数控加工中心-换刀机械手设计论文_本科论文
换刀机器人机械系统的设计论文
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。
数控卧式镗铣床自动换刀机械手的结构设计
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
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。
加工中心换刀机械手设计论文定稿(不打印).doc
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。
自动换刀机械手的总功能设计论文
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。
加工中心自动换刀系统结构设计()毕业设计论文
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。
毕业设计论文-数控加工中心—换刀机械手设计论文
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。
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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。
1.2自动换刀装置简介1.2.1自动换刀装置自动换刀装置简称ATC是由刀库、机械手及相应的控制系统组成的。
具有钻、镗、铣功能的数控铣床，一般刀具都安装在机床的主轴上，工件安装在工作台上。
为了能使工序尽可能的集中，尽量节省辅助时间，于是在数控铣床上增加了自动换到装置便形成了加工中心。
作为加工中心的重要组成部分,其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间,以提高生产率、降低生产成本,进而提升机床乃至整个生产线的生产力。
所以ATC在加工中心中扮演着极重要的角色。
有机械手换刀，是数控加工中心普遍采用的一种方式，它的种类很多，主要原理均为靠机械手的手抓抓取刀具完成新旧刀具的交换工作，应为节省了换刀时间，提高了加工效率，所以备受亲赖。
1.2.2刀库的结构功能和运动原理刀库是存储刀具的装置，也是区别一般机床和数控机床最主要的区别，常见的刀库主要有以下几种形：转塔式刀库、盘式刀库、链式刀库。
图1.1 转塔式刀库（1）转塔式刀库，包括水平转塔头和垂直转塔头两种形式，所有刀具固定在同一转塔上，无换刀臂，储刀的数量非常有限，通常为6到8把车刀。
一般仅用于轻便而简单的机床，常见于车削中心和钻削中心等。
在钻削中心储刀位置即主轴，其外部结构紧凑并且内部构造复杂，精度要求较高。
（2）盘式刀库特点，刀具沿盘面垂直排列、沿盘面径向排列或成锐角排列的形式的刀库结构简单紧凑，应用较多，但刀具单环排列，空间利用率低。
若增加刀库容量必须使刀库的外径增大，那么转动惯量也相应增大，选刀运动时间长。
刀具数量一般不多于32把;刀具呈多环排列的刀库的空间利用率高，但必然使得取刀机构复杂，适用于机床空间受限制而刀库容量又较大的场合。
图1.2 盘式刀库图1.3 链式刀库（3）链式刀库包括单环链和多环链两种类型，链环形式可有多种变化特点，适用于刀库容量较大的场合，优点是刀库所占的空间小，可容纳的刀具较多，刀库的空间利用率很高。
一般适用于刀具数在30到120把。
可通过增加链条的长度就能增加可容纳刀具的数量，并且可以不增加圆周速度，其转动惯量相比盘式刀库增加的较小。
（4）格子式刀库装有刀套的格子架固定，其前面有抓刀器在上下、左右移动，根据指令把需用的刀具爪取到主轴换刀的位置上，换刀完毕后再把已用的刀具送回到原来所在的刀库的到套上，然后把下道工序将要用到的刀具送到换刀位置，如此往复换刀。
这种刀库的容量非常大，适合用于多用途的数控加工中心上。
（5）刀套准停措施机床的切削转矩是由主轴前端面上的端面键来传递的，每次机械手自动装取刀具时，必须保证刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求主轴具有准确的定位功能。
为满足主轴这一功能而设计的装置成为主轴准停装置或称为主轴定向装置。
1-数控系统2-强电时序电路3-主轴伺服单元4-主轴电动机5-同步齿形带6-位置控制电路7-主轴端面键8-主轴9-发磁体10-磁传感器11-放大器12-定向电路图1.4 主轴准停装置原理图本次设计采用的是电气式主轴准停装置，即用电磁传感器检测定向，主轴8的尾部安装有发磁体9，它随主轴转动，在距发磁体外缘14mm处，固定了一个磁传感器10，它经过放大器11与主轴伺服单元3连接。
主轴定向指令1发出后，主轴处于定向状态，当发磁体上的判别孔转到对准传感器上的基准槽时，主轴立即停止。
5为电动机与主轴之间的同步齿形带，4为主轴电动机，2为强电时序电路，7为主轴端面键，6是位置控制回路，12是定向电路。
1.3机械手的概述1.3.1机械手的驱动方式在工业生产的过程中，由于工作环境的限制，导致人们无法完成某些工作或者仅能勉强完成工作，但是延长了生产时间，提高了生产成本和劳动成本，为了解决这些问题机械手就应运而生了，机械手的工作效率高，而且不受体能的限制，非常方便。
机械手是一种能够模拟人的手臂的部分动作，按照预定设定的程序、轨迹以及其它要求，实现抓取、搬运等工作的自动化装置。
按驱动驱动方式的动力源，机械手可分为：液压式：其驱动系统由液压机、伺服阀、油泵、邮箱等组成。
常见的方案是机械手装在套筒上，活塞杆固定，缸套同套筒一起移动，油缸左右腔进油完成动作。
机械手的回转既可以采用回转油缸，也可以采用直线运动油缸通过齿轮齿条带动来完成。
凸轮联动式：机械凸轮联动驱动的自动换刀装置，插、拔刀动作通常由凸轮驱动摆杆来完成。
回转动作常通过弧面分度凸轮或平行分度凸轮，带动滚子盘直接驱动机械手，或再通过一对齿轮驱动机械手旋转。
1.3.2机械手手爪的结构特点按机械手的手抓类型分类，主要分为以下几种类型：单臂机械手：单手式（a）、双手式（b）、双臂机械手（c）、带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手。
图1.5 机械手单臂机械手单手式：一个换刀臂且仅一端有一个抓刀手，只做往复直线运动，特点：所有动作均由单手完成，执行动作多，换刀时间长，但由于结构简单，并且把刀和传递刀具都是直线运动，因而无回转运动所产生的离心力，所以机械手的手抓部分设计较为简便。
刀库刀座主轴与主轴轴线平行或垂直的情况均适用。
单臂机械手双手式：一个换刀臂两端各有一个抓刀手，只做往复直线运动，特点：机械手同时抓取主轴和刀库上的刀具，然后同时拔出两把车刀，下降到一定高度后回转180度，再上升到起始高度将两把刀具同时放回刀库的刀套内和装入主轴的夹紧装置内，换刀时间短，较为常用，多用于刀库换刀位置的刀座与主轴轴线平行的场合。
双臂机械手：两个机械手臂，每个手臂端部都有一个抓刀手，特点：其抓刀和换刀动作类似于人手动作，一个机械手完成将主轴上的刀具拔出并且放回刀库的动作，另一只机械手完成从刀库的刀套上去刀安装到主轴的夹紧装置上的动作，除执行换刀动作外有些还可以起运输刀具的作用。
这种机械手结构较复杂，但换刀时间短。
如图1.6所示，送刀臂将刀具从刀库的刀套上取出送到摆刀站，由摆刀站将刀具送到换刀位置，最后由换刀臂进行换刀。
特点：结构更复杂，各个部分的配合精度要求较高，换刀动作多，但是由于各部分在空间巧妙配置和组合，更具变化性，所以一般换刀时间较短。
适用于刀库距离主轴较远的场合。
A-为送刀臂B-为摆刀站C-为换刀臂D-为刀库E-为主轴。
图1.6 带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手夹爪机构是换刀机械手的重要部件，它是靠夹紧力来握住刀具的。
目前，径向夹紧刀杆画柱外表面的夹爪机构得到普遍使用，而轴向夹紧刀杆法兰盘的夹爪机构使用较少。
在钳类夹爪中刀具的紧固是依靠钳口夹紧时所产生的摩擦力，在包容卡类夹爪中是依靠固定装置。
图1.7中的手爪是钳类夹爪的一个例子。
搭板用轴安装在套上，套和液压缸或气缸活塞杆起能沿夹爪轴向移动。
每块搭板的另一端和杠杆铰接。
在杠杆的前部安装有梯形的可交换夹紧钳口，它用形的环状槽夹紧刀具刀杆。
杠杆的摆动轴固定在壳体上。
当活塞杆向前运动时刀具被松开，而当活塞杆在弹簧作用下向后运动时刀具被夹紧。
端面键用来传递从机床主轴到刀具的扭矩。
为了使钳口能从和主轴一起旋转的刀杆上通过，端面键应该被切开。
1-套2-搭板3 -杠杆4 -可交换夹紧钳口5- 刀杆6 -摆动轴7 -壳体8 -弹簧9 -键图1.7 钳类央爪机构1 -卡钳2 -刀杆3- 固定器4 -杆5 -弹簧6 -旋转手臂7-杠杆图1.8 包容卡类夹爪机构上图1.8是带固定装置的包容卡类夹爪的结构。
具有V形环状槽的卡钳用螺栓固定在换刀机械手旋转手臂上。
具有同样截面形状的固定器安装在杠杆上，杠杆能相对于手臂旋转。
夹紧时，在弹簧作用下，经过杆，使固定器夹紧刀杆。
当手臂移近主轴端面或刀库时，杆被压入手臂移动机构活动支架的专门槽，固定器放松刀杆。
2 机械手的设计方案2.1 机械手的工作原理2.1.1机械手的换刀过程机械手的换刀过程就是将主轴头上用过的刀具和刀库的刀套上待用的刀具拔出完成交换，然后将主轴头上用过的刀具放入刀库和将刀库内待用的刀具放到主轴头上进行机械加工，其机械手的结构如图2.1所示。
换刀机械手的主要过程如下:（1）刀具向下转90度变成与主轴同方向（2）机械手在水平面内由机床正面的操作者向主轴逆时针转75度分别抓住代换刀具和主轴上已用过的刀具（3）机械手向下拔刀（4）机械手旋转180度（5）机械手向上放刀（6）机械手顺时针转75度复原（7）刀库下方的已用过刀具向上转90度回到刀库图2.1机械手的结构2.1.2机械手的运动对应上述的换刀过程，每步的机械手的运动如下：（1）刀具向下转90度变成与主轴同方向当刀库中的汽缸上端通入压缩空气时，活塞杆向下运动，带动拨叉刀套向下翻转90度，从而使刀具轴线和主轴轴线平行。
此时机械手的手臂中心线与主轴中心到刀库刀具中心额连线成75度。