自动换刀机械手的总功能设计论文

优秀通过答辩本科毕业设计（论文）摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。

机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

本文将设计一台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。

主要是实现加工中心自动换刀系统的设计。

通过分析加工中心的整体结构和自动换刀系统的特点、应用条件，设计要求等，并结合在数控机床上对刀库和换刀机械手的需要——能在数控程序的控制下灵活的实现换刀过程。

刀库为立式单链式刀库。

驱动装置采用电机液压驱动；设计的换刀机械手为回转式单臂双手机械手，手指采用弹簧销压紧式，驱动装置采用液压双作用缸。

根据机械手和刀库位置的需要，设计机械手在机床上下移动装置，以实现多排刀架上的刀与主轴上的刀之间的交换。

结合工厂实际，该自动换刀系统在数控的控制下能灵活的完成换刀程序，节省了时间、提高了效率、安全可靠。

关键词：机械手；加工中心；刀库；自动换刀AbstractIn the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the, application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc, which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. The subject is to design numerically controlled tool-changing manipulator and numerically controlled tool-magazine. In this progress, the project synthesizes the characteristic and utility condition of numerically controlled tool-changing manipulator and numerically controlled tool-magazine . Numerically controlled tool-changing manipulator adopts rotary single arm and spring pin numerically controlled tool-magazine adopts verticaltool-magazine . Driving gear uses hydraulic cylinder .in a word ,the tool-magazine and the manipulator can do efficiently .reliably and quickly.Key word : Tool-changing manipulator; Machining Center; Tool-magazine; Automatic Tool Changer目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (V)1 绪论 (1)1.1课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求 (1)1.1.1课题的意义 (1)1.1.2课题的目的 (1)1.1.3研究范围及要达到的技术要求 (1)1.2课题在国内外的发展概况及存在的问题 (2)1.2.1国内的发展概况 (2)1.2.2国外的发展概况 (3)1.2.3存在的问题 (7)2 换刀机器人总体设计 (9)2.1 主要技术参数和外形尺寸 (9)2.1.1 主要技术参数 (9)2.1.2 外形尺寸 (9)2.2 换刀机器人总体布局设计 (10)2.2.1 自动换刀机器人的组成及简单介绍 (10)2.2.2 自动换刀机器人的总体布局图 (10)2.3 换刀机器人自动换刀过程 (11)3 换刀机器人手部设计 (15)3.1 手部的基本结构、组成部分和动作原理 (15)3.1.1 机械手的简介 (I)3.1.2 换刀机械手的结构、组成与动作原理 (15)3.2 手部装置的选择与计算 (18)3.2.1 手指的设计 (18)3.2.2 手臂油缸的设计与计算 (21)第4章自动换刀机器人手部升降机构的设计 (26)4.1自动换刀机器人手部升降机构的组成及动作原理 (26)4.2滚珠丝杠及螺母副的设计与选用 (27)4.3滚珠丝杠螺母副支撑方式及轴承的选择 (31)4.4减速齿轮的设计 (33)4.5减速齿轮轴的设计 (36)4.5.1减速齿轮轴的设计 (36)4.5.2 减速齿轮轴的校核 (37)4.6驱动液压泵电机的选择 (38)5 结论与展望 (39)5.1结论 (39)5.2不足之处以及未来展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1 绪论1.1课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求1.1.1课题的意义机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

毕业设计说明书(论文)作者：学号：系：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化题目：加工中心的自动换刀机械手指导者：评阅者：2010年 6 月 4 日题目加工中心的自动换刀机械手摘要：介绍了加工中心的自动换刀机械手的设计的基本原理和实现方式，本次设计采用了结构设计方式。

通过液压缸的控制实现机械手大臂的上升、下降、前进和后退，通过减速电机来实现机械手大臂的回转，而机械手小臂的回转则是通过回转液压缸来实现。

本设计的机械手能够对立式加工中心进行换刀，通过一个45°的弯轴实现水平和竖直的转换，并进行换刀动作。

本设计的机械手换刀时间短，精度高，并且结构简单。

关键词：机械手自动换刀加工中心Title Automatic processing center in knife manipulator AbstractIntroduces the processing center for the design of automatic knife manipulator, the basic principle and realization. This design USES the structure design .Through the control of hydraulic cylinder robot arm of the rise and fall, forward and backward.The motor to realize the manipulator arm of rotary.And turning the forearm manipulator is through rotary hydraulic cylinder.The design of manipulator to vertical machining center, to change, Through a 45 °bend axial realize the transformation, and vertical level and change.The design of manipulator in short sword, high precision, and simple structure.Keywords：Manipulator Automatically change knife Machining center目次1 引言 (1)1.1 国内外研究现状及发展趋势 (2)1.2 研究的目的和意义 (6)1.3 本次设计主要完成任务 (6)1.4 本课题主要研究内容 (6)1.5 遇到的问题和解决问题的方法 (7)2 总体方案的确定 (7)2.1 驱动方式的选择 (7)2.3 方案的比较论证 (8)3 技术参数与结构方案的确定 (11)3.1 技术参数的确定 (11)3.2 传动方案的确定 (12)3.3 结构方案的确定 (16)4 零件与部件的确定 (21)4.1 机械手爪的设计 (21)4.2 液压缸的设计 (22)4.3 减速电机的选取 (24)4.4 轴承的选取 (26)4.5 联轴器的选取 (32)5 主要零件的校核 (37)5.1 轴的计算和校核 (37)6 装配图、部装图和零件图的完成 (41)结论 (44)参考文献 (45)致谢 (46)1 引言加工中心和车削中心是由机械设备与数控系统组成，适用复杂零件加工的高效、高精度的自动化机床。

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。

摘要本论文介绍的是加工中心换刀机械手自动换刀装置的设计. 通过分析加工中心的整体结构和自动换刀系统的特点、应用条件，设计要求等，并结合在数控机床上对刀库和换刀机械手的需要——能在数控程序的控制下灵活的实现换刀过程。

设计的刀库为盘形结构，沿刀库主轴轴向安装。

驱动为型号为90SZ03 的 SZ 系列电磁式直流伺服电动机。

换刀机械采用机械手交换刀具的方式。

结合了工厂实际，该自动换刀系统在数控的控制下能灵活的完成换刀程序，节省了时间、提高了效率、安全可靠。

关键词：刀库、机械手、加工中心ABSTRACTThe present paper introduces is processes the center to trade the knife manipulator automatically to trade the design which the knife installs. And trades the knife system automatically through the analysis processing center overall construction the characteristic, the application condition, the design request and so on, and unifies on the numerical control engine bed and trades the knife manipulator's need to the knife storehouse - - to be able the nimble realization to trade the knife process in under the numerical control procedure control.The design knife storehouse is the disc structure, along knife storehouse main axle axial installment.The actuation for the model is the 90SZ03 SZ series electromagnetic cocurrent servo motor.Trades the knife machinery to use the manipulator to exchange the cutting tool theway.Linked to the factory reality, this trades the knife system to be able automatically nimble to complete under the numerical control control trades the knife procedure, saved the time, enhanced the efficiency safely, reliable.Key words: Tool-magazine,Tool-changing manipulator,Machining Center.目录引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 1. 数控床介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 1.1 数控床的分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 1.2 数控床的构特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2 1.3 数控床的主要功能及加工象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2 2．体方案的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4 2.1 加工中心刀机械手及其主要参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4 2.2 初定加工中心刀机械手自刀装置的参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5 2.3 确定加工中心刀机械手自刀装置的形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5 3．刀的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 6 3.1 确定刀容量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3.2 确定刀形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73.3 刀构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯74. 刀具交装置的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 4.1 刀机械手抓刀部分构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 4.2 机械手构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯104.3 自刀程的作序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯115. 自刀装置的控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12 5.1 刀的控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125.2 机械手的控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯136. 典型零件的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 6.1 器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 6.1.1 器的用与校核⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 6.2 托架的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14致⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 附 1 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 附 2 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17引言近年来，加工中心换刀机械手在自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、便于操作、精度准确等方面所表现出的综合优势是其手动操作难以比拟的。

摘要在本论文中，首先扼要的介绍了自动换刀装置，以及将自动换刀装置发展成机械手的原因和机械手在生产中的作用；在第二部分中，介绍了工业机械手的组成和分类以及机械手的缓冲器与定位元件，并对机械手的手机身作了简单的介绍。

在第三部分中我们分别就驱动系统、控制系统、执行系统论证了一些方案，并从中选出了一些合理的功能单元，最后进行最佳方案的组合。

经详细的技术评价与综合方案评价后确定本论文中的方案一为最优；由于整体设计的需要，我们选择了液压系统作为驱动系统。

一方面，液压传动的速度快，反应灵敏，传动平稳；另一方面是其运行精确，可以达到较高的定位精度。

第四部分进行了有关机械手的计算。

第五部分介绍了我所设计的滑座伸缩和回转机构。

第六部分我们对工业机械手的工作顺序进行了分析。

第七部分我们叙述了未来机械手的发展趋势。

由此我们可以看到目前工业机械手的应用在逐渐的扩大，技术性能在不断的提高。

最后，我们记录了心得体会。

在设计中，我们参考了一些文摘并翻译了一篇名为“Estimation of heat fluxes during high-speed drilling”的外文。

关键词：机械手;液压传动;刀具ABSTRACTIn this dissertation, the part one introduced concisely the set that can up or down cutter automatically and it gave the reason why we developed it into the manipulator and manipulator’s function in the production. In the second part, it introduced the integrant and assortment about the manipulator, then it told us what is the free degree and coordinate of the manipulator. In this section, we respectively demonstrated some plan carefully about drive-system, control system, actuator system, and then selected some reasonable plans of function unit from these. At last, we decided the best way. After evaluating the brief technology and general plans, we conducted that the plan A is the best. Because of the whole design’s request, we selected liquid-actuated system as actuator system. Because in one hand, the liquid-acetated is fast, reacts swift and drives steadily. On the other hand, for it has accurately movement and orientates precisely. The part three do some calculates about manipulator. The part four do some analysis on the manipulator’s operative order. The part five, we narrate the development tendency of the future manipulator. From the above, we can see that the application of the current industrial manipulator is expanded gradulately and the technologic capability is improved on and on. In addition,according to the information collected and the content of design, we made the animated on the basis of the cutter clear. Finally, we recorded our personal insight. We referred some literatures and translated an article named “Estimation of heat fluxes during high-speed drilling” from English into Chinese.Key words: manipulator, liquid-actuated system, and cutter目录摘要前言 (1)1工业机械手的简介 (2)1.1工业机械手的组成 (2)1.2工业机械手的分类方法简介 (2)1.3工业机械手的机身简介 (2)1.3.1设计机身应注意的问题 (3)1.3.2机身的结构方案 (3)1.3.3驱动力的计算 (5)1.3.4机身的方案评价 (5)1.4缓冲器与定位元件的设计 (5)1.4.1 机械手的运动特征 (6)1.4.2 开关型机械手的速度及位置控制 (6)1.4.3 机械传动型机械手速度及位置控制 (8)1.4.4 驱动系统和电控系统的选择 (8)2自动换刀机械手的总功能设计 (12)2.1自动换刀机械手的黑箱描述 (12)2.2 机械手功能单元的分类 (12)3自动换刀机械手的方案确定 (13)3.1总体的布置要求 (13)3.2自动换刀机械手各个部分的最终方案的确定 (13)3.3自动换刀机械手缓冲部分的原理 (17)4液压系统的设计与计算 (18)4.1结构上的总要求 (18)4.2 设计液压动回路 (18)4.3活塞杆的设计计算 (18)4.3.1 活塞杆的设计 (19)4.3.2液压钢壁厚计算 (21)4.3.3 液压机械手伸缩速度的控制 (21)4.3.4回转力矩的计算 (22)4.3.5耗油量的计算 (22)4.4自动换刀机械手的液压系统 (23)5伸缩回转机构设计 (25)5.1伸缩回转结构图 (25)5.2 伸缩回转机构运动原理 (27)6 自动换刀机械手的自动换刀过程 (28)6.1自动换刀装置简图及介绍 (28)6.2自动换刀过程实例 (29)7机械手的发展趋势 (31)致谢 (33)参考文献 (34)附录：外文翻译前言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。

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。

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。

1前言1.1 机械手发展历史与现状随着经济的不断发展，客户的需求日益多样化，人们对制造企业的生产模式提出了更高的要求，大批量的生产方式将逐渐被模块化、柔性化的生产方式所取代。

因此，企业对制造装备提出了更高的要求，柔性化的数控加工设备将成为装备制造业发展的主流。

因此，将卧式加工中心的机械手设计作为毕业设计题目，迎合了装备制造业发展趋势。

卧式加工中心的换刀机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它用来把刀库上的刀具送到主轴上，同时把主轴上已用过的刀具返回刀库。

据不完全统计，全世界的工业机器人中大约有近一半的工业机器人用于各种形式的加工中心的自动换刀领域。

目前用得最广泛的是模仿人的手臂功能的多关节机器人，其手臂灵活性最大，可以使换刀卡爪的空间位置和姿势调至任意状态，满足换刀需求。

我国的机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期、80年代的开发期和90年代的应用化期。

在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。

在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。

如今，我国正在从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。

不仅如此，我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件。

国际上，目前机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。

例如，德国的CLOOS、REIS、KUKA 公司；瑞典的ABB公司；奥地利的IGM公司；意大利的CAMAU公司；日系有OTC、Panasonic、FANUC公司在机器人方面都做的比较好。

从机器人技术发展趋势看，自动换刀机器人和其它工业机器人一样，正在不断向智能化和多样化方向发展。

1.2设计目的及意义1.2.1 设计目的本次设计主要为卧式加工中心设计其用于换刀的机械手部分，目的是为了使加工中心能够更快的工作，使加工中心能够得到更加充分的利用，以实现其价值所在。

加工中心自动换刀系统结构设计(链式)毕业设计论文一绪论本首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。

1.1引言1952年世界上出现了一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。

1958年一台加工中心问世，它将多工序（铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功能（自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化程度和加工效率上了一个新台阶；使无人化（或长时间无人操作）加工成为现实。

90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，数控加工中心在制造业得到越来越广泛的应用。

目前国内企业生产制造的加工中心主要是面向生产领域，其结构复杂、精度高、封闭性强，价格昂贵。

加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。

加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。

1.2加工中心简介1.2.1加工中心的发展简史1952年世界上出现一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。

它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。

它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因为有更高的自动化程度和加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工70%~80%的状况。

数控机床能实现两坐标以上联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得多。

1958年一台加工中心在美国卡尼、特雷克（Kearney&Trecker）公司问世。

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。