数控镗铣加工中心自动换刀系统设计开题报告-(22)

毕业设计(论文)开题报告题目：数控镗铣加工中心自动换刀机构的设计1毕业设计（论文）综述1.1题目背景、研究意义一个零件往往需要进行多工序的加工，而单功能的数控机床，只能完成单工序的加工，如车、钻、铣等。因此，在制造一个零件的过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等非加工时间上，切削时间仅仅占整个工时中的较小比例。为了缩短非切削时间，提高工作效率，我们便设计了带有自动换刀系统的加工中心。加工中心（MachiningCenter,MC）是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床3倍～4倍，所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床[1]。1.2国内外相关研究情况未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，我国的加工中心从70年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经济、技术发展的需要[2]。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造业、机械加工业的巨大发展，使得数控机床的使用越来越普遍，而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。然而，目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主，小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展，需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用[3]。在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（AutomaticToolChanger,简称ATC），而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的部分[4]。它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手这部分更是如此。目前常见的换刀机械手类型如下：（1）单臂单手式机械手结构较简单，换刀各动作均需顺序进行，时间不能重合，故换刀时间较长。（2）双手式机械手向刀库还回用完的刀具和选取新刀，均可在主轴正在加工时进行，故换刀时间可较短。（3）双臂回转式机械手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。应用最广泛，形式也较多。（4）多手式机械手使用者较少。2主要研究内容、拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要设计内容：缩短机械手换刀的时间、保持工作平稳、定位准确。从而提高生产效率。2.2研究方案：2.2.1手的驱动方式的选择（1）液压驱动通常拥有很大的抓举能力，特点是结构紧凑，动作平稳，耐冲击，耐振动，防爆好，但液压组件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。（2）气动驱动特点是电源方便，动作迅捷，结构简单，造价较低，维修方便。但是难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。（3）电动驱动电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，并可采用多种灵活控制方案。由于电机速度较高，通常必须采用减速机构，而且成本上也较其他两种驱动系统高。由于本设计机构需要要求换刀时间短、工作平稳、定位准确，故选择液压驱动。2.2.2机械手的组成及运动本课题研究采用的是双臂回转式机械手。这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。手臂的回转动作，则通过活塞的运动带动齿轮齿条来实现。机械手臂的不同回转角度，是由活塞的可调行程来保证。图1为该机械手手部结构示意图。整个机械手主要由:行程开关,挡环,齿轮,连接盘,销子,传动盘,升降液压缸,滑轴,齿条,转位液压缸,机械手组成。其工作原理为:上、下两个液压缸分别驱动两组齿轮齿条实现机械手的旋转运动;为了保证上下两个旋转运动互不干扰,中间采用一根滑轴上固接一个传动盘的结构,传动盘与齿轮通过销来传递运动,机械手换刀动作到位与否则是通过行程开关来检测,外加档块进行限位,从而实现机械手的自动换刀功能。如图2所示。图1双臂回转式机械手1,3,7,9,13,14为行程开关；2,6,12为挡环；4,11为齿轮；5为连接盘；8为销子；10为传动盘；15为升降液压缸；16为滑轴；17,19为齿条；18,20为转位液压缸；21为机械手；图2机械手结构图在换刀过程中，机械手要完成准备、抓刀、拔刀、交换主轴上和刀座上的刀具、插刀和复位等动作，机械手的全部动作均由液压油缸控制。刀具安装在标准的刀柄中，本次设计采用7：24锥度的刀柄；最大刀具长度300mm，最大刀具直径100mm，最大刀具重量8kg，刀具材料为高速钢，如图3所示。图3刀具结构图闰土机械外文翻译成品某宝dian机械手两端各有一个手爪，手爪的抓刀圆弧部分各有各有一个锥销，机械手抓刀时，锥销插入刀柄键槽内，由活动销在弹簧力的作用下顶住刀柄，使刀柄固定，机械手能同时抓取和装卸刀库和主轴上的刀具，动作简单，效率高，换刀时间短。其换刀过程如下，如图4图5所示:a.刀套转90°:换刀之前,刀库2转动将待换刀具5送到换刀位置,之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90°,使得刀具轴线与主轴轴线平行。b.机械手转90°:两手分别抓住刀库和主轴3上的刀柄。c.刀具松开:刀具的自动夹紧机构松开刀具。d.机械手拔刀:机械手臂下降,同时拔出两把刀具。e.机械手转180°:使主轴刀具与刀库刀具交换位置。f.机械手插刀:机械手上升,分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。g.刀具夹紧:刀具插入主轴的锥孔后,刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。h.机械手松刀:机械顺时针转90°,回到原始位置。i.刀套向上翻转90°:刀套带着刀具向上翻转90°,为下一次选刀做准备。图4械手的换刀示意图图5机械手手部换刀过程简图3本课题研究的重点难点以及展开的工作本课题的重点是：保证各个结构之间的相互合理配合，使之能连续工作，有节奏，安全地成产。难点是：机械手手臂的设计与计算，机械手手部的设计与计算，机械手传动和驱动的设计计算，以及各个过程参数的确定，绘制图形。前期已经展开的工作：网上查阅有关书籍和资料，确定设计的大致方向，了解换刀机械手的大体结构和工作原理。4工作方案及进度计划1～3周：调研并收集资料；3～6周：阅读资料，分析该机械手的结构组成和工作原理，并完成结构方案设计；7～11周：完成该机械手的结构设计计算；12～15周：完成该机械手的装配图和仿真；16～18周：完成论文撰写，准备答辩；指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日所在系审查意见：系主管领导：年月日参考文献[1]刘建慧,邹慧君.加工中心自动换刀装置类型综述及设计特点[J],机械设计与研究,2001.9,17(3):49～51[2]李净仪,李秋红,郑耘杰.简述机械手液压控制系统的设计[J],农机使用与维修,2010,3:27～28[3]朱文艺，张庆乐.数控加工中心换刀机构动作过程及控制原理研究[J],武汉工程职业技术学院学报，2009.3,21(1):5～9[4]刘炜.数控加工中心自动换刀系统[J],机床与液压,2005,5:58[5]杨可森,艾长胜,侯志坚.数控镗铣加工中心自动换刀系统中机—液机械手[J],机床与液压，2003,3:216～217[6]夏粉玲,贺炜.凸轮式立卧两用换刀机械手的研究[J].机械科学与技术,2004,23(3):320.[7]谢政.加工中心换刀机械手的研究[D].湘潭大学.2008，05.15.[8]郑俊,许明恒，高宏力，单俊峰.PCB钻床自动换刀机械手换刀部分的设计分析[J],现代机械，2008，第1期：6.[9]李加明，陶卫军，冯虎田.自动换刀装置发展现状及其关键技术[J].电气制造，2013（05）：174～176[10]黄泽正,刘冲,陈志辉.加工中心自动换刀装置的设计[J].机械工程与自动化.2007(01)：124～125[11]戚洪利.自动换刀装置及其控制的研究[D].兰州理工大学2007[12]朱玉敏.加工中心的自动换刀技术[J].制造技术与机床.1988(08)：168～170[13]陈义庄.数控机床自动换刀装置的选择及刀柄的配置[J].机床与液压.2002(04)：207～209[14]M.B.Ko.DesignofautomatictoolchangerforCNCmachines.M.Sc.thesis,MechanicalEngineeringDepartmet,METU,Ankara,Turkey1995[15]KIMJae-Hyun,LEEChoon-ManSchoolofMechatronics,ChangwonNationalUniversity,Changwon641-773,Korea[16]S.Mekida,*,P.Pruschekb,J.Hernandezc,Beyondintelligentmanufacturing:AnewgenerationofflexibleintelligentNCmachines[J],MechanismandMachineTheory,2009(44):466-476.