数控加工中心-换刀机械手设计论文_本科论文

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。

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。

立式加工中心换刀机械手Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】毕业设计（论文）题目：基于pro/e的加工中心换刀机械手的设计学生姓名：黄玉鹏学号：学部（系）：机械与电气工程专业年级：12级机械设计制造及其自动化（3）班指导教师：樊珊职称或学位：本科2016 年 5 月 1 日加工中心换刀机械手设计【摘要】本论文介绍的是小型加工中心换刀机械手的设计。

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。

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、所需空间小动作灵活可靠等.应用最为广泛。

数控系统是加工中心的控制中心，它主要由（CNC）、可编程控制系统(PLC)、伺服系统构成。

关键词:加工中心换刀机械手Vertical machining center for knife manipulatordesign[Abstract]:This paper introduces the design of the tool changing-manipulator of the small machines centertool changing-manipulator is one of the main components of the automatically-trading-knife installment. There are a lot of types of tool changing-manipulators. The tool changing-manipulator of this design adopts the two arms manipulator of turn-over type in this design。

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。

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。

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。

加工中心自动换刀系统设计摘要本次毕业设计的题目是加工中心自动换刀系统设计，加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用，自动换刀系统作为加工和中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。

自动换刀系统解决了工件一次装夹后多工序连续加工中，工序与工序间的刀具自动更换任务，实现了一次装夹完成多种加工。

本论文主要介绍的是加工中心自动换刀系统的整体设计过程，设计过程共分为以下几大部分：一、机械结构部分。

自动换刀系统机械结构的设计与计算，主要分为两大部分，刀库部分和机械手部分。

这一部分分别介绍了传动机构的工作原理、选型计算、校核等，如轴类零件、蜗轮蜗杆副、齿轮、花键、电机等。

二、气压部分。

气压部分主要包括气压系统的整体设计与气压元件的选用和计算。

整体设计包括气压系统原理图的绘制，气压回路的构成；气压原件的选择主要为气压缸、气压泵和各种阀类元件。

三、控制部分。

其中包括了控制器的选用、控制流程图的绘制、硬件电路图的绘制、控制程序的编写。

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，实现了自动换刀系统灵活换刀、快速换刀的目的。

关键词：加工，中心刀库，机械手AbstractThe graduation design topic is processing center for ATC system design.As the new times representative of numerical control machines, automatic processing center had been widely used in the fields all over the world. As the most important parts of processing center, the development of ATC system had point out the development direction of the center.The ATC system had solved the program of milling cutter change between procedure. The system realize many kinds of machining one time.This thesis mainly introduces the design process of processing center for ATC systemThe design process is divided into the following sectionPart 1 Mechanism systemThe mechanical design and structure of ATC system had been is divided into two point: magazine tool and manipulator. This part had introduced the principle, model selection ,checking and so on .For instance ,the component of axle, turbine, spline and the dynamo.Part 2 Pressure systemThis part contain the overall design, and pneumatic components of the selection and calculation,the overall design contain how to drawn up the diagram of Pressure system ,the compose of Pressure system and choice of air lift pump , pneumatic cylinder and many kinds of elementPart 3 Control systemThis part account for the choice of controller , how to drawn up the flow chart , how to drawn up diagram and write scriptBy analyzing the overall of processing center of ATC system structure, automatic system features and conditions, the design demands magazine tool , numerical control and manipulator And make it change magazine tool one to another system automatically quickly and flexible.Keywords: processing center, magazine tool , manipulator.目录第1章绪论 (1)1.1 加工中心用途和特点 (1)1.2 加工中心自动换刀系统概述 (2)1.3 题目的来源及意义 (3)1.4 设计内容 (4)1.5 加工中心自动换刀系统方案设计 (4)1.5.1 刀具的选择方式 (4)1.5.2 刀库的选择 (5)1.5.3 换刀形式的选择 (5)1.5.4 机械手结构形式的选择 (6)1.5.5 自动换刀系统的工作过程 (6)1.5.6 加工中心自动换刀系统外形图 (7)第2章机械结构的设计 (9)2.1 刀库结构的设计 (9)2.1.1 刀库总体传动方案的设计 (9)2.1.2 刀库中刀座处结构的设计 (10)2.1.3 刀具系统 (11)2.1.4 刀库主要设计参数 (12)2.1.5 电动机的初选 (13)2.1.6 确定传动装置的传动比 (14)2.1.7 确定各轴转速、转矩和功率 (14)2.1.8 电动机的校核 (16)2.1.9 刀库转位机构的设计 (17)2.1.10 蜗轮轴的校核 (22)2.1.11 键的选择及校核 (28)2.1.12 联轴器的选择 (29)2.1.13 轴承的选择 (29)2.2 机械手结构的设计 (29)2.2.1 机械手总体传动方案的设计 (29)2.2.2 齿轮齿条的设计计算 (32)2.2.3 机械手上的花键选择及校核 (34)第3章气压系统的设计 (36)3.1 气压系统原理图 (36)3.2 气压原件的选择 (37)3.2.1 气缸的选择 (37)3.2.2 气压阀类元件的选用 (40)3.2.3 气源装置及气动辅助元件的选用 (41)第4章控制系统的设计 (44)4.1 控制器的选择 (44)4.2 控制流程图 (45)4.3 利用PLC实现随机换刀 (45)4.4 硬件电路的设计 (49)4.5 电器元件介绍 (50)第5章总结 (51)参考文献 (52)致谢 (53)附录 (54)第1章绪论1.1加工中心用途和特点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。

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。

这种机床可装若干把刀具，能自动更换刀具，在一次装卡中，完成铣、镗、车、钻、扩、铰、攻螺纹等的加工。

其之所以有这种加工能力,就是因为它有一套自动换刀装置。

自动换到装置的形式是多种多样的，主要组成部分是刀库、机械手和驱动装置等，虽然换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手类型各部相同，但都是在数控装置及可编程序控制器控制下，由电动机或液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。

我们把这种为实现多种工序的连续加工，在加工中心或车削中心，可进行刀具的选择与交换的装置叫做自动化刀装置（automatic tool change 简称ATC）。

ATC 的主要组成部分是刀库、机械手和驱动装置。

刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀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。

加工中心自动换刀装置摘要本课题所设计的是小型立式加工中心的自动换刀装置，该型加工中心主要是用来加工各种中、小批量的电子元件或者小型板类零件。

该方案在设计的过程中牵涉到了刀盘的选取和设计、槽轮的选取与设计、刀库的形式和安放位置以及伺服电机的设计等诸多问题。

本次设计在本着满足用户使用要求的前提下，尽量使结构简单、性能可靠、具有创新观念。

关键词：加工中心，自动换刀装置，槽轮机构，伺服电机Machining Center Automatic Tool ChangerABSTRACTWhat the topic designs is the automatica tool changer for small vertical machining center, which is mainly used for processing in each kind, the electronic component or the small board class components. This plan involved in the design process to the tool carousel selection and designing, the V-belt pulley selection and designing, the magazine’s position as well as the stepping motors’s designing and so on many questions. This design in line with satisfies the user operation requirements under the premise, as far as possible enable the structure simply, the performance to be reliable, to have the innovation idea. In the design all of data are passed through after the search material calculates repeatedly obtains.KEY WORD：Machining center，Automatica tool changger，Grooved pulley, Servo motor目录前言 (1)第1章刀库综述 (2)1.1刀库换刀装置 (2)1.1.1机械手换刀装置 (2)1.1.2无机械手换刀装置 (3)1.2刀库形式的选取 (3)1.3刀库位置的放置 (4)1.4 刀库的运动特点 (5)1.5 刀库的回转、分度和转位 (5)第2章设计可行性论证 (6)第3章槽轮机构 (7)3.1 槽轮机构的工作原理 (7)3.2 槽轮结构的形式 (8)3.3槽轮机构的特点 (8)3.4槽轮机构的设计 (8)第4章轴的设计与校核 (10)4.1轴的设计结构 (10)4.2轴的校核 (11)4.2.1 轴的强度校核 (11)4.2.2 按弯扭合成强度校核轴的强度 (12)4.2.3 按轴的疲劳强度安全系数校核轴的强度 (13)4.3 轴承的选取 (13)第5章刀库的设计 (16)5.1 刀库主要参数的确定 (16)5.1.1 刀库容量 (16)5.1.2 刀盘部分的设计 (16)5.1.3 刀盘装配图 (17)第6章刀库转动电机的选择 (19)第7章其他部件的设计与选取 (22)7.1 刀库支撑部分的设计 (22)7.2箱体设计 (22)结论 (24)谢辞 (25)参考文献 (26)前言随着数控技术的发展和普及，加工中心的作用越发凸显它的重要性。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第 I 页本科毕业设计（论文）加工中心机械换刀手结构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。

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低生产效率和容易出事故的弊端。

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。

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。

本次设计思路是利用机械手的运动来实现加工中心的换刀。

机械手的运动由三种运动组成即：旋转、升降和手爪的自锁。

机械手的旋转运动主要负责交换刀具，其驱动装置由两相互啮合的齿轮传动来实现，动力则由步进电机驱动提供，控制步进电机的每秒脉冲数，就可以准确的控制其位置。

机械手的升降运动主要负责拔刀、插刀，其驱动装置由齿轮齿条啮合把旋转运动变为直线运动，同样控制步进电机的每秒脉冲数和实现对三相中的任意一相一直保持通电以实现抱闸。

其手爪自锁主要利用电磁感应来实现，顶杆后面用弹簧连接用于在断电后能自由返回到原来的位置。

关键词：机械手；加工中心；电磁感应；刀具AbstractThe machine hand is the main tool in the install of automatic tool change,which shoulder carrying the knife onto the principal axis,then,put the have been used knife of the principal axis return to the tool. Purpose of the machine hand is in oder to making the central machining work more quickly and be used more fully.In other hand,using machine hand can improve the low produce efficiency and reducing the accident. The automatc tool change install of the central machining ,is usually composing of the machine hand and tool,which is the symbol of the central machining . So the central machining maker study the automatic tool change on the quickly move and good reliability .Vigorously, in oder to gain huge benefit in the intense competition market.The automatic tool change is the core content to the central machining, so allthe maker are all keeping secret and do not open,especially the machine hand.In my graduation design,the main thinking is using the machine hand to complete exchanging the knife.movement of the machine hand is make up by three kind movement.The whirling of the machine hand is in charge of exchanging the knife。

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。

摘要加工中心是现代机械加工中用得最多的设备之一，而自动换刀装置作为加工中心的核心部件，一直处在不断改进之中。

本课题要求设计一台小型加工中心的刀库及自动换刀装置。

本次设计分为两大部分。

首先，主要针对目前机床上常用的几种类型的刀库（鼓盘式刀库、链式刀库、格子盒式刀库等）进行了比较分析，最终选用链式刀库结构，选择伺服电机驱动，采用蜗杆蜗轮装置减速，并完成了链条的选择和链轮的设计计算。

另外，选择双臂单爪机械手结构，对其运动作了详细的分析，最终将换刀运动分解为手臂的伸缩，手架的伸缩和回转三个动作。

全部采用液压系统进行控制。

在合理选用液压缸之后，绘制出了液压系统控制图、机械手动作原理图，基本完成了自动换刀装置的设计工作。

关键词：伺服电动机驱动；链式刀库；机械手换刀；液压系统控制AbstractProcessing Center is a modern mechanical processing equipment used in one of the largest and automatic tool change device as the core parts processing center, has been in the continuous improvement of. The topics designed a small knife processing center for devices and automatic tool change. The design is divided into two parts. First of all, the main view of the current machine, commonly used for several types of knives (knives drum disc library, the chain knife, knife lattice cassette library, etc.) a comparative analysis, the final choice of the chain knife structure, choice of servo motor Driver, a worm worm deceleration devices, and completed the chain and sprocket of the choice of design and calculation. In addition, the choice of single-claw manipulator arms structure, its movement made a detailed analysis will eventually ATC campaign for the decomposition of the telescopic arm, hand-stretching and rotating the three movements. All the hydraulic system used to control. A reasonable choice of hydraulic cylinders, to map out plans of the hydraulic control systems, mechanical hand movements schematics, basically completed the installation of automatic tool change the design work.Keywords：The servo motor actuates; Chain knife storehouse; The manipulator trades the knife; The hydraulic system controls目录目录摘要 (I)Abstract (Ⅲ)1 绪论1.1 本课题的来源、目的及意义 (1)1.1.1 课题的来源 (1)1.1.2 本课题研究的目的 (1)1.1.3 本课题研究的意义 (1)1.2 课题背景及国内外研究现状 (2)1.3 本课题研究的主要内容 (3)2 刀库及换刀机构总体结构设计2.1 刀库的结构设计 (3)2.1.1 方案分析比较 (3)2.1.2 刀库容量的确定 (6)2.1.3 刀库选刀方式的确定 (6)2.1.4 刀库的设计及计算 (6)2.2 自动换刀装置设计 (13)2.2.1 方案分析比较 (13)2.2.2 机械手自动换刀工作流程设计 (13)2.2.3 换刀机械手结构设计 (22)2.2.4 换刀手手臂和手爪结构设计 (23)2.2.5 液压缸、活塞杆的选择 (24)2.2.6 液压系统工作原理 (26)设计总结 (27)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1课题的来源及研究目的和意义1.1.1课题的来源刀库和机械手是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件。

摘要本论文论述的是数控机床自动换刀装置（刀库式）的故障诊断与维修，刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。

它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置，其整过换刀过程比较复杂。

首先把加工过程中需要使用的全部刀具安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预调后，按一定的方式装入刀库。

换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。

存放刀具的刀库具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。

刀库中，刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。

用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。

该法不需要刀具识别装置，驱动控制也比较简单，工作可靠。

但刀库中每一把刀具在不同工序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就降低了刀具和刀库的利用率。

此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。

顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。

加工时按顺序调刀。

适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。

所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。

关键词：数控自动换刀刀库顺序目录第1章数控机床的产生第2章数控机床的发展第3章换刀装置的分类和控制3 .1 回转刀架式自动换刀装置3. 2 有刀库无机械手的自动换刀装置3. 3 有刀库有机械手的自动换刀装置第4章故障维修自动换刀装置故障诊断的方法自动换刀装置常见故障诊断与分析、刀库位置偏移的故障维修、刀库转动中突然停电的故障维修、换刀过程有卡滞的故障维修、换刀不能拔刀的故障维修、换刀卡住的故障维修、换刀时间过长报警的故障维修结束语致谢参考文献第1章数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10～100件）约占机械加工总量的80%以上。