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本科毕业设计（论文）本科毕业设计(论文) 题目：数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构设计与分析2013年05月本科毕业设计（论文）数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构设计与分析摘要数控卧式机床的发展与应用，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。
数控卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的的多种工序的加工。
数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构由液动机、滚珠丝杠副、减速齿轮、摩擦片式电磁离合器等构成。
了解刀库机械手升降机构的性能要求;了解刀库机械手升降机构的工作原理，进行结构设计和计算分析;液动机带动滚珠丝杠转动，带动手架运动，通过减速和离合器吸合，丝杠制动，使手架准确停在换刀位置，良好的结构设计能够实现刀库中刀具的快速更换，提高机床的加工效率。
关键词: 升降机构；JCS-013数控镗铣床；液动机；滚珠丝杠；手架；离合器；本科毕业设计（论文）CNC horizontal boring and milling machine tool storage manipulator lifting mechanism design and analysisAbstractWith 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.CNC horizontal boring and milling machine is a automatic tool change device and arbitrary indexing of digital control machine tool nc rotary table, After a clamping workpiece can automatically complete several profiles of a variety of machining process. CNC horizontal boring and milling machine tool storage manipulator lifting mechanism by the Liquid motive, The ball screw vice, Reduction ear, Friction plate electromagnetic clutch, etc. Understanding of knife library manipulator lifting mechanism performance requirements ,The understanding of the principle of operation of knife library manipulator lifting mechanism, Structure design and calculation analysis, Liquid motivation drives the ball screw rotation, lead frame hand movement, By slowing down and clutch and screw brake, make hand aircraft parked in knife position accurately,Good design can bring about quick replacement knife tool in library, improve the processing efficiency of machine tool.Key words:Lifting mechanism; CNC horizontal boring and milling machine ;Liquid motive ;Ball screw;Hand; Clutch;本科毕业设计（论文）目录1 绪论 (1)1.1数控镗铣床的结构组成 (1)1.2国内外数控机床的发展 (2)1.2.1国内外数控卧式镗铣床的现状 (2)1.3数控机床的发展趋势 (5)1.3.1高速化、高精度化、高可靠性 (5)1.3.2复合化 (6)1.3.3智能化 (6)1.3.4柔性化、集成化 (6)2数控卧式镗铣床刀库机械手升降机构设计 (7)2.1 设计目的 (7)2.2 设计内容 (7)2.3升降机构的组成和运动 (7)2.3.1升降机构的组成 (7)2.3.2 手架升降机构的运动 (8)3 升降机构驱动电机 (8)3.1 升降电机的选择 (9)3.1.1 升降电机的理论分析 (9)3.1.2升降电机的选择 (10)3.2 电机调速 (11)3.2.1 变频调速原理 (12)3.2.2变频器选型时要确定以下几点 (12)本科毕业设计（论文）4摩擦片式电磁离合器的选用 (13)4.1转矩特性 (14)4.2动作特性 (14)4.3散热特性与寿命 (14)4.4摩擦片式电磁离合器的测试方法 (15)4.4.1静力矩的测定 (15)4.4.2动力矩的测定 (15)4.4.3空转力矩的测定 (15)4.4.4残留力矩及力矩消灭时间的测定 (16)4.5选用电磁离合器的注意事项 (16)5 滚珠丝杠副的选用 (17)5.1滚珠丝杠副的工作原理 (17)5.2滚珠丝杠副的类型 (18)5.2.1外循环 (18)5.2.2 内循环 (18)5.3滚珠丝杠副的传动特点 (18)5.4滚珠丝杠的选用指标 (19)5.5滚珠丝杠副的设计计算 (20)5.6滚珠丝杠的保护 (24)6 控制系统 (25)6.1模拟式 (25)6.2数字式 (25)6.2.1行程开关 (25)6.2.2接近开关 (25)本科毕业设计（论文）总结 (27)参考文献 (28)致谢 (29)毕业设计（论文）知识产权声明................................ 错误！未定义书签。
数控镗铣床换刀机械手设计摘要为了更好的应用，机床工业中的对应机械手获得了广泛的研究，然而，有限的工作空间，比较差的灵活性，复杂对应机械手的难于设计，导致人们把目光投向于少于6个自由度的对应机械手，本篇论文描述了几个在自由度的数量和类型上都不相同的对应机械手，这些对应机械手可被用语对应运动机器，运动模拟器和工业机器人。
关键词：对应机械手；对应运动机械；自由度；机器人Abstractllel manipulators for the machine tool Industry have been studied extensively for various industrial applications. However, limited useful workspace areas, the poor mobility, and design difficulties of more complex parallel manipulators have led to mare interest in parallel manipulators with less than six degrees of freedom (DoFs). Several parallel mechanisms with various numbers and types of degrees of freedom are described in this paper, which can be used in parallel kinematics machines, motion simulators, and industrial robots.Key words：parallel manipulator；parallel kinematic machine；degree of freedom；robot目录绪论 (5)1机械手的相关介绍 (6)1.1数控技术的发展历程 (6)1.2 数控加工中心的基本功能 (6)1.3 加工中心的组成部分 (7)1.3.1 刀库 (7)1.3.2 刀具交换装置 (7)1.3.3 运刀装置 (8)1.3.4 刀具编码装置 (8)1.3.5 刀具识别装置 (9)1.4 刀库的驱动及定位 (9)1.5 我国数控技术的发展状况 (10)1.6 数控技术的发展趋势 (10)2 换刀机械手的总体方案设计 (11)2.1 设计任务 (11)2.2 机械手的平稳性 (11)2.3机械手的运动特性分类 (13)2.4 开关型机械手的速度及位置控制 (13)2.5 机械传动行机械手的速度及位置控制 (14)2.6 机械手类型确定 (14)2.7 驱动系统及电控统的选择 (14)3 总体结构设计 (19)3.1 手爪部分设计 (19)3.2 机械手手臂设计 (19)3.3 机械手传动结构的设计 (22)4 换刀机械手的参数和计算 (25)4.1 手臂的弯曲变形 (25)4.2 电动机的选择 (26)5 换刀过程 (27)致谢 (31)参考文献 (32)绪论随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已越来越引起人们的重视。
目录1 绪论 (1)1.1题目背景和意义 (1)1.2数控镗铣床概述和结构组成 (2)1.2.1数控镗铣床的结构组成 (3)1.3国内外研究情况 (3)1.4本课题研究的主要内容 (4)1.4.1本课题研究的主要内容 (4)1.4.2 研究方案 (4)1.4.3 研究方法 (4)2 总体方案的确定 (7)2.1 主要技术参数 (7)2.2 自动换刀装置的设计参数 (7)2.3 确定数控卧式镗铣床自动换刀装置的形式 (7)3 机械手 ......................................................................... 错误！未定义书签。
3.1机械手的组成 ............................................................ 错误！未定义书签。
3.1.1执行机构 ............................................................... 错误！未定义书签。
3.1.2驱动机构 ............................................................... 错误！未定义书签。
3.1.3 控制系统 .............................................................. 错误！未定义书签。
3.1.4课题工作要求 ....................................................... 错误！未定义书签。
3.2机械手手部的结构的设计 ........................................ 错误！未定义书签。
3.2.2夹紧力及驱动力的计算 ....................................... 错误！未定义书签。
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。
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。
毕业设计说明书设计题目：错误！未找到引用源。
数控卧式镗铣床换刀机械手三维设计错误！未找到引用源。
学生姓名：错误！未找到引用源。
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摘要本文的课题是数控镗铣床自动换刀机械手。
在进行了全面的分析后定出最终方案设计，首先，确定了坐标形式，自由度数，控制方式和驱动方式，并根据机械手的运动的参数进行了计算分析。
然后本文将设计机器手的装卸刀手手臂和手部的结构，自动换刀机械手的滑座伸缩和手架回转运动机构，以及手架升降机构。
并用proe三维软件进行了绘制装卸刀手手臂和手部，滑座伸缩和手架回转运动机构。
对于工业机械手概念，组成以及分类做了详尽的介绍。
本题目的设计要求是机械手在程序的指令下，配合刀库和卧式镗铣床实现所有加工工序的自动装、卸刀。
本次设计依据用途我采用四自由度的圆柱坐标系机械手，它的优点是手臂不仅在X、Y、方向上运动（升降，伸缩），并且绕X轴转动（回转），装卸刀手之间还可以呈45°相对移动。
本机构应用于链式刀库，定位精度准确，应用广泛，运动稳定，使用安全，方便维修，造价合理。
在使用软件proe的过程中得到了不少的收获，其中最重要的是三维设计中部件之间的衔接要合理，并且符合机械行业的标准。
对于机械手的内部结构有了充分的了解与认识，尤其是液压环节认清了结构，巩固了以前的专业知识。
并对proe再生失败有了一定的心得，并做出了自己的分析与见解。
关键词：机械手；工业机械手；proe；液压KeyWords：Robot, industrial robot, proe, hydraulic目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。
本科毕业论文（设计）数控卧式镗铣床自动换刀机械手的结构设计CNC horizontal boring and milling machine automatically changesword robots学生姓名：学院：专业：班级：学号：指导教师：审阅教师：完成日期：独创性说明作者郑重声明：本毕业论文（设计）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得辽东学院或其他单位的学位或证书所使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：___________ 日期：__ __摘要随着我国工业生产的飞速发展，自动化程度迅速提高，在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。
工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。
其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。
机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
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：工业机械手；机械制造；自动化AbstractWith the rapid development of industrial production, rapidly improve the degree of automation in the field of automated production, the industrial robot are developed in recent decades. Industrial machinery hands are from the industrial robot in the branch out. Its characteristics are available through a variety of programming to complete the tasks expected in the structure and performance on both machines and their respective advantages, in particular, reflects the people's intelligence and adaptability. Manipulator operations with accuracy and variety of the environment's ability to complete the operation. Manipulator is a position control can be automated and re-programmed to change the multi-functional machine, which has multiple degrees of freedom that can be used to move objects in order to complete in different environment.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。
If the mechanical hand blade do not join in the process, cutlery storage direction with the main axis parallel. when cutlery arrive at the location which the the main axis can reach, the main axis of the knife blade box to the location above。
Z axis movement will be used to complete the processing by cutlery inserted in the space required by department, and then for cutlery knife to be transferred to the standby database location. Z axis movement will return to remove the cutlery from tools storehouse and inserted into the main axis.Keywords: industrial robots; Machinery manufacturing; automation目录摘要 .................................................................................................................................. Abstract.. (I)一、绪论 0（一）机械手的发展现状0（二）课题的构想与思路1（三）设计的主要内容1（四）要解决的计算部分1二、总体方案设计 (1)（一）位置检测与定位方式2（二）缓冲方式2（三）换刀机械手与驱动装置的研究2（四）刀库结构2（五）智能型控制系统的研究2三、机械结构设计 (3)（一）自动换刀机械手的组成和配置3（二）自动换刀机械手升降（即手架升降）机构4（三）自动换刀机械手的滑座伸缩和手架回转运动机构5（四）装、卸刀手手臂和手部结构7四、液压系统设计 (8)五、PLC控系统设计 (11)（一）PLC的介绍11（二）PLC的结构及基本配置121.CPU的构成122．I/O模块133.电源模块134.板底或机架135.PLC的外部设备14（三）自动换刀过程14参考文献 (27)结论 (27)一、绪论（一）机械手的发展现状能模仿人手和手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。
2.在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。
3.可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。
4.可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。
5.宇宙及海洋的开发。
6.军事工程及生物医学方面的研究和试验。
随着机械加工业的发展，制造行业对于带有自动换刀系统的高效高性能加工中心的需求量越来越大。
在现有的各种类型的加工中心中，传统结构的自动换刀系统的造价在机床整机造价中总是占着很大比重，这是加工中心价格居高不下、应用不普遍的重要原因。
如果把自动换刀系统的设计制造从现有加工中心的制造模式中分离出来，把它作为加工中心的标准件或附件组织专门化的生产，同时由于该项技术的应用简化了机床主轴结构、采用弹簧夹头和外驱动机械手等关键技术、采用圆柱柄刀具和辅具，这不仅使数控机床工作性能有所提高，而且使得由它配套构成的加工中心的总体造价大幅度下降。
低造价高性能的加工中心将会被中小厂广泛接收，这样必将给自动换刀系统生产厂商和加工中心制造厂商带来巨大的经济效益。
（二）课题的构想与思路根据自动换刀装置（ATC）的创新设计思想，设计出能同时抓取刀库和主轴上刀具的回转式双臂双手换刀机械手结构。
这种结构的换刀机械手主要应用在卧式加工中心的场合中。
其换刀动作简单可靠，主要依靠液压系统驱动，采用可编程控制系统（PLC）进行控制，具有换刀时间短、运动惯性小等优点。
