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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 題目：數(shù)控鏜銑加工中心 自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述 1.1題目背景、研究意義 一個(gè)零件往往需要進(jìn)行多工序的加工，而單功能的數(shù)控機(jī)床，只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，在制造一個(gè)零件的過(guò)程中，大量的時(shí)間用于更換刀具、裝卸零件、測(cè)量和搬運(yùn)零件等非加工時(shí)間上，切削時(shí)間僅僅占整個(gè)工時(shí)中的較小比例。為了縮短非切削時(shí)間，提高工作效率，我們便設(shè)計(jì)了帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的加工中心。 加工中心（Machining Center,MC）是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求而迅速發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，它是綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測(cè)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(cè)量和調(diào)整時(shí)間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床3倍～4倍，所以說(shuō)，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度最高的綜合性機(jī)床[1]。 1.2國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況 未來(lái)加工中心的發(fā)展動(dòng)向是高速化、進(jìn)一步提高精度和愈發(fā)完善的機(jī)能。加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，我國(guó)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(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的需要[2]。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了模具制造業(yè)、機(jī)械加工業(yè)的巨大發(fā)展，使得數(shù)控機(jī)床的使用越來(lái)越普遍，而加工中心更是以其高自動(dòng)化程度得到廣泛應(yīng)用。然而，目前市場(chǎng)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(jī)械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學(xué)校等對(duì)小型加工中心存在著大量的需求。為加速我國(guó)加工中心的發(fā)展，需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)加工中心的研究、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用[3]。 在加工中心中，刀庫(kù)和機(jī)械手組成自動(dòng)換刀裝置（Automatic Tool Changer,簡(jiǎn)稱ATC），而自動(dòng)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(jī)部分基本定型，變化不大，但自動(dòng)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(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動(dòng)作迅速、可靠性高的自動(dòng)換刀裝置，以求在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取得好效益，正因?yàn)樽詣?dòng)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(guān)資料，尤其機(jī)械手這部分更是如此。 目前常見(jiàn)的換刀機(jī)械手類型如下： （1）單臂單手式機(jī)械手 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，換刀各動(dòng)作均需順序進(jìn)行，時(shí)間不能重合，故換刀時(shí)間較長(zhǎng)。 （2）雙手式機(jī)械手 向刀庫(kù)還回用完的刀具和選取新刀，均可在主軸正在加工時(shí)進(jìn)行，故換刀時(shí)間可較短。 （3）雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這類機(jī)械手可以同時(shí)抓住和拔、插位于主軸和刀庫(kù)里的刀具。與單臂單手式機(jī)械手相比，可以縮短換刀時(shí)間。應(yīng)用最廣泛，形式也較多。 （4）多手式機(jī)械手 使用者較少。 2 主要研究?jī)?nèi)容、擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1主要設(shè)計(jì)內(nèi)容： 縮短機(jī)械手換刀的時(shí)間、保持工作平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確。從而提高生產(chǎn)效率。 2.2研究方案： 2.2.1手的驅(qū)動(dòng)方式的選擇 （1）液壓驅(qū)動(dòng) 通常擁有很大的抓舉能力，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)，耐沖擊，耐振動(dòng)，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(dòng)驅(qū)動(dòng) 特點(diǎn)是電源方便，動(dòng)作迅捷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，維修方便。但是難以進(jìn)行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。 （3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電力驅(qū)動(dòng)是目前使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，并可采用多種靈活控制方案。由于電機(jī)速度較高，通常必須采用減速機(jī)構(gòu)，而且成本上也較其他兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高。 由于本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)需要要求換刀時(shí)間短、工作平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確，故選擇液壓驅(qū)動(dòng)。 2.2.2機(jī)械手的組成及運(yùn)動(dòng) 本課題研究采用的是雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。這種機(jī)械手的拔刀、插刀動(dòng)作，大都由油缸動(dòng)作來(lái)完成。手臂的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，則通過(guò)活塞的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪齒條來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度，是由活塞的可調(diào)行程來(lái)保證。圖1為該機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)機(jī)械手主要由: 行程開關(guān), 擋環(huán),齒輪, 連接盤, 銷子, 傳動(dòng)盤, 升降液壓缸, 滑軸, 齒條,轉(zhuǎn)位液壓缸, 機(jī)械手組成。其工作原理為: 上、下兩個(gè)液壓缸分別驅(qū)動(dòng)兩組齒輪齒條實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng); 為了保證上下兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)互不干擾, 中間采用一根滑軸上固接一個(gè)傳動(dòng)盤的結(jié)構(gòu), 傳動(dòng)盤與齒輪通過(guò)銷來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng), 機(jī)械手換刀動(dòng)作到位與否則是通過(guò)行程開關(guān)來(lái)檢測(cè), 外加檔塊進(jìn)行限位, 從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)換刀功能。如圖2所示。 圖1雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 1,3,7,9,13,14為行程開關(guān)； 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(dòng)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(jī)械手； 圖2機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 在換刀過(guò)程中，機(jī)械手要完成準(zhǔn)備、抓刀、拔刀、交換主軸上和刀座上的刀具、插刀和復(fù)位等動(dòng)作，機(jī)械手的全部動(dòng)作均由液壓油缸控制。 刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄中，本次設(shè)計(jì)采用7：24錐度的刀柄；最大刀具長(zhǎng)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(jī)械外文翻譯成品某寶dian 機(jī)械手兩端各有一個(gè)手爪，手爪的抓刀圓弧部分各有各有一個(gè)錐銷，機(jī)械手抓刀時(shí)，錐銷插入刀柄鍵槽內(nèi)，由活動(dòng)銷在彈簧力的作用下頂住刀柄，使刀柄固定，機(jī)械手能同時(shí)抓取和裝卸刀庫(kù)和主軸上的刀具，動(dòng)作簡(jiǎn)單，效率高，換刀時(shí)間短。 其換刀過(guò)程如下，如圖4圖5所示: a. 刀套轉(zhuǎn)90: 換刀之前, 刀庫(kù)2 轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)械手轉(zhuǎn)90:兩手分別抓住刀庫(kù)和主軸3上的刀柄。 c. 刀具松開: 刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具。 d. 機(jī)械手拔刀: 機(jī)械手臂下降, 同時(shí)拔出兩把刀具。 e. 機(jī)械手轉(zhuǎn)180:使主軸刀具與刀庫(kù)刀具交換位置。 f. 機(jī)械手插刀: 機(jī)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(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。 h. 機(jī)械手松刀: 機(jī)械順時(shí)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(zhǔn)備。 圖4械手的換刀示意圖 圖5機(jī)械手手部換刀過(guò)程簡(jiǎn)圖 3 本課題研究的重點(diǎn)難點(diǎn)以及展開的工作 本課題的重點(diǎn)是：保證各個(gè)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(diǎn)是：機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)與計(jì)算，機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)與計(jì)算，機(jī)械手傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及各個(gè)過(guò)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(guān)書籍和資料，確定設(shè)計(jì)的大致方向，了解換刀機(jī)械手的大體結(jié)構(gòu)和工作原理。 4 工作方案及進(jìn)度計(jì)劃 1～3周：調(diào)研并收集資料； 3～6周：閱讀資料，分析該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，并完成結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)； 7～11周：完成該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算； 12～15周：完成該機(jī)械手的裝配圖和仿真； 16～18周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯； 指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見(jiàn)： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻(xiàn) [1] 劉建慧,鄒慧君.加工中心自動(dòng)換刀裝置類型綜述及設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J],機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2001.9,17(3):49～51 [2] 李凈儀,李秋紅,鄭耘杰.簡(jiǎn)述機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J],農(nóng)機(jī)使用與維修,2010,3: 27～28 [3] 朱文藝，張慶樂(lè).數(shù)控加工中心換刀機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程及控制原理研究[J],武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009.3,21(1):5～9 [4] 劉煒. 數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)[J], 機(jī)床與液壓, 2005,5:58 [5] 楊可森,艾長(zhǎng)勝,侯志堅(jiān). 數(shù)控鏜銑加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)中機(jī)—液機(jī)械手[J], 機(jī)床與液壓，2003,3:216～217 [6] 夏粉玲,賀煒. 凸輪式立臥兩用換刀機(jī)械手的研究[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 2004, 23(3):320. 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