翻译(自动换刀机构的设计)

自动换刀机构的设计

数控立式铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围也最为广泛。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降、及主轴不动方式，与普通立式升降台铣床相似；中型数控立式铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动；大型数控立式铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。

从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立式铣床仍占大多数。一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3坐标中的任意二个坐标联动加工。此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立式铣床。一般来说，机床控制的坐标轴越多，特别是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但随之而来的是机床的结构更复杂，对数控系统的要求更高，编程的难度更大，设备的价格也更高。

数控立式铣床可以附加数控转盘，采用自动交换台，增加靠模装置等来扩大数控立式铣床的功能，加工范围和加工对象，进一步提高生产效率。

数控铣床的功能

数控铣床的功能分为一般功能和特殊功能。一般功能是指各类数控铣床普遍所具有的功能。如点位控制功能、刀具半径自动补偿功能、镜象加工功能、固定循环功能等。特殊功能是指数控铣床在增加了某些特殊装置或附件后，分别具有或兼备的一些特殊功能。如刀具长度补偿功能、靠模加工功能、自动变换工作台功能、自适应功能、数控采集功能等。

在使用数控铣床加工工件时，只要充分利用数控铣床的各种功能，就可以加工许多普通铣床难加工的工件。数控铣床的主要加工对象有：平面类零件；变斜角类零件；曲面类（立体类）零件。

自动换刀装置（ATC）及其形式

数控机床为了进一步提高生产率，进一步压缩非切削时间，现代的机床逐步发展为在一台机床上在一次装中完成多工序或全部工序的加工。数控机床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差，通常带有自动换刀系统。对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置称为自动换刀装置(Automatic Tool Changer，ATC);自动换刀（Automatic Tool Change 简称ATC）系统由控制系统和换刀装置组成。在数控铣床的基础上，如果再配以刀具和自动换刀系统，就构成加工中心（Machining center 简称MC）。在这类数控机床上，自动换刀装置（ATC）是必不可少的。例如加工中心机床又称多工序自动换刀数控机床，它主要是指具有自动

换刀及自动改变工件加工位置工能的数控机床，具有自动换刀装置是加工中心机床的典型特征，是多工序加工的必要条件。自动换装置的功能，对整机的加工效率有很大的影响。由于普通的数控立式铣床加工的一般是中小零件，其大多需要几把刀具加工（10把刀具以内，）故增加自动换刀装置并同时自动变换主轴转速。可减轻劳动强度，减少换刀时间，既提高了机床的自动化程度，又提高了劳动生产率。因此，数控立式铣床作为数控铣床中数量最多、应用范围也最广的一种，对其附加能够快速、准确地换刀的自动换刀装置是非常有必要的。

各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的型式、工艺范围及刀具的种类和数量等。这种装置主要可以分为以下几种形式：

1)回转刀架换刀形式

数控车床使用的回转刀架是一种简单的自动换刀装置。根据不同加工对象，可以设计成四方和六角刀架或其他等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令转位换刀。回转刀架在结构上必须有良好的强度和刚性，以及合理的定位结构，以保证回转刀架在每一次转位之后具有尽可能高的重复定位精度。如：CK7815型数控车床采用BA200L刀架，其工作循环是：刀架接收数控装置的指令一松开一转到指令要求的位置一夹紧一发出转位结束的信号。

2)更换主轴头换刀形式

在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头换刀是一种简单的换刀方式。主轴头通有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头以实现自动换刀。各个主轴头上预先装有各工序加工所需要的旋转刀具，当收到换刀指令时,各主轴头依次地转到加工位置，并接通主运动使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。

转塔主轴头换刀方式的主要优点是省去了自动松夹、卸刀装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作，从而显著地减少了换刀时间，提高了换刀的可靠性，但是由于结构上的原因和空间位置的限制，主轴部件的刚性差且主轴的数目不可能很多。因此转塔主轴头换刀通常只适用于工序较少，精度要求不太高的数控机床，如数控铣床。

3)带刀库的自动换刀形式

带刀库的自动换刀形式主要是由刀库和刀具交换装置组成。目前这种换刀方法在数控机床上的应用最为广泛。带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱和转塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，所以主轴部件具有足够刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。另外，刀库可以存放数量较多的刀具，可进行复杂零件的多工序加工，可明显提高数控机床的适应性和加工效率。这种带刀库的自动换刀装置特别适用于数控铣床、数控钻床和数控镗床。

刀库的类型按刀库的结构形式可分为：圆盘式刀库、链式刀库、箱型式刀库---箱型和线型；按设置部位的不同，刀库可以分为：顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等多

种类型；按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为：普通刀库(简称刀库)和主轴箱刀库。虽然刀库有多种形式，但数控机床上常用的主要是圆盘式和链式两种。交换装置的机械手形式也多样，目前在数控机床上用得最多的是回转式双臂机械手。其他形式还有摆动式单臂双爪机械手、单臂单爪回转式机械手、双机械手等等。

确定换刀机械手形式

在自动换刀数控机床中，换刀机械手的形式是多种多样的，常见的有以下几种:

1)两手呈180°的回转式单臂双手机械手；

2)两手互相垂直的回转式单臂双手机械手；

3)两手平行的回转式单臂双手机械手；

4)双手交叉式机械手；

由于不同的数控机床（加工中心）的刀库与主轴的相对位置不同。所以各种数控机床所使用的换刀机械手也不尽相同。

上图是两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的结构示意图。

这种机械手的优点是换刀动作可靠，换好时间短，缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。

一般来说，这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直，刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置，因此，在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。

换刀机械手的工作原理

下面是以在XKA5032A/C数控立式升降台铣床的自动换刀装置中采用这种上机械手换刀的工作原理。

该机械手安装在主轴的左侧面，随同主轴箱一起运动。机械手由机械手臂与45°的斜壳体组成。机械手臂1形状对称。固定在回转轴4上，回转轴与主轴成45°角，安装

在壳体3上，5为手臂托，可由液压缸带动（图中未标出），机械手有伸缩、回转、抓刀、松刀等动作。

伸缩动作：液压缸（图中未标出）带动手臂托架5沿主轴轴向移动。

回转动作：液压缸2中的齿条轮通过齿轮带动回转轴4转动。从而实现手臂正向和反向180°的旋转运动。

抓刀、松刀动作：机械手对刀具的夹紧和松开是通过液压缸6。碟形弹簧7及拉杆8、杠杆9、活动爪10来实现。碟形弹簧实现夹紧，液压缸实现松开。在活动爪中有两个销子11，当夹紧刀具时，插入刀柄凸缘的孔内，确保安全、可靠。

机械手的自动换刀过程的动作顺序

（a）（b）（c）（d）

图4-6 换刀机械手的换刀过程

自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。

选刀即刀库按照选刀命令（或信息）自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备，换刀即是机械手把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴之上。

换刀动作的大致过程为：

1)主轴箱回到最高处（z坐标零点），同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。

2)机械手抓住主轴和刀库上的刀具。如图4-6（a）所示。

3)把卡紧在主轴和发库上的刀具松开

4)活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具

5)机械手回转180°，交换刀具位置，

6)将更换后的刀具装入主轴和刀库

7)分别夹紧主轴和刀库上的刀具

8)机械手松开主轴和刀库上的刀具

9)当机械手松开具后，限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其他程序动作。

在自动换刀的整个过程中，各项运动均由限位开关控制，只有前一个动作完成后，才能进行下一个动作，从而保证了运动的可靠性。

机械手的分类和特点

机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。

主要特点：

(1) 机械手（上下料机械手、装配机械手、搬运机械手、堆垛机械手、助力机械手、真空搬运机、真空吸吊机、省力吊具、气动平衡器等）。

(2) 悬臂起重机（悬臂吊、电动环链葫芦吊、气动平衡吊等）。

(3) 导轨式搬运系统（悬挂轨道、轻型轨道、单梁起重机、双梁起重机）。

(4) 工业机械手的应用。

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

(1) 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

(2) 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。

(3) 可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

(4) 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

(5) 宇宙及海洋的开发。

(6) 军事工程及生物医学方面的研究和试验。

助力机械手:又称平衡器、平衡吊、省力吊具、手动移载机等，是一种无重力化手动承载系统，一种新颖的、用于物料搬运时省力化操作的助力设备,属于一种非标设计的系列化产品。针对客户应用需求，量身定制的个案创作。

一种模拟人手操作的自动机械，它可按固定程序抓取﹑搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调﹑重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全室操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温﹑污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床﹑自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部机构和运动机构组成。手部机构随使用场合和操作对象而不同，常见的有夹持﹑托持和吸附等类型。运动机构一般由液压﹑气动﹑电气装置驱动。机械手可独立地实现伸缩﹑旋转和昇降等运动，一般有2～3个自由度。机械手广泛用于机械製造﹑冶金﹑轻工和原子能等部门。

能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场

竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。

数控加工中心自动换刀机构动作过程及控制原理

1 加工中心自动换刀功能概述

自动换刀功能是数控加工中心的基本功能之一。在数控加工中心中,该功能的实现依赖于自动换刀装置(A TC) 。在加工中心上,A TC 的投资往往占整机的30 % - 50 %。因此,用户应十分重视其工作质量和刀库容量,A TC 的工作质量主要表现为换刀时间和故障率两个方面。经验表明,加工中心故障中有50 %以上与A TC 有关。因此,用户应在满足使用要求的前提下尽量选用结构简单和可靠性高的A TC ,以提高整机的性价比。带刀库的A TC 由刀库和刀具交换机构组成。有的加工中心的刀具交换是靠主轴和刀库之间的相对运动实现的,图1 所示即为此类加工中心。这类加工中心在换刀时必须先将主轴上的刀具送回刀库,然后再从刀库中取出新刀具,这两个动作不可能同时进行,因此换刀时间长。有的加工中心的刀具交换靠换刀机械手完成,图2 所示即为此类加工中心。采用换刀机械手进行刀具交换的方式应用广泛,这是因为机械手换刀具有很大的灵活性,而且可以减少换刀时间。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置对应地记忆在数控系统中,不论刀具放在哪个刀套内,数控系统都始终记忆着它的踪迹。刀库上装有位置检测装置,可以检测出每个刀套的位置,这样刀具就可以任意取出并送回。刀库上还设有机械原点,使每次选刀时,能就近选取,如对于盘式刀库来说,每次选刀运动,刀库正转或反转的角度均不会超过180°。

由于带换刀机械手的加工中心的应用越来越广泛,而我们研究的加工中心也是带换刀机械手的,所以下面就以该类加工中心为例,研究其换刀的动作过程及其控制原理。

2自动换刀系统的结构组成

数控加工中心自动换刀系统的结构复杂。不同类型的加工中心,同类而不同厂家生产的加工中心,其自动换刀系统的结构均可能不同。下面结合某型号的加工中心,分别对其刀库和换刀机械手、自动换刀气动系统、自动换刀液压系统、电气系统的结构或功用进行分析与说明。

2. 1 加工中心刀库和换刀机械手结构

该加工中心的刀库为B T50 - 24 圆盘式刀库,刀库容量为24 , 刀柄/ 拉钉型号为B T40/ LDA -40B T、换刀时间为2. 7 秒(不含刀库转动) 、允许的最大刀具长度300mm、最大刀具质量10kg、刀具允许最大直径为Φ80mm ,其结构如图3 所示。特点如下:(1) 刀库的旋转为电动机拖动(具有电磁制动装置) ,靠电气实现刀库旋转方向(具有近刀功能) 、换刀位置检测及定位控制,结构简单,工作可靠。(2) 机械手换刀采用先进的凸轮换刀结构,实现电气和机械联合控制。(3) 倒刀控制采用气动控制,通过气缸的磁环开关

检测控制。(4) 全机械式换刀,避免液压泄漏,降低了故障率。(5) 换刀时间仅为2. 7 秒,大大地提高了机床工作效率。

图3 BT50 - 24 圆盘式刀库结构简图

1、刀库电动机

2、刀库刀位计数开关

3、刀库刀位复位开关

4、刀座

5、机械手换刀电动机停止开关

6、机械手扣刀确认开关

7、机械手原点确认开关

8、倒刀确认开关

9、回刀确认开关 10、机械手换刀电动机 11、机械手 12、圆柱凸轮 13、杠杆 14、锥齿轮 15、凸轮滚子 16、主轴箱 17、十字轴 18、刀套

2. 2 自动换刀气动控制系统

自动换刀气动控制系统的主要控制内容为:刀库刀具倒刀和回刀控制;主轴吹气控制。该系统的特点为:气源容易获得、反应速度快、动作迅速、维护方便、管路不易堵

塞、不易发生过载,还可以用于降温。工作压力较低,空气压缩比大,故输出功率低。系统如图4 所示。选用的气源压力为0. 5MPa ,因此气源压力应至少恒为0. 6 MPa 以上。主轴吹气回路压设定为0. 3MPa 。刀库倒刀回路压力设定为0. 5MPa 。三联件的调整:调节压力时首先将调节手轮拨至调节位置,转动手轮至所需要的压力(0. 5MPa) ,然后垂直压下,锁定手轮,保持压力稳定。

2. 3 自动换刀液压控制系统

液压系统工作平稳可靠、易于调节、传动介质为高压力的油性介质,因此适合大功率输出的系统。加工中心换刀控制液压系统主要用于实现主轴退刀控制,亦可也用于机械手的换刀控制,由于该加工中心采用的是三相交流电机直接驱动机械手,所以液压系

统仅用于主轴退刀的控制。系统原理图如图5所示。

2. 4 自动换刀电气控制系统

自动换刀电气控制系统与上述各个系统配合,主要实现的控制内容有: (1) 换刀机械手电动机控制; (2) 刀库电动机正反转控制; (3) 主轴退刀控制;(4) 刀库倒刀控制;

(5) 刀库回刀控制; (6) 主轴吹气控制; (7) 主轴准停控制。相关控制信号:主要输入信号: (1) 主轴刀具夹紧确认信号; (2) 主轴刀具松开确认信号; (3) 刀库倒刀确认信号; (4) 刀库回刀确认信号; (5) 刀库计数及定位信号; (6) 刀库原点确认信号; (7) 换刀机械手扣刀确认信号; (8) 换刀机械手原点确认信号; (9) 换刀机械手电机停止控制信号; (10) 换刀机械手电机和刀库电机保护开关信号。

除了上述输入信号之外,在机床上各种用于手动控制刀库转位、回参考点、倒刀与回刀、主轴松刀等开关信号在此没有列出。

主要输出信号: (1) 刀库电机正转控制信号; (2)刀库电机反转控制信号; (3) 刀库倒刀控制信号; (4)刀库回刀控制信号; (5) 换刀机械手电动机控制信号; (6) 主轴退刀控制信号等电气控制系统各控制功能的实现,还必须依赖于PMC 编程,由于这部分

篇幅过长,所以不赘述。

3 自动换刀动作过程及控制原理

加工中心自动换刀的动作过程步骤多,内部控制原理复杂,且在不同的条件下,换刀动作过程并不完全一致。其换刀功能的正常实现是与上述各个系统的正常工作紧密相连,同时还与用户编写的PMC程序,设置的PMC 参数和系统参数密切相关,这其中的任何一个环节出了问题,都有可能导致换刀故障。下面结合图6 ,对其换刀过程和换刀控制原理进行详细说明。

⑴程序执行到选刀指令T 代码时,系统通过方向判别后,控制刀库电动机1 正转或反转,刀库中刀位计数开关2 开始计数(计算出到达换刀点的步数) ,当刀库上所选的刀具转到换刀位置后,刀库电动机立即停转,完成选刀定位控制。如图6 (a) 所示。

⑵当T 代码执行后,倒刀电磁阀线圈得电,气缸推动选刀的刀套向下翻转90°(倒下) ,倒刀确认开关8发出信号,完成倒刀控制,这个信号还是交换刀具的开始信号。如图6 (b) 所示。⑶执行到交换刀具指令,交换刀具指令一般为M06 (实际上是调用换刀子程序) ,首先主轴自动返回换刀点(一般是机床的第二参考点) ,且实现主轴准停,然后换刀电机10 起动运行,通过锥齿轮14 ,凸轮滚子15 、十字轴17 带动机械手从原位逆时针旋转60°,进行机械手抓刀控制,当机械手扣刀确认开关6 发出到位信号后,换刀电动机10

立即停止,主轴刀具夹紧松开。如图6 (c) 所示。⑷主轴刀具松开后,换刀电动机10 起动运行,通过圆柱凸轮12 、十字轴13 带动机械手下降,进行拔刀控制,机械手完成拔刀后,换刀电动机10 继续运转,连续完成一下个换刀动作。如图6 (d) 所示。⑸当机械手完成拔刀控制后,通过锥齿轮14 、凸轮滚子15 、十字轴17 带动机械手逆时针旋转180°,使主轴刀具与刀库刀具交换位置。然后通过圆柱凸轮12 、杠杆13 使机械手上升,把交换后的刀具插入主轴锥孔和刀库的刀套中。机械手完成插刀后,换刀电动机停止开关5 发出信号使电动机立即停止。刀具插入主轴锥孔后,刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。如图6 (e) 所示。⑹当机械手扣刀确认开关6 再次接通后,换刀电动机10 起动运行,通过锥齿轮14 、凸轮滚子15 、十字轴17 带动机械手顺时针转动60°,回到机械手原点位置。机械手原位到位开关7 接通后,换刀电动机10 立即停止,如图6 (f) 所示。⑺当机械手回到原位后,机械手原位到位开关7 (接近开关) 接通,回刀电磁阀线圈获电,气缸推动刀套向上翻转90°,为下一次选刀做准备。回刀确认开关9 接通,完成整个换刀控制,如图6(g) 、6 ( h)所示。

4 自动换刀控制子程序

对于加工中心的操作者来说,要实现换刀,只需要在加工程序中使用T 指令来指定

将要更换到主轴上的刀具号,然后以M06 指令控制加工中心完成换刀动作。而对于数控机床来说, 大多数辅助控制功能(M) 指令的执行都是与具体的机床密切相关的,也就是说,相同的M 指令在不同的机床上的作用可能不相同。除了我们常见的一些M 指令,大家都约定俗成了之外,很多辅助功能M 代码并不是标准的指令,为此在本加工中心中,我们参照其它机床作以下规定:M06 :A TC 换刀;M19 :主轴定向;M20 :刀套倒刀;M21 :刀套回刀;M22 :机械手动作。执行M06 的时候,机床要完成一系列的换刀动作,这个过程很复杂。在该加工中心上,执行M06的时候,实际上是在调用一个换刀子程序。在FANUC 0i MB 系统中, 参数No. 6071 ～No. 6079 是用来设定调用子程序的M 代码,而上述每一个参数号与一个固定的子程序号一一对应。例如,向参数6071 里设置一个常数6 (即M06) ,参数6071 与子程序号O9001 对应,则在CNC 执行M06指令时就会自动调用O9001 子程序。在本加工中心上,将参数No. 6071 的值设成6 ,将换刀子程序程序号写为O9001 并存储在数控系统中即可。该子程序如下:

O9001

G40G49 / 取消刀补

M05 / 主轴准停

G91G28Z0

G28X0

G28Y0 / 回第二参考点

M19 / 主轴准停

M20 / 刀套倒刀

M22 / 机械手动作

M05

M21 / 刀套回刀

G90

M99

由上述程序可见,换刀子程序其实是将换刀过程中的动作进行分解,依据换刀动作的顺序,通过执行不同的指令来实现换刀动作控制,而其中的各M指令的含义及其控制功能的实现,是由PMC 程序决定的。

Cutter replacement device design automatically Nc vertical milling machine is the most number of CNC milling machine, application scope and the most widely used. Small CNC milling machine typically use the workbench mobile, lift, and spindle motionless way, and ordinary vertical lift milling machine is similar; Medium Nc vertical milling machine generally USES the longitudinal and transverse workbench mobile way along vertical axis, and slip board up and down movement; Large Nc vertical milling machine, because want to consider to expand trip, narrow area and rigidity, often using technical problems on mobile, its spindle can frame which is fabricated according to the horizontal and vertical in frame which is fabricated according to the slip board movement, and frame which is fabricated according to the bed while moves longitudinally.

From the coordinates of the machine tool CNC systems control volume, Nc vertical milling machine at present three coordinates majority still. General can undertake 3 coordinates linkage processing, but also have only three coordinates of machine tools on any of the two coordinate linkage processing. In addition, there are around the spindle can X, Y, Z coordinate one or two axes in nc angular motion for four coordinates and five coordinates nc vertical milling machine. Generally speaking, the more machine control coordinates, especially the more coordinates required linkage, function of machine, processing range and optional processing object is more also. But following is more complex, the structure of the machine tool for CNC system requirements of higher, more difficult, programming of equipment is also higher. Price Nc vertical milling machine can be attached, using automatic boards of nc turntable modeling device etc, increase the vertical milling machine to expand nc machining range and processing function, and further improve the production efficiency object.The main function of CNC milling machine and machining object.

The function of CNC milling machine The function of CNC milling machine is divided into general function and special functions. General function refers to all kinds of CNC milling machine has the function of common. Such as tool radius position control function, automatic compensation function, mirror processing function, fixed circular function, etc. Special function is index control milling machine in increased some special device or accessories, shrugging respectively has or some special function. Such as tool length compensation function, modeling processing function, the automatic transform workbench function, adaptive function, nc acquisition function etc.

In the use of CNC milling machine machining, just make full use of various function of CNC milling machine, it can process many strength.the difficult-to-machine workpiece. CNC milling machine's main processing targets are: plane kind parts; Variable bevel kind parts; Surface class (stereo type) parts.

automatically change tool device (ATC) and form Nc machine tools in order to further improve productivity, further compression not cutting time, modern machine gradually developed in a machine to finish in a pack processes or all process of processing. Nc machine tools in order to succeed in a clamping workpiece finish multiple work step, to cut auxiliary time and reduce the error due to multiple installation workpiece, usually with automatically change knife system. More on workpiece set process but the storage and replace Tool device is called automatically change Tool device (Automatic Tool Changer, ATC); Automatic Tool automatically Change dao (ATC) system as by stronger control system and Change knife device component. On the basis of CNC milling machine, if match again with knives and automatic tool changer, constitutes processing center (Machining center abbreviation MC). In this kind of CNC machine, automatic cutter replacement device (ATC) is indispensable. Such as processing center machine and say more processes automatically change knife nc machine tools, it is mainly refers to have automatically change knife and automatically change the workpiece machining position of nc machine tools, can work with automatic cutter replacement device is typical of machining center machine, and the necessary conditions of process. Automatically change device to the function of machine, processing efficiency greatly. Because ordinary nc vertical milling machine is the medium and small parts of the general, its most needs a few knife processing (10), and, within the tool is increase automatically change tool device and while automatically transform spindle speed. Can reduce labor intensity, reduce cutter replacement time machine, it raised the automation degree, and also to improve the labor productivity. Therefore, nc vertical milling machine as the largest number of CNC milling machine, application scope and most extensive a, on the added can quickly and accurately change the sword automatically change tool device is very necessary.

All kinds of numerically-controlled machine tool's automatically change the structure of machine tool device depends on the type, machining scope and cutlery type and quantity, etc. This device can be divided into the following several main form:

1) rotary cutter cutter replacement form

Nc lathe use rotary cutter is a simple automatically change tool device. According to the different processing object, can be designed to sifang and hex cutter or other various forms.

Rotary cutter separately on the four, six or installed by the tool, and more nc device instructions transposition change knife. Rotary cutter on the structure must have good strength and rigidity, and reasonable positioning structure, to ensure that the rotary cutter in every inversion is the highest possible after repositioning precision. Such as: CK7815 numerical controlled lathe adopts BA200L cutter, its working cycle is: the throats of nc device receives a loosen a turned to command the position of instruction requirement a clamping gave the inversion exit signal.

2) change main shaft head cutter replacement form

With rotary tool in the nc machine tools, replace main shaft head for the knife is a simple change dao style. Main shaft head tong have horizontal and vertical two kinds, and common turret of inversion to replace main shaft head to realize automatic changing swords. Each spindle head with each process in advance of rotary tool needed to change cutters, when receive instruction, the main shaft head and, in turn, turn to processing position and connected to the main movement driven corresponding rotation, and tool spindle is not in other position of spindle are processed with the main sports withdraw.

Turret spindle head way of changing tools saves the main advantage is automatic loose clip, unloading dao fittings knife, clamping and tool handling a series of complicated to operate, thereby significantly reducing the cutter replacement time, improve the reliability of the cutter replacement, but due to structural causes and space position of spindle component of the restrictions, the number of poor and spindle rigidity may not many. Therefore turret spindle head change knife usually only applies to process less, precision less demanding nc machine tools, such as CNC milling machine.

3) take knife library automatically change knife form

Knife library automatically change by knife knife forms are device component library and tool exchange. At present this change in the nc machine knife method of the most widely used. Knife library of nc tool device automatically change spindle box and turret spindle head, because in the headstock compared only a spindle, so the spindle component has enough so that they can meet various stiffness of the precision machining requirements. In addition, the knife library can deposit quantity of knives, can undertake more complex components, which could evidently improve process of CNC adaptability and processing efficiency. This knife library automatically change tool device especially suitable for CNC milling machine, CNC drilling and CNC boring.

The type of tool store by knife library structure forms can be divided into: dise-type knife library, chain knife library, box type knife library - box and linear; Press set at different tool store can be divided into: top buy type, side buy type, suspension and console, etc. Various

换刀机械手设计

摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机械手，示教编程，伺服，制动

ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake

数控机床的自动换刀装置设计

第六章 数控机床的自动换刀装置第一节自动换刀装置的形式数控机床 为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短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。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。 在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。其基本类型有以下几种。 一、转刀架换刀回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为 0.001～0.005mm）。 一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧141 等。回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。 图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。 转位刀架 刀架内装信号盘上齿盘销钉端齿盘定位开电动机合下齿盘销钉n螺母弹簧安全离合器蜗轮副(a)(b) 刀架 凸轮凸轮拔爪棘爪上齿盘下齿盘电动机液压缸棘轮摆动阀芯(c)(e)(d)回转刀架的类型及其工作原理图6-1 图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。 图6-1c)所示为凸台棘爪式刀架，蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转90o，然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。 图6-1d)所示为电磁式刀架，它利用了一个有10kN左右拉紧力的线圈使刀架定 位锁定。 142

数控镗铣床换刀机械手设计

数控镗铣床换刀机械手设计 摘要 为了更好的应用，机床工业中的对应机械手获得了广泛的研究，然而，有限的工作空间，比较差的灵活性，复杂对应机械手的难于设计，导致人们把目光投向于少于6个自由度的对应机械手，本篇论文描述了几个在自由度的数量和类型上都不相同的对应机械手，这些对应机械手可被用语对应运动机器，运动模拟器和工业机器人。 关键词：对应机械手；对应运动机械；自由度；机器人

Abstract llel manipulators for the machine tool Industry have been studied extensively for various industrial applications. However, limited useful workspace areas, the poor mobility, and design difficulties of more complex parallel manipulators have led to mare interest in parallel manipulators with less than six degrees of freedom (DoFs). Several parallel mechanisms with various numbers and types of degrees of freedom are described in this paper, which can be used in parallel kinematics machines, motion simulators, and industrial robots. Key words：parallel manipulator；parallel kinematic machine；degree of freedom；robot

毕业设计：盘式刀库及其自动换刀装置的设计说明书

1 绪论 1.1数控加工中心自动换刀装置概述 机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。当今社会，数控机床几乎已经扩展到了所有加工领域，许多工厂为了适应产品的频繁更新、提高加工精度、降低生产成本、缩短产品交货周期和减轻劳动强度，在中等批量、甚至大批量生产中应用数控机床，并取得了良好的经济效益。 数控加工中心带有刀库和自动换刀装置，是能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。自动换刀装置（ATC）是加工中心的重要组成单元，其设计质量的好坏，直接影响加工中心的质量。ATC由刀库和机械手组成，它的机构和运动复杂、性能要求高。刀库的功能是储存刀具，并且按程序指令，把即将要用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，因此刀库的位置、体积大小能否适合加工中心的整体设计，刀库的运动机构能否使刀库平稳运转并准确地停在换刀位置，运动过程有无干涉、卡死等现象，都是设计人员非常关心的问题。机械手的功能是把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具送回刀库。它的动作要求迅速而准确，所以对机构的结构、定位、运动、夹持力的大小等都有很高的要求，一旦有运动故障或定位、运动误差过大，都会造成换刀动作失败，掉刀。 当今时代，高速加工中心已成为加工行业未来的发展趋势。高速功能部件如电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率。为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。未来机床产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等级机床的一项重要指标。因此，对数控机床的刀库及其自动换刀装置的研究和发展有着重要的意义。 1.2国内外自动换刀装置设计的发展情况 自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。 从换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM 公司同期也研制成功了“APT”(刀具程序控制装置)。1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。1967年出现了FMS(柔性制造系统)。1978年以后，

自动换刀机械手设计

自动换刀机械手设计(三维Proe)☆ 摘要 加工中心是指在一次装卡中〖资料来源:毕业设计(论文)网https://www.wendangku.net/doc/d818318341.html,〗能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、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。这就把加工中心和自动换刀数控车床和车削中心区别开来。 加工中心区别于别的数控镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，机自动换刀(ATC)机能。 加工中心的自动换刀系统,通常是由刀库和机械手组成,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的效益。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,尤其机械手部分更始如此。 加重中心的自动换刀形式,可分为有机械手换刀方式和无机械手换刀方式。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。 〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗 关键词：机械手；加工中心；自动换刀 设计任务 本次设计的主要任务是：自动换刀机械手，实现数控镗铣床的自动换刀，需要换的刀具主要是BT40型刀柄，需要实现的工作是抓刀—换刀—松刀的动作。 〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗 主要技术参数：刀具最大重量6kg，双臂回转式换刀，刀臂数量和长度以及直径主要依据配套刀库的设计要求。换刀时间2.5S。 机械手的平稳性 工业生产要求机械手工作速度快，运动平稳，定位精度高。应注意其影响因素，设计合理结构，以满足要求。 这篇论文主要介绍了机械手的相关资料，包括加工中心和自动换刀机械手（ATC）两部分。设计的主要部分是机械手的传动方式和手爪抓到的方式。传动方式的选择是通过比较3种不同类型的传动方案后确定的，这3中方案分别是气动式、液压式和凸轮联动式，通过分析，发现不论是气动式还是液压式都要求较高的加工精度，缓冲系统复杂，而且成本很高，相比而言，凸轮联动式传动不仅结构简单，工艺精度要求低，而且成本非常低廉，综上所述，选择了凸轮联动式作为我的传动方式。 凸轮联动式驱动的最大特点就是它的2个凸轮，一个是弧面凸轮，另一个是平面凸轮，其中，平面凸轮是平面凸轮和锥齿轮的合体，当电动机通过锥齿轮传动，带动平面凸轮转动时，弧面凸轮也通过键和螺栓的连接一起运动。这时，平面凸轮通过连杆，利用杠杆原理带动刀臂轴的上下移动，而弧面凸轮通过六沟珠管和刀臂轴上的花键，从而带动刀臂轴做旋转运动。〖资料来源：毕业设计(论文)网https://www.wendangku.net/doc/d818318341.html,〗 手臂的抓刀方式，是通过2个顶柱来完成的。换刀的过程是这样的，机械手先旋转80°，

换刀机械手

换刀机械手 经过对关于机械设计专业所学知识统筹，阐述和剖析机器的每个零件的做法和由来，这一次是设计一个腰部负责转动，身躯部分负责上下移动，水平部分负责左右移动的机器。开始先制作一张cad大体的运动方式的原理图，然后从底部分析它的运转，一个一个零件的假设，然后经过公式计算等大体确立出它的图形，接着用三维然间画出来。之后，每个关节部位的链接确定用什么方式驱动，让个个部分能够衔接的上。 1.1 机器和人类 从人类使用道具开始，就已经注定了工具的发展，这是一个艰辛的过程。人类总是想方设法让自己所处的环境更加的简单便利，从而不断的改进身边的工具。从开始的使用木头，使用石头，到后来的青铜时期。期间人类发现工具的的改进不断改善人们的生活。经过几千年的沉淀，人类的机械水平已经到了很高的程度。就交通工具而言如自行车，电动车，小轿车，火车，地铁，动车。这些都是由无数个小机器组成的大器械。给人类带来方便的同时，更节约了人类的时间。在二战期间，武器的制造，它的精密程度就之间关系到一个国家的命运。现在家家户户电器的总类繁多，如电视，冰箱，空调，洗衣机，热水器，直接影响着单户的生活水平。由此可见，人类的生活已经离不开机器。一个国家的强弱离不开机器。一个世界的格局离不开机器。现在国内的技术水平和一些发达国家还是有比较大的差距，只有找到我们国内自己的优势，去开发，去研究，才能进一步突破自动化生产水平，让产品的数量和质量得到本质性的提升，不管是从经济上还是技术上都是值得国内重视和挖掘的。所以，对机械手的研究和设计是一项十分有意义的课题。 1.2 技能运用 在这个设计的过程中，我们不仅要熟悉应用平时上课老师教导我们的知识，更要经常去图书馆查阅资料，侧面完善我们的知识。向从开始的cad原理图的模拟成型后，在选用材料过程中要不断查阅书籍，经过大量的假设和计算才能大体的弄出一个模型来，弄完模型后，尺寸和尺寸之间的衔接正常情况是没有那么刚好的，还要不断的回头修改原来以为确定的零件。然后再用proe画出来，有时

机床自动换刀装置

第一章、刀架和自动换刀装置设计 一、机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求 (一) 机床刀架和自动换刀装置的功能 机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架、转塔车床的转塔刀架、回轮式转塔车床的回轮刀架、自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量存储刀具静自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。 (二) 机床刀架和自动换刀装置的类型 按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架。例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等；按驱动刀架转位的动力可分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架。 自动换刀装置的刀库和换刀机械手，驱动都是采用电气或液压自动实现。目前自动换刀装置主要用在加工中心和车削中心上，但在数控磨床上自动更换砂轮，电加工机床上自动更换电极，以及数控冲床上自动更换模

具等，也日渐增多。 数控车床的自动 换刀装置主要采用回转 刀盘，刀盘上安装8～ 12把刀。有的数控车床 采用两个刀盘，实行四 坐标控制，少数数控车 床也具有刀库形式的自 动换刀装置。图3—122a 是一个刀架上的回转 盘，刀具与主轴中心平 行安装，回转刀盘既有 回转运动又有纵向进给 运动(S纵)和横向进给 运动(S横)。固3—122b 为刀盘中心线相对于主 轴中心线倾斜的回转刀 盘，刀盘上有6～8个刀 位，每个刀位上可装两把刀具，分别加工外圆和内孔。图3—122c装有两个刀盘的数控车床，刀盘1的回转中心与主轴中心线平线，用于加工外圆l刀盘2的回转中心线与主轴中心线垂直，用以加工内表面。图3—122d 安装有刀库的数控车床，刀库可以是回转式或链式，通过机械手交换刀具。

卧式加工中心自动换刀机械手设计

卧式加工中心自动换刀机械手设计 机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀 具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。 设计思路是用机械手的动作来实现对加工中心的换刀，机械手的转动有回 转液压缸运来实现，其动力则由驱动系统实现。 加工中心的自动换刀装置，通常是由刀库和机械手组成，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，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，尤其机械手部分更是如此。 这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。根据结构要求，可以采用油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。 整个机械手由机械臂伸缩机构，机械爪开合机构，回转机构及装卸刀具直线 运动机构组成。 本次设计的题目是加工中心的自动换刀装置中的核心部件---机械手的 设计。机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的 刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。 设计此机械手的目的是为了使加工中心能够更快的的工作，使加工中心 能够得到更加充分的利用，以实现其的价值所在；再者，由于使用了机械手，减少由于人工换刀带来的生产效率低，并且容易出事故的弊端。 本次设计的内容主要有回转液压缸装置和机械运动的驱动系统，对于其 中动作的实现则由电气控制来实现。 由于本人能力及学识有限，在设计中存在有很多缺陷，望老师们能多加 指导。

加工中心的总体布局 盘式刀库的卧式加工中心 卧式加工中心的主轴是水平设置的，卧式加工中心刀库容量一般较大，有的刀库可存放几百把刀具，卧式加工中心的结构较立式加工中心复杂，占地面积大，价格也较高，卧式加工中心较适用于加工箱体之类的零件，特别对箱体零件上的一些孔和孔系，以及孔和型腔与基准面有严格要求的箱体，容易得到保证，适合于批量加工。 卧式加工中心的功能较立式加工中心多，在立式加工中心上加工不了的工件，在卧式加工中心上一般都能加工。 2.1 技术条件 我们所设计的加工中心的主要的技术参数有： ⑴刀库容量：24把刀 ⑵刀柄型号：40号刀柄 ⑶刀具最大直径：120㎜ ⑷刀具重量：11㎏ ⑸换刀时间：5s ⑹选刀方式：任选 2.2 总体布局 我们设计的加工中心的总体布局如图1.1所示： 图1.1 卧式加工中心的总体布局 2.3 卧式加工中心的机械结构：

数控加工中心自动换刀装置的设计

数控加工中心自动换刀装置的设计 摘要 数控机床的发展与运用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。随着数控机床的普及运用，加工机械的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。加工中心带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。 自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和刀库、机械手与主轴间自动换刀，加工中心出现故障80%都在上述方面。本课题就是对自动换刀装置进行设计，利用PLC 对刀库的选刀控制和刀库、机械手与主轴间的自动换刀控制。 关键词：自动换刀装置；弧面分度凸轮；滚齿凸轮；机械手。

ABSTRACT The numerical control engine bed development and the utilization, greatly reduced the components processing non-cutting time, enormous enhancement productivity.Along with the numerical control engine bed popularization utilization, processes the machinery the automaticity to enhance greatly, the numerical control engine bed develops now has been common the application one kind of renewal, the more advanced manufacture equipment is the processing center.The processing center has the knife storehouse and trades the knife installment automatically, can carry on the multi-working procedure processing to the work piece according to the pre-set sequence the high automation multi-purpose numerical control engine bed Trades the knife equipment to have automatically to trade the knife time satisfiedly short, the cutting tool reserves enough, the cutting tool placement space small as well as safe reliable and so on the basic request.The processing center key lies in CNC to choose the knife and between automatically the knife storehouse, the manipulator and the main axle to the knife storehouse trades the knife automatically, the processing center appears breakdown 80% all in the above aspect.This topic is to trades the knife installment to carry on the design automatically, chooses the knife control and between the knife storehouse, the manipulator and the main axle using PLC to the knife storehouse trades the knife control automatically. Keywords:Trades the knife installment automatically; Cambered surface indexing cam; Rolls the tooth cam; Manipulator.

换刀机械手设计

绪论 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已越来越引起人们的重视。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。 在现代工业生产自动化领域中，机械加工的快速上下刀、精确的加工都使数控机床以及数控加工中心的应用显得十分重要。据详实的资料统计，这些费用占全部加工费用的五分之一以上。而大规模的机械加工中，时间的节省越来越成为生产者和工程设计者（或者技术人员）的追求方向，这也是未来工业发展的趋势。 机械手已被广泛用于航空、航天以及工业生产领域中，并取得较好的效果。现今的工业机械手可分为专用机械手和通用机械手两类。我国目前研制的工业机械手大多还是专用机械手。该机械手的结构形式比较简单，专用性强，仅附属于某台机床。虽然其有着通用机械手无法比拟的批量大，对某些设备（或者机加零件）的加工精确性高的优点，但就目前来看，专用机械手存在着适应性不强的弊端。这就要对其进行必要的改造，使其适应未来的工业发展的需要。由于通用机械手改变工作程序较方便，特别适用于多品种、小批量的生产。通用机械手在工业生产中的应用只有三十年的历史，但这些装置在国外得到相当重视。所以设计生产使用数控机床、数控加工中心一类的较为高级的机加设备是迫在眉睫的。虽然目前我国的数控加工中心等大型设备还是依赖进口，但相信不久的将来我国必然会设计研制出自己的设备，这需要我们所有人的不懈努力。 这次设计的换刀机械手的主要任务是，完全模拟人手的换刀动作，给机床主轴提供相对转动实现夹紧、放松刀具的动作。

立式加工中心换刀机械手设计

本科毕业设计任务书 院(系) 机械工程学院专业班级学生姓名 一、毕业论文﹙设计﹚题目立式加工中心换刀机械手设计 二、毕业论文﹙设计﹚工作自 2013 年 3 月 8 日起至 2013 年 5 月 30 日止 三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 校内 四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求： 1、设计课题简介： 数控机床中，实现刀库与机床主轴之间传递和卸载刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式和他们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有着直接的影响。 本设计要求学生分析论证加工中心刀具交换装置的交换方式和结构形式、工作原理，在此基础上设计一部立式加工中心用换刀机械手，要能实现抓刀、拔刀、转位和装刀等完整换刀动作；用三维CAD软件建模，绘制详细设计图纸，并对主要零件进行设计计算，编写设计说明书，完成毕业设计任务。 2、设计内容及要求： 1). 搜集并阅读与本课题有关的资料，撰写开题报告； 2).了解并熟悉加工中心换刀机械手的动作原理及其结构组成； 3). 设计一部立式加工中心用换刀机械手（设计参数：抓取刀具刀柄结构BT40，刀具最大重量4kg；刀具水平存放在刀库中，刀库换刀位置处刀套垂直轴线与机床主轴轴线之间距离600mm，且与装刀基准面处于同一平面；手臂回转范围0～360°），机械手的运动和动作均由气动元件（气缸）控制。用三维CAD软件建模，绘制详细设计图纸，并对主要零件进行设计计算，拟定气动控制回路 4). 撰写设计说明书；绘制三维装配图（2×A3）和二维工程图样（折合2×A0）3、设计说明书格式要求： 设计说明书应包括：序言、目录、摘要（中英文）、关键词（中英文）、中图分类号、正文（含设计方案论证、设计及其它说明等）、结束语和参考文献等内容，并按照封页、设计任务书、序言、目录、摘要、关键词、正文、结束语、参考文献和封底的顺序装订。 指导教师系(教研室) 系(教研室)主任签名批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名

数控加工中心-换刀机械手设计论文_本科论文

1绪论 1.1数控加工中心概述 1.1.1数控加工中心的优点 数控加工中心的优点很多，主要有一下几种： （1）工件一次装夹可完成多种加工任务，避免了因多次装夹带来的误差和时间成本，而且，由于不需要依靠操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。 （2）减少了加工的准备时间，提高了加工效率，减少了劳动力的使用，从而大大的降低了生产成本，提高了产品的竞争力。 （3）提高了设备的利用率，数控加工中心的设备利用率为通用机床的几倍，并且，由于工序较为几种，更加适合多种、中小批量的加工生产。 1.1.2数控加工中心的结构特点 数控加工中心的结构特点如下： （1）刚度高、抗振性好。 （2）传动系统结构简单，传递速度快，精度高。 （3）设计有刀库和换刀机构，这是数控加工中心与其他机床的主要区别。 （4）相较其他机床更为人性化，功能齐全，省去了绝大部分的人力劳动。 1.1.3数控加工中心的发展趋势 （1）高速化 随着数控系统核心处理器性能的进步，数控加工中心的主轴转速和进给速度的进一步提升以及自动交换平台和自动换刀用时的进一步缩短，进而使数控机床的效率向更高的目标迈进。 （2）高精度化 先进的数控系统一般带有高精度的位置检测装置，并通过自我反馈系统时时的调整主轴的运动，进而保证了较高的加工精度和准确性。随着现代科学技术的发展，以及人们不断去对超精密加工技术提出更高的要求，并且伴随新材料，新零件的出现对它们的加工需要更高的超精密加工工艺，因此不断发展新型的超精密加工机床和不断完善现代超精密加工技术，是数控机床发展的毕由之路。 （3）复合化 随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的

自动换刀装置的结构原理与维修修订稿

自动换刀装置的结构原 理与维修 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]

自动换刀装置的结构原理与维修2007-09-26 01:24:39?作者：来源：文字大小：【】【】【】 简介：8.4.1 自动换刀装置的形式自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。 1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受 粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转 关键字： 8.4.1 自动换刀装置的形式 自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。 1．回转刀架换刀 数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或 更多的刀具。 回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定 位精度。 图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以用四方回转刀 架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。 图8-17?数控车床六角回转刀架 1－活塞 2－刀架体 3、7－齿轮 4－齿圈 5－空套齿轮 6－活塞 8－齿条 9－固定插销 10、11－推杆 12－触头 回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤： (1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。 (2)刀架转位当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60o。活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。

自动换刀机械手的总功能设计论文

摘要 在本论文中，首先扼要的介绍了自动换刀装置，以及将自动换刀装置发展成机械手的原因和机械手在生产中的作用；在第二部分中，介绍了工业机械手的组成和分类以及机械手的缓冲器与定位元件，并对机械手的手机身作了简单的介绍。在第三部分中我们分别就驱动系统、控制系统、执行系统论证了一些方案，并从中选出了一些合理的功能单元，最后进行最佳方案的组合。经详细的技术评价与综合方案评价后确定本论文中的方案一为最优；由于整体设计的需要，我们选择了液压系统作为驱动系统。一方面，液压传动的速度快，反应灵敏，传动平稳；另一方面是其运行精确，可以达到较高的定位精度。第四部分进行了有关机械手的计算。第五部分介绍了我所设计的滑座伸缩和回转机构。第六部分我们对工业机械手的工作顺序进行了分析。第七部分我们叙述了未来机械手的发展趋势。由此我们可以看到目前工业机械手的应用在逐渐的扩大，技术性能在不断的提高。最后，我们记录了心得体会。在设计中，我们参考了一些文摘并翻译了一篇名为“Estimation of heat fluxes during high-speed drilling”的外文。 关键词：机械手;液压传动;刀具

ABSTRACT In this dissertation, the part one introduced concisely the set that can up or down cutter automatically and it gave the reason why we developed it into the manipulator and manipulator’s function in the production. In the second part, it introduced the integrant and assortment about the manipulator, then it told us what is the free degree and coordinate of the manipulator. In this section, we respectively demonstrated some plan carefully about drive-system, control system, actuator system, and then selected some reasonable plans of function unit from these. At last, we decided the best way. After evaluating the brief technology and general plans, we conducted that the plan A is the best. Because of the whole design’s request, we selected liquid-actuated system as actuator system. Because in one hand, the liquid-acetated is fast, reacts swift and drives steadily. On the other hand, for it has accurately movement and orientates precisely. The part three do some calculates about manipulator. The part four do some analysis on the manipulator’s operative order. The part five, we narrate the development tendency of the future manipulator. From the above, we can see that the application of the current industrial manipulator is expanded gradulately and the technologic capability is improved on and on. In addition,according to the information collected and the content of design, we made the animated on the basis of the cutter clear. Finally, we recorded our personal insight. We referred some literatures and translated an article named “Estimation of heat fluxes during high-speed drilling” from English into Chinese. Key words: manipulator, liquid-actuated system, and cutter

加工中心换刀机械手设计

加工中心换刀机械手设计 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。首先，本文将设计机器人的底座、机身、臂部和手爪的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计设计了机械手的夹持式手部结构；以及机械手的总体结构，以实现机械手伸缩，升降，回转和俯仰四个自由度及手爪的开合。 运用了FX 系列可编程序控制器（PLC）对换刀机械手进行控制, 论述了电气控制系统的硬件设计, 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。 关键词：机械手，可编程序控制器，液压

DESIGN FOR AUTOMATIC TOOL CHANGER OF MACHINING CENTER ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design manipulator's clamp type hand structure; As well as has designed manipulator's gross structure, realizes the manipulator to expand and contract, the fluctuation, rotates three degrees-of-freedom and hand fingernail's opening and closing. The drive type realizes the arm expansion and the fluctuation