自动换刀机械手设计
卧式加工中心换刀机械手设计
卧式加工中心换刀机械手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SummaryThe machine hand changes the knife automatically to exchanges the main tool that knife have in the device it carry to have the knife the knife on the sends to the principal axis last useses again the principal axis the top already over ofthe knife has to return the knife the mission on the Designing the way of thinking is to uses the action of the machine hand realizes centrally to process to change the knife the machine turns to move the turn-over liquid presses the urn carries realize its motive is then from drive the system realizesProcess the central changing the knife the device automatically usually constitute with the machine from the knife it is a key to process the central symbol again is process the center success or failure linkTherefore each process the center manufactory house to all obtain the performance in descend strongly research to manufacture action quickly dependable highly automatically change the knife device in order to in the vigorous competition change the knife automatically the device is to process the central core contents each factory house is all at keep secret minimum amount public relevant data particularly the cent of machine hand is also suchThis kind of machine pulls out the knife and put the knife acts mostly from oil an action to completeRequest according to the construction can adopt the oil urn move the piston fixsOr the piston moves oil a fixed construction formWhole machine hand from flexible organization in machine arm the machine claw opens to match the organization turning round the organization and packing to unload the knife have the straight line the sport the organization constitutes 引言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21 技术条件我们所设计的加工中心的主要的技术参数有⑴刀库容量 24把刀⑵刀柄型号 40号刀柄⑶刀具最大直径 120㎜⑷刀具重量 11㎏⑸换刀时间 5s⑹选刀方式任选22 总体布局我们设计的加工中心的总体布局如图11所示图11 卧式加工中心的总体布局23 卧式加工中心的机械结构⑴主轴组件对加工中心主轴组件的基本要求是具有足够的刚度精度传递足够的功率和转矩以及高速运转和适应自动换刀的条件主轴轴承多采用高精度高刚度高速滚动轴承卧式加工中心的主轴组件按进给功能分有镗轴进给滑枕进给及非进给主轴等类型大多数采用非进给型主轴⑵立柱立柱有侧面导轨型与正面导轨型侧面导轨型立柱便于机床的总体设计制造成本也较低并抑易于与非数控卧式镗铣床建立模块化系列关系但这类立柱在机床工作时受力状况较差且热变形的对称性差因而对机床加工精度影响较大正面导轨型立柱多采用门式结构有较好的热对称结构和受力条件多数加工中心采用这种立柱形式工作台卧式加工中心可采用自动分度工作台数控回转工作台换刀机械手的设计31 刀具的交换装置com 自动换刀装置加工中心区别于NC镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能即自动换刀ATC机能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加工中心的自动换刀形式可分为有机械手换刀方式和无机械手换刀方式两类无机械手换刀方式适用于采用40号以下刀柄的小型加工中心或换刀次数少的用量型刀具的重型机床这种换刀方式没有机械手因而结构简单另外刀库回转是在工步与工步之间即非切削时进行的因此虽然刀库设置在立柱顶面却免去了刀库回转时的震动对加工精度的影响无机械手换刀方式中刀库可以是圆盘型直线排列式也可以是格子箱式等无机械手换刀方式中特别需要注意的是刀库转位定位的准确度为保证转位准确就要尽力消除刀库驱动传动链的间隙为此可采用双导程蜗杆蜗轮副或采用可以相互错位的两片齿轮结构形式或采用插销定位反靠定位等方法来准确定位圆盘型刀库可设在立柱顶上立柱主轴箱的侧面也可设在横梁一端或设在主轴箱上由主轴箱和刀库配合运动完成自动换刀动作直线排列式刀库可设在工作台上方也可设在工作台的一端或两端由主轴箱或工作台配合运动完成自动换刀动作格子箱式刀库可设在双工作台的中间换刀时小直径刀具可轴向取刀大直径刀具可径向取刀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无机械手换刀方式中特别需要注意的是刀库转位定位的准确度为保证转位准确就要尽力消除刀库驱动传动链的间隙为此可采用双导程蜗杆蜗轮副或采用可以相互错位的两片齿轮结构形式或采用插销定位反靠定位等方法来准确定位采用机械手进行刀具交换的方式应用的最为广泛这是因为机械手换刀有很大的灵活性而且可以减少换刀时间图见零号图自动换刀机械手换刀动作如表31所示表31 机械手的换刀动作机械手的种类加工中心换刀机械手的种类繁多可以说每个厂家都推出自己的独特的换刀机械手在加工中心的自动换刀系统中是机械手具体执行刀具的自动更换对其要求是迅速可靠准确协调由于加工中心机床的刀库和主轴其相对位置距离不同相应的换刀机械手的运动过程也不尽相同它们由各种形式的机械手来完成常见的机械手有⑴单臂单爪回转式机械手机械手摆动的轴线与刀具主轴平行机械手的手臂可以回转不同的角度来进行自动换刀换刀具的所花费的时间长用于刀库换刀位置的刀座的轴线相平行的场合如图所示图31 单臂单爪回转式机械手⑵单臂双爪回转式机械手图32 单臂双爪回转式机械手这种机械手的手臂上有两个卡爪两个卡爪有所分工一个卡爪只执行从主轴上取下旧刀送回刀库的任务另一个卡爪则执行由刀库取出新刀送到主轴的任务其换刀时间较上述单爪回转式机械手要短如图32所示⑶双臂回转式机械手俗称扁担式这种机械手的两臂各有一个卡爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具在回转180°之后有同时将刀具归回刀库及装入主轴是目前加工中心机床上最为常用的一种形式换刀时间要比前两种都短如图33-a 所示图33-a 双臂回转式机械手这种机械手在有的设计中还采用了可伸缩的臂如图33-b 所示图33-b 双臂回转式机械手⑷双机械手这种机械手相当与两个单臂单爪机械手相互配合起来进行自动换刀其中一个机械手执行拔旧刀归回刀库另一个机械手执行从刀库取新刀插入机床主轴上如图34所示图34 双机械手⑸双臂往复交叉式机械手图35 双臂往复交叉式机械手这种机械手两臂可往复运动并交叉成一定角度两个手臂分别称作装刀手和卸刀手卸刀手完成往主轴上取下旧刀归回刀库装刀机械手执行从刀库取出新刀装入主轴整个机械手可沿导轨或丝杠作直线移动或绕某个转轴回转以实现刀库与主轴之间的运送刀具工作如图35所示⑹双臂端面夹紧式机械手这种机械手只是在夹紧部位上和前几种不同上述几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面来抓住刀具而此种机械手则是夹紧刀柄的两个端面如图36所示图36 双臂端面夹紧式机械手由于双臂回转式机械手的动作比较简单而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库集中的刀具换刀时间较短我们本次设计所要求的换刀时间为5秒故我们选用双臂回转式机械手如果我们采用不能伸缩的机械手由于机械手回转时其手部回转半径较大如刀库中刀具排得较密可能碰撞刀具且用这种类型的机械手直接在刀库与主轴之间换刀只宜采用顺序换刀或刀具编码式任意选刀不然换刀时间将增加故我们采用可伸缩式的双臂回转机械手com 手爪的选择1．单臂双爪式机械手的手爪这种机械手的手爪大都采用机械锁刀方式有些大型加工中心亦有采用机械加液压锁刀方式以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出较普通采用的机械锁刀方式手爪弹簧销式手爪如图A-A放大图它是目前加工中心上用较多的一种手臂的两端个有一个手爪刀具被弹簧2推着的活动销4类似于人的手指顶靠在固定爪5中锁紧销3被弹簧1顶起使活动销4被锁住不能后退这就是保证了机械手在换刀过程中手爪中的刀具不会被甩出当手臂处于抓刀位置时锁紧销2被设置在主轴伸出端或刀库上的撞块压下活动销4就可以活动使得机械手可以抓住或放开主轴或刀库刀套中的刀具此外钳形手的杠杆手用得也较普遍锁销2在弹簧作用下其大直径外圆顶着止退销3杠杆手爪6就不能摆动张开手爪中的刀具就不会被甩出当抓刀或还刀时锁销2被装在刀库或主轴端处的撞块压回止退销3和杠杆手爪6就能摆动张开刀具就能装入或取出钳型手和杠杆手均为直线运动抓手机械手的手爪在抓住刀具后还必须具有锁刀功能以防止在换刀过程中掉刀或刀具被甩出当机械手松刀时刀库的夹爪既起着刀套的作用又起着手爪的作用对于双臂回转式机械手的手爪大都采用机械锁刀方式有些大型加工中心亦有采用机械液压锁刀方式以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出手爪的形式有⑴机械锁刀手爪弹簧销式手爪使用这种形式的抓持机构手爪不需要设置专门的传递装置因而结构简单使用广泛但在机械手有旋转运动时为避免刀具甩脱手爪就必须有自锁夹持机构其结构较复杂⑵钳形杠杆机械手这种机械手手爪的张合需要动力传递装置传动较复杂但手爪的结构可较简单使用也较普遍⑶虎钳形指在手爪中设有定位销使刀具在手爪中定位用这种形式的夹持机构时刀具需经特殊补充加工不能使用标准刀具所以使用者较少我们在这里采用第一种手爪com 刀具的夹持在刀具自动交换装置上机械手抓刀具的方法大体上可以分为下列两类⑴柄式夹持轴向夹持⑵发兰式夹持这种夹持方式在刀具夹头的前端有供机械手用的发兰盘采用发兰式夹持当应用中间搬运装置时可以很方便地从一个机械手将刀具夹头过渡到另一个辅助机械手上去刀具夹头采用带洼形的法兰盘夹持刀夹在这里我们采用第一种夹持方式刀柄型号为BT40图37所示为标准刀具夹头的锥柄柄部由图可见刀柄圆柱部分的V形槽是供机械手夹持之用带V形槽圆柱右端按所装刀具例如钻头铣刀铰刀及镗杆等不同根据标准可设计成不同形式图37 刀柄的型式表3-1为日本BT标准刀柄的尺寸表3-1 日本BT标准刀柄的尺寸柄部型号锥体螺纹孔凸缘D1 L r l1 l2 l3 d1 g d2 t b BT40 4445 654 1 9 30 70 17 M1619 225 161 BT45 5715 828 12 11 38 70 21 M2023 29 193 BT50 6985 1018 15 13 45 90 25 M24 27353 257柄部型号凸缘参考尺寸L1 W D2 D3 T Y Y1 V d D4 BT40 21 012 53 63 25 16 16 166 10 75679BT45 26 012 68 80 30 32 32 212 12 95215 BT50 31 020 85 100 35 32 32 232 15 119019 32 机械手的驱动装置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图见自动换刀机械手的驱动装置和驱动装置外形com 手臂的伸缩运动回转头的两端对称分布着两个机械臂可以同时伸出抓刀机械臂伸缩机构由回转液压缸1见驱动外形图输出轴47齿轮44以及齿条39和45组成见自动换刀机械手图当压力油通过支架28和贯穿花键轴30的通孔见换刀机械手驱动装置图进入回转液压缸1时推动输出轴47转动轴上的齿轮44便带动齿条39和44作直线运动使两只机械臂同时伸出通过齿条39及44上的挡块52压向调整螺钉53来限制终点位置同时由左视图中的微动开关30发出信号以进行下一个动作当回转液压缸改变油路时机械臂便缩回com 手爪的开合见自动换刀机械手图机械臂的头部带有固定手爪14与活动手爪18用来夹持刀柄之用活动手爪18可绕小轴15转动其一端由弹簧杆19作用支靠在小轴20上当弹簧顶杆3未碰到挡块13而自由伸出时挡杆22在弹簧作用下其一端的斜面与活动手爪18的端部斜面台阶相靠从而将活动手爪18锁死当挡块13左移将弹簧顶杆3压入时顶杆3的一端迫使杠杆21顺时针转动这样杠杆21的一端将挡杆22的斜面自活动手爪18的端部斜面滑开因此当活动手爪18伸向刀柄拔刀或插刀后收回时刀柄表面可使活动手爪18压缩弹簧而稍微张开这样机械爪即可将刀柄抱住或退出与此同时齿条44或39上的挡杆压于调整螺钉而限位同时微动行程开关动作发出下一动作的信号由于机械爪伸向刀柄拔刀或插刀后收回都是当机械手处于轴向向左移动后的位置上进行的为了使机械手的活动手爪18在这时能从自锁状态下松开在机床床身立柱上设有固定杆35在机械臂的一侧有挡块装置挡块13锥孔盘4在端面上周向均匀分布有4个锥孔和轴9固定相连轴9装于支架12内其右端又与一端盖10用螺纹固定当挡块13未与固定杆35相碰时锥孔盘4处于与钢球5相对位置弹簧销11顶着端盖10使锥孔盘4紧靠于支架12的端面上此时机械臂的弹簧顶杆3自由伸出活动手爪1处8于锁死状态当机械手轴向向右移动后固定杆35迫使挡块13转动由于此时锥孔盘4端面上的锥孔与钢球5错开这样锥孔盘4即连同挡块13轴9端盖11压缩弹簧销11向左移动挡块13即将机械臂上的弹簧顶杆3压入将活动手爪18自锁紧状态下松开当机械爪伸出抓住刀柄后机械手轴向向左伸出此时挡块13亦同时离开固定杆35借弹簧1的作用将挡块13拉回原来的锥孔盘4上锥孔与钢球5相对的原始位置由弹簧销11的作用使挡块13又向右移动至锥孔盘4与支架12端面压紧的位置这时机械臂上的弹簧顶杆3又自由伸出将活动手爪18锁死保证机械手将刀具拔出后机械手能将刀具可靠地夹紧com 回转运动见驱动装置图回转机械用来实现刀具的交换动作由图驱动外形装置图可见它由手臂14回转座51组成的手臂14与花键轴50固定连接花键轴与两个花键套筒49相连后者则由固定在机床立柱上回转座51上的两个滚动轴承支撑齿轮41通过花键轴套筒安装在花键轴的右端回转液压缸的结构见第三张图回转缸壳体79和上端盖86下端盖74定片93间均用螺钉联接并将它们作为一体通过上端盖与固定在立柱上转轴2支承在上下端盖上与动片90固定联接其伸出端通过花键轴部分与中间座的齿轮联接向手臂传递运动当液压缸通入高压油而使转轴转动时通过传动齿轮99带动齿轮41回转这样由花键轴50带动手臂14转动其转角两相对180°的极限位置可由螺钉67及53限定同时由螺钉65及68压下微动开关69及52发出到位信号以进行下一个动作com 直线运动回转头14的向左或向右拔刀或插刀的直线运动是由液压缸来实现液压缸座系固定于机床立柱上活塞杆端部有联接件与花键轴相连当活塞杆因液压缸进入高压油而向左或向右运动时通过联接件即可带动花键轴作直线运动从而带动回转头及机械手臂作向左或向右运动在液压缸两端设有缓冲装置可防止活塞与液压缸端面的撞击当活塞在左右两极限位置时都设有可调挡块由微动开关作用发出到位信号需要提醒的是既要保证不漏油又要保证机械手动作灵活过紧的密封往往影响机械手的正常动作这种液压缸活塞驱动的机械手每个动作结束之前均需设置缓冲机构以保证机械手的工作平稳可靠缓冲结构可以是小孔节流可以外接节流阀或是缓冲阀等为了使机械手工作平稳可靠除了要设有缓冲机构外还要考虑尽可能减小机械手的惯量圆柱体围绕旋转中心的运动惯量可由下式确定J J0WR298 com2式中 J0圆柱体绕其自身中心的惯量N·m·s2W圆柱体的重量NR旋转半径 m由上式可见惯量与物体重量成正比与旋转半径的平方成正比因此要尽可能采用密度小质量请的材料制造有关的零件要尽可能的减小机械手的回转半径由于液压驱动的机械手需要采用严格的密封因此还需要缓冲机构33 设计计算com 手指夹紧力的计算手指对工件的夹紧力可按下式计算N≥k1k2k3G kg·f式中k1安全系数通常取122我们取k1 18k2动载系数主要考虑惯性力的影响可按k2＝1＋ag估算a为机械手在搬运过程中的加速度单位为ms2a＝98ms2g为重力加速度所以这里k2 1k3方位系数按《机械工程手册》第10卷表562-3选取k3 0911我们取k3 10G被夹持工件的重量单位kg这里G 11kg则我们设计的机械手手指的夹紧力为N≥18×1×10×11 kg·f 198 kg·fcom 齿轮的设计齿轮传动按照两齿轮轴在机构中相对位置的不同分为两轴相互平行两轴相交和两轴交错即不平行也不相交三类用与平行轴传动的有直齿斜齿圆柱齿轮直齿斜齿内齿轮直齿斜齿缘这些齿轮有称为平面齿轮用与相交轴传动的有两轴线垂直相交和两轴线相交但不垂直的直齿圆弧齿延伸外摆线齿锥齿轮用与交错轴传动的有螺旋齿轮蜗轮蜗杆和轴线偏置的锥齿轮双曲线齿轮这些齿轮又称空间齿轮齿轮齿形曲线主要采用渐开线其它还有摆线圆弧线等由于渐开线齿形容易制造便于安装所以大多数齿轮采用渐开线齿形齿形标准摘自JB-100-60JB304-62齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一形式很多应用广泛传递的功率近十万千瓦圆周速度可达200ms齿轮传动按照两齿轮轴在机构中相对位置的不同一齿轮传动主要特点①效率高在常用的机械传动中以齿轮传动的效率为最高如一级圆柱齿轮的效率可达99这对大功率传动十分重要因为即使效率只提高1也有很大的经济效益②结构紧凑在相同的使用条件下齿轮传动所需的空间尺寸一般较小③工作可靠寿命长设计制造正确合理使用维护良好的齿轮工作十分可靠寿命可长达一二十年这也是其它机械传动所不能比拟的这对车辆及矿井内工作的机器尤为重要④传动比稳定传动比稳定往往是对传动性能的基本要求齿轮传动获得广泛应用也就是由于这一特点但是齿轮传动的制造及安装精度要求高价格较贵且不宜用于传动距离大的场合齿轮传动可做成开式半开式及闭式如在农业机械建筑机械以及简易的机械设备中有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳齿轮完全暴露在外边这叫开式齿轮传动这种传动外界杂物极易侵入而且润滑不良因此工作条件不好轮齿也极易磨损故只宜用于低速传动当齿轮传动装有简易的防护罩有时还把大齿轮部分地浸入油池中则称为半开式齿轮传动它的工作条件虽有改善但仍不能做到防止外界杂物侵入润滑条件也不算最好而汽车机床航空发动机等所用的齿轮传动都是装在精确加工而且封闭严密的箱体机匣内这称为闭式齿轮传动齿轮箱它与开式或半开式相比润滑及防护等条件最好多用于重要的场合二设计原则所设计的齿轮传动在具体的工作情况下必须具有足够的相应的工作能力以保证在整个工作寿命期间不致失效目前设计一般使用的。
自动换刀机械手的结构设计与PLC控制
第2章 机械手总体设计方案………………………………………………………………4 2．1 机械手类型 ………………………………………………………………………4 2．2 机械手系统功能设计 ……………………………………………………………5 2．3 机械手的坐标形式与自由度 ……………………………………………………7 2．4 机械手工作过程及工步时间分配 ………………………………………………9 2．5 机械手的基本参数………………………………………………………………10 2．6 模块化设计………………………………………………………………………11 2．6．1 模块划分的一般原则……………………………………………………12 2．6．2 模块设计的方法…………………………………………………………12 2．6．3 模块式机械手及组成……………………………………………………13 2．7 机械手的总体方案设计…………………………………………………………14 2．7．1 机械手的结构设计方案…………………………………………………14 2．7．2 机械手的驱动方案………………………………………………………15 2．7．3 机械手的控制方案………………………………………………………17 2．7．4 机械手的设计流程………………………………………………………18 2．8 小结………………………………………………………………………………20
大型加工中心换刀机械手的设计
大型加工中心换刀机械手的设计一、设计背景随着制造业的快速发展，大型加工中心的应用越来越广泛。
大型加工中心一般拥有多把刀具用于不同工序的加工，需要手动更换刀具，不仅浪费了时间，还增加了人力成本和安全隐患。
因此，设计一个高效、安全、智能的大型加工中心换刀机械手，具有重要的意义。
二、设计目标1.实现自动化刀具更换，提高加工效率；2.提高工作安全性，减少人为操作的风险；3.具备智能、自主学习、自动适应的功能，提高机器人操作的灵活性和实用性。
三、设计要点1.结构设计：机械手的设计应考虑加工中心刀库的布局和工作条件，采用多关节结构，具备较大的工作范围和灵活性。
2.控制系统：机械手需要搭载先进的控制系统，具备自主学习和自适应的能力，能够根据刀具更换的要求自动调整操作步骤和力度。
3.传感器：机械手需要搭载各种传感器，实时监测加工中心的刀库情况、刀具状态和操作环境，保证机械手的安全性和可靠性。
4.机械手末端工具：机械手末端需要设计合适的夹具，能够牢固地固定不同类型和尺寸的刀具，保证更换过程的精确性和稳定性。
5.自动化控制和管理系统：机械手需要与加工中心的自动化控制和管理系统进行无缝对接，实现自动化的刀具管理和更换。
四、设计流程1.刀具信息录入：使用者通过界面输入加工中心刀库的刀具信息，包括类型、尺寸、位置等。
2.系统规划：系统根据刀具信息和加工需求，确定最优化的刀具更换方案和机械手动作路径。
3.动作执行：机械手根据系统规划的路径，自动移动到对应的位置，使用夹具固定住刀具，完成刀具更换操作。
4.刀具状态检测：机械手通过传感器对刀具状态进行实时监测，如刀具磨损、损坏等情况。
5.故障处理：如果刀具状态异常，机械手会将异常信息传递给系统，系统进行相应的故障处理，如果需要更换刀具，机械手会自动执行更换流程。
6.报警系统：机械手配备报警系统，一旦出现异常情况、人为干预等，及时发出警报，保证工作环境安全。
五、潜在问题及解决方案1.增加机械手的稳定性和可靠性：通过优化机械结构设计，加强关节和连接部位的刚度和精度，提高机械手的稳定性和可靠性。
自动换刀机械手设计
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。
自动换刀机械手的设计
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。
卧式加工中心自动换刀机械手设计
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。
自动换刀机械手的结构设计与PLC控制汇总
自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究摘要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。
数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。
加工中心带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。
气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于数控机床自动换刀上。
为了增强机械手的通用性和互换性，使同一机械手由于应用不同的模块而具有不同的功能，本文采用模块化气动机械手，对基座、立柱、手臂、手部等模块进行结构设计，通过模块选择与组合，以构成一定范围内的不同功能或同功能不同性能、不同规格的系列产品，并且在产品变化或临时对机械手进行新任务分配时，可以允许方便地改动或重新设计其新部件，能很快地投产，降低安装和转换工作的费用，便于机械手的标准化生产和使用。
在机械手的运动和动力学分析中，根据法建立了机械手的运动学模型，确定各连接杆件与末端执行器的空间位置和姿态关系；根据拉格朗日方程建立机械手动力学模型，确定各关节运动与作用力或力矩之间的关系。
对机械手的定位控制分析，采用电气气压伺服定位技术设计机械手的驱动系统，气动执行元件根据输入系统的电气信号而动作，从而驱动负载输出相应的物理量。
系统采用作为控制核心，根据机械手的工作流程制定控制方案，实现了机械手的任意点定位和无级调速。
关键词：自动换刀机械手；模块化设计；运动学；动力学；电气气压伺服定位系统Research on Structure Design and PLC Control of Automatic tool change ManipulatorAbstract：；；；；目录第章绪论．课题研究背景目的及意义．工业机械手的研究现状及国内外发展．本文主要研究内容及各章安排第章机械手总体设计方案．机械手类型．机械手系统功能设计．机械手的坐标形式与自由度．机械手工作过程及工步时间分配．机械手的基本参数．模块化设计．．模块划分的一般原则．．模块设计的方法．．模块式机械手及组成．机械手的总体方案设计．．机械手的结构设计方案．．机械手的驱动方案．．机械手的控制方案．．机械手的设计流程．小结第章机械手运动学及动力学分析．刚体运动学模型．．刚体的位姿．．坐标变换．机械手运动学方程描述．．连杆参数以及连杆坐标系．．连杆变换和运动学方程．操作臂的雅可比矩阵．机械手的动力学模型构建．．拉格朗日动力学方程推导方法．．仿真机械手的动力学方程实例．小结第章机械手的机械系统设计．机械手伺服系统设计．．气动伺服系统设计．．电气伺服阀．机械手执行机构设计．．手部结构设计．．手臂结构设计．．基座结构设计．．气动辅助元件选取．小结第章控制系统设计．机械手控制系统的选型与点确定．．选型．．控制系统输入输出设备与点确定．步进电机．编程．．编程时应注意的问题．．程序设计软件简介．．梯形图设计．小结第章总结与展望．总结．展望致谢参考文献攻读学位期间所发表的学术论文第1章绪论1．1 课题研究背景目的及意义工业机械手技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。
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自动换刀机械手设计(三维Proe)☆
摘要
加工中心是指在一次装卡中〖资料来源:毕业设计(论文)网〗能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。
更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。
这就把加工中心和自动换刀数控车床和车削中心区别开来。
加工中心区别于别的数控镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，机自动换刀(ATC)机能。
加工中心的自动换刀系统,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的效益。
正因为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,尤其机械手部分更始如此。
加重中心的自动换刀形式,可分为有机械手换刀方式和无机械手换刀方式。
加工中心的ATC,大都采用有机械手的换刀方式，因为更节省时间。
由于液压驱动的机械手需要采用严格的密封，还需较复杂的缓冲机构，控制机械手动作的电磁阀都有一定的时间常数，因为换刀速度较慢。
近年来国内、外先后研制出凸轮联动式单臂双抓机械手。
这种机械手的优点是由电机驱动，不需要较复杂的液压系统及其密封、缓冲机构，没有漏油现象，结构简单，工作可靠。
同时，机械手手臂的回转和插刀、拔刀的分解动作是联动的，部分时间可重叠，从而大大缩短了换刀时间。
〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗
关键词：机械手；加工中心；自动换刀
设计任务
本次设计的主要任务是：自动换刀机械手，实现数控镗铣床的自动换刀，需要换的刀具主要是BT40型刀柄，需要实现的工作是抓刀—换刀—松刀的动作。
〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗
主要技术参数：刀具最大重量6kg，双臂回转式换刀，刀臂数量和长度以及直径主要依据配套刀库的设计要求。
换刀时间2.5S。
机械手的平稳性
工业生产要求机械手工作速度快，运动平稳，定位精度高。
应注意其影响因素，设计合理结构，以满足要求。
这篇论文主要介绍了机械手的相关资料，包括加工中心和自动换刀机械手（ATC）两部分。
设计的主要部分是机械手的传动方式和手爪抓到的方式。
传动方式的选择是通过比较3种不同类型的传动方案后确定的，这3中方案分别是气动式、液压式和凸轮联动式，通过分析，发现不论是气动式还是液压式都要求较高的加工精度，缓冲系统复杂，而且成本很高，相比而言，凸轮联动式传动不仅结构简单，工艺精度要求低，而且成本非常低廉，综上所述，选择了凸轮联动式作为我的传动方式。
凸轮联动式驱动的最大特点就是它的2个凸轮，一个是弧面凸轮，另一个是平面凸轮，其中，平面凸轮是平面凸轮和锥齿轮的合体，当电动机通过锥齿轮传动，带动平面凸轮转动时，弧面凸轮也通过键和螺栓的连接一起运动。
这时，平面凸轮通过连杆，利用杠杆原理带动刀臂轴的上下移动，而弧面凸轮通过六沟珠管和刀臂轴上的花键，从而带动刀臂轴做旋转运动。
〖资料来源：毕业设计(论文)网〗
手臂的抓刀方式，是通过2个顶柱来完成的。
换刀的过程是这样的，机械手先旋转80°，
这时刀具和顶柱1接触，通过作用力，顶柱1回缩，刀具进入刀爪内，接下来手臂做垂直下降动作，顶柱2卡死顶柱1的位置，使顶柱1不能移动，保证了刀具在接下来的旋转中不会飞出，当手臂下降到规定位置的时候，手臂开始继续旋转180°，完成换刀，然后手臂做垂直向上运动，新刀和旧刀同时进入主轴和刀库的夹具里，这时，顶柱2回到原位，顶柱1恢复活动，最后，手臂反向旋转80°，刀具脱离手抓，完成换刀。
这种设计的特点是结构简单，换刀时间快，成本低，非常适合推广使用。
〖资料来源：毕业设计(论文)网〗
〖资料来源： 毕业设计(论文)网〗
目录22000字
摘要I
Abstract II
1 绪论 1
1.1国内外数控机床的的发展情况 1
1.1.1 加工中心发展简史 1
1.1.2 加工中心的主要优点 2
1.1.3 加工中心的发展趋势 3
1.2可编程控制器的特点 5
2换刀机械手的相关介绍7
2.1 数控技术的发展历程7 〖资料来源： 毕业设计(论文)网〗
2.2数控加工中心的基本功能7
2.3加工中心的组成部分8
2.3.1 刀库8
2.3.2 刀具交换装置（机械手）8
2.3.3 运刀装置9
2.3.4 刀具编码装置
目录22000字
摘要I
Abstract II
1 绪论 1
1.1国内外数控机床的的发展情况 1
1.1.1 加工中心发展简史 1
1.1.2 加工中心的主要优点 2
1.1.3 加工中心的发展趋势 3
1.2可编程控制器的特点 5
2换刀机械手的相关介绍7
2.1 数控技术的发展历程7 〖资料来源： 毕业设计(论文)网〗
2.2数控加工中心的基本功能7
2.3加工中心的组成部分8
2.3.1 刀库8
2.3.2 刀具交换装置（机械手）8
2.3.3 运刀装置9
2.3.4 刀具编码装置9
2.3.5刀具识别装置10
2.4刀库的驱动及定位10
2.5我国数控系统的发展概况11
2.6数控系统的发展趋势11
2.7 A TC装置的分类11
2.8 A TC装置的换刀速度比较13
2.9 分步双爪式A TC装置14
2.10自动换刀系统产品化的前景15
3 换刀机械手的总体方案设计16
3.1 设计任务16
3.2机械手的平稳性16
3.2.1、影响平稳性以定位精度的因素16
3.2.2 机械手的运动特性17
3.3机械手运动特性的分类18
3.4开关型机械手的速度及位置控制18 〖资料来源：毕业设计(论文)网5 6 D O C.C O M〗
3.5机械传动型机械手速度及位置控制19
3.6 机械手类型确定19
3.7 驱动系统和电控系统的选择19
3.7.1驱动系统的选择19
3.7.2电控系统的选择20
4 总体结构设计23
4.1 手爪部分设计23
4.2 机械手手臂的设计24
4.2.1臂部要防止偏重24
4.2.2加强臂部刚度25
4.2.3改进缓冲装置和提高配合精度25
4.2.4采取的措施：25
4.3机械手传动结构的设计27
5 换刀机械手的参数和计算30
5.1 手臂的弯曲变形30
5.2 连杆的强度计算32
5.3 驱动电动机的选择32
6 换刀过程35
结论39
参考文献40
致谢42 〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗
Proe(13)三维(4)机械手(14)自动换刀(1) 9。