【溫馨提示】壓縮包內(nèi)含CAD圖有下方大圖片預(yù)覽，下拉即可直觀呈現(xiàn)眼前查看、盡收眼底縱觀。打包內(nèi)容里dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無(wú)水印，高清圖，壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開預(yù)覽，需要原稿請(qǐng)自助充值下載，所見才能所得，請(qǐng)見壓縮包內(nèi)的文件及下方預(yù)覽，請(qǐng)細(xì)心查看有疑問可以咨詢QQ：11970985或197216396

壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說(shuō)明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目名稱： 數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手三維設(shè)計(jì) 所 在 學(xué) 院 ： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)（ 班級(jí)）： 學(xué) 生 姓 名 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 評(píng) 閱 人 ： 院 長(zhǎng) ： 數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機(jī)械手三維設(shè)計(jì) 總計(jì)：畢業(yè)論文：  摘 要 在本文中研究并設(shè)計(jì)了一種數(shù)控臥式鏜銑床加工中心自動(dòng)換刀機(jī)械手，讓其在設(shè)定好的程序指令下，配合刀庫(kù)和鏜銑床完成整個(gè)加工工序的自動(dòng)換刀過程。該機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)通過滾珠絲杠進(jìn)行豎直方向的定位，使用液壓回轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)手架的回轉(zhuǎn)，通過直線油缸驅(qū)動(dòng)手部結(jié)構(gòu)配合刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)新刀的裝卡和對(duì)舊刀卸載、入庫(kù)。在完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行了液壓系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)和對(duì)液壓油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算，并制定了液壓閥電磁鐵通斷情況表，實(shí)現(xiàn)了機(jī)、電、液一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用 SolidWorks 軟件對(duì)所有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維的繪制和裝配。總結(jié)全文，本論文的工作包括如下幾個(gè)方面： 1、通過參閱有關(guān)文獻(xiàn)確定換刀機(jī)械手的組成與配置。 2、通過設(shè)計(jì)計(jì)算和參考文獻(xiàn)利用 SolidWorks 軟件確定換刀機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和尺寸及相互位置關(guān)系。 3、設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手上的滑座伸縮機(jī)構(gòu)并繪制及裝配三維實(shí)體模型。 4、設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)借助 SolidWorks 軟件在裝配中確定具體結(jié)構(gòu)和尺寸。 5、設(shè)計(jì)裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu)，并且繪制以及裝配裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型。 6、設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：加工中心； 機(jī)械手；自動(dòng)換刀裝置；雙臂機(jī)械手。 Abstract In this paper，I designed a kind of CNC horizontal boring and milling machine Robot Tool Manipulator，make it processes to achieve all the automatic tool changes with the Program instructions that we gain it.This agency Vertical direction for positioning with Hydraulic Motor and Ball Screw.Use rotary hydraulic tanks to achieve hand planes rotation.Tanks drive through the linear structure of the hand movement with the knife to achieve the treasury on the new card and loaded knife blade to uninstall the old, put in storage.Upon completion of the mechanical structure design of the hydraulic system ,I desiged the principles of design and the design of the hydraulic cylinder calculation.I also make the Electromagnetic hydraulic valve set off Tietong Table.realizeed mechanical, electrical,hydraulic of structural design.use the SolidWorks software structure of all three-dimensional mapping and assembly.Summary of the full text of this paper include the following aspects of work: 1. Refer to the relevant literature to determine the adoption of robot components and configuration. 2. Through the design of computing and the light of references use SolidWorks software to determine the Manipulator hoisting appliance structure and the size and location of mutual relations. 3. Design Manipulator telescopic slide and draw three-dimensional solid body. 4. Design of Automatic Tool Changer hand manipulator rotating body frame with SolidWorks software in the assembly to determine the specific structure and size. 5. Design, drawing and assembly loading, unloading arms structures. 6.design of the hydraulic manipulator system. 7.Completed the design of electrical control. Keywords: machining center; manipulator; ATC; automatic tool changing device; manipulator arms 目 錄 第一章 緒論 . - 1 - 1.1 設(shè)計(jì)背景................................................................................................................. - 1 - 1.2 系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹......................................................................................................... - 1 - 1.2.1 刀庫(kù)類型：.................................................................................................. - 1 - 1.2.2 換刀機(jī)械手：.............................................................................................. - 1 - 1.2.3 用途：.......................................................................................................... - 1 - 1.2.4 規(guī)格參數(shù)...................................................................................................... - 2 - 1.2.5 手架的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：...................................................................................... - 2 - 第二章 換刀機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 3 2.2 設(shè)計(jì)思路 3 2.2.1 設(shè)計(jì)步驟 3 2.3 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 2.4 總體方案確定 3 2.4.1 自動(dòng)換刀機(jī)械手的組成與配置的確定 3 圖 2.2 自動(dòng)換刀過程示意圖 6 第三章 機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3.1 換刀機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7 3.1.2 加工中心常見的刀庫(kù) 7 3.1.2 鏈?zhǔn)降稁?kù)的構(gòu)成 8 3.1.2 刀庫(kù)的準(zhǔn)停與回零 9 3.1.3 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的確定 10 3.2 換刀機(jī)械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 11 3.2.1 刀具交換裝置 11 3.2.2 自動(dòng)換位換刀裝置 12 3.2.3 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)換刀機(jī)械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 16 3.3 裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu) 16 3.3.1 手爪 16 3.3.2 裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu) 17 3.4 自動(dòng)換刀機(jī)械手液壓系統(tǒng) 19 第四章 相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4.2 臂部設(shè)計(jì)要求 21 4.2.1 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 21 4.2.2 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 22 4.2.3 手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 23 4.2.4 位置精度要高 23 4.2.5 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 4.3 伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 24 4.3.1 作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 24 計(jì)算數(shù)據(jù) 27 4.3.2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 32 計(jì)算數(shù)據(jù) 34 第五章 三維裝配效果圖 37 第六章 環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、安全性分析 40 6.1 油液泄漏污染 40 6.2 振動(dòng)與噪聲 40 參考文獻(xiàn) 41 結(jié)束語(yǔ) 42 第一章 緒論 1.1 設(shè)計(jì)背景 隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工的加工精度和加工效率要求越來(lái)越高，而普通機(jī)床的加工精度有限，加工效率也比較低，因此加工中心越來(lái)越多的在機(jī)械加工行業(yè)被使用。 加工中心(Machining Center)，是一種包含機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)的被用來(lái)加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。加工中心區(qū)別于數(shù)控機(jī)床最主要的特征是備有刀 庫(kù)，具有自動(dòng)換刀功能，對(duì)工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。工件裝夾 后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇、更換刀具，自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。因而大大減少了工件裝夾時(shí)間，測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時(shí)間，對(duì)加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較 高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。 加工中心的換刀方式主要有兩種： 1、無(wú)機(jī)械手式：這種方式必須將用過的刀具送回刀庫(kù)，之后再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具，這兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)。 2、機(jī)械手換刀：這種方式應(yīng)用的最為廣泛，因?yàn)闄C(jī)械手換刀有較大的靈活性，可以減少換刀時(shí)間。 由此可見自動(dòng)換刀機(jī)械手在加工中心中有著十分重要的地位。在實(shí)際應(yīng)用中加工中心換刀機(jī)械手有著多種形式，各自的特點(diǎn)也各不相同。本文對(duì)換刀機(jī)械手進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一種針對(duì)數(shù)控臥式鏜銑床加工中心的換刀機(jī)械手。 1.2 系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹 設(shè)計(jì)課題：數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀裝置。 1.2.1 刀庫(kù)類型：鏈?zhǔn)降稁?kù)。 1.2.2 換刀機(jī)械手：雙臂單爪交叉式機(jī)械手。 1.2.3 用途：在給定的程序指令下，配合刀庫(kù)和臥式鏜銑床（簡(jiǎn)稱主機(jī)）實(shí)現(xiàn)所有加工工序的自動(dòng)裝、卸刀。 - 6 - 1.2.4 規(guī)格參數(shù) 抓 重：20 公斤。自由度數(shù)：4 個(gè)。 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)。 手指夾持刀柄的直徑：Φ100 毫米。驅(qū)動(dòng)方式：液壓。 1.2.5 手架運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 拔、插刀行程（即滑座伸縮 Z）：155 毫米（最大 180 毫米）。 升降行程（即找刀排 Y）：3x420 毫(刀排間垂直方向距離為 420 毫米，共四排)。回轉(zhuǎn)角度（φ）：180°。 裝、卸刀手手臂伸縮行程（X）：195 毫米。手指夾持刀柄的直徑：?100 毫米。 位置檢測(cè)與定位方式： 滑座伸縮、手架回轉(zhuǎn)和裝、卸刀手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)采用行程開關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè)，由擋塊定位。手架升降運(yùn)動(dòng)采用無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè)，并控制三位四通閥適時(shí)“關(guān)閉”來(lái)定位。 控制方式：數(shù)字控制 第二章 換刀機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一種數(shù)控臥式鏜銑床自動(dòng)換刀機(jī)械手，使其在設(shè)定好的指令下，和刀庫(kù)以及鏜銑床——主機(jī)一起，完成整個(gè)加工工序的自動(dòng)裝、卸刀過程。 2.2 設(shè)計(jì)思路 2.2.1 設(shè)計(jì)步驟 1、確定換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與構(gòu)成。 2、通過設(shè)計(jì)計(jì)算和參考文獻(xiàn)確定換刀機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和尺寸及相互位置關(guān)系。 3、設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的滑座伸縮機(jī)構(gòu)。 4、設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 5、設(shè)計(jì)裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu)。 6、設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 7、完成換刀機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 2.3 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、換刀機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 2、滑座伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 3、 裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 4、自動(dòng)換刀機(jī)械手的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 5、機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 2.4 總體方案確定 2.4.1 自動(dòng)換刀機(jī)械手的組成與配置的確定 機(jī)械手在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中的形式有多種多樣，常見的機(jī)械手形式有以下幾種。 1、單臂單爪回轉(zhuǎn)機(jī)械手 這種機(jī)械手的手臂在進(jìn)行自動(dòng)換刀過程中可以回轉(zhuǎn)不同的角度，而且不論在刀庫(kù)上或是在主軸上，均靠其僅有的一個(gè)卡爪來(lái)裝刀及卸刀，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)。 2、單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 44 這種機(jī)械手換刀時(shí)間相對(duì)于上述單爪回轉(zhuǎn)機(jī)械手用時(shí)要少，因?yàn)槠涫直凵嫌袃蓚€(gè)卡爪，其中一個(gè)卡爪從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)卡爪從刀庫(kù)取出“新刀”送回主軸。 經(jīng)過參考上述機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案，最終確定了本次設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)： 自動(dòng)換刀機(jī)械手由升降絲桿 1、滑座 2、橫梁 3、油馬達(dá) 4、 裝刀手 5、手架 6、卸刀手 7 組成并與刀庫(kù) 8（由四排帶刀套的鏈條組成，每排鏈條上均有 15 個(gè)刀套，總共有 60 個(gè)刀套）組成自動(dòng)換刀裝置，其配置如圖所示。 換刀過程： 圖 2.1 換刀機(jī)械手配置示意圖 如圖所示，設(shè)正在進(jìn)行第五工序，主機(jī)的主軸上正用 T05 號(hào)刀進(jìn)行切削過程，第六工序需要用 T09 號(hào)刀，第七工序需要用 T46 號(hào)刀，P05 是裝 T05 號(hào)刀的刀套，已經(jīng)停在換刀位置上，裝刀手已經(jīng)抓取了 T09 號(hào)刀，開始自動(dòng)換刀前的狀態(tài)如圖 a。 第五工序最后的程序是：使主機(jī)立柱到最后位置(Z 軸原點(diǎn))，主軸箱升到最高位置（Y 軸原點(diǎn)），將主軸定向，并使自動(dòng)換刀控制部分作好換刀的準(zhǔn)備。 第六工序開始的第一個(gè)指令是選刀的指令 Z46，控制部分得到選刀指令后開始自動(dòng)換刀循環(huán)過程，其循環(huán)分三個(gè)階段。第一階段完成向主軸上換刀的過程，包括十個(gè)動(dòng)作 （需要時(shí)間約 8 秒）： 1、手架轉(zhuǎn)向主軸，如圖 b。 2、卸刀手向前伸，抓取主軸上的 T05 號(hào)刀，如圖 c。 3、主軸箱拉刀機(jī)構(gòu)松開，主軸孔吹氣。 4、滑座前伸拔刀，如圖 d。 5、卸刀手縮回，如圖 e。 6、裝刀手向前伸，如圖 f。 7、滑座向后退，將 T09 號(hào)刀安裝到主軸孔，如圖 g。 8、主軸箱拉刀機(jī)構(gòu)拉緊，停止吹氣。 9、裝刀手縮回，如圖 h。 10、手架轉(zhuǎn)向刀庫(kù)，如圖 i。 手架轉(zhuǎn)向刀庫(kù)后。機(jī)床即開始第六工序的加工。同時(shí)自動(dòng)換刀循環(huán)過程進(jìn)入第二階段，將 T05 號(hào)刀送回刀庫(kù)。此過程包括五個(gè)動(dòng)作： 1、橫梁下降到第二排刀鏈處，如圖 j。 2、滑座前伸。 3、卸刀手前伸。 4、滑座后退，將 T05 號(hào)刀安裝到 P05 刀套中。 5、卸刀手后退。 然后轉(zhuǎn)入第三階段。使自動(dòng)換刀裝置變換為下一次換刀的換刀前狀態(tài)，此過程包括六個(gè)動(dòng)作： 1、刀套鏈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，將 T46 號(hào)刀移動(dòng)到換刀位置，橫梁下降到第三排刀套鏈處，如圖 k。 2、裝刀手前伸，抓取 T46 號(hào)刀。 3、滑座前伸拔刀。 4、裝刀手后退。 5、滑座后退。 6、橫梁上升至最高位置，刀鏈反向轉(zhuǎn)動(dòng)，將 P09 刀套移動(dòng)到換刀位置，如圖 l。如此，就結(jié)束了整個(gè)自動(dòng)換刀循環(huán)過程。 圖 2.2 自動(dòng)換刀過程示意圖 第三章 機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 換刀機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1.2 加工中心常見的刀庫(kù) 按照刀具的數(shù)目可分為單刀架和多刀架。按驅(qū)動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位的動(dòng)力可分為手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和自動(dòng)（電動(dòng)和液動(dòng)）轉(zhuǎn)位刀架。 自動(dòng)換刀裝置的刀庫(kù)和換刀機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)都是采用電氣或液壓自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前主要在加工中心和車削中心上用到自動(dòng)換刀裝置，但數(shù)控磨床上的自動(dòng)更換砂輪，電加工機(jī)床上的自動(dòng)更換電極，以及數(shù)控沖床上的自動(dòng)更換模具等也日漸增多。 在數(shù)控車床的自動(dòng)換刀裝置中主要采用回轉(zhuǎn)刀盤。在刀盤上安裝有 8~12 把刀。部分?jǐn)?shù)控車床采用兩個(gè)刀盤，實(shí)行四坐標(biāo)控制方法。一小部分?jǐn)?shù)控車床已經(jīng)具有了刀庫(kù)形式的自動(dòng)換刀裝置。一個(gè)刀架上的回轉(zhuǎn)盤，刀具與主軸中心平行安裝，回轉(zhuǎn)刀盤不僅僅有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。刀盤中心線相對(duì)于主軸中心線傾斜的回轉(zhuǎn)刀盤，在刀盤上安裝有 6~8 個(gè)刀位，在每個(gè)刀位上可安裝兩把刀具，分別用來(lái)加工外圓和內(nèi)孔。安裝有兩個(gè)刀盤的數(shù)控車床，刀盤 1 的回轉(zhuǎn)中心與主軸中心線平線，是用來(lái) 加工外圓的；刀盤 2 的回轉(zhuǎn)中心線與主軸中心線垂直，是用來(lái)加工內(nèi)表面的。在安裝有刀庫(kù)的數(shù)控車床中，其刀庫(kù)可以是回轉(zhuǎn)式的也可以是鏈?zhǔn)降模ㄟ^機(jī)械手進(jìn)行交換。如圖： 圖 3.1 數(shù)控車床的自動(dòng)換刀裝置 加工中心有立式、臥式和龍門式等幾種，因而其刀庫(kù)和換刀裝置也是各式各樣的。加工中心中刀庫(kù)的類型有盤形刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)、格子箱式刀庫(kù)和直線刀庫(kù)等。 3.1.2 鏈?zhǔn)降稁?kù)的構(gòu)成 目前鏈?zhǔn)降稁?kù)在所有刀庫(kù)中是用得最多的一種形式，它是由一個(gè)主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)裝有刀套的鏈條來(lái)進(jìn)行刀具的移動(dòng)。主動(dòng)鏈輪是由直流（交流）伺服電動(dòng)機(jī)通過蝸桿、蝸輪等減速裝置驅(qū)動(dòng)的（根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要有時(shí)還需要加一對(duì)齒輪副）。不僅在鏈?zhǔn)降稁?kù)中有這樣的傳動(dòng)方式，而且也采用在其他形式的刀庫(kù)傳動(dòng)中。導(dǎo)向輪一般都會(huì)被做成光輪， 并且在圓周表面做硬化處理。在左側(cè)同時(shí)起張緊輪作用的兩個(gè)導(dǎo)向輪，在其輪座上必須帶有導(dǎo)向槽（或?qū)蜴I），防治松開螺釘時(shí)出現(xiàn)輪座位置歪扭的情況，導(dǎo)致張緊調(diào)節(jié)無(wú)法正常完成。 由于刀具的重量和為了保證刀庫(kù)工作的平穩(wěn)性，推薦以下形式的鏈條供選擇： 1、SK04 型鏈條（帶導(dǎo)向輪的）； 2、HP 型鏈條（一種套筒式鏈條，其輥?zhàn)颖旧砭褪堑短祝? 上述鏈條中，應(yīng)先確定好刀柄號(hào)和拉釘種類、刀套間距、定位安裝位置和刀套導(dǎo)標(biāo)牌位置，再予以采用。 鏈?zhǔn)降稁?kù)的結(jié)構(gòu)形式有很多。SK 型懸掛式鏈條組成的鏈?zhǔn)降稁?kù)只能是刀套“外轉(zhuǎn)型“，所以如果刀庫(kù)為方形時(shí)，就無(wú)法充分利用其中間空間。HP 型套筒式鏈條組成的鏈?zhǔn)降稁?kù)在刀套”內(nèi)轉(zhuǎn)“時(shí)，刀套之間不會(huì)發(fā)生干涉，所以刀庫(kù)空間的利用率比懸掛式的刀庫(kù)空間的利用率高。 3.1.2 刀庫(kù)的準(zhǔn)停與回零 如果換刀機(jī)械手抓刀不準(zhǔn)，就會(huì)在換刀時(shí)容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象，刀套不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上就會(huì)導(dǎo)致這種情況的發(fā)生。因此影響換刀動(dòng)作可靠性的重要因素之一就是刀套的準(zhǔn)停問題。為了確保刀套準(zhǔn)停 在換刀位置上，需要采取如下措施。 1、定位盤準(zhǔn)停由液壓缸推動(dòng)的定位銷插入定位盤的定位槽內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)刀套的準(zhǔn)停。 為了保證刀套的準(zhǔn)停精度和刀套定位的剛性，鏈?zhǔn)降稁?kù)的換刀位置一般設(shè)在主動(dòng)鏈輪上， 或者盡可能設(shè)置在靠近主動(dòng)鏈輪的刀套處。定位盤上的每個(gè)定位槽（或定位孔）都對(duì)應(yīng) 一個(gè)相應(yīng)的刀套，而且定位槽（或定位孔）的節(jié)距要一致。 這種準(zhǔn)停方式的優(yōu)點(diǎn)為： ①能有效地消除傳動(dòng)鏈反向間隙的影響。 ②保護(hù)傳動(dòng)鏈，使其免受換刀撞擊力。 ③可不用制動(dòng)自鎖裝置驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 2、鏈?zhǔn)降稁?kù)要選用節(jié)距精度較高的套筒輥?zhàn)渔満玩溳啠以诎训短籽b在鏈條上時(shí)。要用專用夾具來(lái)定位，以保證刀套間距一致。 3、鏈?zhǔn)降稁?kù)的鏈條要有導(dǎo)向輪，沿導(dǎo)向槽移動(dòng)，這樣就能防止鏈條在運(yùn)動(dòng)中的抖動(dòng)現(xiàn)象，保證刀庫(kù)工作的可靠性、回零開關(guān)的工作可靠性以及高的重復(fù)精度。 4、采用對(duì)鏈輪傳動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償方式 在鏈輪軸上裝編碼器，對(duì)鏈輪傳動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停。 5、采用單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)方式 它通過調(diào)節(jié)蝸桿的軸向位置，把傳動(dòng)間隙調(diào)到理想程度。在這種傳動(dòng)方式中，如果還加用定位銷準(zhǔn)停方式，就容易出現(xiàn)“過定位”現(xiàn)象。 6、采用使刀套單方向運(yùn)行和單方向定位方式 這是消除反向間隙影響的一個(gè)“笨方法”，使用該方法時(shí)，刀庫(kù)單向運(yùn)行方向必須與機(jī)械手抓刀方向相反，否則機(jī)械手抓刀時(shí)會(huì)使刀套“挪位“。這種運(yùn)行方式雖然能夠消除傳動(dòng)間隙的影響。卻增加了選刀時(shí)間。因此這種方式一般只用于容量刀庫(kù)或順序選 刀的刀庫(kù)上，應(yīng)盡量少用。 7、為了準(zhǔn)確地回到零點(diǎn)，在零點(diǎn)前設(shè)置減速行程開關(guān)，其回零減速撞塊尺寸按下式計(jì)算。 V ( Tq+30+T )+40V T Ldw > q 2 s 60000 1 s 該不等式計(jì)算后，Ldw 取整數(shù)就是減速撞塊的有效工作長(zhǎng)度。Lda 為由減速行程開關(guān)釋放點(diǎn)到零點(diǎn)的距離，約等于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)半圈的移動(dòng)量。 3.1.3 升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的確定 圖 3.2 升降機(jī)構(gòu)的示意圖 這個(gè)自動(dòng)換刀機(jī)械手的升降機(jī)構(gòu)是由油馬達(dá) 1、滾珠絲杠 2、螺旋副間隙調(diào)整墊 3、導(dǎo)向柱、減速齒輪 5、和無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān) 6 等組成。當(dāng)接受使手架上升或下降（找刀排） 指令后，壓力油進(jìn)到油馬達(dá) 1 中，油馬達(dá)帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使手架帶著裝、卸刀手升降。因刀庫(kù)有四排刀排，手架可上下移動(dòng) 3x420 毫米的距離，當(dāng)手架上下運(yùn)動(dòng)接近所選刀排位置時(shí)，其上的懸臂感應(yīng)塊使安裝在刀排相應(yīng)位置的無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)發(fā)信，控制手架升降油路的調(diào)速閥作用使手架減速，當(dāng)?shù)竭_(dá)所選刀排要求準(zhǔn)確定位時(shí)，裝在減速齒輪 上的感應(yīng)塊使無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)（12XK 或 20XK）發(fā)信，切斷手架升降油路，油馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，手架即停在所規(guī)定的位置上。滾珠絲桿和螺母間隙，可用修磨調(diào)整墊來(lái)達(dá)到。導(dǎo)向柱除起導(dǎo)向作用外，并使?jié)L珠絲桿在傳動(dòng)中免受彎曲力矩的作用，使手架升降運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠。 3.2 換刀機(jī)械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.2.1 刀具交換裝置 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中，實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式通常分為由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換和采用機(jī)械手交換刀具兩類。刀具的交換方式和其具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的生產(chǎn)率和工作可靠性有著直接的影響。 1、利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置 此裝置在換刀是必須首先將用過的刀具送回刀庫(kù)，然后再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具，這兩個(gè)動(dòng)作不可能同時(shí)進(jìn)行，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)。數(shù)控立式鏜銑床就是采用這類刀具交換方式的實(shí)例。該機(jī)床的盤式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，換刀過程卻較為復(fù)雜。它的選刀和換刀由三個(gè)坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來(lái)完成，因而每交換一次刀具，工作臺(tái)和主軸箱就必須沿著三個(gè)坐標(biāo)軸作兩次來(lái)回的運(yùn)動(dòng)，因而增加了換刀時(shí)間。另外由于刀庫(kù)置于工作臺(tái)上， 減少了工作臺(tái)的有效使用面積。 2、刀庫(kù)——機(jī)械手的刀具交換裝置 采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用得最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手有很大的靈活性， 而且可以減少換刀時(shí)間。在各種類型的機(jī)械手中，雙臂機(jī)械手集中地體現(xiàn)了以上的優(yōu)點(diǎn)。在刀庫(kù)遠(yuǎn)離機(jī)床主軸的換刀裝置中，除了機(jī)械手以外，還帶有中間搬運(yùn)裝置。 雙臂機(jī)械手中最常用的幾種結(jié)構(gòu)，他們分別是鉤手、抱手、伸縮手和叉手。這幾種機(jī)械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、插刀以及返回等全部動(dòng)作。為了防止刀具掉落，各機(jī)械手的活的爪都必須帶有自鎖結(jié)構(gòu)。由于雙臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，而且能夠同時(shí)抓起和裝卸機(jī)床主軸和刀庫(kù)中的刀具，因此換刀時(shí)間可以進(jìn)一步縮短。 雙刀庫(kù)機(jī)械手換刀裝置，其特點(diǎn)是用兩個(gè)刀庫(kù)和兩個(gè)單臂機(jī)械手進(jìn)行工作，因而機(jī)械手的工作行程大為縮短，有效地節(jié)省了換刀時(shí)間。還由于刀庫(kù)分設(shè)兩處使布局較為合理。 根據(jù)各類機(jī)床的需要，自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床所使用的刀具的刀柄有圓柱形和圓錐形兩 種。為了使機(jī)械手能可靠地抓取刀具，刀柄必須有合理的夾持部分，而且應(yīng)當(dāng)盡可能使刀柄標(biāo)準(zhǔn)化。V 形槽夾持結(jié)果適用于各種機(jī)械手。這是由于機(jī)械手抓的形狀和 V 形槽能很好地吻合，使刀具能保持準(zhǔn)確的軸向和徑向位置，從而提高了裝刀的重復(fù)精度。凸緣夾持結(jié)構(gòu)適用于鉗式機(jī)械手裝夾，這是由于凸緣的兩邊可以同時(shí)伸進(jìn)鉗口，使用輔助機(jī)械手能夠方便地將刀具從一個(gè)機(jī)械手傳遞給另一個(gè)機(jī)械手。 3.2.2 自動(dòng)換位換刀裝置 數(shù)控車床上使用的轉(zhuǎn)位刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。根據(jù)不同加工對(duì)象，可以設(shè)計(jì)成四方刀架和六角刀架等多種形式。轉(zhuǎn)位刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。 轉(zhuǎn)位刀架在結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有良好的強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時(shí)的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖的位置，對(duì)于數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，加工過程中刀尖位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每一次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度（一般為 0.001~0.005mm）。 1、四方轉(zhuǎn)位刀架 一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床采用的螺旋升降式四方自動(dòng)刀架，適用于軸類零件的加工。其換刀過程：a.刀架抬起。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)生換刀指令后，電動(dòng)機(jī)正傳，并經(jīng)聯(lián)軸套、軸， 由滑鍵（或花鍵）帶動(dòng)蝸桿、蝸輪、軸、軸套轉(zhuǎn)動(dòng)。軸套的外圓上有兩處凸起，可在套筒內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)滑動(dòng)，從而舉起刀架及上端齒盤，使齒盤與下端齒盤分開，完成刀架拾起動(dòng)作。b.刀架轉(zhuǎn)位。刀架抬起后，軸套仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)過 90°（如不到位，刀架還可以繼續(xù)轉(zhuǎn)位 180°、270°、360°）并由微動(dòng)開關(guān)發(fā)出信號(hào)給數(shù)控裝置。c.刀架壓緊。刀架轉(zhuǎn)位后，由微動(dòng)開關(guān)發(fā)出的信號(hào)使電動(dòng)機(jī)發(fā)轉(zhuǎn)，使刀架定住而不隨軸套回轉(zhuǎn)，于是刀架向下位移，上下端齒盤合攏壓緊。蝸桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)則產(chǎn)生軸向位移， 壓縮彈簧，套筒的外圓曲面壓縮開關(guān)使電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而完成一次轉(zhuǎn)位。 2、六角轉(zhuǎn)位刀架 數(shù)控車床的六角轉(zhuǎn)位刀架，適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時(shí)，可以換用四方轉(zhuǎn)位刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便。 六角轉(zhuǎn)位刀架的全部動(dòng)作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制。其動(dòng)作分為四個(gè)步驟：a.刀架抬起。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，活塞上升，刀架體抬起，使定位活動(dòng)插銷與固定插銷脫開。同時(shí)，活塞下端的端齒離合 器與空套齒輪結(jié)合。b.刀架轉(zhuǎn)位。當(dāng)?shù)都芴鹬螅瑝毫τ娃D(zhuǎn)入液壓缸左腔，活塞向右 移動(dòng)，通過連接板帶動(dòng)齒輪移動(dòng)，使空套齒輪作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒端離合器使刀 架轉(zhuǎn)過 60°?；钊男谐虘?yīng)等于齒輪 5 節(jié)圓周長(zhǎng)的 1/6，并由限位開關(guān)控制。c.刀架壓緊。刀架轉(zhuǎn)位之后，壓力油進(jìn)入壓緊液壓缸的上腔，活塞帶動(dòng)刀架體下降。杠體的底盤 上精確地安裝著六個(gè)帶斜楔的圓柱固定插銷，利用活動(dòng)插銷消除定位銷與孔之間的間隙， 實(shí)現(xiàn)反靠定位。刀架體下降時(shí)，定位活動(dòng)插銷與另一個(gè)固定插銷卡緊，同時(shí)由于缸體與 壓盤的錐面接觸，刀架在新的位置定位并壓緊。這時(shí)，端齒離合器與空套齒輪脫開。d. 轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位。刀架壓緊之后，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位油缸右腔，活塞帶動(dòng)齒條復(fù)位，由于 此時(shí)端齒離合器已脫開，齒條帶動(dòng)齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。 如果定位和壓緊動(dòng)作正常，推桿與相應(yīng)的接觸頭接觸，發(fā)出信號(hào)表示換刀過程已結(jié)束，可以繼續(xù)進(jìn)行切削加工。 轉(zhuǎn)位刀架除了采用液壓缸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)位和定位銷定位外，還可以采用電動(dòng)機(jī)—馬氏機(jī)構(gòu)官網(wǎng)和鼠盤定位，也可使用其他轉(zhuǎn)位和定位機(jī)構(gòu)。 數(shù)控車床 12 個(gè)刀位的液壓回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)。刀架的夾緊和轉(zhuǎn)位均由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。接到轉(zhuǎn)位信號(hào)后，液壓缸的右腔進(jìn)油將中心軸和刀盤左移，使端面齒盤與軸分離，然后， 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個(gè)柱銷，使刀盤轉(zhuǎn)過一個(gè)工位。同時(shí)，固定在中心軸尾端的 12 面選位凸輪壓合相應(yīng)的計(jì)數(shù)開關(guān)一次；當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)到新予選的工位時(shí)，液壓馬達(dá)剎車，然后液壓缸前腔進(jìn)油，將中心軸和刀盤拉緊，使兩端面齒盤嚙合夾緊。此時(shí)，中心軸尾部平面壓下開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)。該刀架可以向正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并可自動(dòng)選擇最近的回轉(zhuǎn)路線，以縮短輔助時(shí)間。 電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，當(dāng)轉(zhuǎn)塔刀架接到轉(zhuǎn)位指令后，電動(dòng)機(jī)通過齒輪帶動(dòng)行星輪的系桿旋轉(zhuǎn)，再通過軸帶動(dòng)套轉(zhuǎn)動(dòng)，套沿圓周方向均布 3 個(gè)夾緊輪，此時(shí)夾緊輪沿著下定位齒盤上的凸輪槽移動(dòng)，當(dāng)夾緊輪進(jìn)入槽中的凹部時(shí)，將使下齒盤向右移動(dòng)，從而使上、下定位齒盤脫離嚙合，完成轉(zhuǎn)塔打開工作。接著套帶著夾緊輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)與轉(zhuǎn)塔頭連在一起的套同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行分度轉(zhuǎn)位工作，當(dāng)達(dá)到預(yù)定位置時(shí)，電磁鐵動(dòng)作，將預(yù)定位桿向左推出，使預(yù)定位銷金土轉(zhuǎn)塔的預(yù)定位套中，當(dāng)預(yù)定位銷到位后，接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并立即進(jìn)行反轉(zhuǎn)，即使夾緊套帶動(dòng)夾緊輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將下定位齒盤向左移動(dòng)，上下齒盤嚙合（精定位），靠下齒盤凸輪槽中的凸起部分夾緊轉(zhuǎn)塔。該轉(zhuǎn)塔刀架的特點(diǎn)是靠移動(dòng)下端齒盤來(lái)完成打開動(dòng)作，整個(gè)過程轉(zhuǎn)塔不抬起。 該轉(zhuǎn)塔根據(jù)相應(yīng)的邏輯電路自動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)方向，進(jìn)行雙向自動(dòng)分度旋轉(zhuǎn)。 3、帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng) 由于回轉(zhuǎn)刀架、轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置容納的刀具數(shù)量不能太多，滿足不了復(fù)雜零件的加工需要。具有鉆、鏜、銑功能的數(shù)控銑鏜床和加工中心，為了使工件能在一次安裝中實(shí)現(xiàn)工序高度集中，加工完盡可能多的工作表面，一般采用刀庫(kù)式自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫(kù)和刀具交換機(jī)構(gòu)組成，是多工序數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的換刀系統(tǒng)。整個(gè)換刀過程較為復(fù)雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整之后，按一定的方式收入刀庫(kù)，換刀時(shí)先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀，并由刀具交換裝置從刀庫(kù)和主軸上取出刀具。在進(jìn)行刀具交換之后，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫(kù)。在、存放刀具的刀庫(kù)具有較大的容量，它既可安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可作為單獨(dú)部件安裝在機(jī)床以外。常見的刀庫(kù)形式有三種：a.盤形刀庫(kù)。b.鏈?zhǔn)降稁?kù)。c.格子箱刀庫(kù)。 帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個(gè)主軸，設(shè)計(jì)主軸部件時(shí)有可能充分增強(qiáng)它的剛度，因而能夠滿足精密加工的要求。另外，刀庫(kù)可以存放數(shù)量很大的刀具（可以多達(dá) 100 把以上），因而能夠進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，這樣就明顯提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置換刀形式很多，以下介紹幾種典型換刀裝置。 4、直接在刀庫(kù)與主軸（或刀架）之間換刀的自動(dòng)換刀裝置 這種換刀裝置只具備一個(gè)刀庫(kù)，刀庫(kù)中儲(chǔ)存著加工過程中需使用的各種刀具，利用機(jī)床本身與刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀過程。自動(dòng)換刀數(shù)控立式車床，刀庫(kù)固定在橫梁的右端， 它可作回轉(zhuǎn)以及上下方向的插刀和拔刀運(yùn)動(dòng)。機(jī)床自動(dòng)換刀過程如下：a.刀架快速右移， 使其上的裝刀孔軸線與刀庫(kù)上空刀座的軸線重合，然后刀架滑枕向下移動(dòng)，把用過的刀具插入空刀座。b.刀庫(kù)下降，將通過的刀具從刀架中拔出。c.刀庫(kù)回轉(zhuǎn)，將下一工步所需使用的新刀具軸線對(duì)準(zhǔn)刀架上的裝刀孔軸線。d.刀庫(kù)上升，將新刀具插入刀架裝刀孔， 接著由刀架中自動(dòng)夾緊裝置將其夾緊在刀架上。e.刀架帶著換上的新刀具離開刀庫(kù)，快速移向加工位置。 這種刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪、蝸桿和蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)刀庫(kù)進(jìn)行的。為了消除齒側(cè)間隙而采用雙片齒輪。蝸桿、蝸桿采用單頭雙導(dǎo)程蝸桿（左齒面導(dǎo)程為 9.2363mm）消除蝸桿蝸輪嚙合間隙，壓蓋和軸承套之間螺紋聯(lián)接。轉(zhuǎn)動(dòng)套就可使蝸桿軸向移動(dòng)以調(diào)整 間隙，螺母用于在調(diào)整后鎖緊，刀庫(kù)的最大轉(zhuǎn)角為 180°，在控制系統(tǒng)中有自動(dòng)判別功能，決定刀庫(kù)正反轉(zhuǎn)，以使轉(zhuǎn)角最小；或者采用插銷定位、反靠定位等方法來(lái)準(zhǔn)確定位。 刀庫(kù)及轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)裝在一個(gè)箱體內(nèi)，用滾動(dòng)導(dǎo)軌支承在立柱頂部，用油缸驅(qū)動(dòng)箱體的前移和后退。 5、用機(jī)械手在刀庫(kù)與主軸之間換刀的自動(dòng)換刀裝置 這是目前用得最普遍的一種自動(dòng)換刀裝置，其布局機(jī)構(gòu)多種多樣。四排鏈?zhǔn)降稁?kù)分置于機(jī)床的左側(cè)，由裝在刀庫(kù)與主軸直接的單臂往復(fù)交叉雙機(jī)械手進(jìn)行換刀。換刀過程： a.開始換刀前狀態(tài)，主軸正在用刀具進(jìn)行加工，裝刀機(jī)械手已抓住下一工步需用的刀具， 機(jī)械手架處于最高位置，為換刀作好了準(zhǔn)備。b.上一工步結(jié)束，機(jī)床立柱后退，主軸箱上升，使主軸處于換刀位置。接著下一工步開始，其第一個(gè)指令是換刀，機(jī)械手架回轉(zhuǎn)180°轉(zhuǎn)向主軸。c.卸刀機(jī)械手前伸，抓住主軸上已用過的刀具。d.機(jī)械手架由滑座帶動(dòng)，沿刀具軸線前移，將刀具從主軸上拔出。e.卸刀機(jī)械手縮回原位。f.裝刀機(jī)械手前伸，使刀具對(duì)準(zhǔn)主軸。g.機(jī)械手架后移，將刀具插入主軸。h.裝刀機(jī)械手縮回原位。i. 機(jī)械手架回轉(zhuǎn) 180°，使裝刀、卸刀機(jī)械手轉(zhuǎn)向刀庫(kù)。j.機(jī)械手架由橫梁帶動(dòng)下降，找第二排刀套鏈，卸刀機(jī)械手將刀具插回刀套中。k.刀套鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，把在下一個(gè)工步需用的刀具送到換刀位置；機(jī)械手架下降，找第三排刀鏈，由裝刀機(jī)械手將刀具取出。l.刀套鏈反轉(zhuǎn)，把刀套送到換刀位置，同時(shí)機(jī)械手架上升至最高位置，為再下面一個(gè)工步的換刀作好準(zhǔn)備。 6、用機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀的自動(dòng)換刀裝置 這種自動(dòng)換刀裝置實(shí)際是轉(zhuǎn)塔式換刀裝置和刀庫(kù)式換刀裝置的結(jié)合。轉(zhuǎn)塔上有兩個(gè)刀具主軸。當(dāng)用一個(gè)刀具主軸上的刀具進(jìn)行加工時(shí)，可由機(jī)械手將下一工步需用的刀具換至不工作的主軸上，待上一工步加工完畢后，轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn) 180°，即完成了換刀工作。因此，所需換刀時(shí)間很短。 從以上幾種自動(dòng)換刀裝置可以看出，刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)方式一般采用液壓和電氣兩種方式。小型刀庫(kù)可直接由蝸桿蝸輪傳動(dòng)，大型刀庫(kù)還需采用鏈條傳動(dòng)。 采用蝸桿蝸輪傳動(dòng)時(shí)，可以使伺服電動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)下（不采用伺服電動(dòng)機(jī)的低速段工作）。有時(shí)為了機(jī)構(gòu)上的原因，還在蝸桿蝸輪后再加一對(duì)齒輪。在圓盤式刀庫(kù)上，為了提高刀庫(kù)的轉(zhuǎn)位分度精度，一般采用單頭雙導(dǎo)程蝸桿，以便在使用中隨時(shí)調(diào)整蝸桿蝸輪的傳動(dòng)空隙，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫(kù)工作的可靠性。 刀庫(kù)的刀套運(yùn)動(dòng)線速度影響選刀效率，但是過快的線速度又影響刀庫(kù)工作的可靠性， 一般推薦采用 v=22~30m/min。 3.2.3 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)換刀機(jī)械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)換刀機(jī)械手的滑座伸縮和手架回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是由滑座、活塞桿、轉(zhuǎn)柱、回轉(zhuǎn)油缸、滾柱組（滾柱按十字交叉位置放置）、預(yù)緊螺釘、定位螺釘、定位塊和 V 形導(dǎo)軌等組成。 滑座伸縮：當(dāng)油管分別向滑座上的油缸兩腔通壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)滑座（因活塞桿固定在橫梁上）使滑座在十字交叉放置的滾柱和 V 形滾動(dòng)導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滑座就帶動(dòng)手架來(lái)完成拔、插刀運(yùn)動(dòng)。其行程位置的檢測(cè)由安裝在橫梁上的行程開關(guān)完成。在活塞桿上的活塞兩端加工成圓錐形，配合油缸端部起節(jié)流緩沖作用。 手架回轉(zhuǎn)：當(dāng)油管分別通壓力油到回轉(zhuǎn)油缸的兩腔時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片連同轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 通過平鍵使轉(zhuǎn)柱和手架（兩者用螺栓聯(lián)接）回轉(zhuǎn)。其回轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)由行程開關(guān)發(fā)信， 并用定位螺釘和定位塊來(lái)定位。 3.3 裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu) 3.3.1 手爪 機(jī)械手的手爪在抓住刀具后，必須具有鎖刀功能，以防止在換刀過程中掉刀或刀具被甩出。當(dāng)機(jī)械手松刀時(shí)，刀庫(kù)的夾爪既起著刀套的作用，又起著手爪的作用。對(duì)于單臂雙爪式機(jī)械手的手爪，大多采用機(jī)械鎖刀方式，有些大型加工中心，還采用機(jī)械加液壓鎖刀方式。 目前加工中心上用得較多的一種，手臂的兩端各有一個(gè)手爪，刀具被由彈簧推著活動(dòng)銷（類似于人手的母指）頂靠在固定手爪中。鎖緊銷被彈簧頂起，使活的銷被鎖住， 不能后退，這就保證了機(jī)械手手在換刀過程中手爪中的刀具不會(huì)被甩出。當(dāng)手柄處于抓刀位置時(shí)，鎖緊銷被設(shè)置在主軸伸出端或刀庫(kù)上的撞塊壓下，活動(dòng)銷就可以活動(dòng)，使得機(jī)械手可以抓?。ɑ蚍砰_）主軸或刀庫(kù)刀套中的刀具。手爪上握刀的圓弧部分有一個(gè)錐銷，機(jī)械手抓刀時(shí)，該錐銷插入刀柄的鍵槽中。 此外，鉗形杠桿機(jī)械手也用得較為普遍，鎖銷在彈簧，其大直徑外圈頂著退銷，杠桿手爪就不能擺動(dòng)、張開，手中的刀具就不會(huì)被甩出。等抓刀或還刀時(shí)，鎖銷被裝在刀庫(kù)或主軸端處的撞塊壓回，止退銷和杠桿手爪就能夠擺動(dòng)、張開，刀具就能被裝入或取 出。鉗形手和杠桿手均為直線運(yùn)動(dòng)抓刀。 3.3.2 裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu) 圖 3.3 自動(dòng)換刀機(jī)械手裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu)示意圖 裝刀手和卸刀手對(duì)稱配置在手架上，其結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同，只是幾個(gè)主要零件形狀相反，故此處只介紹卸刀手結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理。 卸刀手手臂伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由手架、手臂油缸、手指座和活塞桿等組成?；钊麠U一端固定在手架上，當(dāng)壓力油從油孔分別進(jìn)到油缸的兩腔時(shí)，推動(dòng)油缸的缸體在燕尾形導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其行程位置由裝在手架上的行程開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，采用油缸端部錐面節(jié)流緩沖，端蓋和活塞端面相碰定位。 裝刀手和卸刀手手臂移動(dòng)導(dǎo)軌的方向相交成 45°角，其交點(diǎn)即是裝刀手、卸刀手前伸移到終點(diǎn)時(shí)手指的夾緊中心。 圖 3.4 擋塊與手部結(jié)構(gòu)配合動(dòng)作示意圖 卸刀手手部由手指座、刀具定向鍵、固定手指、頂銷、卡銷、彈簧、活動(dòng)手指、擋塊（A 型）和銷軸等組成。它屬于彈簧夾持式手部，手指分為固定指和活動(dòng)指，并屬于一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指。在手臂伸出抓刀時(shí)，活動(dòng)指應(yīng)能自由張開，抓住刀后，特別是在運(yùn)刀過程中活動(dòng)指應(yīng)夾緊并鎖住，因此手指內(nèi)有自鎖機(jī)構(gòu)。在鏜銑床主軸套筒的端面和滑座懸伸支架上均設(shè)有使手指松開的導(dǎo)板（共 4 塊，分 A 型和 B 型兩種），刀具在手指中不允許有轉(zhuǎn)動(dòng)，以免刀柄的鍵槽錯(cuò)位，故在固定手指上裝有定位鍵。 卸刀時(shí)，卸刀手手臂前伸，當(dāng)卡銷碰到擋塊（A 型）的 a 面時(shí)，使卡銷縮回；碰到b 面頂銷可自由運(yùn)動(dòng)，手指碰上刀柄便能自動(dòng)張開插入梯形槽中；當(dāng)碰到 c 面時(shí)，卡銷被彈簧彈出，鎖緊活動(dòng)指，將刀柄抓牢，以后進(jìn)行拔刀等動(dòng)作。 如裝刀完畢（即滑座縮回，作插刀運(yùn)動(dòng)，將刀具的刀柄插入機(jī)床主軸孔內(nèi)），使卡銷被擋塊（B 型）的 b＇面壓入，頂銷能自由活動(dòng)，手臂油缸縮回時(shí)，手指就從刀柄的梯形槽中自動(dòng)滑脫，當(dāng)卡銷移到擋塊的 a＇面時(shí)，彈簧將卡銷彈出將活動(dòng)指鎖住。 3.4 自動(dòng)換刀機(jī)械手液壓系統(tǒng) 圖 3.5 液壓系統(tǒng)原理圖 自動(dòng)換刀機(jī)械手液壓系統(tǒng)如圖所示，采用雙聯(lián)葉片泵供油，它具有功率損失小，油箱的升溫小，泵的壽命高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。 雙聯(lián)葉片泵的工作是用溢流閥（YF-B20B）、卸荷閥(X4F-B20B)、單向閥(DIF-L20H1) 三個(gè)閥聯(lián)合控制。泵起動(dòng)后兩個(gè)泵的輸出油分別進(jìn)入它們的管道，小泵 1 的輸出油經(jīng)過過濾器后進(jìn)入溢流閥，大泵 2 的輸出油進(jìn)入卸荷閥，但此時(shí)電磁鐵 15DT 不通電，管道通過電液滑閥（24DY-B20H）、單向閥(DF-B20K3)和油箱相通，管路中壓力很低，溢流閥和卸荷閥都關(guān)閉。 在裝、卸刀手手臂伸縮或滑座伸縮或手架回轉(zhuǎn)等單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各油缸所需油液流量較小，由高壓小流量油泵 1 供油，管路內(nèi)油壓上升到溢流閥所確定的壓力，由于卸荷閥的壓力調(diào)得比溢流閥的壓力低 5 公斤力/厘米 2，卸荷閥被打開，單向閥（DIF-L20H1） 被溢流閥的油壓鎖住，大泵 2 的輸出油通過卸荷閥流經(jīng)冷卻器回到油箱。 當(dāng)手架快速升降時(shí)，由于小泵 1 的流量不夠，使系統(tǒng)壓力下降，卸荷閥關(guān)閉，大泵 2 的輸出油推開單向閥(DIF-L20H1)和泵 1 的輸出油一起進(jìn)入系統(tǒng)，保證了手架的快速升降運(yùn)動(dòng)。 兩位四通電液滑閥(24DY-B20H)起開關(guān)作用，當(dāng)電磁鐵 15DT 通電時(shí)，系統(tǒng)處于等待工作的狀態(tài)。 在手架升降支路系統(tǒng)裝有緩沖閥。當(dāng)手架升降運(yùn)動(dòng)有快速轉(zhuǎn)換成慢速時(shí)，由于其慣性在回油路內(nèi)引起很高的沖擊壓力，高壓油液經(jīng)單向閥（a 或 b）和溢流閥 c 流回油箱， 以緩和油液壓力的波動(dòng)，使手架由快速平滑地變換到慢速。緩沖閥處的溢流閥 c 的調(diào)定壓力應(yīng)比系統(tǒng)工作壓力高 30％左右。 第四章 相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 手指在工件上的夾緊力，對(duì)于手部的設(shè)計(jì)十分重要。為了保證機(jī)械手能夠夾緊工件， 需要對(duì)其所受的力，方向以及作用點(diǎn)的分布進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確的分析。夾緊力需要克服由于工件重力而產(chǎn)生的靜載荷和工件在運(yùn)動(dòng)由于運(yùn)動(dòng)形式的改變而收到的動(dòng)載荷，來(lái)確保工件被夾緊的可靠性。 手指對(duì)工件的夾緊力可按下面公式計(jì)算： FN = K1K2K3G 式中：K1——安全系數(shù)，通常取 1.2-2.0，這里選取為 1.5； K2——工況系數(shù)，主要與慣性力有關(guān)。K2可以近似按下式估算： K =1+a ； 2 g 其中： a ——運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升加速度； g——重力加速度，一般近似取 9.8 K3——方位系數(shù) G——被抓取工件所受重力 選取K1=1.5 K =1+a =1+0.2=1.02 2 g 9.8 根據(jù)上述分析與之前的參數(shù)計(jì)算可得 K3=0.5 FN = K1K2K3G = 1.5×1.02×0.5×20×9.8=149.94N 綜上所述，可見夾緊力需要大于 149.94N，即可保證工件能夠完全被夾緊。 4.2 臂部設(shè)計(jì)要求 臂部設(shè)計(jì)需要滿足下列幾個(gè)基本要求 4.2.1 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 對(duì)于機(jī)械手臂或機(jī)身的承載能力，通常取決于其剛度。以臂部為例，一般結(jié)構(gòu)上較 多采用懸伸梁式。顯然伸縮臂桿的懸伸長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其剛度越差。而且其剛度隨著桿的伸縮不斷變化。對(duì)于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)載能力等影響很大，為提高剛度， 除盡可能縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度外，尚應(yīng)注意一下幾個(gè)方面。 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機(jī)身通常既受彎曲，也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)該選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。提高支撐剛度和合理選擇支撐距離 臂桿或機(jī)身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且與支撐件的剛度和支撐間的距離有很大關(guān)系。 要提高支撐剛度，除了從支座的結(jié)構(gòu)形式底板的剛度。以及支座與底板飛連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度 合理布置作用力的位置和方向 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)法使各種用力引起的變形相互抵消。注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 在設(shè)計(jì)臂部時(shí)，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以減少重要部件的間隙， 從而提高剛度。 提高配合精度 水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時(shí)提高其配合精度和相對(duì)位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或者大部分自重和抓取重量。提高活塞和缸體內(nèi)經(jīng)配合精度，以提高手臂前伸時(shí)的剛度。 4.2.2 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 機(jī)械手的臂部運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手較為重要的參數(shù)之一。在其工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的載荷作用或是沖擊作用。為了盡量避免或者減少?zèng)_擊，這就需要系統(tǒng)啟動(dòng)的加速度和系統(tǒng)終止運(yùn)動(dòng)前的加速度（此處加速度為負(fù)值）不能太大，以此來(lái)避免沖擊。如果機(jī)械手在系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)停止的瞬間，若加速度很大，則系統(tǒng)所受的慣性力會(huì)增大，從而產(chǎn)生較劇烈的沖擊。也可以通過增加系統(tǒng)的阻尼來(lái)使得系統(tǒng)減小沖擊。 為了達(dá)到減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的目的，則可以采取下列措施； 1、減少手臂部件的質(zhì)量，使用承載能力較高的合金材料。 2、盡量減少手臂運(yùn)動(dòng)部件的尺寸和大小。 3、減少回轉(zhuǎn)半徑 4、在機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中裝置一個(gè)能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行緩沖的裝置 4.2.3 手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過程盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，要特別防止“卡死”現(xiàn)象。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖條件。 偏重力矩的計(jì)算步驟： 計(jì)算零件重量，可分解為規(guī)則的形體進(jìn)行計(jì)算； 計(jì)算零件重心位置，并求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離ρ； 求重心位置并計(jì)算偏重力臂ρ。 G總=Gx + G爪 + G腕 + G臂 + ? = ∑n Gi i?1 ρ Gxρx+G爪ρ爪+G腕ρ腕+G臂ρ臂+? = Gx+G爪+G腕+G臂+? = ∑ n i=1 ∑n Giρi Gi 計(jì)算偏重力矩： i=1 4.2.4 位置精度要高 n M偏 = G總ρ = ∑ Giρi i=1 一般來(lái)說(shuō)，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度較高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制， 故精度差，在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測(cè)裝置最好裝載最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)嚙合的間隙。 除此之外，要求機(jī)械手通用性好，能適合多種作業(yè)的要求；工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手還要設(shè)置防裝置等。 這些要求往往是要相互制約，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面分析各方面要求，綜合考慮。 4.2.5 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 通常先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要 尺寸在進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)多次，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 4.3 伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.3.1 作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要克服的摩擦力、回油背壓及慣性等幾個(gè)方面的阻力，來(lái)確定所需要的驅(qū)動(dòng)力。 液壓缸活塞桿的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算： F=F摩 + F密 + F回 + F慣 式中：F摩——摩擦阻力。手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，為運(yùn)動(dòng)件表面間的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置， 則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力。 F密——密封裝置處的摩擦阻力； F回— —液壓缸回油腔低壓油所造成的阻力； F慣——啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受平均慣性力。計(jì)算如下： ??、的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況估算。 ∑ MA= 0 G總L= aFb G總L Fb = a ∑ Y = 0 G + Fb =Fa 得：Fa = G 總 （L+a） a ′ ′ F摩 = Fa 摩 + Fb 摩 = μ Fa + μ Fb ′ F = G （ 2L+a） 摩 μ 總 a 式中：G總——參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力； L——手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心導(dǎo)向支撐前端的距離。a——導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度； ′ μ ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面形狀有關(guān)。 對(duì)于圓柱面：  ′ μ = (4 ? π) × μ=（1.27-1.57）μ π 2 μ——摩擦系數(shù)，對(duì)于摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)； 對(duì)于鋼對(duì)青銅：取μ= 0.1—0.15 對(duì)于鋼對(duì)鑄鐵：取μ=0.18—0.3 若采用 V 形導(dǎo)軌作導(dǎo)向支撐，則： ′ F摩 = μ G總 μ ′ μ = sin θ/2  θ為 V 形對(duì)稱支撐面的夾角 ′ 當(dāng)θ = 90°時(shí)，μ = 1.41μ ′ θ = 120°時(shí)，μ = 1.15μ ??、??密的計(jì)算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，其計(jì)算公式如下： 1、“O”形密封圈 當(dāng)液壓缸工作壓力小于 10MPa?；钊麠U直徑為液壓缸直徑的一半，活塞與活塞桿