3加工中心的发展动向81

8、.2 自动换刀装置的简介81.2.1自动交换刀具的由来81.2.2自动换刀的形式91.2.3刀库的功能和形式111.2.4刀套准停措施132 机械手的设计142.1 机械手的原理142.2 设计方向162.3 概要172.3.1 机械手的组成与分类172.3.2 机械手的手部172.4 机械手手部的设计182.5 机械手其它零件以及尺寸的确定232.5.1 螺栓的确定232.5.2 其它尺寸的确定242.5.3 轴与机械手配合部分的直径的确定242.5.4 液压泵的选择263 驱动系统的设计273.1 转位机构的设计273.1.1机械手转过75度的驱动机构283.1.2 机械手转过180度的驱

9、动机构323.2 驱动机构其它零件的设计353.2.1 液压缸的选择363.3 轴的结构设计373.3.1 拟定轴上零件的装配方案373.3.2 确定轴的各段直径与长度383.4 主轴的自动夹紧机构以及主轴准停装置的设计393.4.1 主轴结构393.4.2 刀具的自动夹紧机构393.4.3主轴准停装置393.5 换刀装置的液压机构分析403.5.1液压分析403.5.2换刀动作顺序表424 PLC控制分析44小结48参考文献49致谢501 前言卧式加工中心的自动换刀装置（机械手），是加工中心的重要组成部分之一，我做的这个毕业设计就是关于这方面的问题。我的设计任务是：对卧式加工中心自动换刀机械

10、手进行设计。它主要包括以下几方面的内容：(1)机械部分的设计(2)液压部分的设计(3)自动控制方面的设计（PLC）这个自动换刀装置是针对JCS-018的，通过对实验室中这台机床的研究以及查阅相关资料。在老师的指导下，我很快就有了一个明确的思路。我的思路如下：首先，对机械手部分进行设计，接下来是液压部分，最后是PLC方面。这个机械手只有2个方向的自由度，既：Z轴方向的转动一移动，通过这2个自由度，我可以完成整个换刀的操作。其中转动是用来交换刀具的位置，进而为拔刀与插刀做准备。而移动是用来完成拔刀与插刀的动作的。就是说整个运动过程如下：机械手转到指定的位置，然后在一系列的控制之下交换刀具以及插拔刀

11、具。而我这个设计与实验室中的那台加工中心的自动换刀装置有一些区别，就是实验室中那台加工中心的自动换刀装置采用的是气压控制，而我在这个设计中采用的是液压控制。在我这个设计中，我遇到了一些问题，就是力不好确定，以及许多尺寸不容易准确的确定下来，我采用了一个很笨的方法，就是直接对JCS-01那台加工中心一些部件的尺寸进行直接的测量，才得出来，我所要的尺寸。通过这个设计中，我对自己的知识有了很明确的认识，看到了自己的许多缺点，对自己起到了一个查漏补缺的作用。同时，我得到了程老师的很多指导，如果不是程老师的话，我根本不知道从那里入手。在做论文的过程中，我出了很多错误，因为这，得到及时的更正。谢谢老师。从

12、这次做毕业设计中，我对CAD有了很大的认识，以后，我对再复杂的图，都不会有恐惧感，在液压方面也温习了以前学到的知识。虽然这样，我做的这个毕业设计，肯定还有很多的错误，希望老师们指正。1.1 加工中心简介1.1.1加工中心的发展史加工中心的发展已有50年历史，自从1952年世界上出现第一台上数控机床后，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产中使用组合机床生产线的凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工关键品种的变化，进行多品种加工。所谓加工中心，普遍上指在工件一次装卡中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰

13、孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。现代加工中心的内容包括：它是在数控镗床或数控铣床的基础上增加自动换刀装置，可使工件在一次装卡中，能够自动更换刀具，自动完成工件上的铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等工序的数控机床。加工中心上如果带有自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱，可使工件在一次装卡中，自动完成多个平面和多个角度位置的多工序加工。加工中心上如果带有交换工作台，工件在工作位置的工作台上进行加工的同时，另外的工件在装卸为止的工作台上进行装卸，不影响加工的进行。1.1.2加工中心的优点加工中心的优点很多，主要有以下几点： 提高加工质量 工件一次装夹，即可

14、实现多工序集中加工，大大减少多次装夹所带来的误差。而且，由于是数控加工，较少依赖操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。 缩短加工准备时间 减少在制品减少刀具费用最少的直接劳务费最少的间接劳务费设备利用率高 加工中心设备利用率为通用机床的几倍。另外，由于工序集中，容易适应多品种、中小批量生产。1.1.3加工中心的发展动向总的来说，加工中心是向高速化、进一步提高精度和愈发完善的方向发展。（1）高速化加工中心的高速化，是指主轴转速、进给速度、自动换刀和自动交换工作台的高速化。（2）进一步提高精度加工中心的主要精度指标是它的运动精度指标。而运动精度主要以坐标定位精度、重复定位精度以及铣圆精度来表示

15、。1.2 自动换刀装置的简介1.2.1自动交换刀具的由来自动交换刀具系统（Automatic Tool Changer简称ATC）系统是由刀库、机械手及相应的控制系统组成。具有钻、镗、铣功能的数控、铣床，一般刀具都安装在机床的主轴上，工件安装于工作台上。为了使工序能够高度集中，尽量节省辅助时间，于是在数控铣床上增加自动交换刀具系统（含刀库、机械手及其控制）便形成了加工中心（MC）。初期曾采用转塔头式的换刀方式，它的电动机、变速箱、转塔头做成一体，结构紧凑：但变速箱工作时的振动和热量都直接传到转塔上来，而且每把刀都需要一个主轴所以它的刀具数量、尺寸、结构都受到很多限制。采用单独存储刀具的刀库，刀

16、具数量可以增多，以满足加工复杂零件的需要，这时的加工中心只需一个夹持刀具进行切削的主轴，所以制造难度也比转塔刀架低。1.2.2自动换刀的形式（1）无机械手的换刀方式小型加工中心有采用无机械手换刀的方式，如图1-1。它的刀库在立柱的正前方上部，刀库中刀具的存放方向与主轴方向一致。换刀时主轴箱带着主轴在立柱导轨上上升至换刀位置，主轴上的刀具正好进入刀库的某一个刀具存放位置，随即主轴内夹刀机构松开，主轴刀库顺着主轴方向向前移动，从主轴中拔出刀具，然后刀库回转，将下一步所需的刀具转到与主轴对齐的位置；刀库退回，将新刀具插入主轴中刀具随即被夹紧，主轴箱下移，开始新的加工。这种自动换刀系统，刀库整体前后移

17、动不仅刀具数量少，而且刀具尺寸也较小。这种刀库旋转是在工步之间进行的，即旋转所需的辅助时间与加工时间不重合。（2）机械手的换刀方式这是加工中心普遍采用的一种方式。它的种类很多，可分为单臂单手式机械手、回转式单臂双手机械手、双手式机械手、多手式机械手四类。 单臂单手式机械手包括机械手只作往复直线运动的机械手和只作往复摆动的机械手。前者用于刀具主轴与刀库刀座的轴线平行的场合。它的特点是机械手的插、拔刀运动和传递刀具的运动都是直线运动，因而无回转运动所产生的离心力，所以机械手的握刀部分可以比较简单，只需两个弹簧卡销卡住刀柄。而后者，如果是机械手摆动轴线与刀具主轴平行，它主要用于刀库换刀位置的刀座的轴

18、线与主轴轴线相平行的场合。如果是机械手摆动轴线与刀具主轴垂直，它用于刀库换刀位置的刀座和轴线相垂直的场合。总之，这种单臂单手式机械手结构简单。在转塔头带刀库的换刀系统中，不与主轴的换刀时间重合，故可用这类机械手。它也可在刀库与主轴头上的换刀机械手之间传递刀具。但是，这类机械手换刀动作均需顺序进行，时间不能重合，从而换刀时间较长。 图1-1 无机械手的换刀顺序回转式单臂双手式机械手包括两手部成180和两手部不成180两种。两手部成180的又可分为固定式双手、可伸缩式双手和剪式双手三类。这类机械手可以同时抓住和拔、插位于主轴和刀库里的刀具，与单臂单手式机械手相比，可以缩短换刀时间。双手式机械手可分

19、为机械化只作往复直线运动的机械手和有回转运动的机械手两大类。前者包括双手平行式和双手交叉式，这种机械手适用于容量较大的、距主轴较远的，特别是分置式的刀库的换刀。机械手有回转运动的，在主轴处换刀时转角为180，可用于刀库距主轴较远者；在主轴处换刀时转角为90，适用于刀库距主轴较近者；在主轴处换刀时转角90，适用于刀库距主轴较近者。多手式机械手使用较少。它是由机械手把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具反送到刀库上。1.2.3刀库的功能和形式刀库的功能是储存加工工序所需的各种刀具，并且按程序指令，把即将要用的刀具正确地送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。设计刀库时，应考虑下列因素：

20、存刀数 刀具最大直径 刀具最大长度刀具最大重量刀库安置空间刀具最大运动线速度刀库工作的可靠性（即不能掉刀，各刀具能准确停在换刀位置上）。刀库种类很多,图2-1所示仅仅是其中典型的几种。(1) 结构形式分类1）转塔式刀库 如图2-1 a所示，用于小型加工中心。转塔转位方式有二：其一为借助机械方式转位，此种方式的选刀，均为顺序选择刀具：其二为由伺服电机驱动转位，此种刀库可以实现任选刀具方式。2）圆盘式刀库 如图1-2 b、c、d所示卧式，立式加工中心均可采用。圆盘式（侧挂型）一般是挂在立式加工中心的立柱顶上。圆盘型（顶端型）二亦有刀具倾斜朝上，通过转换机构放平后，由机械手换刀。3）链式刀库 如图1

21、-2e所示，这种刀库是目前用得最多的一种形式。由一个主动链轮，带动装有刀套的链条。4）格子式刀库 如图1-2f 所示，装有刀套的格子架固定不动。在它的前面有抓刀器在上下、左右移动（实则为2轴控制），根据指令把需用的刀具抓到与主轴换刀的位置上，换刀后再把已用刀具送回原位，然后把下道工序将要用的刀具送到换刀位置。这种刀库的容量大，适合于作为加工单元使用的加工中心上。（2）按设置部位分类1）设置在机床上的刀库 下图a、b、c、d所示圆盘式、转塔式以及部分链式。2）落地式刀库 有图1-2e、f所示的，链式的一部分和格子式刀库，均独立于主机，装在地面上。这种方式，因为刀库重量是由地基承受，且不把刀库运转中的振动传给主机，故对加工精度有利。但最初安装调试比较麻烦。图1-3 刀库的各种类型1.2.4刀套准停措施如果刀套不能准确地停在换刀位置上。将会使刀机械手抓刀不准，以致在换刀时容易发生掉刀现象。因此，刀套的准停问题，将是影响换刀动作可靠性的重要因素之一。为了确保刀套准确地停在换刀位置上，需要采取如下措施：1）定位盘准停方式由液压油缸推动的定位销，插入定位盘的定位糟毕业设计网： QQ: 306826066