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題 目 加工中心自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
專業(yè)班級(jí) 08級(jí)機(jī)電（2）班
學(xué) 號(hào) 08102080213
學(xué)生姓名 侯飛龍
指導(dǎo)教師 姚慧
設(shè)計(jì)所在單位 西安文理學(xué)院
2012年 2月
目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 加工中心換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的及意義 1
1.2 加工中心換刀機(jī)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(shè)計(jì)與論證 3
2.1 加工中心換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 3
2.2 初步設(shè)計(jì)方案 3
2.2.1 旋轉(zhuǎn)臂與夾緊機(jī)構(gòu) 3
2.2.2 主架回轉(zhuǎn)與臂部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3
2.3 方案的確定 4
2.4 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析 4
2.4.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 4
2.4.2 自由度分析及各自由度的實(shí)現(xiàn) 5
2.4.3 加工中心換刀機(jī)械手的組成 5
2.5 本章小結(jié) 6
第3章 構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 7
3.1 手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 7
3.1.1 手指夾緊力的計(jì)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(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.4.1 主架架旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 14
3.4.2 手架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 16
3.4.3 單級(jí)圓錐齒輪的設(shè)計(jì)與校核 17
3.5 主架伸縮液壓缸的設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 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(hào) 26
4.3 各液壓缸緩沖裝置的設(shè)計(jì) 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(diǎn) 29
4.7 本章小結(jié) 30
結(jié)束語(yǔ) 30
致 謝 31
參考文獻(xiàn) 32
第1章 緒論
1.1 加工中心換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的及意義
本設(shè)計(jì)主要是在實(shí)現(xiàn)手指夾緊、手臂伸縮、手架伸縮以及手架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，為加工中心換刀機(jī)械手的研究提供幾種新的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)論證分析，選擇其中一種比較理想可行的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以達(dá)到準(zhǔn)確、穩(wěn)定、快速、可靠換刀的目的。在滿足加工中心換刀機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)要求的同時(shí)，本設(shè)計(jì)也在一定程度上簡(jiǎn)化了換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，以方便加工中心換刀機(jī)械手的加工制造過(guò)程。
1.2 加工中心換刀機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)，隨著世界制造業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移，我國(guó)對(duì)機(jī)床的需求量大增。同時(shí)，經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的開發(fā)水平也有了很大進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的品種和質(zhì)量均比以往有所提高，部分機(jī)床制造主導(dǎo)廠還開發(fā)出具有相當(dāng)水平的數(shù)控設(shè)備。但是，通過(guò)有關(guān)部門給出的資料，只要作進(jìn)一步的分析與了解，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在消費(fèi)量的臺(tái)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(jià)格相對(duì)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(jī)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(jī)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(hù)裝置等，還多是由中外合資企業(yè)提供或是從國(guó)外進(jìn)口的。這也說(shuō)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(guó)數(shù)控機(jī)床的整件技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)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(jī)床仍需要依靠海外進(jìn)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(huì)配套水平，都直接決定和影響著數(shù)控機(jī)床整機(jī)的技術(shù)水平和性能，也制約著主機(jī)的發(fā)展速度。而換刀機(jī)械手則是加工中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵功能部件。它的快速、準(zhǔn)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(méi)有換刀機(jī)械手，就不可能有集中工序進(jìn)行加工的加工中心。有資料顯示，刀庫(kù)和機(jī)械手的故障率約占整機(jī)故障率的25%。所以說(shuō)，換刀機(jī)械手的性能、質(zhì)量直接影響著數(shù)控機(jī)床整機(jī)的性能、質(zhì)量和品種的發(fā)展。
加工中心是備有刀庫(kù)，并能自動(dòng)更換刀具，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的一種功能較全的數(shù)字控制機(jī)床，也是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，是判斷企業(yè)技術(shù)能力和工藝水平標(biāo)志的一個(gè)方面。加工中心中實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)和機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置，它的功能是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動(dòng)交換。自動(dòng)換刀裝置可幫助數(shù)控機(jī)床節(jié)省輔助時(shí)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(kù)和換刀機(jī)構(gòu)組成。作為自動(dòng)換刀裝置，它需要滿足換刀迅速、時(shí)間短，重復(fù)定位精度高，刀具儲(chǔ)存量足夠，所占空間位置小，工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。