自动换刀机械手设计
卧式加工中心换刀机械手设计
卧式加工中心换刀机械手设计摘要机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具它担负着把刀库上的刀具送到主轴上再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务设计思路是用机械手的动作来实现对加工中心的换刀机械手的转动有回转液压缸运来实现其动力则由驱动系统实现加工中心的自动换刀装置通常是由刀库和机械手组成它是加工中心的象征又是加工中心成败的关键环节因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速可靠性高的自动换刀装置以求在激烈的竞争中取得好效益自动换刀装置是加工中心的核心内容各厂家都在保密极少公开有关资料尤其机械手部分更是如此这种机械手的拔刀插刀动作大都由油缸动作来完成根据结构要求可以采用油缸动活塞固定或活塞动油缸固定的结构形式整个机械手由机械臂伸缩机构机械爪开合机构回转机构及装卸刀具直线运动机构组成SummaryThe machine hand changes the knife automatically to exchanges the main tool that knife have in the device it carry to have the knife the knife on the sends to the principal axis last useses again the principal axis the top already over ofthe knife has to return the knife the mission on the Designing the way of thinking is to uses the action of the machine hand realizes centrally to process to change the knife the machine turns to move the turn-over liquid presses the urn carries realize its motive is then from drive the system realizesProcess the central changing the knife the device automatically usually constitute with the machine from the knife it is a key to process the central symbol again is process the center success or failure linkTherefore each process the center manufactory house to all obtain the performance in descend strongly research to manufacture action quickly dependable highly automatically change the knife device in order to in the vigorous competition change the knife automatically the device is to process the central core contents each factory house is all at keep secret minimum amount public relevant data particularly the cent of machine hand is also suchThis kind of machine pulls out the knife and put the knife acts mostly from oil an action to completeRequest according to the construction can adopt the oil urn move the piston fixsOr the piston moves oil a fixed construction formWhole machine hand from flexible organization in machine arm the machine claw opens to match the organization turning round the organization and packing to unload the knife have the straight line the sport the organization constitutes 引言本次设计的题目是加工中心的自动换刀装置中的核心部件---机械手的设计机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具它担负着把刀库上的刀具送到主轴上再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务设计此机械手的目的是为了使加工中心能够更快的的工作使加工中心能够得到更加充分的利用以实现其的价值所在再者由于使用了机械手减少由于人工换刀带来的生产效率低并且容易出事故的弊端本次设计的内容主要有回转液压缸装置和机械运动的驱动系统对于其中动作的实现则由电气控制来实现由于本人能力及学识有限在设计中存在有很多缺陷望老师们能多加指导加工中心的总体布局盘式刀库的卧式加工中心卧式加工中心的主轴是水平设置的卧式加工中心刀库容量一般较大有的刀库可存放几百把刀具卧式加工中心的结构较立式加工中心复杂占地面积大价格也较高卧式加工中心较适用于加工箱体之类的零件特别对箱体零件上的一些孔和孔系以及孔和型腔与基准面有严格要求的箱体容易得到保证适合于批量加工卧式加工中心的功能较立式加工中心多在立式加工中心上加工不了的工件在卧式加工中心上一般都能加工21 技术条件我们所设计的加工中心的主要的技术参数有⑴刀库容量 24把刀⑵刀柄型号 40号刀柄⑶刀具最大直径 120㎜⑷刀具重量 11㎏⑸换刀时间 5s⑹选刀方式任选22 总体布局我们设计的加工中心的总体布局如图11所示图11 卧式加工中心的总体布局23 卧式加工中心的机械结构⑴主轴组件对加工中心主轴组件的基本要求是具有足够的刚度精度传递足够的功率和转矩以及高速运转和适应自动换刀的条件主轴轴承多采用高精度高刚度高速滚动轴承卧式加工中心的主轴组件按进给功能分有镗轴进给滑枕进给及非进给主轴等类型大多数采用非进给型主轴⑵立柱立柱有侧面导轨型与正面导轨型侧面导轨型立柱便于机床的总体设计制造成本也较低并抑易于与非数控卧式镗铣床建立模块化系列关系但这类立柱在机床工作时受力状况较差且热变形的对称性差因而对机床加工精度影响较大正面导轨型立柱多采用门式结构有较好的热对称结构和受力条件多数加工中心采用这种立柱形式工作台卧式加工中心可采用自动分度工作台数控回转工作台换刀机械手的设计31 刀具的交换装置com 自动换刀装置加工中心区别于NC镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能即自动换刀ATC机能机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具它担负着把刀库上的刀具送到主轴上再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务加工中心的自动换刀形式可分为有机械手换刀方式和无机械手换刀方式两类无机械手换刀方式适用于采用40号以下刀柄的小型加工中心或换刀次数少的用量型刀具的重型机床这种换刀方式没有机械手因而结构简单另外刀库回转是在工步与工步之间即非切削时进行的因此虽然刀库设置在立柱顶面却免去了刀库回转时的震动对加工精度的影响无机械手换刀方式中刀库可以是圆盘型直线排列式也可以是格子箱式等无机械手换刀方式中特别需要注意的是刀库转位定位的准确度为保证转位准确就要尽力消除刀库驱动传动链的间隙为此可采用双导程蜗杆蜗轮副或采用可以相互错位的两片齿轮结构形式或采用插销定位反靠定位等方法来准确定位圆盘型刀库可设在立柱顶上立柱主轴箱的侧面也可设在横梁一端或设在主轴箱上由主轴箱和刀库配合运动完成自动换刀动作直线排列式刀库可设在工作台上方也可设在工作台的一端或两端由主轴箱或工作台配合运动完成自动换刀动作格子箱式刀库可设在双工作台的中间换刀时小直径刀具可轴向取刀大直径刀具可径向取刀加工中心的自动换刀装置通常是由刀库和机械手组成它是加工中心的象征又是加工中心成败的关键环节因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速可靠性高的自动换刀装置以求在激烈的竞争中取得好效益自动换刀装置是加工中心的核心内容各厂家都在保密极少公开有关资料尤其机械手部分更是如此无机械手换刀方式中特别需要注意的是刀库转位定位的准确度为保证转位准确就要尽力消除刀库驱动传动链的间隙为此可采用双导程蜗杆蜗轮副或采用可以相互错位的两片齿轮结构形式或采用插销定位反靠定位等方法来准确定位采用机械手进行刀具交换的方式应用的最为广泛这是因为机械手换刀有很大的灵活性而且可以减少换刀时间图见零号图自动换刀机械手换刀动作如表31所示表31 机械手的换刀动作机械手的种类加工中心换刀机械手的种类繁多可以说每个厂家都推出自己的独特的换刀机械手在加工中心的自动换刀系统中是机械手具体执行刀具的自动更换对其要求是迅速可靠准确协调由于加工中心机床的刀库和主轴其相对位置距离不同相应的换刀机械手的运动过程也不尽相同它们由各种形式的机械手来完成常见的机械手有⑴单臂单爪回转式机械手机械手摆动的轴线与刀具主轴平行机械手的手臂可以回转不同的角度来进行自动换刀换刀具的所花费的时间长用于刀库换刀位置的刀座的轴线相平行的场合如图所示图31 单臂单爪回转式机械手⑵单臂双爪回转式机械手图32 单臂双爪回转式机械手这种机械手的手臂上有两个卡爪两个卡爪有所分工一个卡爪只执行从主轴上取下旧刀送回刀库的任务另一个卡爪则执行由刀库取出新刀送到主轴的任务其换刀时间较上述单爪回转式机械手要短如图32所示⑶双臂回转式机械手俗称扁担式这种机械手的两臂各有一个卡爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具在回转180°之后有同时将刀具归回刀库及装入主轴是目前加工中心机床上最为常用的一种形式换刀时间要比前两种都短如图33-a 所示图33-a 双臂回转式机械手这种机械手在有的设计中还采用了可伸缩的臂如图33-b 所示图33-b 双臂回转式机械手⑷双机械手这种机械手相当与两个单臂单爪机械手相互配合起来进行自动换刀其中一个机械手执行拔旧刀归回刀库另一个机械手执行从刀库取新刀插入机床主轴上如图34所示图34 双机械手⑸双臂往复交叉式机械手图35 双臂往复交叉式机械手这种机械手两臂可往复运动并交叉成一定角度两个手臂分别称作装刀手和卸刀手卸刀手完成往主轴上取下旧刀归回刀库装刀机械手执行从刀库取出新刀装入主轴整个机械手可沿导轨或丝杠作直线移动或绕某个转轴回转以实现刀库与主轴之间的运送刀具工作如图35所示⑹双臂端面夹紧式机械手这种机械手只是在夹紧部位上和前几种不同上述几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面来抓住刀具而此种机械手则是夹紧刀柄的两个端面如图36所示图36 双臂端面夹紧式机械手由于双臂回转式机械手的动作比较简单而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库集中的刀具换刀时间较短我们本次设计所要求的换刀时间为5秒故我们选用双臂回转式机械手如果我们采用不能伸缩的机械手由于机械手回转时其手部回转半径较大如刀库中刀具排得较密可能碰撞刀具且用这种类型的机械手直接在刀库与主轴之间换刀只宜采用顺序换刀或刀具编码式任意选刀不然换刀时间将增加故我们采用可伸缩式的双臂回转机械手com 手爪的选择1．单臂双爪式机械手的手爪这种机械手的手爪大都采用机械锁刀方式有些大型加工中心亦有采用机械加液压锁刀方式以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出较普通采用的机械锁刀方式手爪弹簧销式手爪如图A-A放大图它是目前加工中心上用较多的一种手臂的两端个有一个手爪刀具被弹簧2推着的活动销4类似于人的手指顶靠在固定爪5中锁紧销3被弹簧1顶起使活动销4被锁住不能后退这就是保证了机械手在换刀过程中手爪中的刀具不会被甩出当手臂处于抓刀位置时锁紧销2被设置在主轴伸出端或刀库上的撞块压下活动销4就可以活动使得机械手可以抓住或放开主轴或刀库刀套中的刀具此外钳形手的杠杆手用得也较普遍锁销2在弹簧作用下其大直径外圆顶着止退销3杠杆手爪6就不能摆动张开手爪中的刀具就不会被甩出当抓刀或还刀时锁销2被装在刀库或主轴端处的撞块压回止退销3和杠杆手爪6就能摆动张开刀具就能装入或取出钳型手和杠杆手均为直线运动抓手机械手的手爪在抓住刀具后还必须具有锁刀功能以防止在换刀过程中掉刀或刀具被甩出当机械手松刀时刀库的夹爪既起着刀套的作用又起着手爪的作用对于双臂回转式机械手的手爪大都采用机械锁刀方式有些大型加工中心亦有采用机械液压锁刀方式以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出手爪的形式有⑴机械锁刀手爪弹簧销式手爪使用这种形式的抓持机构手爪不需要设置专门的传递装置因而结构简单使用广泛但在机械手有旋转运动时为避免刀具甩脱手爪就必须有自锁夹持机构其结构较复杂⑵钳形杠杆机械手这种机械手手爪的张合需要动力传递装置传动较复杂但手爪的结构可较简单使用也较普遍⑶虎钳形指在手爪中设有定位销使刀具在手爪中定位用这种形式的夹持机构时刀具需经特殊补充加工不能使用标准刀具所以使用者较少我们在这里采用第一种手爪com 刀具的夹持在刀具自动交换装置上机械手抓刀具的方法大体上可以分为下列两类⑴柄式夹持轴向夹持⑵发兰式夹持这种夹持方式在刀具夹头的前端有供机械手用的发兰盘采用发兰式夹持当应用中间搬运装置时可以很方便地从一个机械手将刀具夹头过渡到另一个辅助机械手上去刀具夹头采用带洼形的法兰盘夹持刀夹在这里我们采用第一种夹持方式刀柄型号为BT40图37所示为标准刀具夹头的锥柄柄部由图可见刀柄圆柱部分的V形槽是供机械手夹持之用带V形槽圆柱右端按所装刀具例如钻头铣刀铰刀及镗杆等不同根据标准可设计成不同形式图37 刀柄的型式表3-1为日本BT标准刀柄的尺寸表3-1 日本BT标准刀柄的尺寸柄部型号锥体螺纹孔凸缘D1 L r l1 l2 l3 d1 g d2 t b BT40 4445 654 1 9 30 70 17 M1619 225 161 BT45 5715 828 12 11 38 70 21 M2023 29 193 BT50 6985 1018 15 13 45 90 25 M24 27353 257柄部型号凸缘参考尺寸L1 W D2 D3 T Y Y1 V d D4 BT40 21 012 53 63 25 16 16 166 10 75679BT45 26 012 68 80 30 32 32 212 12 95215 BT50 31 020 85 100 35 32 32 232 15 119019 32 机械手的驱动装置这种机械手的拔刀插刀动作大都由油缸动作来完成根据结构要求可以采用油缸动活塞固定或活塞动油缸固定的结构形式整个机械手由机械臂伸缩机构机械爪开合机构回转机构及装卸刀具直线运动机构组成图见自动换刀机械手的驱动装置和驱动装置外形com 手臂的伸缩运动回转头的两端对称分布着两个机械臂可以同时伸出抓刀机械臂伸缩机构由回转液压缸1见驱动外形图输出轴47齿轮44以及齿条39和45组成见自动换刀机械手图当压力油通过支架28和贯穿花键轴30的通孔见换刀机械手驱动装置图进入回转液压缸1时推动输出轴47转动轴上的齿轮44便带动齿条39和44作直线运动使两只机械臂同时伸出通过齿条39及44上的挡块52压向调整螺钉53来限制终点位置同时由左视图中的微动开关30发出信号以进行下一个动作当回转液压缸改变油路时机械臂便缩回com 手爪的开合见自动换刀机械手图机械臂的头部带有固定手爪14与活动手爪18用来夹持刀柄之用活动手爪18可绕小轴15转动其一端由弹簧杆19作用支靠在小轴20上当弹簧顶杆3未碰到挡块13而自由伸出时挡杆22在弹簧作用下其一端的斜面与活动手爪18的端部斜面台阶相靠从而将活动手爪18锁死当挡块13左移将弹簧顶杆3压入时顶杆3的一端迫使杠杆21顺时针转动这样杠杆21的一端将挡杆22的斜面自活动手爪18的端部斜面滑开因此当活动手爪18伸向刀柄拔刀或插刀后收回时刀柄表面可使活动手爪18压缩弹簧而稍微张开这样机械爪即可将刀柄抱住或退出与此同时齿条44或39上的挡杆压于调整螺钉而限位同时微动行程开关动作发出下一动作的信号由于机械爪伸向刀柄拔刀或插刀后收回都是当机械手处于轴向向左移动后的位置上进行的为了使机械手的活动手爪18在这时能从自锁状态下松开在机床床身立柱上设有固定杆35在机械臂的一侧有挡块装置挡块13锥孔盘4在端面上周向均匀分布有4个锥孔和轴9固定相连轴9装于支架12内其右端又与一端盖10用螺纹固定当挡块13未与固定杆35相碰时锥孔盘4处于与钢球5相对位置弹簧销11顶着端盖10使锥孔盘4紧靠于支架12的端面上此时机械臂的弹簧顶杆3自由伸出活动手爪1处8于锁死状态当机械手轴向向右移动后固定杆35迫使挡块13转动由于此时锥孔盘4端面上的锥孔与钢球5错开这样锥孔盘4即连同挡块13轴9端盖11压缩弹簧销11向左移动挡块13即将机械臂上的弹簧顶杆3压入将活动手爪18自锁紧状态下松开当机械爪伸出抓住刀柄后机械手轴向向左伸出此时挡块13亦同时离开固定杆35借弹簧1的作用将挡块13拉回原来的锥孔盘4上锥孔与钢球5相对的原始位置由弹簧销11的作用使挡块13又向右移动至锥孔盘4与支架12端面压紧的位置这时机械臂上的弹簧顶杆3又自由伸出将活动手爪18锁死保证机械手将刀具拔出后机械手能将刀具可靠地夹紧com 回转运动见驱动装置图回转机械用来实现刀具的交换动作由图驱动外形装置图可见它由手臂14回转座51组成的手臂14与花键轴50固定连接花键轴与两个花键套筒49相连后者则由固定在机床立柱上回转座51上的两个滚动轴承支撑齿轮41通过花键轴套筒安装在花键轴的右端回转液压缸的结构见第三张图回转缸壳体79和上端盖86下端盖74定片93间均用螺钉联接并将它们作为一体通过上端盖与固定在立柱上转轴2支承在上下端盖上与动片90固定联接其伸出端通过花键轴部分与中间座的齿轮联接向手臂传递运动当液压缸通入高压油而使转轴转动时通过传动齿轮99带动齿轮41回转这样由花键轴50带动手臂14转动其转角两相对180°的极限位置可由螺钉67及53限定同时由螺钉65及68压下微动开关69及52发出到位信号以进行下一个动作com 直线运动回转头14的向左或向右拔刀或插刀的直线运动是由液压缸来实现液压缸座系固定于机床立柱上活塞杆端部有联接件与花键轴相连当活塞杆因液压缸进入高压油而向左或向右运动时通过联接件即可带动花键轴作直线运动从而带动回转头及机械手臂作向左或向右运动在液压缸两端设有缓冲装置可防止活塞与液压缸端面的撞击当活塞在左右两极限位置时都设有可调挡块由微动开关作用发出到位信号需要提醒的是既要保证不漏油又要保证机械手动作灵活过紧的密封往往影响机械手的正常动作这种液压缸活塞驱动的机械手每个动作结束之前均需设置缓冲机构以保证机械手的工作平稳可靠缓冲结构可以是小孔节流可以外接节流阀或是缓冲阀等为了使机械手工作平稳可靠除了要设有缓冲机构外还要考虑尽可能减小机械手的惯量圆柱体围绕旋转中心的运动惯量可由下式确定J J0WR298 com2式中 J0圆柱体绕其自身中心的惯量N·m·s2W圆柱体的重量NR旋转半径 m由上式可见惯量与物体重量成正比与旋转半径的平方成正比因此要尽可能采用密度小质量请的材料制造有关的零件要尽可能的减小机械手的回转半径由于液压驱动的机械手需要采用严格的密封因此还需要缓冲机构33 设计计算com 手指夹紧力的计算手指对工件的夹紧力可按下式计算N≥k1k2k3G kg·f式中k1安全系数通常取122我们取k1 18k2动载系数主要考虑惯性力的影响可按k2＝1＋ag估算a为机械手在搬运过程中的加速度单位为ms2a＝98ms2g为重力加速度所以这里k2 1k3方位系数按《机械工程手册》第10卷表562-3选取k3 0911我们取k3 10G被夹持工件的重量单位kg这里G 11kg则我们设计的机械手手指的夹紧力为N≥18×1×10×11 kg·f 198 kg·fcom 齿轮的设计齿轮传动按照两齿轮轴在机构中相对位置的不同分为两轴相互平行两轴相交和两轴交错即不平行也不相交三类用与平行轴传动的有直齿斜齿圆柱齿轮直齿斜齿内齿轮直齿斜齿缘这些齿轮有称为平面齿轮用与相交轴传动的有两轴线垂直相交和两轴线相交但不垂直的直齿圆弧齿延伸外摆线齿锥齿轮用与交错轴传动的有螺旋齿轮蜗轮蜗杆和轴线偏置的锥齿轮双曲线齿轮这些齿轮又称空间齿轮齿轮齿形曲线主要采用渐开线其它还有摆线圆弧线等由于渐开线齿形容易制造便于安装所以大多数齿轮采用渐开线齿形齿形标准摘自JB-100-60JB304-62齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一形式很多应用广泛传递的功率近十万千瓦圆周速度可达200ms齿轮传动按照两齿轮轴在机构中相对位置的不同一齿轮传动主要特点①效率高在常用的机械传动中以齿轮传动的效率为最高如一级圆柱齿轮的效率可达99这对大功率传动十分重要因为即使效率只提高1也有很大的经济效益②结构紧凑在相同的使用条件下齿轮传动所需的空间尺寸一般较小③工作可靠寿命长设计制造正确合理使用维护良好的齿轮工作十分可靠寿命可长达一二十年这也是其它机械传动所不能比拟的这对车辆及矿井内工作的机器尤为重要④传动比稳定传动比稳定往往是对传动性能的基本要求齿轮传动获得广泛应用也就是由于这一特点但是齿轮传动的制造及安装精度要求高价格较贵且不宜用于传动距离大的场合齿轮传动可做成开式半开式及闭式如在农业机械建筑机械以及简易的机械设备中有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳齿轮完全暴露在外边这叫开式齿轮传动这种传动外界杂物极易侵入而且润滑不良因此工作条件不好轮齿也极易磨损故只宜用于低速传动当齿轮传动装有简易的防护罩有时还把大齿轮部分地浸入油池中则称为半开式齿轮传动它的工作条件虽有改善但仍不能做到防止外界杂物侵入润滑条件也不算最好而汽车机床航空发动机等所用的齿轮传动都是装在精确加工而且封闭严密的箱体机匣内这称为闭式齿轮传动齿轮箱它与开式或半开式相比润滑及防护等条件最好多用于重要的场合二设计原则所设计的齿轮传动在具体的工作情况下必须具有足够的相应的工作能力以保证在整个工作寿命期间不致失效目前设计一般使用的。
自动换刀机械手的结构设计与PLC控制
第2章 机械手总体设计方案………………………………………………………………4 2．1 机械手类型 ………………………………………………………………………4 2．2 机械手系统功能设计 ……………………………………………………………5 2．3 机械手的坐标形式与自由度 ……………………………………………………7 2．4 机械手工作过程及工步时间分配 ………………………………………………9 2．5 机械手的基本参数………………………………………………………………10 2．6 模块化设计………………………………………………………………………11 2．6．1 模块划分的一般原则……………………………………………………12 2．6．2 模块设计的方法…………………………………………………………12 2．6．3 模块式机械手及组成……………………………………………………13 2．7 机械手的总体方案设计…………………………………………………………14 2．7．1 机械手的结构设计方案…………………………………………………14 2．7．2 机械手的驱动方案………………………………………………………15 2．7．3 机械手的控制方案………………………………………………………17 2．7．4 机械手的设计流程………………………………………………………18 2．8 小结………………………………………………………………………………20
大型加工中心换刀机械手的设计
大型加工中心换刀机械手的设计一、设计背景随着制造业的快速发展，大型加工中心的应用越来越广泛。
大型加工中心一般拥有多把刀具用于不同工序的加工，需要手动更换刀具，不仅浪费了时间，还增加了人力成本和安全隐患。
因此，设计一个高效、安全、智能的大型加工中心换刀机械手，具有重要的意义。
二、设计目标1.实现自动化刀具更换，提高加工效率；2.提高工作安全性，减少人为操作的风险；3.具备智能、自主学习、自动适应的功能，提高机器人操作的灵活性和实用性。
三、设计要点1.结构设计：机械手的设计应考虑加工中心刀库的布局和工作条件，采用多关节结构，具备较大的工作范围和灵活性。
2.控制系统：机械手需要搭载先进的控制系统，具备自主学习和自适应的能力，能够根据刀具更换的要求自动调整操作步骤和力度。
3.传感器：机械手需要搭载各种传感器，实时监测加工中心的刀库情况、刀具状态和操作环境，保证机械手的安全性和可靠性。
4.机械手末端工具：机械手末端需要设计合适的夹具，能够牢固地固定不同类型和尺寸的刀具，保证更换过程的精确性和稳定性。
5.自动化控制和管理系统：机械手需要与加工中心的自动化控制和管理系统进行无缝对接，实现自动化的刀具管理和更换。
四、设计流程1.刀具信息录入：使用者通过界面输入加工中心刀库的刀具信息，包括类型、尺寸、位置等。
2.系统规划：系统根据刀具信息和加工需求，确定最优化的刀具更换方案和机械手动作路径。
3.动作执行：机械手根据系统规划的路径，自动移动到对应的位置，使用夹具固定住刀具，完成刀具更换操作。
4.刀具状态检测：机械手通过传感器对刀具状态进行实时监测，如刀具磨损、损坏等情况。
5.故障处理：如果刀具状态异常，机械手会将异常信息传递给系统，系统进行相应的故障处理，如果需要更换刀具，机械手会自动执行更换流程。
6.报警系统：机械手配备报警系统，一旦出现异常情况、人为干预等，及时发出警报，保证工作环境安全。
五、潜在问题及解决方案1.增加机械手的稳定性和可靠性：通过优化机械结构设计，加强关节和连接部位的刚度和精度，提高机械手的稳定性和可靠性。
自动换刀机械手设计
自动换刀机械手设计自动换刀机械手是一种高效的工业自动化设备，常用于切割、焊接、刻字、打孔等加工领域，可实现自动化生产，提高工作效率。
本文将就自动换刀机械手的设计进行详细探讨。
一、自动换刀机械手的原理自动换刀机械手主要由机械臂、夹具、控制系统、刀具库以及相应的传感器等组成。
其工作原理如下：当需要更换刀具时，由控制系统发出指令，调节机械臂移动到刀具库的位置，通过相应的传感器精确定位，机械臂使用夹具将选中的刀具拿出并放到加工工具上，完成换刀操作。
二、自动换刀机械手设计的要点1. 夹具设计夹具的设计很重要，需要根据工件的特点进行设计，确保夹紧力度合适，不会对工件造成损坏。
同时，夹具材料的选择也需要注意，要具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
2. 机械臂的结构机械臂是整个自动换刀机械手的核心，应根据工作环境和加工需要进行设计，采用合适的轴数和长度，确保能够实现精确定位和快速移动。
机械臂的结构应简单、紧凑，且易于维护。
3. 控制系统的软硬件设计控制系统是自动换刀机械手的灵魂，应根据实际需要进行软硬件设计，以保证稳定可靠的操作。
软件设计主要包括程序控制、运动控制和动态性能控制等，硬件设计则包括控制器的选型、传感器的选择、电气接线等。
4. 刀具库的设计刀具库的设计是确保自动换刀机械手顺利运行的关键，应该充分考虑刀具种类和数量，以及库房面积大小等因素。
为方便操作和控制，可考虑在库房内设置显示屏和按钮。
三、自动换刀机械手的优点与应用1. 提高生产效率自动换刀机械手实现了自动化作业，能够大大缩短更换刀具的时间和提高生产效率。
2. 提高加工精度和一致性自动换刀机械手通过精确的定位和控制，可以保证加工的精度和一致性，避免人为因素的影响。
3. 减少人力成本和劳动强度自动换刀机械手的运行不需要人工干预，可以减少人力成本和劳动强度，增强企业的竞争力和市场占有率。
自动换刀机械手应用于机械加工、船舶制造、汽车制造、电子元器件制造等行业，广泛应用于铸造、焊接、切割、打孔、搭接等工作。
自动换刀机械手的设计
目录摘要 (1)ABSTRACT (1)1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.1.1课题的来源 (1)1.1.2研究目的 (2)1.1.3．研究的意义 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.3研究内容 (4)2 设计总体方案论证 (4)2.1 概述 (4)2.2刀库和交换主轴换刀装置的原理 (5)2.2.1主轴交换的原理 (5)2.2.2主轴抬起及转位的原理 (6)2.2.3刀库及换刀装置 (6)3 刀库的设计计算 (7)3.1电动机的选择 (7)3.2蜗轮、蜗杆承载能力计算 (11)4 自动换刀装置设计 (13)4.1 方案分析比较 (13)4.2 机械手自动换刀工作流程设计 (13)4.3换刀机械手的结构设计 (20)4.4机械手手臂和手爪结构设计 (22)结论 (22)参考文献 (25)致谢 (26)摘要在机械加工领域，经常需要对机械零件进行加工，此时需要用到加工中心设备，加工设备的核心部件之下是自动换刀装置，本课题主要对自动换刀机械手进行了设计。
本论文主要是对加工中心的刀库及换刀机械手进行研究，主要是自动换刀装置的设计。
本文先对设备的刀库类型及换刀方案进行了分析，确定机械手的设计方案；再对人群装置的执行电机进行选型，并对其传动部分进行了零件选型与计算；最后对换刀装置的关键部件，如机械手及液压缸等进行了设计，并对轴承、液压缸等重要零件进行了校核，并能够维持较长的使用寿命，并使之能够完成换刀工作。
关键词：机械手；轴；换刀装置ABSTRACIn the field of mechanical processing, it is often necessary to process mechanical parts. At this time, machining center equipment is needed. Under the core component of machining equipment is Automatic tool changer. This topic mainly designs the automatic tool changing manipulator.This paper mainly studies the tool magazine and tool changing manipulator of the machining center, mainly the design of Automatic tool changer. Firstly, this paper analyzes the type of tool magazine and tool changing scheme of the equipment, and determines the design scheme of the manipulator. Then the executive motor of the crowd device is selected, and the transmission part is selected and calculated. Finally, the key parts of the tool changer, such as manipulator and hydraulic cylinder, are designed, and the important parts such as bearing and hydraulic cylinder are checked, which can maintain a long service life and complete the tool changer.Key words: manipulator; shaft; tool changer;1 绪论1.1课题背景1.1.1课题的来源本次的课题研究是机械手自动换刀装置设计，我们经过相关的资料查阅和分析，发现在整套机器工作中，机械手和刀库的功能是否稳定或者工作能否顺利完成，会直接影响整个加工中心的加工效率，通常我们需要高效的完成加工过程，比较重要就是这个换刀装置的设计，换刀速度和是否完成准确，都会直接影响整个加工效率。
卧式加工中心自动换刀机械手设计
卧式加工中心自动换刀机械手设计机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。
设计思路是用机械手的动作来实现对加工中心的换刀，机械手的转动有回转液压缸运来实现，其动力则由驱动系统实现。
加工中心的自动换刀装置，通常是由刀库和机械手组成，它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。
因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手部分更是如此。
这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。
根据结构要求，可以采用油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。
整个机械手由机械臂伸缩机构，机械爪开合机构，回转机构及装卸刀具直线运动机构组成。
本次设计的题目是加工中心的自动换刀装置中的核心部件---机械手的设计。
机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。
设计此机械手的目的是为了使加工中心能够更快的的工作，使加工中心能够得到更加充分的利用，以实现其的价值所在；再者，由于使用了机械手，减少由于人工换刀带来的生产效率低，并且容易出事故的弊端。
本次设计的内容主要有回转液压缸装置和机械运动的驱动系统，对于其中动作的实现则由电气控制来实现。
由于本人能力及学识有限，在设计中存在有很多缺陷，望老师们能多加指导。
加工中心的总体布局盘式刀库的卧式加工中心卧式加工中心的主轴是水平设置的，卧式加工中心刀库容量一般较大，有的刀库可存放几百把刀具，卧式加工中心的结构较立式加工中心复杂，占地面积大，价格也较高，卧式加工中心较适用于加工箱体之类的零件，特别对箱体零件上的一些孔和孔系，以及孔和型腔与基准面有严格要求的箱体，容易得到保证，适合于批量加工。
卧式加工中心的功能较立式加工中心多，在立式加工中心上加工不了的工件，在卧式加工中心上一般都能加工。
数控卧式镗铣床自动换刀机械手的结构设计
数控卧式镗铣床自动换刀机械手的结构设计数控卧式镗铣床自动换刀机械手是一种机械手，主要用于自动化生产线上的零件加工，其主要功能是实现自动补刀和换刀操作，提高生产效率和减少人工干预，降低劳动力成本。
本文将从以下几个方面介绍数控卧式镗铣床自动换刀机械手的结构设计及其特点。
一、数控卧式镗铣床自动换刀机械手结构设计数控卧式镗铣床自动换刀机械手由机械臂、底座和控制系统组成。
机械臂包括基座、旋转轴、升降装置、前后运动装置和夹持装置等构件。
底座用于固定机械臂，同时还可以具备旋转和移动功能，以保证机械臂能够根据需要灵活地操作机械刀具。
控制系统包括电机、传感器和PLC等，可以确保机械臂能够准确地测量工件的尺寸，并根据需要进行换刀和补刀等操作。
机械臂的运动是通过控制电机来实现的，可以根据需要进行前后、上下和左右等方向的运动，以达到准确的加工效果。
升降装置和夹持装置是数控卧式镗铣床自动换刀机械手的核心部分，可以根据需要自动调整刀具的角度和位置，以确保刀具能够精确地切削工件。
二、数控卧式镗铣床自动换刀机械手的特点1.高精度：数控卧式镗铣床自动换刀机械手能够根据需要自动调整刀具的角度和位置，并准确地测量工件尺寸，以保证加工精度。
2.高效率：数控卧式镗铣床自动换刀机械手具有自动补刀和换刀功能，可以在不停机的情况下实现加工过程中的刀具更换和补偿操作，提高生产效率。
3.操作简便：数控卧式镗铣床自动换刀机械手可以通过PLC等控制系统进行操作，相对于人工操作更加简便。
4.适用范围广：数控卧式镗铣床自动换刀机械手可以适用于各种工件的加工，例如金属零件、机械零件、模具等。
三、发展前景随着工业生产自动化水平的不断提高，数控卧式镗铣床自动换刀机械手将会得到更加广泛的应用。
目前，国内外一些大型制造企业已经开始陆续采用数控卧式镗铣床自动换刀机械手进行机械加工，取得了非常不错的效果。
预计未来，在高效率、高精度和自动化程度方面都将会有更多的创新和进步，为机械加工行业带来更多的发展机会。
自动换刀机械手的结构设计与PLC控制汇总
自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究摘要数控机床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。
数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。
加工中心带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。
气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于数控机床自动换刀上。
为了增强机械手的通用性和互换性，使同一机械手由于应用不同的模块而具有不同的功能，本文采用模块化气动机械手，对基座、立柱、手臂、手部等模块进行结构设计，通过模块选择与组合，以构成一定范围内的不同功能或同功能不同性能、不同规格的系列产品，并且在产品变化或临时对机械手进行新任务分配时，可以允许方便地改动或重新设计其新部件，能很快地投产，降低安装和转换工作的费用，便于机械手的标准化生产和使用。
在机械手的运动和动力学分析中，根据法建立了机械手的运动学模型，确定各连接杆件与末端执行器的空间位置和姿态关系；根据拉格朗日方程建立机械手动力学模型，确定各关节运动与作用力或力矩之间的关系。
对机械手的定位控制分析，采用电气气压伺服定位技术设计机械手的驱动系统，气动执行元件根据输入系统的电气信号而动作，从而驱动负载输出相应的物理量。
系统采用作为控制核心，根据机械手的工作流程制定控制方案，实现了机械手的任意点定位和无级调速。
关键词：自动换刀机械手；模块化设计；运动学；动力学；电气气压伺服定位系统Research on Structure Design and PLC Control of Automatic tool change ManipulatorAbstract：；；；；目录第章绪论．课题研究背景目的及意义．工业机械手的研究现状及国内外发展．本文主要研究内容及各章安排第章机械手总体设计方案．机械手类型．机械手系统功能设计．机械手的坐标形式与自由度．机械手工作过程及工步时间分配．机械手的基本参数．模块化设计．．模块划分的一般原则．．模块设计的方法．．模块式机械手及组成．机械手的总体方案设计．．机械手的结构设计方案．．机械手的驱动方案．．机械手的控制方案．．机械手的设计流程．小结第章机械手运动学及动力学分析．刚体运动学模型．．刚体的位姿．．坐标变换．机械手运动学方程描述．．连杆参数以及连杆坐标系．．连杆变换和运动学方程．操作臂的雅可比矩阵．机械手的动力学模型构建．．拉格朗日动力学方程推导方法．．仿真机械手的动力学方程实例．小结第章机械手的机械系统设计．机械手伺服系统设计．．气动伺服系统设计．．电气伺服阀．机械手执行机构设计．．手部结构设计．．手臂结构设计．．基座结构设计．．气动辅助元件选取．小结第章控制系统设计．机械手控制系统的选型与点确定．．选型．．控制系统输入输出设备与点确定．步进电机．编程．．编程时应注意的问题．．程序设计软件简介．．梯形图设计．小结第章总结与展望．总结．展望致谢参考文献攻读学位期间所发表的学术论文第1章绪论1．1 课题研究背景目的及意义工业机械手技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。
数控加工中心―换刀机械手设计
数控加工中心―换刀机械手设计济南大学毕业设计- I -济南大学毕业设计1 绪论1.1数控加工中心概述1.1.1数控加工中心的优点数控加工中心的优点很多，主要有一下几种：（1）工件一次装夹可完成多种加工任务，避免了因多次装夹带来的误差和时间成本，而且，由于不需要依靠操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。
（2）减少了加工的准备时间，提高了加工效率，减少了劳动力的使用，从而大大的降低了生产成本，提高了产品的竞争力。
（3）提高了设备的利用率，数控加工中心的设备利用率为通用机床的几倍，并且，由于工序较为几种，更加适合多种、中小批量的加工生产。
1.1.2数控加工中心的结构特点数控加工中心的结构特点如下：（1）刚度高、抗振性好。
（2）传动系统结构简单，传递速度快，精度高。
（3）设计有刀库和换刀机构，这是数控加工中心与其他机床的主要区别。
（4）相较其他机床更为人性化，功能齐全，省去了绝大部分的人力劳动。
1.1.3数控加工中心的发展趋势（1）高速化随着数控系统核心处理器性能的进步，数控加工中心的主轴转速和进给速度的进一步提升以及自动交换平台和自动换刀用时的进一步缩短，进而使数控机床的效率向更高的目标迈进。
（2）高精度化先进的数控系统一般带有高精度的位置检测装置，并通过自我反馈系统时时的调整主轴的运动，进而保证了较高的加工精度和准确性。
随着现代科学技术的发展，以及人们不断去对超精密加工技术提出更高的要求，并且伴随新材料，新零件的出现对它们的加工需要更高的超精密加工工艺，因此不断发展新型的超精密加工机床和不断完善现代超精密加工技术，是数控机床发展的毕由之路。
（3）复合化随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。
机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的- 1 -济南大学毕业设计发展趋势。
（4）高柔性化数控机床在提高单机柔性化的同时，正朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展.柔性制造系统是一种在批量生产下，高柔性和高自动化程度的制造系统，它综合了高效，高质量及高柔性的特点，适用于中各种批量和不同品种产品的自动化生产的技术问题，伴随数控系统技术的成熟和升级改造，数控机床的高单元柔性化和系统柔性化已日趋成为现实。
自动换刀机械手的设计
自动换刀机械手的设计摘要加工中心在加工中用得很广泛，加工中心利用刀库实现换刀，这是目前加工中心大量使用的换刀方式。
而自动换刀装置是加工中心的重要组成部分之一，它的功能的好坏，关系到整个加工中心的功能。
自动换刀装置可分为五种基本形式，即转塔式、180 回转式、回转插人式、二轴转动式和主轴直接式。
刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。
在有机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置．完成换刀过程．无机械手换刀时，刀库中刀具存放方向与主轴平行，刀具放在主轴可到达位置换刀时，主轴箱移到刀库换刀位置上方，利用主轴Z向运动将加工用毕刀具插人刀库中要求的空位处，然后刀库中待换刀具转到待命位置．主轴Z 向运动将待用刀具从刀库中取出，并将刀具插人主轴。
[关键词]：加工中心自动换刀装置刀库机械手AbstractMachining center in the increasingly wide use of the processing , which is currently used by large processing center blade. And the automatic blade changer devices is an important component of machining center。
Its function is good or bad, on the whole processing machining center functions。
Automatic blade devices can be divided into five basic forms .Namely to Tower, 180 turnaround-type, rotation planting one-, two-and the main axis of rotation axis direct .Exchange cutlery in the tools storehouse , according to the availability of process machinery blade in hand, into a mechanical hand blade andnon-blade two mechanical hands .In a mechanical hand exchange cutlery，those will be completed using a mechanical hand, the cutlery out from the main axis.At the same time, another mechanical hand take cutlery from tools storehouse, and then the two exchange locations. The whole process is completed。
自动换刀机械手设计(机械CAD图纸)
摘要加工中心是指在一次装卡中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。
更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。
这就把加工中心和自动换刀数控车床和车削中心区别开来。
加工中心区别于别的数控镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，机自动换刀(ATC)机能。
加工中心的自动换刀系统,通常是由刀库和机械手组成,它是加工中心的象征,又是加工中心成败的关键环节。
因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置,以求在激烈的竞争中取得好的效益。
正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容,各厂家都在保密,极少公开有关资料,尤其机械手部分更始如此。
加重中心的自动换刀形式,可分为有机械手换刀方式和无机械手换刀方式。
加工中心的ATC,大都采用有机械手的换刀方式，因为更节省时间。
由于液压驱动的机械手需要采用严格的密封，还需较复杂的缓冲机构，控制机械手动作的电磁阀都有一定的时间常数，因为换刀速度较慢。
近年来国内、外先后研制出凸轮联动式单臂双抓机械手。
这种机械手的优点是由电机驱动，不需要较复杂的液压系统及其密封、缓冲机构，没有漏油现象，结构简单，工作可靠。
同时，机械手手臂的回转和插刀、拔刀的分解动作是联动的，部分时间可重叠，从而大大缩短了换刀时间。
关键词：机械手；加工中心；自动换刀AbstractMachining Center is installed in a card, to achieve automatic milling, drilling, boring, Reaming, Tapping and other processes of CNC machine tools. A more explicit statement of Machining Center is the automatic tool change CNC milling machines. This brings the processing center and automatic tool change CNC lathe and turning centers to distinguish. Machining Center is different from other CNC milling machines to the main features is that it has under the technological requirements for automatic tool change function, Automatic Tool Change (ATC) function.Machining Center, ATC system is usually a knife and the composition manipulator, it is a symbol of the processing center. Machining Center is the key to success. Therefore the processing center manufacturers are vigorously developing the next moves quickly, high reliability, ATC, to the fierce competition to achieve good results。
自动换刀机械手设计
图2.1
为了从刀库的刀套中心处取刀，并送到主机的主轴孔处将刀具插入主轴孔，或从主轴孔中将刀具拔出取下，送到刀库的相应刀套处存放起来，需要换刀机械于具有下列几个运动和动作：
本文对JCS-013数控镗铣床换刀机械手的各个组成部分、工作原理、坐标形式、驱动方式等进行了讨论。对一些主要零部件进行了选择计算。
换刀机械手应当满足换刀时间短、运行平稳可靠、定位精确、体积小以及控制方便灵活等要求。带刀库的数控机床的关键在于机械手与主轴的自动换刀。本课题就是针对JCS-013数控镗铣床换刀机械手，在分析其组成部分、工作原理的基础上使用现代机械设计理论进行改进，把原来纯液压驱动改为电液混合驱动。提高了工作效率和可靠性。对机械手的活动手指使用CATIA软件进行有限元分析模，分析得出在实际静力作用下的应力情况和变形情况，得出了相应的分析报告。
1）通过设计，把有关课程中所获得的理论知识在实际中综合的运用，使这些知识的到巩固和发展。
2）培养学生独立整机设计的能力，树立正确的设计思想，掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤，为自动机械设计打下良好的基础。
第二节
要求本设计能明显的体现机电一体化的设计构思。在规定的时间内完成以下工作内容：
1）拟定整体方案。
关键字换刀机械手JCS-013数控镗铣床机械手自动换刀
Abstract
With the development of NC,the automatic tool changer system is more and more important in the modern advanced manufacture,because the ATC can shorten the cycle time of product manufacturing,improve the precision of product machining.The latest requirements of machine tool user comprise of diversification of control object,complexity of process,flexible of application and high reliability.The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will finish the change over tool.
机床自动换刀机械手的设计与研究
机床自动换刀机械手的设计与研究在生产制造行业内，机床越来越普遍，而机床也向着自动化迈进，无论是控制还是其他系统，而在自动化机床中，机械手的应用也越来越普遍，在机床自动换刀机械手设计上，升降系统是非常重要的，除了升降系统机械手的换刀和对刀具的夹持，都是需要仔细地去设计，而对于机械手设计上要保证机床设备本身与机械手的柔性连接，保证工件的正常输送和机床的自动化加工。
标签：升降系统；刀具换刀与夹持；机械手设计1 升降系统机床机械手的升降系统是一个非常复杂的系统，它的组成部分包括动力装置、传动装置滚动丝杠、导向柱、调速装置、控制元件等。
机床机械手机构中，升降电机带动丝杠运动，滑座在丝杆上做上下运动，同时机械手在滑座上一同做运动，所以丝杠要承受机械手M和滑座m的重量，如图1。
通过图1分析机械手升降系统的工作过程，当机械手接到机床的指令后，电机开始工作，滑块上机械手手抓上升到选刀排的位置，机械手触发刀库的触点，这时候制动器工作，机械手停止上升，机械手进行换刀，完成之后，机械手回到初始位置。
通过分析机械手升降系统中的电动机，机械手手抓工作的功率，可是在工作过程中，制动器会使电动机功率变大，所以在选用电动机时候电动机的功率是手抓理论功率和制动器功率，如下公式：P电=P制+P手抓同时在电机工作过程中，电动机也会随着电动机负载的升高，如图2所示。
2 刀具换刀与夹持在机床机械手换刀上，是自动换刀装置，同时它还担负着把刀从刀库送到主轴上，刀具在主轴上使用完成之后在从主轴上送回到刀库中，机床刀具的换刀方式有圆盘形、直线型，圆盘形换刀是刀架是一个回转体，每个刀都置于圆盘的外圆端，通过圆盘的选择，刀具旋转到指定位置，机械手进行换刀，这种换刀方法是机床上最常见的。
刀具的夹持设计上，一般选取柄式夹持和法兰式夹持，柄式夹持方法是在轴向夹持，这种方法是利用最多的，因为刀柄的尾部是一个锥柄，这种刀具采用模式锥度方法夹持最方便、快捷。
而法兰式夹持方法是在机械手前端安装法兰盘，这种夹持方法有一些繁琐。
毕业设计任务书模板(自动换刀机械手)
毕业设计任务书模板(自动换刀机械手)成都工业学院毕业设计任务书专业机电一体化技术班级学号学生姓名指导教师设计评分年月日设计（论文）题目：自动换刀机械手专题：任务开始日期：年月日任务完成日期：年月日设计人：同组人：等人指导老师（签名）：教研室主任（签名）：系主任（签名）：重要组成部分之一，它的性能好坏直接关系到整个加工中心的加工精度、加工质量及生产效率。
1、通过设计，学会运用所学的基础课和专业课的理论知识，达到巩固、加深和扩展所学知识的目的。
2、分析比较各种机械手实际用途，完成方案论证，学习结构设计、设计过程中计算方法和编写技术文件，达到学会设计方案论证选择、结构计算分析和结构设计的目的。
3、学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。
4、通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械结构的设计打下基础。
（二）推荐主要参考资料【1】机械设计手册，化学工业出版社【2】机械手及其应用，机械工业出版社【3】左建民，液压与气压传动，机械工业出版社【4】徐景康，机械设计，机械工业出版社，2001.【5】王伯平，互换性与测量技术基础，机械工业出版社，2001.【6】杨好学，互换性与技术测量，西安电子科技大学出版社，2006.2【7】廉元国，张永红，加工中心设计与应用，机械工业出版社1)完成资料查阅，并记录下查阅资料来源，参考书目查阅≥6本，其中近五年的文献类资料3篇以上；2)完成毕业设计论文，字数不少于1万字（字数为不含插图折合字数），要求设计方案完备合理，设计计算过程、部分器件选型过程正确合理。
论文用词恰当，撰写格式符合本专业毕业设计模板；3)完成机械手总装配图1份（手画，机画都可以）；4)完成机械手液压传动原理图设计（手画，机画都可以）；5)完成机械手部分零件设计（如主轴，齿轮，弹簧等典型零件设计）；6)以上图纸工作量：总装图及配套零部件图绘图量不少于折合成图幅为A0号的图纸2张，其中手画要求：折合图纸≥A1。
加工中心自动换刀后机械手设计及控制
在未来，随着技术的进 步，这一领域仍有很大 的优化和拓展空间
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2. I/O配置
根据机械手的动作和控制需求，合理配置PLC的输入和输通过输出端口传给机械手的驱动系统
PLC控制方式
3. 程序设计
利用PLC编程软件编写控制程序 ，实现以下功能
自动换刀流程控制：根据预 设的流程控制机械手的动作
实时监控与报警：监控机械 手的运行状态，如有异常立 即报警并采取相应措施 参数设置与调整：允许用户 根据实际需要调整机械手的 运行参数
3. 材料选择
机械手的结构材料应满足耐磨、 耐腐蚀和高强度的要求，常用的 材料有碳钢、不锈钢和铝合金等
3
PLC控制方式
PLC控制方式
1. PLC选型
选择合适的PLC对于机械手的控 制至关重要。应考虑PLC的处理 速度、输入/输出端口数量、扩 展性以及是否支持所需的通信协 议等因素
PLC控制方式
2. 机械手结构
自动换刀机械手的设计
典型的自动换刀机械手结构包括 手臂：负责夹持刀具，通常设计有多段 伸缩结构，以适应不同长度的刀具 驱动系统：采用电动、气动或液压方式 驱动机械手进行动作 控制系统：用于接收换刀指令，并控制 机械手的动作 传感器：用于检测刀具的位置和状态， 为控制系统提供反馈
自动换刀机械手的设计
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结构和PLC控制方式
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自动换刀机械手的设计
自动换刀机械手的设计
1. 设计原则
自动换刀机械手的设计应遵循以下原则 高可靠性：机械手应能在各种工作环境下稳定运行 ，保证换刀过程的准确性和安全性 易于维护：机械手的部件应便于拆装和维修，降低 维护成本 高效性：机械手应能在最短时间内完成换刀动作， 提高加工中心的工作效率 模块化设计：方便根据不同的加工需求进行定制或 改造
数控卧式镗铣床自动换刀机械手的设计_毕业设计
Abstract：Industrial robots and general automatic robot, it is a kind of "independent" variable automatic robot. It is late in the 1950s, in recent years to rapidly develop automation equipment, important industrial automation is a kind of important means. Industrial robots used in various mechanical manufacturing process to replace artificial and become mechanical processing personnel of master production tools.In recent years, with the development of industrial automation gradually become a new robot of disciplines, and the rapid development. Manipulator is widely used in forging, stamping, molding, welding, assembling, machining, paint, . Anyhow, manipulator is to improve labor productivity, improve working conditions, reduce labor intensity and realize the automation of industrial production, and is an important means to to the development and application ofit.Driving mainly divided into the mechanical transmission, fluid transmission and power transmission. As the auxiliary operation organization, robot manipulator which determines the scope of use and practicability, plays a very important role.
数控机床换刀机械手设计说明(全部)
毕业设计（论文）任务书课题信息：课题性质：设计□论文□课题来源：教学□科研□生产□其它□发出任务书日期：指导教师签名：年月日毕业设计开题报告摘要本设计主要是对数控机床换刀机械手的设计。
机械手的种类很多，在本次设计中机械手选用回转式双臂机械手。
此次设计主要是对数控机床换刀机械手手部进行设计，完成手部各参数的计算，以及液压传动系统中相关参数的计算和机械手中轴的计算，还有液压控制系统的设计。
它的主要动作是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行交换，其动作循环为：拔刀─新旧刀具交换─装刀。
回转式双臂机械手刀具交换装置具有换刀时间短、动作灵活可靠等.应用最为广泛。
本设计也在一定程度上简化了换刀机械手的结构，以方便数控机床换刀机械手的加工制造过程。
关键词: 数控机床；换刀机械手；手部设计ABSTRACTThe design mainly introduces the design of the robot about CNC machine tool change. Many different types of robots, in this design use rotary robot manipulator arms. The design of CNC machine tool change mainly on hand to design robots to complete the calculation of the parameters of the hand, and the hydraulic system related parameters in the calculation and the calculation of the robot axes, as well as hydraulic control system design. Its main action is on the machine tool spindle and tool library or tool to send the tool exchange device, the movement cycle are: his sword ——exchange of old and new tool loaded knife. Rotary tool exchange device manipulator arms with the tool change time is short, flexible movement and reliable. It has used widely. This design always simplify the structure of the robot tool changer a certain extent, CNC machine tools to facilitate the processing robot tool changing process. Keywords：CNC machine tools; Robotic tool changer; Hand Design目录1绪论 (10)1.1数控技术的基本概念 (10)1.1.1我国数控技术的发展概况 (10)1.1.2数控机床的组成及特点 (10)1.2数控技术的产生与发展 (11)1.3加工中心的概况 (11)1.3.1加工中心的定义 (11)1.3.2加工中心的组成 (11)1.3.3换刀机械手的发展现状 (12)1.3.4换刀机械手的类型 (13)1.3.5机械手设计的目的及意义 (14)1.3.6确定机械手设计方案 (15)2机械手手部的设计 (16)2.1机械手手臂和手爪的设计 (16)2.1.1手爪口的计算 (16)2.1.2手爪锁的设计与计算 (19)2.2弹簧的选择与设计 (20)2.3手爪的整体尺寸设计 (21)3液压传动系统设计 (23)3.1液压传动的概述 (23)3.2液压缸的设计 (24)3.2.1液压缸的载荷组成及计算 (24)3.2.2升降缸的设计 (25)3.2.3油缸壁厚的设计 (27)3.2.4油缸长度的确定 (28)3.2.5油口直径的计算 (28)3.2.6缸底厚度计算（缸底有油孔） (29)3.3液压回转缸的设计 (29)3.3.1回转缸内径的计算 (29)3.3.2回转缸壁厚的计算 (32)3.3.3缸盖联接螺钉计算 (32)3.3.4动片输出轴联接螺钉计算 (33)4花键轴的设计 (34)4.1花键轴的计算 (35)4.1.1轴的材料选择 (35)4.1.2轴径的初步计算 (35)4.1.3花键轴的校核 (36)4.2轴承的选择 (37)4.2.1升降缸中轴承的选择 (37)4.2.2对于回转缸的轴承选择 (39)4.3法兰连接的选择 (39)4.4升降缸中(液压缸及活塞杆工作)密封元件 (39)5机械手液压控制系统设计 (40)5.1液压系统图的拟定 (40)5.2液压控制元件选用 (41)结论 (44)参考文献 (45)致谢 (46)1绪论1.1数控技术的基本概念数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
自动换刀机械手的设计
自动换刀机械手的设计首先，我们来看一下自动换刀机械手的结构设计。
通常，自动换刀机械手由机械臂、刀具库、刀具传递机构和控制系统等部分组成。
其中，机械臂是实现自动换刀功能的核心部分，可以通过回转、伸缩等动作实现刀具的取放。
刀具库是存放各种刀具的地方，可以根据需要存放不同类型和规格的刀具。
刀具传递机构则是用于将刀具从刀具库中传递到机械臂上，并将用完的刀具重新放回刀具库中。
控制系统则是对整个自动换刀机械手的操作进行控制和调节，以确保其正确、高效地工作。
其次，我们来了解一下自动换刀机械手的工作原理。
首先，控制系统会根据生产线上的需要，确定需要更换的刀具类型和规格。
然后，机械臂会根据这些信息，在刀具库中寻找对应的刀具，并将其取下。
接着，机械臂会将用于更换的刀具传递到刀具传递机构上，将原来的刀具从机械臂上取下，并将用完的刀具重新放回刀具库中。
最后，机械臂会将新的刀具安装到机床上，完成整个换刀过程。
整个过程中，机械臂可以灵活、准确地控制刀具的位置和动作，以确保刀具的正常更换与工作。
自动换刀机械手具有许多优势，使其在很多领域都得到了广泛应用。
首先，它可以提高生产效率，减少了刀具更换的时间，节约了人力资源。
其次，它的操作精度高，可以保证刀具的准确更换，避免了生产误差。
此外，自动换刀机械手的设计灵活，可以根据不同的生产需求定制不同的机械臂和刀具库，以适应不同的生产环境。
最重要的是，它还可以提高生产线的安全性，减少了人工操作中的潜在危险。
自动换刀机械手广泛应用于各个领域，特别是自动化生产线上。
例如，汽车制造、机械制造、模具制造等行业，都需要频繁更换不同类型和规格的刀具，因此自动换刀机械手可以提高生产效率，降低生产成本。
同时，它还可以应用于其他需要刀具更换的场合，如橡胶加工、纺织业、家具制造等。
随着工业自动化程度的提高，自动换刀机械手将有更广泛的应用前景。
总结起来，自动换刀机械手是一种能够自动更换刀具的设备，它通过机械臂、刀具库、刀具传递机构和控制系统等组成，可以提高生产效率，降低生产成本。
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自动换刀机械手设计(三维Proe)☆
摘要
加工中心是指在一次装卡中〖资料来源:毕业设计(论文)网〗能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。
更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。
这就把加工中心和自动换刀数控车床和车削中心区别开来。
加工中心区别于别的数控镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，机自动换刀(ATC)机能。
加工中心的自动换刀系统,通常是由刀库和机械手组成,它是加工中心的象征,又是加工中心成败的关键环节。
因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置,以求在激烈的竞争中取得好的效益。
正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容,各厂家都在保密,极少公开有关资料,尤其机械手部分更始如此。
加重中心的自动换刀形式,可分为有机械手换刀方式和无机械手换刀方式。
加工中心的ATC,大都采用有机械手的换刀方式，因为更节省时间。
由于液压驱动的机械手需要采用严格的密封，还需较复杂的缓冲机构，控制机械手动作的电磁阀都有一定的时间常数，因为换刀速度较慢。
近年来国内、外先后研制出凸轮联动式单臂双抓机械手。
这种机械手的优点是由电机驱动，不需要较复杂的液压系统及其密封、缓冲机构，没有漏油现象，结构简单，工作可靠。
同时，机械手手臂的回转和插刀、拔刀的分解动作是联动的，部分时间可重叠，从而大大缩短了换刀时间。
〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗
关键词：机械手；加工中心；自动换刀
设计任务
本次设计的主要任务是：自动换刀机械手，实现数控镗铣床的自动换刀，需要换的刀具主要是BT40型刀柄，需要实现的工作是抓刀—换刀—松刀的动作。
〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗
主要技术参数：刀具最大重量6kg，双臂回转式换刀，刀臂数量和长度以及直径主要依据配套刀库的设计要求。
换刀时间2.5S。
机械手的平稳性
工业生产要求机械手工作速度快，运动平稳，定位精度高。
应注意其影响因素，设计合理结构，以满足要求。
这篇论文主要介绍了机械手的相关资料，包括加工中心和自动换刀机械手（ATC）两部分。
设计的主要部分是机械手的传动方式和手爪抓到的方式。
传动方式的选择是通过比较3种不同类型的传动方案后确定的，这3中方案分别是气动式、液压式和凸轮联动式，通过分析，发现不论是气动式还是液压式都要求较高的加工精度，缓冲系统复杂，而且成本很高，相比而言，凸轮联动式传动不仅结构简单，工艺精度要求低，而且成本非常低廉，综上所述，选择了凸轮联动式作为我的传动方式。
凸轮联动式驱动的最大特点就是它的2个凸轮，一个是弧面凸轮，另一个是平面凸轮，其中，平面凸轮是平面凸轮和锥齿轮的合体，当电动机通过锥齿轮传动，带动平面凸轮转动时，弧面凸轮也通过键和螺栓的连接一起运动。
这时，平面凸轮通过连杆，利用杠杆原理带动刀臂轴的上下移动，而弧面凸轮通过六沟珠管和刀臂轴上的花键，从而带动刀臂轴做旋转运动。
〖资料来源：毕业设计(论文)网〗
手臂的抓刀方式，是通过2个顶柱来完成的。
换刀的过程是这样的，机械手先旋转80°，
这时刀具和顶柱1接触，通过作用力，顶柱1回缩，刀具进入刀爪内，接下来手臂做垂直下降动作，顶柱2卡死顶柱1的位置，使顶柱1不能移动，保证了刀具在接下来的旋转中不会飞出，当手臂下降到规定位置的时候，手臂开始继续旋转180°，完成换刀，然后手臂做垂直向上运动，新刀和旧刀同时进入主轴和刀库的夹具里，这时，顶柱2回到原位，顶柱1恢复活动，最后，手臂反向旋转80°，刀具脱离手抓，完成换刀。
这种设计的特点是结构简单，换刀时间快，成本低，非常适合推广使用。
〖资料来源：毕业设计(论文)网〗
〖资料来源： 毕业设计(论文)网〗
目录22000字
摘要I
Abstract II
1 绪论 1
1.1国内外数控机床的的发展情况 1
1.1.1 加工中心发展简史 1
1.1.2 加工中心的主要优点 2
1.1.3 加工中心的发展趋势 3
1.2可编程控制器的特点 5
2换刀机械手的相关介绍7
2.1 数控技术的发展历程7 〖资料来源： 毕业设计(论文)网〗
2.2数控加工中心的基本功能7
2.3加工中心的组成部分8
2.3.1 刀库8
2.3.2 刀具交换装置（机械手）8
2.3.3 运刀装置9
2.3.4 刀具编码装置
目录22000字
摘要I
Abstract II
1 绪论 1
1.1国内外数控机床的的发展情况 1
1.1.1 加工中心发展简史 1
1.1.2 加工中心的主要优点 2
1.1.3 加工中心的发展趋势 3
1.2可编程控制器的特点 5
2换刀机械手的相关介绍7
2.1 数控技术的发展历程7 〖资料来源： 毕业设计(论文)网〗
2.2数控加工中心的基本功能7
2.3加工中心的组成部分8
2.3.1 刀库8
2.3.2 刀具交换装置（机械手）8
2.3.3 运刀装置9
2.3.4 刀具编码装置9
2.3.5刀具识别装置10
2.4刀库的驱动及定位10
2.5我国数控系统的发展概况11
2.6数控系统的发展趋势11
2.7 A TC装置的分类11
2.8 A TC装置的换刀速度比较13
2.9 分步双爪式A TC装置14
2.10自动换刀系统产品化的前景15
3 换刀机械手的总体方案设计16
3.1 设计任务16
3.2机械手的平稳性16
3.2.1、影响平稳性以定位精度的因素16
3.2.2 机械手的运动特性17
3.3机械手运动特性的分类18
3.4开关型机械手的速度及位置控制18 〖资料来源：毕业设计(论文)网5 6 D O C.C O M〗
3.5机械传动型机械手速度及位置控制19
3.6 机械手类型确定19
3.7 驱动系统和电控系统的选择19
3.7.1驱动系统的选择19
3.7.2电控系统的选择20
4 总体结构设计23
4.1 手爪部分设计23
4.2 机械手手臂的设计24
4.2.1臂部要防止偏重24
4.2.2加强臂部刚度25
4.2.3改进缓冲装置和提高配合精度25
4.2.4采取的措施：25
4.3机械手传动结构的设计27
5 换刀机械手的参数和计算30
5.1 手臂的弯曲变形30
5.2 连杆的强度计算32
5.3 驱动电动机的选择32
6 换刀过程35
结论39
参考文献40
致谢42 〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗
Proe(13)三维(4)机械手(14)自动换刀(1) 9。