自动换刀机械手设计
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题 目:数控镗Biblioteka Baidu床换刀机械手设计
学生姓名:高源
系 别:机电系
专业年级:11维修
指导教师:周文斌老师 齐晓霞老师
2013年 12月 6日
摘要
[摘要]数控机床的发展与应用,大大降低了零件的加工辅助时间,提高了生产效率。随着数控机床的普及应用,机械加工的自动化程度大大提高,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。加工中心带有刀库和自动换刀装置,可以实现按照预定程序对工件进行多工序加工。
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。
自动换刀装置,主要由刀库(存放刀具),手架升降机构(找刀排),装、卸刀机械手和手架伸缩与回转机构等组成。刀库由四排带刀套的链条组成,每排链条上有15个刀套,刀库能存放60把刀具。安装刀套的四条链条由油马达通过齿轮组带动而同步转动。找刀(刀具识别),采用刀套编号方式。由于四排刀套链中,各排刀套的位置一一对应,因此找刀是由两部分运动来实现,即手架升降找刀排,刀链转动在一排内选刀。换刀机械手的作用是:在给定的程序指令下,配合刀库和卧式镗铣床实现所有加工工序的自动装刀和卸刀。
1.2数控机床的发展趋势
1.2.1高速化、高精度化、高可靠性
质量、效率是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。
高速化:(1)提高进给速度:采用直线滚珠式导轨等;(2)提高主轴转速:采用直线电机技术,直接将电机与主轴连接成一体后,装入主轴部件,可以在1.8秒从0加速到15000r/min。
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。
自动换刀装置(如图2.1)。
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:
1.1国内外数控机床的现状
当今世界,工业发达国家对机床工业高度重视,竞相发展机电一体化、高精度、自动化先进机床,以加速工业和国民经济的发展。长期以来,欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争,已形成一条无形战线,特别是随着电子、计算机技术的进步、数控机床在20世纪80年代以后加速发展,各方用户提出更多需求,早已成为四大国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中过加入WTO后,正式参与世界市场激烈竞争,今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展,实是紧迫而艰巨的任务。
KeywordsATCJCS-013NC Tool Changer manipulator
第一节
随着数控技术的发展,带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业种起着越来越重要的作用,它能缩短产品的制造周期,提高产品的加工精度,适合柔性加工。自动换刀系统一般由刀库、机械手合驱动装置组成。刀库的容量可大可小,其装刀数载20至180把之间。刀库的功能是储存刀具并把下一把即将要用的道具准确地送到换刀位置,供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀库容量大时,常远离主轴配置且移动不易,这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机械包括送刀臂、摆刀站和换刀臂,总称为机械手。具体来说,它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置,一般由步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率,而自动换刀就是进一步压缩非切削时间,提高成产效率,改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序,缩短辅助时间,减小多次安装工件所引起的误差,必须带有自动换刀装置。
中国1958年研制出第一台数控机床以来,发展过程大致可分为两大阶段。在1958至1979年间为第一阶段,从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床的特点、发展条件缺乏认识,在人员素质、基础薄弱、配套件不过关的情况下,无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大,缺乏事实求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术,从美、日、德等引进数控先进技术和合作、合资生产,解决了可靠性、稳定性问题,数控机床开始正式生产和使用,并逐步向前发展。
1.2.3智能化
智能化的内容包括在数控系统中各方面:为追求加工效率和加工质量的智能化:如自适应控制、工艺参数自动生成等;为提高驱动性能的智能化,如:前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化;还有如职能化得自动编程、智能化得人机界面等,及智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维护等。
自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来,数控机床在制造工业,特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用,数控技术无论在硬件和软件方面,都是有飞速发展。1956年,日本富士通研究成功数控转塔式冲床,美国IBM公司同期研制成功了“APT”的加工中心。1958年美国K&T公司研制出带ATC的加工中心。1967年出现了FMS,1978年以后,加工中心迅速发展,带有ATC装置。可实现多工序加工的机床步入了机床发展的黄金时代。
This article drilled the milling machine to the JCS-013 numerical control to trade the knife manipulator's each constituent, the principle of work, the coordinate form, the drive type and so on to carry on the discussion. Has carried on the analysis computation to some main spare parts. trades the knife manipulator to trade the knife time to be short satisfiedly, the movement steady reliable, the localization is precise, the volume is small as well as control convenience nimble and so on requests. Has the knife storehouse numerically-controlled machine tool's key to lie in the manipulator and the main axle trades the knife automatically. This topic is aims at the JCS-013 numerical control boring milling machine to trade the knife manipulator, in analyzes its constituent, in the principle of work foundation to use the modern machine design theory to make the improvement, changes the battery solution mix actuation the original pure hydraulic pressure actuation. Raised the efficiency. The match grasps the active finger uses the CATIA software's finite element analysis module to analyze under the static function stress situation and the distortion situation. Has obtained the corresponding analysis report.
1.2.4柔性化、集成化
为适应制造自动化的发展,向FMC FMS CIMS提供基础设备,要求数控系统不仅能完成通常的加工功能,而且还能够具备自动测量自动上、下料,自动换刀,自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能,依据用户的不同要求,可方便地灵活配置及集成。
第二章
第一节
机械手设计是机械工程自动化专业的一个重要环节,是学完专业基础以及其他技术基础课以后的一次专业课程内容的综合设计。通过设计提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构设计的能力。通过这次教学环节要求达到:
2)重要零部件的设计计算。
3)绘制机械手回转与装、卸刀机构装配图。
4)液压系设计。
5)机械手活动指CATIA分析。
第三节
自动换刀机械手是自动换刀装置的主要组成部分。自动换刀装置与数控卧式镗铣床相配合,在一次装夹中完成铣、镗、钻、锪、铰和攻丝等多道工序,解决中小批多品种。生产箱体零件的加工自动化问题。
高精度化:精密化石为了适应高新技术发展的需要,随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高,机床用户对机床的加工精度的要求也越来越高。
高可靠性:一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上。
1.2.2复合化
数控机床的功能复合化得发展,以其复合加工实现了一次装夹后完成各种复杂零件的全部加工,从而减少了不床造价值的辅助时间,提高了机床的效率和加工精度,降低了生产制造成本,提高了生产的柔性。复合功能的机床近年来发展很快的机种,其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。
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.
学生姓名:高源
系 别:机电系
专业年级:11维修
指导教师:周文斌老师 齐晓霞老师
2013年 12月 6日
摘要
[摘要]数控机床的发展与应用,大大降低了零件的加工辅助时间,提高了生产效率。随着数控机床的普及应用,机械加工的自动化程度大大提高,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。加工中心带有刀库和自动换刀装置,可以实现按照预定程序对工件进行多工序加工。
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。
自动换刀装置,主要由刀库(存放刀具),手架升降机构(找刀排),装、卸刀机械手和手架伸缩与回转机构等组成。刀库由四排带刀套的链条组成,每排链条上有15个刀套,刀库能存放60把刀具。安装刀套的四条链条由油马达通过齿轮组带动而同步转动。找刀(刀具识别),采用刀套编号方式。由于四排刀套链中,各排刀套的位置一一对应,因此找刀是由两部分运动来实现,即手架升降找刀排,刀链转动在一排内选刀。换刀机械手的作用是:在给定的程序指令下,配合刀库和卧式镗铣床实现所有加工工序的自动装刀和卸刀。
1.2数控机床的发展趋势
1.2.1高速化、高精度化、高可靠性
质量、效率是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。
高速化:(1)提高进给速度:采用直线滚珠式导轨等;(2)提高主轴转速:采用直线电机技术,直接将电机与主轴连接成一体后,装入主轴部件,可以在1.8秒从0加速到15000r/min。
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。
自动换刀装置(如图2.1)。
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:
1.1国内外数控机床的现状
当今世界,工业发达国家对机床工业高度重视,竞相发展机电一体化、高精度、自动化先进机床,以加速工业和国民经济的发展。长期以来,欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争,已形成一条无形战线,特别是随着电子、计算机技术的进步、数控机床在20世纪80年代以后加速发展,各方用户提出更多需求,早已成为四大国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中过加入WTO后,正式参与世界市场激烈竞争,今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展,实是紧迫而艰巨的任务。
KeywordsATCJCS-013NC Tool Changer manipulator
第一节
随着数控技术的发展,带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业种起着越来越重要的作用,它能缩短产品的制造周期,提高产品的加工精度,适合柔性加工。自动换刀系统一般由刀库、机械手合驱动装置组成。刀库的容量可大可小,其装刀数载20至180把之间。刀库的功能是储存刀具并把下一把即将要用的道具准确地送到换刀位置,供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀库容量大时,常远离主轴配置且移动不易,这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机械包括送刀臂、摆刀站和换刀臂,总称为机械手。具体来说,它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置,一般由步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率,而自动换刀就是进一步压缩非切削时间,提高成产效率,改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序,缩短辅助时间,减小多次安装工件所引起的误差,必须带有自动换刀装置。
中国1958年研制出第一台数控机床以来,发展过程大致可分为两大阶段。在1958至1979年间为第一阶段,从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床的特点、发展条件缺乏认识,在人员素质、基础薄弱、配套件不过关的情况下,无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大,缺乏事实求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术,从美、日、德等引进数控先进技术和合作、合资生产,解决了可靠性、稳定性问题,数控机床开始正式生产和使用,并逐步向前发展。
1.2.3智能化
智能化的内容包括在数控系统中各方面:为追求加工效率和加工质量的智能化:如自适应控制、工艺参数自动生成等;为提高驱动性能的智能化,如:前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化;还有如职能化得自动编程、智能化得人机界面等,及智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维护等。
自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来,数控机床在制造工业,特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用,数控技术无论在硬件和软件方面,都是有飞速发展。1956年,日本富士通研究成功数控转塔式冲床,美国IBM公司同期研制成功了“APT”的加工中心。1958年美国K&T公司研制出带ATC的加工中心。1967年出现了FMS,1978年以后,加工中心迅速发展,带有ATC装置。可实现多工序加工的机床步入了机床发展的黄金时代。
This article drilled the milling machine to the JCS-013 numerical control to trade the knife manipulator's each constituent, the principle of work, the coordinate form, the drive type and so on to carry on the discussion. Has carried on the analysis computation to some main spare parts. trades the knife manipulator to trade the knife time to be short satisfiedly, the movement steady reliable, the localization is precise, the volume is small as well as control convenience nimble and so on requests. Has the knife storehouse numerically-controlled machine tool's key to lie in the manipulator and the main axle trades the knife automatically. This topic is aims at the JCS-013 numerical control boring milling machine to trade the knife manipulator, in analyzes its constituent, in the principle of work foundation to use the modern machine design theory to make the improvement, changes the battery solution mix actuation the original pure hydraulic pressure actuation. Raised the efficiency. The match grasps the active finger uses the CATIA software's finite element analysis module to analyze under the static function stress situation and the distortion situation. Has obtained the corresponding analysis report.
1.2.4柔性化、集成化
为适应制造自动化的发展,向FMC FMS CIMS提供基础设备,要求数控系统不仅能完成通常的加工功能,而且还能够具备自动测量自动上、下料,自动换刀,自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能,依据用户的不同要求,可方便地灵活配置及集成。
第二章
第一节
机械手设计是机械工程自动化专业的一个重要环节,是学完专业基础以及其他技术基础课以后的一次专业课程内容的综合设计。通过设计提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构设计的能力。通过这次教学环节要求达到:
2)重要零部件的设计计算。
3)绘制机械手回转与装、卸刀机构装配图。
4)液压系设计。
5)机械手活动指CATIA分析。
第三节
自动换刀机械手是自动换刀装置的主要组成部分。自动换刀装置与数控卧式镗铣床相配合,在一次装夹中完成铣、镗、钻、锪、铰和攻丝等多道工序,解决中小批多品种。生产箱体零件的加工自动化问题。
高精度化:精密化石为了适应高新技术发展的需要,随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高,机床用户对机床的加工精度的要求也越来越高。
高可靠性:一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上。
1.2.2复合化
数控机床的功能复合化得发展,以其复合加工实现了一次装夹后完成各种复杂零件的全部加工,从而减少了不床造价值的辅助时间,提高了机床的效率和加工精度,降低了生产制造成本,提高了生产的柔性。复合功能的机床近年来发展很快的机种,其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。
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.