數(shù)控鏜銑加工中心自動換刀系統(tǒng)設計開題報告.doc

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畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：數(shù)控鏜銑加工中心 自動換刀機構(gòu)的設計 1 畢業(yè)設計（論文）綜述 1.1題目背景、研究意義 一個零件往往需要進行多工序的加工，而單功能的數(shù)控機床，只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，在制造一個零件的過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運零件等非加工時間上，切削時間僅僅占整個工時中的較小比例。為了縮短非切削時間，提高工作效率，我們便設計了帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心。 加工中心（Machining Center,MC）是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床3倍～4倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床[1]。 1.2國內(nèi)外相關研究情況 未來加工中心的發(fā)展動向是高速化、進一步提高精度和愈發(fā)完善的機能。加工中心是數(shù)控機床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機電一體化機械加工設備，我國的加工中心從70年代開始，已有很大發(fā)展，但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠不能適應我國經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展的需要[2]。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，推動了模具制造業(yè)、機械加工業(yè)的巨大發(fā)展，使得數(shù)控機床的使用越來越普遍，而加工中心更是以其高自動化程度得到廣泛應用。然而，目前市場上生產(chǎn)和銷售的都是以大、中型的加工中心為主，小型加工中心幾乎是空白，而機械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學校等對小型加工中心存在著大量的需求。為加速我國加工中心的發(fā)展，需進一步加強對加工中心的研究、設計、制造和應用[3]。 在加工中心中，刀庫和機械手組成自動換刀裝置（Automatic Tool Changer,簡稱ATC），而自動換刀裝置的好壞，將直接影響加工中心的好壞，從目前情況看，加工中心的主機部分基本定型，變化不大，但自動換刀裝置種類繁多，五花八門，是最難搞好的部分[4]。它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關鍵環(huán)節(jié)。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀裝置，以求在激烈的競爭中取得好效益，正因為自動換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容，各廠家都在保密，極少公開有關資料，尤其機械手這部分更是如此。 目前常見的換刀機械手類型如下： （1）單臂單手式機械手 結(jié)構(gòu)較簡單，換刀各動作均需順序進行，時間不能重合，故換刀時間較長。 （2）雙手式機械手 向刀庫還回用完的刀具和選取新刀，均可在主軸正在加工時進行，故換刀時間可較短。 （3）雙臂回轉(zhuǎn)式機械手 這類機械手可以同時抓住和拔、插位于主軸和刀庫里的刀具。與單臂單手式機械手相比，可以縮短換刀時間。應用最廣泛，形式也較多。 （4）多手式機械手 使用者較少。 2 主要研究內(nèi)容、擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1主要設計內(nèi)容： 縮短機械手換刀的時間、保持工作平穩(wěn)、定位準確。從而提高生產(chǎn)效率。 2.2研究方案： 2.2.1手的驅(qū)動方式的選擇 （1）液壓驅(qū)動 通常擁有很大的抓舉能力，特點是結(jié)構(gòu)緊湊，動作平穩(wěn)，耐沖擊，耐振動，防爆好，但液壓組件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。 （2）氣動驅(qū)動 特點是電源方便，動作迅捷，結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，維修方便。但是難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。 （3）電動驅(qū)動 電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式。其特點是電源方便，響應快，驅(qū)動力較大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可采用多種靈活控制方案。由于電機速度較高，通常必須采用減速機構(gòu)，而且成本上也較其他兩種驅(qū)動系統(tǒng)高。 由于本設計機構(gòu)需要要求換刀時間短、工作平穩(wěn)、定位準確，故選擇液壓驅(qū)動。 2.2.2機械手的組成及運動 本課題研究采用的是雙臂回轉(zhuǎn)式機械手。這種機械手的拔刀、插刀動作，大都由油缸動作來完成。手臂的回轉(zhuǎn)動作，則通過活塞的運動帶動齒輪齒條來實現(xiàn)。機械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度，是由活塞的可調(diào)行程來保證。圖1為該機械手手部結(jié)構(gòu)示意圖。整個機械手主要由: 行程開關, 擋環(huán),齒輪, 連接盤, 銷子, 傳動盤, 升降液壓缸, 滑軸, 齒條,轉(zhuǎn)位液壓缸, 機械手組成。其工作原理為: 上、下兩個液壓缸分別驅(qū)動兩組齒輪齒條實現(xiàn)機械手的旋轉(zhuǎn)運動; 為了保證上下兩個旋轉(zhuǎn)運動互不干擾, 中間采用一根滑軸上固接一個傳動盤的結(jié)構(gòu), 傳動盤與齒輪通過銷來傳遞運動, 機械手換刀動作到位與否則是通過行程開關來檢測, 外加檔塊進行限位, 從而實現(xiàn)機械手的自動換刀功能。如圖2所示。 圖1雙臂回轉(zhuǎn)式機械手 1,3,7,9,13,14為行程開關； 2,6,12為擋環(huán)； 4,11為齒輪 ；5為連接盤；8為銷子；10為傳動盤；15為升降液壓缸；16為滑軸；17,19為齒條；18,20為轉(zhuǎn)位液壓缸；21為機械手； 圖2機械手結(jié)構(gòu)圖 在換刀過程中，機械手要完成準備、抓刀、拔刀、交換主軸上和刀座上的刀具、插刀和復位等動作，機械手的全部動作均由液壓油缸控制。 刀具安裝在標準的刀柄中，本次設計采用7：24錐度的刀柄；最大刀具長度300mm，最大刀具直徑100mm，最大刀具重量8kg，刀具材料為高速鋼，如圖3所示。 圖3刀具結(jié)構(gòu)圖 閏土機械外文翻譯成品某寶dian 機械手兩端各有一個手爪，手爪的抓刀圓弧部分各有各有一個錐銷，機械手抓刀時，錐銷插入刀柄鍵槽內(nèi)，由活動銷在彈簧力的作用下頂住刀柄，使刀柄固定，機械手能同時抓取和裝卸刀庫和主軸上的刀具，動作簡單，效率高，換刀時間短。 其換刀過程如下，如圖4圖5所示: a. 刀套轉(zhuǎn)90: 換刀之前, 刀庫2 轉(zhuǎn)動將待換刀具5送到換刀位置, 之后把帶有刀具5的刀套4向下翻轉(zhuǎn)90, 使得刀具軸線與主軸軸線平行。 b. 機械手轉(zhuǎn)90:兩手分別抓住刀庫和主軸3上的刀柄。 c. 刀具松開: 刀具的自動夾緊機構(gòu)松開刀具。 d. 機械手拔刀: 機械手臂下降, 同時拔出兩把刀具。 e. 機械手轉(zhuǎn)180:使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。 f. 機械手插刀: 機械手上升, 分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。 g. 刀具夾緊: 刀具插入主軸的錐孔后, 刀具的自動夾緊機構(gòu)夾緊刀具。 h. 機械手松刀: 機械順時針轉(zhuǎn)90, 回到原始位置。 i. 刀套向上翻轉(zhuǎn)90:刀套帶著刀具向上翻轉(zhuǎn)90,為下一次選刀做準備。 圖4械手的換刀示意圖 圖5機械手手部換刀過程簡圖 3 本課題研究的重點難點以及展開的工作 本課題的重點是：保證各個結(jié)構(gòu)之間的相互合理配合，使之能連續(xù)工作，有節(jié)奏，安全地成產(chǎn)。 難點是：機械手手臂的設計與計算，機械手手部的設計與計算，機械手傳動和驅(qū)動的設計計算，以及各個過程參數(shù)的確定，繪制圖形。 前期已經(jīng)展開的工作：網(wǎng)上查閱有關書籍和資料，確定設計的大致方向，了解換刀機械手的大體結(jié)構(gòu)和工作原理。 4 工作方案及進度計劃 1～3周：調(diào)研并收集資料； 3～6周：閱讀資料，分析該機械手的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，并完成結(jié)構(gòu)方案設計； 7～11周：完成該機械手的結(jié)構(gòu)設計計算； 12～15周：完成該機械手的裝配圖和仿真； 16～18周：完成論文撰寫，準備答辯； 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1] 劉建慧,鄒慧君.加工中心自動換刀裝置類型綜述及設計特點[J],機械設計與研究,2001.9,17(3):49～51 [2] 李凈儀,李秋紅,鄭耘杰.簡述機械手液壓控制系統(tǒng)的設計[J],農(nóng)機使用與維修,2010,3: 27～28 [3] 朱文藝，張慶樂.數(shù)控加工中心換刀機構(gòu)動作過程及控制原理研究[J],武漢工程職業(yè)技術(shù)學院學報，2009.3,21(1):5～9 [4] 劉煒. 數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)[J], 機床與液壓, 2005,5:58 [5] 楊可森,艾長勝,侯志堅. 數(shù)控鏜銑加工中心自動換刀系統(tǒng)中機—液機械手[J], 機床與液壓，2003,3:216～217 [6] 夏粉玲,賀煒. 凸輪式立臥兩用換刀機械手的研究[J]. 機械科學與技術(shù), 2004, 23(3):320. [7] 謝政. 加工中心換刀機械手的研究[D]. 湘潭大學. 2008，05.15. [8] 鄭俊,許明恒，高宏力，單俊峰.PCB鉆床自動換刀機械手換刀部分的設計分析[J],現(xiàn)代機械，2008，第1期：6. [9] 李加明，陶衛(wèi)軍，馮虎田. 自動換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關鍵技術(shù)[J].電氣制造，2013（05）：174～176 [10] 黃澤正,劉沖,陳志輝. 加工中心自動換刀裝置的設計[J]. 機械工程與自動化. 2007(01)：124～125 [11] 戚洪利. 自動換刀裝置及其控制的研究[D]. 蘭州理工大學 2007 [12] 朱玉敏. 加工中心的自動換刀技術(shù)[J]. 制造技術(shù)與機床. 1988(08)：168～170 [13] 陳義莊. 數(shù)控機床自動換刀裝置的選擇及刀柄的配置[J]. 機床與液壓. 2002(04)：207～209 [14] M.B.Ko.Design of automatic tool changer for CNC machines.M.Sc. thesis,Mechanical EngineeringDepartmet, METU, Ankara, Turkey 1995 [15] KIM Jae-Hyun,LEE Choon-Man School of Mechatronics,Changwon National University,Changwon 641-773,Korea [16] S. Mekid a,*, P. Pruschek b, J. Hernandez c, Beyond intelligent manufacturing: A new generationof flexible intelligent NC machines[J], Mechanism and Machine Theory,2009(44):466-476.