数控镗铣加工中心自动换刀系统设计开题报告

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1、 毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告 题目：题目：数控镗铣加工中心数控镗铣加工中心 自动换刀机构自动换刀机构的设计的设计 1 1 毕业设计（论文）综述毕业设计（论文）综述 1.1 题目背景、研究意义 一个零件往往需要进行多工序的加工，而单功能的数控机床，只能完成单工序 的加工，如车、钻、铣等。因此，在制造一个零件的过程中，大量的时间用于更换刀 具、装卸零件、测量和搬运零件等非加工时间上，切削时间仅仅占整个工时中的较小 比例。为了缩短非切削时间，提高工作效率，我们便设计了带有自动换刀系统的加工 中心。 加工中心（Machining Center,MC）是适应省力、省时和节能的时

2、代要求而迅速 发展起来的自动换刀数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、 拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技 产品。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间， 减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床 3 倍4 倍，所以 说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最 高的综合性机床 1。 1.2 国内外相关研究情况 未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。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，我国的 加工

3、中心从 70 年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远不能适应我 国经济、技术发展的需要 2。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造业、机械加 工业的巨大发展，使得数控机床的使用越来越普遍，而加工中心更是以其高自动化程 度得到广泛应用。然而，目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主， 小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等 对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展，需进一步加强对加 工中心的研究、设计、制造和应用 3。 在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（Automatic Tool Changer,简 称 ATC

4、） ，而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工 中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难 搞好的部分 4。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，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，尤其机械手这部分更是如此。 目前常见的换刀机械手类型如下： （1）单臂单手式机械手 结构较简单，换刀各动作均需顺序进行，时间不能重 合，故换刀时间较长。 （2）双手式机械手 向刀库还回用完的刀具和选取新刀，

5、均可在主轴正在加工 时进行，故换刀时间可较短。 （3）双臂回转式机械手 这类机械手可以同时抓住和拔、插位于主轴和刀库里 的刀具。与单臂单手式机械手相比，可以缩短换刀时间。应用最广泛，形式也 较多。 （4）多手式机械手 使用者较少。 2 2 主要研究内容、拟采用的研究方案、研究方法或措施主要研究内容、拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.12.1 主要设计内容：主要设计内容： 缩短机械手换刀的时间、保持工作平稳、定位准确。从而提高生产效率。 2.22.2 研究方案研究方案： 2.2.1 手的驱动方式的选择 （1）液压驱动 通常拥有很大的抓举能力，特点是结构紧凑，动作平稳，耐冲击，耐振动，防爆 好

6、，但液压组件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。 （2）气动驱动 特点是电源方便，动作迅捷，结构简单，造价较低，维修方便。但是难以进行速 度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。 （3）电动驱动 电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力 较大，信号检测、传递、处理方便，并可采用多种灵活控制方案。由于电机速度较高， 通常必须采用减速机构，而且成本上也较其他两种驱动系统高。 由于本设计机构需要要求换刀时间短、工作平稳、定位准确，故选择液压驱动。 2.2.2 机械手的组成及运动 本课题研究采用的是双臂回转式机械手。这种机械手的拔刀、插刀动作，大都 由油缸动作来完成。手臂的回转动作，则通过活塞的运动带动齿轮齿条来实现。机械 手臂的不同回转角度， 是由活塞的可调行程来保证。 图 1 为该机械手手部结构示意图。 整个机械手主要由: 行程开关, 挡环,齿轮, 连接盘, 销子, 传动盘, 升降液压缸, 滑轴, 齿条,转位液压缸, 机械手组成。其工作原理为: 上、下两个液压缸分别驱动 两组齿轮齿条实现机械手的旋转运动; 为了保证上下