自动换刀机械手设计说明书Word格式.doc
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加工中心的ATC,大都采用有机械手的换刀方式，因为更节省时间。
由于液压驱动的机械手需要采用严格的密封，还需较复杂的缓冲机构，控制机械手动作的电磁阀都有一定的时间常数，因为换刀速度较慢。
近年来国内、外先后研制出凸轮联动式单臂双抓机械手。
这种机械手的优点是由电机驱动，不需要较复杂的液压系统及其密封、缓冲机构，没有漏油现象，结构简单，工作可靠。
同时，机械手手臂的回转和插刀、拔刀的分解动作是联动的，部分时间可重叠，从而大大缩短了换刀时间。
关键词：
机械手；
加工中心；
自动换刀
I
Abstract
MachiningCenterisinstalledinacard,toachieveautomaticmilling,drilling,boring,Reaming,TappingandotherprocessesofCNCmachinetools.AmoreexplicitstatementofMachiningCenteristheautomatictoolchangeCNCmillingmachines.ThisbringstheprocessingcenterandautomatictoolchangeCNClatheandturningcenterstodistinguish.
MachiningCenterisdifferentfromotherCNCmillingmachinestothemainfeaturesisthatithasunderthetechnologicalrequirementsforautomatictoolchangefunction,AutomaticToolChange（ATC）function.
MachiningCenter,ATCsystemisusuallyaknifeandthecompositionmanipulator,itisasymboloftheprocessingcenter.MachiningCenteristhekeytosuccess.Thereforetheprocessingcentermanufacturersarevigorouslydevelopingthenextmovesquickly,highreliability,ATC,tothefiercecompetitiontoachievegoodresults。
Itispreciselybecauseofautomatictoolchangeisthecoreprocessingcenter,themanufacturersareconfidential,rarelydisclosetheinformationInparticular,somemanipulatorsostartanew.
Addtotheautomatictoolchangeform,itcanbedividedintoamanipulatortoolchangeandfreemanipulatorATCway.ATCmachiningcenters,mostusingamanipulatortoolchange,becauseitismoretime-saving.
Duetohydraulic-drivenmanipulatorsneedstrictsealedneedmorecomplexbuffer,manipulatorcontrolofthesolenoidvalvemoveshaveacertainamountoftimeconstants,becauseslowerspeedupthepace.Inrecentyears,domesticandforeignhasdevelopedacamlinkagearm-graspingmanipulator.Thismanipulatorfromtheadvantagesofmotor-driven,notmorecomplexhydraulicsystemanditssealedbuffer,noleakage,simple,reliable.Meanwhile,themanipulatorarmandrotaryknifeinserted,thedecompositionEveryonemovesarelinked,andsomemayoverlaptime,thusgreatlyreducingthetimeATC。
KeyWords：
Manipulator;
MachiningCenter;
Automatictoolchange
IV
目录
目 录
摘 要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1国内外数控机床的的发展情况 1
1.1.1加工中心发展简史 1
1.1.2加工中心的主要优点 2
1.1.3加工中心的发展趋势 3
1.2可编程控制器的特点 5
2换刀机械手的相关介绍 7
2.1数控技术的发展历程 7
2.2数控加工中心的基本功能 7
2.3加工中心的组成部分 8
2.3.1刀库 8
2.3.2刀具交换装置（机械手） 8
2.3.3运刀装置 9
2.3.4刀具编码装置 9
2.3.5刀具识别装置 10
2.4刀库的驱动及定位 10
2.5我国数控系统的发展概况 11
2.6数控系统的发展趋势 11
2.7ATC装置的分类 11
2.8ATC装置的换刀速度比较 13
2.9分步双爪式ATC装置 14
2.10自动换刀系统产品化的前景 15
3换刀机械手的总体方案设计 16
3.1设计任务 16
3.2机械手的平稳性 16
3.2.1、影响平稳性以定位精度的因素 16
3.2.2机械手的运动特性 17
3.3机械手运动特性的分类 18
3.4开关型机械手的速度及位置控制 18
3.5机械传动型机械手速度及位置控制 19
3.6机械手类型确定 19
3.7驱动系统和电控系统的选择 19
3.7.1驱动系统的选择 19
3.7.2电控系统的选择 20
4总体结构设计 23
4.1手爪部分设计 23
4.2机械手手臂的设计 24
4.2.1臂部要防止偏重 24
4.2.2加强臂部刚度 25
4.2.3改进缓冲装置和提高配合精度 25
4.2.4采取的措施：
25
4.3机械手传动结构的设计 27
5换刀机械手的参数和计算 30
5.1手臂的弯曲变形 30
5.2连杆的强度计算 32
5.3驱动电动机的选择 32
6换刀过程 35
结论 39
参考文献 40
致谢 42
附录A部分三维零件图情况 43
绪论
1绪论
1.1国内外数控机床的的发展情况
20世纪90年代以来,数控加工技术得到迅速的普及和发展,数控机床在制造业得到了越来越广泛的应用。
带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着愈来愈重要的作用,它能缩短产品的制造周期,提高产品的加工精度,适合柔性加工。
加工中心是数控机床中较为复杂的加工设备,由于其具有多种加工能力而得到广泛的应用,其强大的加工能力和效率得益于其配置的自动换刀装置（Au2tomaticToolChanger）。
换刀装置作为加工中心的重要组成部分,其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间,提高生产率,降低生产成本,进而提升机床乃至整个生产线的生产力。
加工中心自动换刀装置是实现多工序连续加工的重要装置,其结构设计及其控制是实现加工中心设计制造的关键。
加工中心的换刀过程较为复杂,动作多,动作间的相互协调关系多,因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低。
自动换刀系统一般由刀库、机械手和驱动装置组成。
刀库容量可大可小，其装刀数在20～180把之间。
刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。
当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。
完成此功能的机构包括送刀臂，摆刀站和换刀臂，总称为机械手。
具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。
驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压（或液机构）或凸轮机构组成。
机械手完成刀库里的刀（新刀）与主轴上的刀（旧刀）的交换工作。
由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。
所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。
1.1.1加工中心发展简史
1952年世界上出现第一台数控机床，使多种产品、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和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。
它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因而大大提高加工加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床战整个机械加工70%～80%的状况。
数控机床能实现两坐标以上的联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高的多。
加工中心和车削中心是有机械设备与数控系统组成，适用复杂零件加工的高效、高精度的自动化机床。
这种机床可装若干把刀具，能自动更换刀具，一次装卡中，完成铣镗、车、钻、扩、铰、攻螺纹等的加工。
也是因为加工中心和车削中心比一般数控机床多了一套自动换刀装置，可实现多工序的连续加工，因而加工效率大大提高，使其成为数控机床中发展最快、需求最大的机床。
自动换刀装置的形式是多种多样的，主要的组成部分是刀库、机械手和驱动机构等，虽然换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手类型等个不相同，但是在数控装置及可编程控制器控制下，由电动机或液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。
我们把这种为实现多工序的连续加工，在加工中心或车削中心，可进行刀具的选择与交换的装置叫自动换刀装置（automatictoolchange简称ATC）。
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