加工中心機械換刀手畢業(yè)設(shè)計

題目：立式加工中心換刀機械手設(shè)計姓名：

學(xué)號：指導(dǎo)老師：研究背景

為了在越來越激烈的全球巿場競爭中立于不敗之地，各工業(yè)發(fā)達國家均投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，并相繼提出了多種全新的制造模式。其目標(biāo)不外乎提高制造的效率和精度，以及增加加工的適應(yīng)性和降低生產(chǎn)成本。數(shù)控機床(系統(tǒng))作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)單元，其功能的強弱和性能的好壞決定著上述制造模式的成敗。為適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，對加工中心效率和精度的要求也是越來越高，換刀機械手是加工中心的核心部件，因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀裝置,以求在激烈的競爭中取得好的效益，相應(yīng)研究成果各廠家都在保密,極少公開有關(guān)資料,尤其機械手部分更始如此，作為加工中心的配套技術(shù)，自動換刀機械手的研究和開發(fā)將直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高。但由于我國加工中心技術(shù)起步較晚，對自動換刀機械手的研究也較少，目前我國制造的加工中心上的機械手基本是靠進口，且價格相當(dāng)昂貴。研究意義

加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計和制造的水平，目前它已成為現(xiàn)代機床發(fā)展的主流方向。加工中心與普通數(shù)控機床的最大區(qū)別在于加工中心具有動交換刀具的功能，機械手是加工中心自動換刀裝置的核心部件。它與刀庫是加工中心的象征，是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它擔(dān)負著把刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返回刀庫上的任務(wù)。目前加工中心出現(xiàn)的大部分故障都與自動換刀機械手有關(guān)，因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀機械手,以求在激烈的競爭中取得好的效益。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近年來在品種、性能、功能方面有很大的發(fā)展。品種：有新型的立、臥五軸聯(lián)動加工中心，可用于航空、航天零件加工；有專門用于模具加工的高性能加工中心，集成三維CAD/CAM對模具復(fù)雜的曲面超精加工；有適用于汽車、摩托車大批量零件加工的高速加工中心，生產(chǎn)效率高且具備柔性化。各加工中心制造廠家都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀裝置，我國加工中心技術(shù)起步較晚，對自動換刀機械手的研究也較少，目前我國制造的加工中心上的機械手基本是靠進口。研究的展開思路

此設(shè)計驅(qū)動方式的確定參照了現(xiàn)有的液壓驅(qū)動方式，但具體驅(qū)動方式和傳統(tǒng)的有很大區(qū)別，主要區(qū)別是此設(shè)計用一個液壓馬達直接提供機械手的旋轉(zhuǎn)運動，取代了傳統(tǒng)的用雙液壓缸通過齒輪齒條控制旋轉(zhuǎn)，提供升降的液壓缸直接和傳動軸相連，活塞桿的伸縮就直接帶動機械手的上下運動，這樣就簡化了結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性也相應(yīng)提高，位置的檢測是靠接近開關(guān)，接近開關(guān)把檢測信號傳給PLC，然后通過PLC程序控制不同的電磁換向閥來驅(qū)動機械手的完成各種運動。手部采用雙臂回轉(zhuǎn)式機械手，這種機械手的兩臂上各有一個卡爪，兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180°后又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。這種機械手換刀時間較短，是最常用的一種形式。硬件整體設(shè)計

手爪刀具的刀柄和拉釘都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有各國標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO），我國多年來進口和引用日本標(biāo)準(zhǔn)較多，采用日本JIS標(biāo)準(zhǔn)刀柄也較多，刀柄型號有BT40,BT45,BT50,此次設(shè)計采用BT45刀柄，刀柄包括了與機床主軸配合定位的7：24錐面及機械手夾持的軸頸和鍵槽，尾部供主軸內(nèi)拉緊機構(gòu)拉緊，其型式如下圖所示,尺寸見《加工中心設(shè)計與應(yīng)用》132頁?？ㄗ︽i緊機構(gòu)單活塞雙作用液壓缸活塞桿直徑為32mm,液壓缸行程為125mm，工作壓力為1MP液壓系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)工作狀態(tài)如圖所示，首先由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，液壓泵1工作向液壓系統(tǒng)供油，壓力油經(jīng)單向閥11通到換刀機械手上的油路分配器，并通向兩只電磁換向閥（三位四通）。電磁閥的通電或斷電由PLC編制的程序控制，從而使機械手動作。當(dāng)換向閥中的電磁閥DT4通電時，壓力油通過換向閥的右位進入擺動液壓缸右腔，在壓力油的作用下使擺動液壓缸的動片旋轉(zhuǎn)一定角度，實現(xiàn)機械手的抓刀動作。該角度是由行程開關(guān)和PLC所控制，當(dāng)轉(zhuǎn)動到位壓下行程開關(guān)后DT4自動斷電。接著將執(zhí)行拔刀動作，換向閥4中的電磁閥DT2通電經(jīng)過單向調(diào)速閥進入升降液壓缸的上腔，在壓力油作用下推動活塞桿向下運動完成拔刀動作。其它的幾個動作如手臂旋轉(zhuǎn)、手臂上升的控制都是由控制相應(yīng)電磁閥的通斷改變壓力油的方向?qū)崿F(xiàn)換刀動作。手臂的升降采用單桿雙作用液壓缸驅(qū)動，手臂的升降速度由單向節(jié)流閥6、7實現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)速；手臂的回轉(zhuǎn)由擺動液壓缸驅(qū)動，其正反運動采用單向調(diào)速閥8、9回油節(jié)流調(diào)速。由于手臂升降缸為立式液壓缸，為了支承平衡手臂運動部件的自重，該系統(tǒng)在手臂升降中采用了單向順序閥10的平衡回路PLC的選用PLC的指令元件一般都要針對一個元器件而言的，每個器件又器件名稱的編號。生產(chǎn)廠家不同，元件類型有所不同，但主要元件的功能時一致的。由于該設(shè)計中PLC輸入和輸出的點數(shù)不多，所以我選擇日本三菱公司的小型PLC，F(xiàn)-40M；輸入繼電器(X)：

F-40M的元件編號采用8進制,輸入繼電器編號微X400-X407，X500-X507，X410-X413，X510-X513共24點輸入。輸出繼電器（Y）

F-40M有Y430-Y437，Y530-Y537共16點輸出。輔助繼電器（M）：輔助繼電器編號為：M100