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題 目 加工中心自動換刀機構(gòu)設計
專業(yè)班級 08級機電（2）班
學 號 08102080213
學生姓名 侯飛龍
指導教師 姚慧
設計所在單位 西安文理學院
2012年 2月
目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 加工中心換刀機構(gòu)設計的目的及意義 1
1.2 加工中心換刀機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 研究的主要內(nèi)容 2
第2章 總體方案設計與論證 3
2.1 加工中心換刀機構(gòu)的設計要求 3
2.2 初步設計方案 3
2.2.1 旋轉(zhuǎn)臂與夾緊機構(gòu) 3
2.2.2 主架回轉(zhuǎn)與臂部旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 3
2.3 方案的確定 4
2.4 設計結(jié)構(gòu)分析 4
2.4.1 設計參數(shù) 4
2.4.2 自由度分析及各自由度的實現(xiàn) 5
2.4.3 加工中心換刀機械手的組成 5
2.5 本章小結(jié) 6
第3章 構(gòu)設計及尺寸計算 7
3.1 手指結(jié)構(gòu)設計及計算 7
3.1.1 手指夾緊力的計算 7
3.1.2 手指部分的相關(guān)校核 8
3.2 手指夾緊液壓缸設計 10
3.2.1 手指夾緊液壓缸各部分尺寸的確定 10
3.2.2 材料的選擇 12
3.3 手臂旋轉(zhuǎn)液壓缸設計 12
3.3.1 手臂伸縮液壓缸各尺寸數(shù)據(jù)的確定 12
3.4 主架旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設計 14
3.4.1 主架架旋轉(zhuǎn)軸的設計 14
3.4.2 手架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)的選擇 16
3.4.3 單級圓錐齒輪的設計與校核 17
3.5 主架伸縮液壓缸的設計 23
3.5.1 主架伸縮液壓缸各尺寸數(shù)據(jù)的確定 23
3.5.2 材料的選擇 24
3.5.3 手架伸縮液壓缸活塞桿的校核 24
3.6 本章小結(jié) 25
第4章 控制部分的設計 26
4.1 液壓缸的流量、流速及壓力 26
4.2 確定液壓泵的流量、壓力及液壓泵的型號 26
4.3 各液壓缸緩沖裝置的設計 28
4.4 液壓系統(tǒng)回路 28
4.5 旋轉(zhuǎn)軸控制線路 29
4.6 技術(shù)難點 29
4.7 本章小結(jié) 30
結(jié)束語 30
致 謝 31
參考文獻 32
第1章 緒論
1.1 加工中心換刀機構(gòu)設計的目的及意義
本設計主要是在實現(xiàn)手指夾緊、手臂伸縮、手架伸縮以及手架旋轉(zhuǎn)運動的基礎上，為加工中心換刀機械手的研究提供幾種新的設計方案，并通過論證分析，選擇其中一種比較理想可行的方案進行設計計算，以達到準確、穩(wěn)定、快速、可靠換刀的目的。在滿足加工中心換刀機械手各種運動要求的同時，本設計也在一定程度上簡化了換刀機械手的結(jié)構(gòu)，以方便加工中心換刀機械手的加工制造過程。
1.2 加工中心換刀機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，隨著世界制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，我國對機床的需求量大增。同時，經(jīng)過多年的努力，我國數(shù)控機床的開發(fā)水平也有了很大進步，數(shù)控機床的品種和質(zhì)量均比以往有所提高，部分機床制造主導廠還開發(fā)出具有相當水平的數(shù)控設備。但是，通過有關(guān)部門給出的資料，只要作進一步的分析與了解，我們就會發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)數(shù)控機床在消費量的臺數(shù)中雖占有一半（55%）以上，但它們多是些技術(shù)水平較低、價格相對便宜的普通產(chǎn)品，如數(shù)控車床、數(shù)控銑鏜床和線切數(shù)機床等，高、中檔數(shù)控產(chǎn)品則較少，而且這些產(chǎn)品的核心技術(shù)或功能部件，如加工中心換刀機械手、全功能的數(shù)控伺服系統(tǒng)，高速電主軸，數(shù)控刀架乃至高速安全防護裝置等，還多是由中外合資企業(yè)提供或是從國外進口的。這也說明由于技術(shù)發(fā)展的不平衡，在多種條件制約下，目前我國數(shù)控機床的整件技術(shù)水平與國際先進水平相比還有一定距離，部分高性能、高速、高精度的數(shù)控機床仍需要依靠海外進口。
功能部件技術(shù)水平的高低、性能的優(yōu)劣以及整體的社會配套水平，都直接決定和影響著數(shù)控機床整機的技術(shù)水平和性能，也制約著主機的發(fā)展速度。而換刀機械手則是加工中心穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵功能部件。它的快速、準確的換刀程序是影響加工中心發(fā)揮高效、可靠的加工性能的重要因素。沒有換刀機械手，就不可能有集中工序進行加工的加工中心。有資料顯示，刀庫和機械手的故障率約占整機故障率的25%。所以說，換刀機械手的性能、質(zhì)量直接影響著數(shù)控機床整機的性能、質(zhì)量和品種的發(fā)展。
加工中心是備有刀庫，并能自動更換刀具，對工件進行多工序加工的一種功能較全的數(shù)字控制機床，也是典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設備，它的發(fā)展代表了一個國家設計、制造的水平，是判斷企業(yè)技術(shù)能力和工藝水平標志的一個方面。加工中心中實現(xiàn)刀庫和機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為自動換刀裝置，它的功能是儲備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換。自動換刀裝置可幫助數(shù)控機床節(jié)省輔助時間，并滿足在一次安裝中完成多工序、工步加工要求。它由存放刀具的刀庫和換刀機構(gòu)組成。作為自動換刀裝置，它需要滿足換刀迅速、時間短，重復定位精度高，刀具儲存量足夠，所占空間位置小，工作穩(wěn)定可靠等特點。