畢業(yè)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　論文題目： 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì) </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　90年代以來(lái)，數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及及發(fā)展，高速加工中心作為新

2、時(shí)代數(shù)控機(jī)床的代表，已在機(jī)床領(lǐng)域廣泛使用。</p><p>　　加工中心是一種備有刀庫(kù)并能自動(dòng)換刀對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。它是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求發(fā)展起來(lái)的，它綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測(cè)量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和應(yīng)用編程技術(shù)為一身的高科技產(chǎn)品。而刀庫(kù)是一臺(tái)加工中心關(guān)鍵的、必不可少的組成部分，刀庫(kù)的功能是儲(chǔ)存加工工序所需的各種刀具，并按程序

3、T指令，把將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換刀位置，并接受從主軸送來(lái)的已用刀具。刀庫(kù)的儲(chǔ)存量一般在8～64把范圍內(nèi)，多的可達(dá)100～200把。加工中心刀庫(kù)的形式很多，結(jié)構(gòu)也各不相同，最常用的有圓盤(pán)式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)和格子盒式刀庫(kù)。</p><p>　　盤(pán)形刀庫(kù)為最常用的一種形式，每一刀座均可存放一把刀具。盤(pán)形刀庫(kù)的儲(chǔ)存量一般為15～40把。盤(pán)形刀庫(kù)的種類(lèi)甚多，刀庫(kù)的刀具軸線可以按不同的方向配置。單盤(pán)式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，取刀也較

4、方便，因此應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)。以加工中心為對(duì)象，通過(guò)分析加工中心的整體結(jié)構(gòu)和自動(dòng)換刀系統(tǒng)的特點(diǎn)、應(yīng)用條件、設(shè)計(jì)要求等，并結(jié)合在數(shù)控機(jī)床上對(duì)刀庫(kù)和換刀機(jī)械手的需要，能在數(shù)控程序的控制下靈活的實(shí)現(xiàn)換刀過(guò)程。設(shè)計(jì)的刀庫(kù)為盤(pán)式刀庫(kù)，驅(qū)動(dòng)裝置采用電機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)的換刀機(jī)械手為回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手，手指采用彈簧銷(xiāo)壓緊式，驅(qū)動(dòng)裝置采用液壓雙作用缸。結(jié)合工廠實(shí)際，該自動(dòng)

5、換刀系統(tǒng)在數(shù)控的控制下能靈活的完成換刀程序，節(jié)省了時(shí)間、提高了效率、安全可靠。</p><p>　　關(guān)鍵詞：加工中心，盤(pán)形刀庫(kù)，數(shù)控</p><p><b>　　、</b></p><p><b>　　、、</b></p><p><b>　　目 錄</b></p&

6、gt;<p><b>　　1概述8</b></p><p>　　1.1數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀8</p><p>　　1.1.1國(guó)際數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r8</p><p>　　1.1.2國(guó)內(nèi)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r9</p><p>　　1.1.3數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)11</p><p>

7、　　1.2加工中心12</p><p>　　1.2.1加工中心的組成12</p><p>　　1.2.2加工中心的特點(diǎn)13</p><p>　　1.2.3加工中心的分類(lèi)15</p><p>　　1.2.4加工中心的發(fā)展方向17</p><p>　　2加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)方案確定19</p>&

8、lt;p>　　2.1加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)概述19</p><p>　　2.2自動(dòng)換刀系統(tǒng)方案確定19</p><p>　　2.2.1刀庫(kù)方案的確定19</p><p>　　2.2.2換刀機(jī)械手方案的確定23</p><p><b>　　3刀庫(kù)的設(shè)計(jì)28</b></p><p>　　

9、3.1刀庫(kù)容量的確定28</p><p>　　3.2刀庫(kù)的轉(zhuǎn)位28</p><p>　　3.3刀庫(kù)的夾刀機(jī)構(gòu)30</p><p>　　4換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.1機(jī)械手的各種運(yùn)動(dòng)的分析31</p><p>　　4.1.1手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)31</p><p>　　4

10、.1.2手爪的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)32</p><p>　　4.1.3回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)33</p><p>　　4.1.4直線運(yùn)動(dòng)33</p><p>　　4.2設(shè)計(jì)計(jì)算34</p><p>　　4.2.1手爪夾緊力的計(jì)算34</p><p>　　4.2.2齒輪的設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.2.3

11、軸的設(shè)計(jì)37</p><p><b>　　5運(yùn)動(dòng)仿真41</b></p><p><b>　　6結(jié)論44</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　致謝46</b></p><p&g

12、t;<b>　　1 概述</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、智能化和集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。</p><p>　　機(jī)床是發(fā)展機(jī)械制造業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)必不可少的復(fù)雜生產(chǎn)工具，既是生產(chǎn)要素，又是重要的商品。而數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化現(xiàn)代機(jī)床

13、，對(duì)復(fù)雜件、難削件的加工起到重要作用，又特別適合于中小批多品種柔性生產(chǎn)。在大批大量生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)之后，必須要努力發(fā)展中小批多品種柔性生產(chǎn)自動(dòng)化，以適應(yīng)社會(huì)產(chǎn)品多樣化的需求?！　?shù)控機(jī)床的發(fā)展在很大程度上取決于數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平，而數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及其技術(shù)基礎(chǔ)離不開(kāi)微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)及其軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)趨于一致化，而控制系統(tǒng)軟件的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇。</p><p>　　1.1數(shù)

14、控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1國(guó)際數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　隨著商品市場(chǎng)的國(guó)際化，各國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的聯(lián)系越來(lái)越緊密，相互之間的影響也越來(lái)越大。下面列舉德國(guó)、日本、和韓國(guó)等三個(gè)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床發(fā)展?fàn)顩r，從中可一窺國(guó)際數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r。</p><p><b>　　德國(guó)：創(chuàng)歷史新高</b></p><

15、;p>　　2006年，德國(guó)機(jī)床業(yè)界的生產(chǎn)與服務(wù)總值高達(dá)108億歐元，增長(zhǎng)4%。在出口方面，截至2006年，德國(guó)機(jī)床制造業(yè)已連續(xù)4年取得上好成績(jī)，僅2006年前9月的出口增幅便高達(dá)13%。來(lái)自中國(guó)市場(chǎng)的需求超過(guò)了美國(guó)市場(chǎng)，再度成為德國(guó)機(jī)床出口的最大海外市場(chǎng)。 與此同時(shí)，德國(guó)對(duì)韓國(guó)與印度的機(jī)床出口也有出色表現(xiàn)。這標(biāo)志著亞洲市場(chǎng)的繁榮及其各個(gè)行業(yè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提高。日本用戶也在增加對(duì)德國(guó)機(jī)床與技術(shù)的訂購(gòu)，2006年日本首次躍居德國(guó)15大出口

16、市場(chǎng)之一。</p><p>　　進(jìn)口方面，亞洲的機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)正不斷提升技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，著力強(qiáng)化其在德國(guó)市場(chǎng)中的地位。2006年前3個(gè)季度，德國(guó)的機(jī)床進(jìn)口增長(zhǎng)率高達(dá)15%，主要增量來(lái)自中國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣與日本。 2007年該國(guó)機(jī)床生產(chǎn)與服務(wù)總值還將繼續(xù)攀升，達(dá)115億歐元。如此一來(lái)，德國(guó)機(jī)床制造業(yè)將取得歷史以來(lái)的最好成績(jī)，并有望打破行業(yè)在2001年所創(chuàng)下的最高記錄。</p><p>　　日本：細(xì)

17、水長(zhǎng)流式的景氣復(fù)蘇</p><p>　　截至2006年年底，日本機(jī)床業(yè)已連續(xù)32個(gè)月每月訂貨額超過(guò)1000億日元，超過(guò)了上世紀(jì)90年最高峰時(shí)連續(xù)22個(gè)月訂貨額超過(guò)1000億日元的記錄。其他的統(tǒng)計(jì)數(shù)字為:2006年機(jī)床工業(yè)生產(chǎn)總值達(dá)1兆2110億日元，與訂貨額基本呈現(xiàn)同樣的發(fā)展趨勢(shì)，出口額9255億日元，同比增長(zhǎng)14%，進(jìn)口額1356億日元，同比增長(zhǎng)26%。 回顧以2002年為谷底的本次恢復(fù)期的機(jī)床工業(yè)訂貨額情況，

18、2002年為6758億日元，同比增長(zhǎng)14.3%;2003年為8511億日元，同比增長(zhǎng)25.9%;2004年為1兆2362億日元，同比增長(zhǎng)45.2%;2005年為1兆3632億日元，同比增長(zhǎng)10.3%;2006年的訂貨額遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)初的預(yù)測(cè)值1兆1200億日元，達(dá)到1兆4370億日元，同比增長(zhǎng)54%，創(chuàng)造了16年來(lái)的歷史新高，繼續(xù)著細(xì)水長(zhǎng)流式的景氣復(fù)蘇。</p><p>　　韓國(guó)：出口良好，內(nèi)需萎縮</p&g

19、t;<p>　　2006年韓國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值達(dá)到41.4億美元，估計(jì)比前年增長(zhǎng)了18%。按階段可分為：上半年良好、下半年停滯，表現(xiàn)為出口良好、內(nèi)需萎縮的景象。 按照不同行業(yè)需求形態(tài)來(lái)看，以中小企業(yè)為主的鑄造模具行業(yè)的需求，由于內(nèi)需的不景氣呈現(xiàn)出了全面的萎縮，而電氣電子行業(yè)沒(méi)能追加大量的投資，比前年有所減少。然而對(duì)業(yè)績(jī)輝煌的造船業(yè)來(lái)講，需求十分活躍，對(duì)大型機(jī)械的需求大大增加。汽車(chē)行業(yè)雖然因受到現(xiàn)代汽車(chē)公司的罷工影響多少有所

20、萎縮，但通過(guò)汽車(chē)廠商的海外拓展及GM大宇、雷諾三星的投資相對(duì)擴(kuò)大，基本保持了前年的水平。</p><p>　　1.1.2國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)提供裝備和手段，具有無(wú)限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。目

21、前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始起步，仍處于發(fā)展階段。</p><p>　　“十五”期間，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺(tái)，2002年24803臺(tái)，2003年36813臺(tái)，2004年51861臺(tái)，2004年產(chǎn)量是2000年的3.7倍，平均年增長(zhǎng)39％；2005年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量59639臺(tái)，接近6萬(wàn)臺(tái)大關(guān)，是“九五”末期的4.2

22、4倍?！笆濉逼陂g，中國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場(chǎng)需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車(chē)和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長(zhǎng)速度加快所致。</p><p>　　2006年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到85756臺(tái)，同比增長(zhǎng)32.8%，增幅高于金切機(jī)床產(chǎn)量增幅18.4個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到37.8%，同比增加2.3個(gè)百分點(diǎn)。此外，數(shù)控機(jī)床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績(jī)驕人，全年實(shí)現(xiàn)出口額3.34億美元，同

23、比增長(zhǎng)63.14%，高于全部金屬加工機(jī)床出口額增幅18.58個(gè)百分點(diǎn)。</p><p>　　2007年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)123,257臺(tái)，數(shù)控金屬成形機(jī)床產(chǎn)量達(dá)3,011臺(tái)；國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約50萬(wàn)臺(tái)，進(jìn)口約20萬(wàn)臺(tái)。</p><p>　　2008年10月，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)105,780臺(tái)，比2007年同比增長(zhǎng)2.96％。</p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)

24、產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國(guó)家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國(guó)內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比落后了5—10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10—15年。同時(shí)中國(guó)在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒(méi)有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國(guó)的數(shù)

25、控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)能力和經(jīng)營(yíng)管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　國(guó)外公司在中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)銷(xiāo)量中的80％以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時(shí)，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，

26、提高中國(guó)的自主設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國(guó)產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國(guó)高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。</p><p>　　“十一五”期間，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機(jī)遇，根據(jù)中國(guó)數(shù)控車(chē)床1996—2005年消費(fèi)數(shù)量，通過(guò)模型擬合，預(yù)計(jì)2009年數(shù)控車(chē)床銷(xiāo)售數(shù)量將達(dá)8.9萬(wàn)臺(tái)，年均增長(zhǎng)率為16.5%。根據(jù)中國(guó)加工中心1996—2005年消費(fèi)增長(zhǎng)模型，預(yù)計(jì)2009年加工中心消

27、費(fèi)數(shù)量將達(dá)2.8萬(wàn)臺(tái)，較2005年年均增長(zhǎng)率為17.8%。</p><p>　　1.1.3數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，近幾年來(lái)，在實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績(jī)。主要表現(xiàn)在：</p><p>　　1、機(jī)床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展</p><p>　　隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步，復(fù)合

28、加工技術(shù)日趨成熟，包括銑—車(chē)復(fù)合、車(chē)銑復(fù)合、車(chē)—鏜—鉆—齒輪加工等復(fù)合，車(chē)磨復(fù)合，成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等，復(fù)合加工的精度和效率大大提高?！耙慌_(tái)機(jī)床就是一個(gè)加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢(shì)。 </p><p>　　2、智能化技術(shù)有新突破</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自

29、動(dòng)調(diào)整干涉防碰撞功能、斷電后工件自動(dòng)退出安全區(qū)斷電保護(hù)功能、加工零件檢測(cè)和自動(dòng)補(bǔ)償學(xué)習(xí)功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過(guò)程自動(dòng)消除機(jī)床震動(dòng)等功能進(jìn)入了實(shí)用化階段，智能化提升了機(jī)床的功能和品質(zhì)。 </p><p>　　3、機(jī)器人使柔性化組合效率更高</p><p>　　機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、功能進(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。機(jī)器人與加

30、工中心、車(chē)銑復(fù)合機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床、工具磨床、電加工機(jī)床、鋸床、沖壓機(jī)床、激光加工機(jī)床、水切割機(jī)床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用。</p><p>　　4、精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展</p><p>　　數(shù)控金切機(jī)床的加工精度已從原來(lái)的絲級(jí)（0.01mm）提升到目前的微米級(jí)（0.001mm），有些品種已達(dá)到0.05μm左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定

31、達(dá)到0.05μm左右，形狀精度可達(dá)0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(jí)（0.001μm）。通過(guò)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、機(jī)床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動(dòng)等動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù)，提高機(jī)床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)代。 </p><p>　　5、功能部件性能不斷提高</p><p>　　功能部

32、件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置，高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機(jī)、直線電機(jī)，高性能的直線滾動(dòng)組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用，極大的提高數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平。</p><p><b>　　1.2加工中心</b></p><p>　　加工中心是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上加上刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置或多個(gè)工作臺(tái)，集數(shù)控銑床

33、、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能于一身的一種由計(jì)算機(jī)來(lái)控制的高效、高自動(dòng)化的機(jī)床。工件在一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工的需要，自動(dòng)選擇和更換刀具，根據(jù)粗精加工的不同要求自動(dòng)改變機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和其他輔助功能，一次完成多工序的加工。減少了工件的裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等時(shí)間，使機(jī)床的切削時(shí)間達(dá)到機(jī)床開(kāi)動(dòng)時(shí)間的80%左右（普通機(jī)床僅為15%～20%）；同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明

34、顯的經(jīng)濟(jì)效益。加工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。</p><p>　　1.2.1加工中心的組成</p><p>　　加工中心自問(wèn)世至今已有三十多年，世界各國(guó)出現(xiàn)了各種類(lèi)型的加工中心，雖然外形結(jié)構(gòu)各異，但從總體來(lái)看主要由以下幾大部分組成。</p><p><b>　　1.基礎(chǔ)部件</b></p>

35、<p>　　基礎(chǔ)部件由床身、立柱和工作臺(tái)等組成，它是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，主要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)產(chǎn)生的切削負(fù)載，因此必須要有足夠的剛度。這些大件可以是鑄鐵件，也可以是焊接而成的鋼結(jié)構(gòu)件，它們是加工中心體積和質(zhì)量最大的部件。</p><p><b>　　2.主軸部件</b></p><p>　　主軸部件由主軸箱、主軸電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸軸承等零件

36、組成。主軸的啟、停和變速等動(dòng)作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并且通過(guò)裝在主軸上的刀具參與切削運(yùn)動(dòng)，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣對(duì)加工中心的性能有很大影響。</p><p><b>　　3.伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)主要是進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，其作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，其性能是決定機(jī)床的加工精度、表面精度、

37、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。加工中心普遍采用半閉環(huán)、閉環(huán)和開(kāi)環(huán)三種控制方式。</p><p>　　4.數(shù)控系統(tǒng)（CNC）</p><p>　　加工中心的數(shù)控部分是由CNC裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置以及操作面板等組成。它是執(zhí)行順序控制動(dòng)作和完成加工過(guò)程的控制中心。</p><p>　　5.自動(dòng)換刀系統(tǒng)（ATC）</p><p>　　

38、自動(dòng)換刀系統(tǒng)是由刀庫(kù)、機(jī)械手等部件組成。當(dāng)需要換刀時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由機(jī)械手（或通過(guò)其他方式）將刀具從刀庫(kù)內(nèi)取出裝入主軸孔中。</p><p><b>　　6.輔助裝置</b></p><p>　　輔助裝置包括潤(rùn)滑、冷卻、排屑、防護(hù)、液壓、氣動(dòng)和檢測(cè)系統(tǒng)等部分。這些裝置雖然不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用，因此也是加工中心不

39、可缺少的部分。</p><p>　　1.2.2加工中心的特點(diǎn)</p><p><b>　　1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</b></p><p>　　（1） 機(jī)床的剛度高、抗振性好。為了滿足加工中心高自動(dòng)化、高速度、高精度、高可靠性的要求，加工中心的靜剛度、動(dòng)剛度和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的阻尼比都高于普通機(jī)床。</p><p>　?。?）機(jī)床的傳動(dòng)

40、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳遞精度高，速度快。加工中心傳動(dòng)裝置主要有三種，即滾珠絲杠副；靜壓蝸桿——蝸輪條；預(yù)加載荷雙齒輪——齒條。它們由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，省去齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳遞精度高，速度快。一般速度可達(dá)15m/min，最高可達(dá)100m/min。</p><p>　?。?） 主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)齒輪箱變速系統(tǒng)（特殊的也只保留1～2級(jí)齒輪傳動(dòng)）。主軸功率大，調(diào)速范圍寬，并可無(wú)級(jí)調(diào)速。目前加工中心95%以上的主軸傳動(dòng)都采用交流

41、伺服系統(tǒng)，速度可從（10～2000）r/min無(wú)級(jí)變速。</p><p>　?。?） 加工中心的導(dǎo)軌都采用了耐磨損材料和新的結(jié)構(gòu)，能長(zhǎng)期地保持導(dǎo)軌的精度，在高速切削下，保證運(yùn)動(dòng)部件不振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)保證不爬行及運(yùn)動(dòng)中的高靈敏度。</p><p>　?。?） 設(shè)置有刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)。具有儲(chǔ)存加工所需刀具的刀庫(kù)，它用于儲(chǔ)存刀具并根據(jù)要求將各工序所用的刀具運(yùn)送到取刀位置；具有自動(dòng)裝卸刀具的機(jī)械手。

42、這是加工中心與數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床的主要區(qū)別，使加工中心的功能和自動(dòng)化加工的能力更強(qiáng)了。加工中心的刀庫(kù)容量少的有幾把，多的達(dá)幾百把。這些刀具通過(guò)換刀機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)用和更換，也可以通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)刀具壽命進(jìn)行管理。</p><p>　?。?） 具有主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)、刀桿自動(dòng)夾緊松開(kāi)機(jī)構(gòu)和刀柄切屑自動(dòng)清理裝置。這是加工中心機(jī)床主軸部件中三個(gè)主要組成部分，也是加工中心機(jī)床能夠順利地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀所需具備的結(jié)構(gòu)保證。此外，還具有自動(dòng)排

43、屑、自動(dòng)潤(rùn)滑、自動(dòng)報(bào)警和工作臺(tái)自動(dòng)交換的系統(tǒng)等。</p><p><b>　　2.加工特點(diǎn)</b></p><p>　　（1） 全封閉防護(hù)，加工精度高。加工中心同其他數(shù)控機(jī)床一樣具有加工精度高的特點(diǎn)，而且加工中心由于加工工序集中，避免了長(zhǎng)工藝流程，減少了人為干擾，故加工精度更高，加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。</p><p>　?。?）能自動(dòng)進(jìn)行刀具更換，

44、加工生產(chǎn)率高。零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間兩部分。加工中心帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置，在一臺(tái)機(jī)床上能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測(cè)量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間，減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率（切削時(shí)間和開(kāi)動(dòng)時(shí)間之比）高于普通機(jī)床3～4倍，達(dá)80%以上。</p><p>　　（3） 工序集中，加工連續(xù)進(jìn)行。加工中心備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工，使得工件在一次裝夾

45、后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡以及其他輔助功能，現(xiàn)代加工中心更大程度地使工件在一次裝夾后實(shí)現(xiàn)更多表面、多特征、多工位的連續(xù)、高效、高精度加工，即工序集中。這是加工中心最突出的特點(diǎn)。</p><p>　?。?）加工中心能自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助機(jī)能。</p><p>　?。?）操作者的

46、勞動(dòng)強(qiáng)度減輕。加工中心對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的，操作者除了操作鍵盤(pán)、裝卸零件、進(jìn)行關(guān)鍵工序的中間測(cè)量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行之外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度和緊張程度均可大為減輕，勞動(dòng)條件也得到很大的改善。</p><p>　?。?）功能強(qiáng)大，趨向復(fù)合加工，對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)。加工中心生產(chǎn)的柔性不僅體現(xiàn)在對(duì)特殊要求的快速反應(yīng)上，而且能快速實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。</p>

47、;<p>　　（7）經(jīng)濟(jì)效益高，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。使用加工中心加工零件時(shí)，分?jǐn)傇诿總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)用是較昂貴的，但在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，可以節(jié)省許多其他方面的費(fèi)用，因此能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。并且用加工中心加工零件，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算零件的加工工時(shí)，并有效地簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)和工裝夾具、半成品的管理工作。這些特點(diǎn)有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。</p><p>　　由于加工中心具有上述機(jī)能，因而可以大大減少工

48、件裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整時(shí)間，減少工件的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，使機(jī)床的切削時(shí)間利用率高于普通機(jī)床3～4倍，大大提高了生產(chǎn)率，尤其是在加工形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、品種更換頻繁的工件時(shí)，更具有良好的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　1.2.3加工中心的分類(lèi)</p><p>　　1.按加工的范圍分類(lèi)</p><p>　　按加工的范圍可分為：車(chē)削加工中心、鉆削加工中心、鏜銑加

49、工中心、磨削加工中心、電火花加工中心等。一般鏜銑類(lèi)加工中心簡(jiǎn)稱加工中心。</p><p>　　2.按加工中心布局方式分類(lèi)</p><p>　　按加工中心布局方式分類(lèi)有以下4種。</p><p>　?。?）臥式加工中心。臥式加工中心是指主軸軸線為水平狀態(tài)設(shè)置的加工中心，通常都帶有可進(jìn)行分度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的正方形分度工作臺(tái)。臥式加工中心一般具有3～5個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，常見(jiàn)的是3個(gè)

50、直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)（沿X,Y,Z軸方向）加一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)（回轉(zhuǎn)工作臺(tái)），它能夠使工件在一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余4個(gè)面的加工，最適合箱體類(lèi)零件的加工。</p><p>　　臥式加工中心的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，重量大，價(jià)格也比較高。</p><p>　?。?）立式加工中心。立式加工中心是指主軸軸線為垂直狀態(tài)設(shè)置的加工中心，其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺(tái)為長(zhǎng)方形，無(wú)分度回轉(zhuǎn)功能，適合

51、加工盤(pán)類(lèi)零件，具有3個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)（沿X,Y,Z軸方向），如在工作臺(tái)上安裝一個(gè)水平軸的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)，可用來(lái)加工螺旋線類(lèi)零件。</p><p>　　與臥式加工中心相比較，立式加工中心的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、價(jià)格低。</p><p>　　（3）龍門(mén)式加工中心。龍門(mén)式加工中心形狀與龍門(mén)銑床相似，主軸多為垂直設(shè)置。帶有自動(dòng)換刀裝置及可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的軟件功能也比較齊全，能夠一機(jī)多用。龍門(mén)

52、型布局具有結(jié)構(gòu)剛性好，容易實(shí)現(xiàn)熱對(duì)稱性設(shè)計(jì),尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，如航天工業(yè)及大型汽輪機(jī)上的某些零件的加工。</p><p>　　(4)萬(wàn)能加工中心（復(fù)合加工中心）。具有立式和臥式加工中心的功能，工件一次裝夾后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面（5個(gè)面）的加工，也稱五面加工中心。常見(jiàn)的五面加工中心有兩種形式，一種是主軸可實(shí)現(xiàn)立、臥轉(zhuǎn)換；另一種是主軸不改變方向，工作臺(tái)帶著工件旋轉(zhuǎn)90°完成對(duì)工件5

53、個(gè)表面的加工。</p><p>　　由于五面加工中心結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、造價(jià)高，因此它的使用和生產(chǎn)在數(shù)量上遠(yuǎn)不如其他類(lèi)型的加工中心。</p><p><b>　　3.按換刀形式分類(lèi)</b></p><p>　　按換刀形式分類(lèi)有以下2種。</p><p>　?。?）帶刀庫(kù)機(jī)械手的加工中心。加工中心的換刀裝置（ATC）是由

54、刀庫(kù)和機(jī)械手組成的，機(jī)械手完成換刀工作。這是加工中心最普遍的形式。</p><p>　?。?）無(wú)機(jī)械手的加工中心。加工中心的換刀是通過(guò)刀庫(kù)和主軸箱的配合動(dòng)作來(lái)完成的，刀庫(kù)中刀具存放的位置方向與主軸裝刀方向一致。換刀時(shí)，主軸運(yùn)動(dòng)到刀位上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀具，多采用40號(hào)以下刀柄的小型加工中心。</p><p><b>　　4.按數(shù)控系統(tǒng)分類(lèi)</b><

55、;/p><p>　　按數(shù)控系統(tǒng)分類(lèi)，有2坐標(biāo)加工中心、3坐標(biāo)加工中心和多坐標(biāo)加工中心；有半閉環(huán)加工中心和全閉環(huán)加工中心。</p><p>　　1.2.4加工中心的發(fā)展方向</p><p>　　加工中心目前發(fā)展的方向主要有高速化、進(jìn)一步提高精度和功能完善等方向。</p><p><b>　　1.高速化</b></p>

56、;<p>　　加工中心的高速化，主要是指主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、自動(dòng)換刀和自動(dòng)交換工作的高速化。</p><p><b>　　2.進(jìn)一步提高精度</b></p><p>　　使工件加工精度逐漸接近坐標(biāo)鏜床。</p><p><b>　　3．功能越來(lái)越完善</b></p><p>　　加工中

57、心功能的完善首先表現(xiàn)在愈來(lái)愈完善的自診斷功能。為了盡可能減少加工中的故障，現(xiàn)代加工中心大多配備完善的自診斷功能。例如，位置檢測(cè)傳感器、刀具破損檢測(cè)裝置、切削異常檢測(cè)功能、適應(yīng)控制功能、備用刀具選擇功能、溫度傳感器、聲傳感器和電流傳感器等。這些功能和傳感器，使機(jī)床具有一定的人工智能。</p><p><b>　　4.控制智能化</b></p><p>　?。?）加工過(guò)程

58、自適應(yīng)控制技術(shù)。</p><p>　?。?）加工參數(shù)智能化與選擇。</p><p>　?。?）智能故障自診斷和自修復(fù)技術(shù)。</p><p><b>　　5.體系開(kāi)放化</b></p><p>　　（1）向未來(lái)技術(shù)開(kāi)放。</p><p>　?。?）向用戶特殊要求開(kāi)放。</p><

59、p>　?。?）數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的建立。</p><p><b>　　6.驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化</b></p><p>　　7.極端化（大型化和微型化）</p><p><b>　　8.信息交互網(wǎng)絡(luò)化</b></p><p>　　9.新型功能部件的研制</p><p><b>　

60、　10.高可靠性</b></p><p>　　11.加工過(guò)程的綠色化</p><p>　　12.多媒體技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　2 加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)方案確定</p><p>　　2.1加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)概述</p><p>　　加工中心要完成對(duì)工件的多工序加工，必須要在加工過(guò)程中自動(dòng)更換刀具，為

61、完成這項(xiàng)工作而設(shè)置的儲(chǔ)存及更換刀具的系統(tǒng)統(tǒng)稱為自動(dòng)換刀系統(tǒng)。自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的刀庫(kù)，換刀的可靠性，即換刀速度直接影響到加工中心的工作效率。</p><p>　　利用刀庫(kù)換刀，是目前加工中心中大量使用的換刀方式。由于有了刀庫(kù)，機(jī)床只要一個(gè)固定主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度。獨(dú)立的刀庫(kù)大大增加了刀具的儲(chǔ)存數(shù)量，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，并能較好地減少各種影響加工精度的干擾。</p><p>　　2

62、.2自動(dòng)換刀系統(tǒng)方案確定</p><p>　　2.2.1刀庫(kù)方案的確定</p><p>　　刀庫(kù)式換刀裝置有一個(gè)存儲(chǔ)刀具的刀庫(kù)，機(jī)床只需一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的刀具主軸（鉆，膛，銑類(lèi)機(jī)床）或刀架（車(chē)床類(lèi)機(jī)床）。當(dāng)需要某一刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，將該刀具自動(dòng)地從刀庫(kù)轉(zhuǎn)置至機(jī)床主軸或刀架中；在切削完畢后，又將用過(guò)的刀具自動(dòng)的從機(jī)床主軸或刀架移回刀庫(kù)中。由于在換刀過(guò)程中刀具需要在多個(gè)部件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，

63、所以各部件的動(dòng)作必需準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。</p><p>　　刀庫(kù)中刀具的數(shù)目可根據(jù)工藝要求與機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局而定，數(shù)量可較多。刀庫(kù)的儲(chǔ)存量一般在8～64把范圍內(nèi)，多的可達(dá)10～200把。</p><p>　　刀庫(kù)可布置在遠(yuǎn)離加工區(qū)的地方，從而消除了它與工件發(fā)生干涉的可能性。</p><p>　　刀庫(kù)不承受切削加工的作用力，它的工作條件比較好。</p><p

64、>　　機(jī)床的主軸或刀架的尺寸不象刀塔那樣的受限制，這樣就有可能提高主軸或刀架的剛度。從而有利于提高機(jī)床的加工精度。</p><p>　　采用這種自動(dòng)換刀方式的刀具主軸或刀架，需要自動(dòng)夾緊、放松刀具的機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)傳力機(jī)構(gòu)。另外，還常需要清潔刀柄及刀孔、刀座的裝置，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換刀時(shí)間一般也比較長(zhǎng)。</p><p>　　“自動(dòng)換刀過(guò)程時(shí)間”包括下述動(dòng)作的時(shí)間：一個(gè)工序加工完畢后，刀具快

65、速退離工件，從加工位置退到換刀位置（同時(shí)主軸準(zhǔn)停）；進(jìn)行新舊刀具的交換；然后松開(kāi)主軸（消除準(zhǔn)停）、變速、主軸啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)并快速趨近加工位置，用更新的新刀具開(kāi)始下一工序的加工。</p><p>　　由于這種自動(dòng)換刀裝置是用于多工序零件加工，換刀頻繁，如果每一次的“自動(dòng)換刀過(guò)程時(shí)間”稍長(zhǎng)一點(diǎn)，多次換刀所積累的結(jié)果就會(huì)相當(dāng)可觀，就不能顯著提高生產(chǎn)效率，因此，在設(shè)計(jì)條件允許的情況下，應(yīng)盡可能縮短“自動(dòng)換刀過(guò)程時(shí)間”。中型機(jī)床

66、，每次換刀時(shí)間一般在10秒左右，當(dāng)然，在自動(dòng)換刀過(guò)程的各個(gè)動(dòng)作中，有些動(dòng)作如刀具快速退離和快速接近工件所需時(shí)間，尚與工件加工面具體位置有關(guān)，不完全決定于設(shè)計(jì)者。但有些動(dòng)作如進(jìn)行新舊刀具交換所需要的“換刀時(shí)間”，則可基本上由機(jī)床設(shè)計(jì)者所決定。這種“換刀時(shí)間”有的已降低至2.5秒或更少，一般約為5秒。</p><p>　　2.2.1.1鏈?zhǔn)降稁?kù)</p><p>　　鏈?zhǔn)降稁?kù)包括單環(huán)鏈和多環(huán)鏈

67、, 鏈環(huán)形式可有多種變化，如圖2—1（a）、（b）、（c）</p><p>　　（a） （b） （c） </p><p><b>　　圖2—1 </b></p><p>　　圖2—2是方形刀庫(kù)的典型結(jié)構(gòu)示意圖。主動(dòng)鏈輪由伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)（根據(jù)需要，還可以經(jīng)過(guò)齒輪副傳動(dòng)

68、）。這種傳動(dòng)方式，不僅在鏈?zhǔn)降稁?kù)中采用，在其他形式的刀庫(kù)傳動(dòng)中，也多采用。</p><p>　　導(dǎo)向輪一般做成光輪，圓周表面硬化處理。兼起張緊輪作用的左側(cè)兩個(gè)導(dǎo)輪，其輪座必須帶有導(dǎo)向槽（或?qū)蜴I），以免松開(kāi)安裝螺釘時(shí)，輪座位置歪扭，對(duì)張緊調(diào)節(jié)帶來(lái)麻煩?；亓阕矇K可以裝在鏈條的任意位置上，而回零開(kāi)關(guān)則安裝在便于調(diào)整的位置上。這時(shí)處于機(jī)械手抓刀位置的刀套，編號(hào)為1號(hào)，然后依次編上其他刀號(hào)。刀庫(kù)回零時(shí)，只能從一個(gè)方向回零

69、，至于是順時(shí)針回轉(zhuǎn)回零，還是逆時(shí)針回轉(zhuǎn)回零，可由機(jī)電設(shè)計(jì)人員商定。</p><p>　　圖2—2 方形鏈?zhǔn)降稁?kù)示意圖</p><p>　　如果刀套不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上，將會(huì)使換刀機(jī)械手抓刀不準(zhǔn)，以致在換刀時(shí)容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此，刀套的準(zhǔn)停問(wèn)題將是影響換刀動(dòng)作可靠性的重要因素之一。為了確保刀套準(zhǔn)確地停在換刀位置上，需要采取如下措施：</p><p>　　定位盤(pán)

70、準(zhǔn)停方式，由液壓缸推動(dòng)的定位銷(xiāo)插入定位盤(pán)的定位槽內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)刀套的準(zhǔn)停，或采取定位塊進(jìn)行快速定位。刀位盤(pán)上的每個(gè)定位槽（或定位孔），對(duì)應(yīng)于一個(gè)相應(yīng)的刀套，而且定位槽（或定位孔）的節(jié)距要一致。這種準(zhǔn)停方式的優(yōu)點(diǎn)是能有效地消除傳動(dòng)鏈反向間隙的影響，保護(hù)傳動(dòng)鏈，使其免受換刀撞擊力，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可不用制動(dòng)自鎖裝置。</p><p>　　鏈?zhǔn)降稁?kù)要選用節(jié)距精確度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，而且在把套筒裝在鏈條上時(shí)，要用專用夾具來(lái)定

71、位，以保證刀套節(jié)距一致。</p><p>　　傳動(dòng)時(shí)要消除傳動(dòng)間隙。消除反向間隙方法有以下幾種：電氣系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償方式，在鏈輪軸上安裝編碼器，單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)方式，使刀套單方向運(yùn)行、單方向定位以及使刀套雙向運(yùn)行、單向定位方式等。</p><p>　　鏈?zhǔn)降稁?kù)有如下特點(diǎn)：適用于刀庫(kù)容量較大的場(chǎng)合，所占的空間小。一般適用于刀具數(shù)在30～120把的刀庫(kù)。僅增加鏈條長(zhǎng)度即可增加刀具數(shù)，可以不增加圓

72、周速度，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不像盤(pán)式刀庫(kù)增加的那樣大。</p><p>　　2.2.1.2盤(pán)式刀庫(kù)</p><p>　　在盤(pán)式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)中，刀具可以沿主軸徑向、軸向、斜向安放，如圖2—3（a）、（b）、（c）。刀具軸向安裝的結(jié)構(gòu)最為緊湊，但為了換刀時(shí)刀具與主軸同向，有的刀庫(kù)中的刀具需要在換刀位置作90°翻轉(zhuǎn)。在刀庫(kù)容量較大時(shí)，為在存取方便的同時(shí)保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采取彈倉(cāng)式結(jié)構(gòu)，但是較其他形式復(fù)

73、雜。目前大量的刀庫(kù)安裝在機(jī)床立柱的頂面或側(cè)面。在刀庫(kù)容量較大時(shí)，也有安裝在單獨(dú)的地基上的，以隔離刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)造成的振動(dòng)。</p><p>　　盤(pán)式刀庫(kù)的刀具軸線也與圓盤(pán)軸線平行，刀具環(huán)形排列，分徑向、軸向兩種取刀方式，其刀座結(jié)構(gòu)不同。這種盤(pán)式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多，適用于刀庫(kù)容量較小的情況。為增加刀庫(kù)空間利用率，可采用雙環(huán)或多環(huán)排列刀具的形式，但圓盤(pán)直徑增大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就增加，選刀時(shí)間也較長(zhǎng)。</p>&

74、lt;p>　　（a） （b） （c）</p><p><b>　　圖 2—3</b></p><p>　　其他的刀庫(kù)形式還有格子盒式刀庫(kù)，由于篇幅的限制這里就不再詳細(xì)介紹了。經(jīng)過(guò)對(duì)上述兩種刀庫(kù)形式的比較，以及結(jié)合的實(shí)際情況，在本設(shè)計(jì)中采用盤(pán)式刀庫(kù)這種結(jié)構(gòu)。</p>

75、<p>　　2.2.2換刀機(jī)械手方案的確定</p><p>　　采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用的最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時(shí)間。</p><p>　　2.2.2.1機(jī)械手的種類(lèi)</p><p>　　加工中心換刀機(jī)械手的種類(lèi)繁多，可以說(shuō)每個(gè)廠家都推出自己的獨(dú)特的換刀機(jī)械手，在加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，是機(jī)械手具體執(zhí)行刀

76、具的自動(dòng)更換，對(duì)其要求是迅速可靠、準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。由于加工中心機(jī)床的刀庫(kù)和主軸，其相對(duì)位置距離不同，相應(yīng)的換刀機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程也不盡相同，它們由各種形式的機(jī)械手來(lái)完成。常見(jiàn)的機(jī)械手有：</p><p>　　1.單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手</p><p>　　機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)的軸線與刀具主軸平行，機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀，換刀具的所花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)。用于刀庫(kù)換刀位置的刀座的軸線相平行的場(chǎng)合，如

77、圖2—4所示：</p><p>　　圖2—4 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手</p><p>　　2.單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手</p><p>　　圖2—5 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手</p><p>　　這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪有所分工，一個(gè)卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)的任務(wù)，另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間

78、較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要短，如圖2—5所示。</p><p>　　3.雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手</p><p>　　這種機(jī)械手的兩臂各有一個(gè)卡爪，可同時(shí)抓取刀庫(kù)及主軸上的刀具，在回轉(zhuǎn)180°之后有同時(shí)將刀具歸回刀庫(kù)及裝入主軸，是目前加工中心機(jī)床上最為常用的一種形式，換刀時(shí)間要比前兩種都短，如圖2—6所示：</p><p>　　圖2—6 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手</p

79、><p>　　這種機(jī)械手在有的設(shè)計(jì)中還采用了可伸縮的手臂，如圖2—7所示：</p><p>　　圖2—7 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手（手臂可伸縮式）</p><p><b>　　4.雙機(jī)械手</b></p><p>　　這種機(jī)械手相當(dāng)與兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，相互配合起來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀。其中一個(gè)機(jī)械手執(zhí)行拔“舊刀”歸回刀庫(kù)，另一個(gè)機(jī)械手執(zhí)行

80、從刀庫(kù)取“新刀”插入機(jī)床主軸上，如圖2—8所示：</p><p><b>　　圖2—8 雙機(jī)械手</b></p><p>　　5.雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手</p><p>　　這種機(jī)械手兩臂可往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定角度。兩個(gè)手臂分別稱作裝刀手和卸刀手。卸刀手完成往主軸上取下“舊刀”歸回刀庫(kù)，裝刀機(jī)械手執(zhí)行從刀庫(kù)取出“新刀”裝入主軸。整個(gè)機(jī)械手可沿導(dǎo)

81、軌或絲杠作直線移動(dòng)或</p><p>　　繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與主軸之間的運(yùn)送刀具工作，如圖2—9所示：</p><p>　　圖2—9 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手</p><p>　　6.雙臂端面夾緊式機(jī)械手</p><p>　　這種機(jī)械手只是在夾緊部位上和前幾種不同，上述幾種機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來(lái)抓住刀具，而此種機(jī)械手則是夾緊刀柄的

82、兩個(gè)端面，如圖2—10所示：</p><p>　　圖2—10 雙臂端面夾緊式機(jī)械手</p><p>　　由于雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，而且能夠同時(shí)抓取和裝卸機(jī)床主軸和刀庫(kù)上的刀具，換刀時(shí)間較短，故我們選用雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。</p><p>　　如果我們采用不能伸縮的機(jī)械手，由于機(jī)械手回轉(zhuǎn)時(shí)其手部回轉(zhuǎn)半徑較大，如刀庫(kù)中刀具排得較密，可能碰撞刀具，且用這種類(lèi)型的機(jī)

83、械手直接在刀庫(kù)與主軸之間換刀，只宜采用順序換刀或刀具編碼式任意選刀，不然，換刀時(shí)間將增加。故我們采用手臂可伸縮式的雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。</p><p>　　2.2.2.2手爪的選擇</p><p>　　機(jī)械手的手爪，大都采用機(jī)械鎖刀方式，有些大型加工中心，亦有采用機(jī)械加液壓鎖刀方式，以保證大而重的刀具在換刀中不被甩出?，F(xiàn)有的手爪形式可分為以下幾種：</p><p>　

84、　1.機(jī)械鎖刀手爪——彈簧銷(xiāo)式手爪。使用這種形式的抓持機(jī)構(gòu)，手爪不需要設(shè)置專門(mén)的傳遞裝置，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛。但在機(jī)械手有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為避免刀具甩脫，手爪就必須有自鎖機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2.鉗形機(jī)械手手爪。這種手爪的張合需要?jiǎng)恿鬟f裝置，傳動(dòng)較復(fù)雜，但手爪的結(jié)構(gòu)可較簡(jiǎn)單，使用也較普遍。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2—11所示。</p><p>　　3.虎鉗形指。在手爪中設(shè)有定位銷(xiāo)，使刀具在

85、手爪中定位。用這種形式的夾持機(jī)構(gòu)時(shí)，刀具需經(jīng)特殊補(bǔ)充加工，不能使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，所以使用者較少。</p><p>　　圖2—11鉗形機(jī)械手手爪</p><p>　　手臂；2—鎖銷(xiāo)；3—止退銷(xiāo)；4—彈簧</p><p>　　5—支點(diǎn)軸；6—手爪；7—鍵；8—螺釘</p><p>　　經(jīng)對(duì)比分析，在本設(shè)計(jì)中采用第一種手爪形式。</p>

86、<p>　　至此，本設(shè)計(jì)中的刀庫(kù)、機(jī)械手以及手爪形式都已確定，即刀庫(kù)采用盤(pán)式刀庫(kù)，機(jī)械手采用手臂可伸縮式的雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，手爪形式采用彈簧銷(xiāo)式手爪。</p><p><b>　　3 刀庫(kù)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本章將具體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中有關(guān)刀庫(kù)部分的具體內(nèi)容，包括刀庫(kù)的容量、轉(zhuǎn)位、夾刀機(jī)構(gòu)等。</p><p>　　3.1刀庫(kù)

87、容量的確定</p><p>　　刀庫(kù)的容量首先要考慮加工工藝的需要。例如，立式加工中心的主要工藝為鉆、銑。有資料顯示，在統(tǒng)計(jì)了15000種工件，按成組技術(shù)分析，各種加工所必需的刀具數(shù)的結(jié)果是：4把銑刀可完成工件95%左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70%的鉆削工藝，因此，14把刀的容量就可完成70%以上的工件鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計(jì)，所得結(jié)果是80%的工件（中等尺寸，復(fù)雜程度一般

88、）完成全部加工任務(wù)所需的刀具數(shù)在四十種以下，所以一般的中、小型立式加工中心配有14～30把刀具的刀庫(kù)就能夠滿足70%～95%的工件加工需要。</p><p>　　根據(jù)以上分析，結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求，在本設(shè)計(jì)方案中設(shè)定刀庫(kù)的容量為24把刀。</p><p><b>　　3.2刀庫(kù)的轉(zhuǎn)位</b></p><p>　　刀庫(kù)的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)通過(guò)消隙齒輪

89、1、2帶動(dòng)蝸桿3，通過(guò)蝸輪4使刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3—1所示。蝸桿為右旋雙導(dǎo)程蝸桿，可以用軸向移動(dòng)到方法來(lái)調(diào)整蝸輪副的間隙。壓蓋5內(nèi)孔螺紋與套6相配合，轉(zhuǎn)動(dòng)套6即可調(diào)整蝸桿的軸向位置，也就調(diào)整了蝸輪副的間隙。調(diào)整好后用螺母7鎖緊。</p><p>　　圖3—1 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)</p><p>　　1、2—齒輪；3—蝸桿；4—蝸輪；5—壓蓋；6—套；7—螺母</p><p>

90、　　刀庫(kù)的最大轉(zhuǎn)角為180°，根據(jù)所換刀具的位置決定正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)、由控制系統(tǒng)自動(dòng)判別，以使找刀路徑最短。每次轉(zhuǎn)角大小由位置控制系統(tǒng)控制，進(jìn)行粗定位，最后由定位銷(xiāo)精確定位。</p><p>　　3.3刀庫(kù)的夾刀機(jī)構(gòu)</p><p>　　刀庫(kù)的夾刀機(jī)構(gòu)，即刀庫(kù)夾爪，既起著刀套作用，又起著手爪作用。由于刀具在刀庫(kù)中大部分時(shí)間是出于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)（只有在刀庫(kù)轉(zhuǎn)位時(shí)隨刀庫(kù)一起運(yùn)動(dòng)），所以刀庫(kù)的

91、夾刀機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，其夾緊力也較小，只需承受刀具本身的自重就可以了。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3—2所示。</p><p><b>　　圖3—2 刀庫(kù)夾爪</b></p><p>　　鎖銷(xiāo)；2—頂銷(xiāo)；3—彈簧；4—支點(diǎn)軸；5—手爪；6擋銷(xiāo)</p><p>　　至此，本設(shè)計(jì)中刀庫(kù)部分已完成。由于刀庫(kù)的設(shè)計(jì)不是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，所以上述各部分的設(shè)計(jì)都以論述

92、為主。</p><p>　　4 換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)</p><p>　　本章是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，將具體設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械手的一些零部件，以及具體分析標(biāo)準(zhǔn)件的選用。</p><p>　　4.1機(jī)械手的各種運(yùn)動(dòng)的分析</p><p>　　在加工中心換刀的過(guò)程中，由機(jī)械手完成的動(dòng)作是最多的，下表是機(jī)械手的換刀動(dòng)作表：</p><p>

93、;　　表4—1 機(jī)械手的換刀動(dòng)作</p><p>　　從表中可以看出，在整個(gè)換刀過(guò)程中由機(jī)械手完成的動(dòng)作有：手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)、手爪的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)、新舊刀具對(duì)換的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、機(jī)械手的上下直線運(yùn)動(dòng)。下面將具體介紹各個(gè)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　4.1.1手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)</p><p>　　手臂伸縮機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)液壓缸1（見(jiàn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置外形圖），輸出軸47，齒輪44以及齒條39和4

94、5組成（見(jiàn)換刀機(jī)械手圖）。當(dāng)壓力油通過(guò)支架28和貫穿花鍵軸30的通孔（見(jiàn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置圖）進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸1時(shí)，推動(dòng)輸出軸47轉(zhuǎn)動(dòng)，軸上的齒輪44便帶動(dòng)齒條39和44作直線運(yùn)動(dòng)，使兩只機(jī)械臂同時(shí)伸出，通過(guò)齒條39及44上的擋塊52壓向調(diào)整螺釘53來(lái)限制終點(diǎn)位置。同時(shí)由微動(dòng)開(kāi)關(guān)30發(fā)出信號(hào)，以進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。當(dāng)回轉(zhuǎn)液壓缸改變油路時(shí)，手臂便縮回。</p><p>　　4.1.2手爪的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)</p>&l

95、t;p>　　見(jiàn)換刀機(jī)械手圖。機(jī)械手手臂的頭部帶有固定手爪14與活動(dòng)手爪18，用來(lái)夾持刀柄?；顒?dòng)手爪18可繞小軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，其一端由彈簧桿19作用支靠在小軸20上。當(dāng)彈簧頂桿3未碰到擋塊13而自由伸出時(shí)，擋桿22在彈簧作用下，其一端的斜面與活動(dòng)手爪18的端部斜面臺(tái)階相靠，從而將活動(dòng)手爪18鎖死。當(dāng)擋塊13左移，將彈簧頂桿3壓入時(shí)，頂桿3的一端迫使杠桿21順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，杠桿21的一端將擋桿22的斜面自活動(dòng)手爪18的端部斜面滑開(kāi)。因此

96、，當(dāng)活動(dòng)手爪18伸向刀柄拔刀或插刀后收回時(shí)，刀柄表面可使活動(dòng)手爪18壓縮彈簧而稍微張開(kāi)，這樣機(jī)械爪即可將刀柄抱住或退出。與此同時(shí)，齒條44（或39）上的擋桿壓于調(diào)整螺釘而限位，同時(shí)微動(dòng)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作發(fā)出下一動(dòng)作的信號(hào)。由于機(jī)械爪伸向刀柄拔刀，或插刀后收回，都是當(dāng)機(jī)械手處于軸向向下移動(dòng)后的位置上進(jìn)行的。為了使機(jī)械手的活動(dòng)手爪18在這時(shí)能從自鎖狀態(tài)下松開(kāi)，在機(jī)床床身立柱上設(shè)有固定桿35，在機(jī)械臂的一側(cè)有擋塊裝置。擋塊13、錐孔盤(pán)4（在端面上周

97、向均勻分布有4個(gè)錐孔）和軸9固定相連，軸9裝于支架12內(nèi)，其右端又與一端蓋10用螺紋固定。當(dāng)擋塊13未與固定桿35相碰時(shí)，錐孔盤(pán)4處于與鋼</p><p>　　當(dāng)機(jī)械爪伸出抓住刀柄后，機(jī)械手軸向向下伸出，此時(shí)擋塊13亦同時(shí)離開(kāi)固定桿35，借彈簧1的作用，將擋塊13拉回原來(lái)的錐孔盤(pán)4上錐孔與鋼球5相對(duì)的原始位置，由彈簧銷(xiāo)11的作用，使擋塊13又移動(dòng)至錐孔盤(pán)4與支架12端面壓緊的位置。這時(shí)機(jī)械臂上的彈簧頂桿3又自由伸

98、出，將活動(dòng)手爪18鎖死，保證機(jī)械手將刀具拔出后，機(jī)械手能將刀具可靠地夾緊。</p><p><b>　　4.1.3回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)新舊刀具位置的交換。由機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置外形圖可見(jiàn)它由手臂14，回轉(zhuǎn)座59組成的。手臂14與花鍵軸58固定連接，花鍵軸與兩個(gè)花鍵套筒31相連，后者則由固定在機(jī)床立柱上回轉(zhuǎn)座59上的兩個(gè)滾動(dòng)軸

99、承支撐。齒輪41通過(guò)花鍵軸套筒安裝在花鍵軸的右端。從回轉(zhuǎn)液壓缸圖可以看到，回轉(zhuǎn)液壓缸缸體8和上端蓋15、下端蓋3、定片28間均用螺釘聯(lián)接，并將它們作為一個(gè)整體通過(guò)上端蓋固定在立柱上。回轉(zhuǎn)軸23支承在上、下端蓋上，與動(dòng)片26固定聯(lián)接，其伸出端通過(guò)花鍵軸部分與中間座的齒輪聯(lián)接，向手臂傳遞運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液壓缸通入高壓油而使回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)傳動(dòng)齒輪20帶動(dòng)齒輪41（見(jiàn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置圖）回轉(zhuǎn)，這樣，由花鍵軸58帶動(dòng)手臂14轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)角相對(duì)180

100、76;的兩極限位置，可由螺釘34及39限定，同時(shí)由螺栓35及33壓下微動(dòng)開(kāi)關(guān)40發(fā)出到位信號(hào)，以進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。</p><p><b>　　4.1.4直線運(yùn)動(dòng)</b></p><p>　　這里的直線運(yùn)動(dòng)是指機(jī)械手向下和向上的拔、插刀的運(yùn)動(dòng)。這一運(yùn)動(dòng)由液壓缸（見(jiàn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置外形圖）驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。液壓缸固定于機(jī)床上，活塞桿端部有聯(lián)接件與花鍵軸相連。當(dāng)活塞桿因液壓缸進(jìn)入

101、高壓油而向下或向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)聯(lián)接件即可帶動(dòng)花鍵軸作直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)頭及機(jī)械手臂作向下或向上運(yùn)動(dòng)。在液壓缸兩端設(shè)有緩沖裝置，可防止活塞與液壓缸端面的撞擊。當(dāng)活塞在上下兩極限位置時(shí)，都設(shè)有可調(diào)擋塊，由微動(dòng)開(kāi)關(guān)作用發(fā)出到位信號(hào)。</p><p>　　這種液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，每個(gè)動(dòng)作結(jié)束之前均需設(shè)置緩沖機(jī)構(gòu)，以保證機(jī)械手的工作平穩(wěn)、可靠。緩沖結(jié)構(gòu)可以是小孔節(jié)流，可以外接節(jié)流閥或是緩沖閥等。</p>

102、<p>　　為了使機(jī)械手工作平穩(wěn)可靠，除了要設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)外，還要考慮盡可能減小機(jī)械手的慣量。圓柱體圍繞旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)慣量可由下式確定：</p><p>　　式中 ——圓柱體繞其自身中心的慣量（）；——圓柱體的重量（N）；——旋轉(zhuǎn)半徑(m)</p><p>　　由上式可見(jiàn)，慣量與物體重量成正比，與旋轉(zhuǎn)半徑的平方成正比。因此要盡可能采用密度小質(zhì)量輕的材料制造有關(guān)的零件，以減小機(jī)

103、械手的回轉(zhuǎn)半徑。</p><p><b>　　4.2設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　本部分內(nèi)容將具體介紹相關(guān)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程，具體包括手爪夾緊力的計(jì)算、齒輪的設(shè)計(jì)及軸的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。下面一一進(jìn)行介紹。</p><p>　　4.2.1手爪夾緊力的計(jì)算</p><p>　　手爪對(duì)工件的夾緊力可按下式計(jì)算：</p&

104、gt;<p>　　N≥k1k2k3G kg·f</p><p>　　式中k1——安全系數(shù)，通常取1.2～2，我們?nèi)1=1.8；</p><p>　　k2——?jiǎng)虞d系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可按k2＝1＋a/g估算；a為機(jī)械手在搬運(yùn)過(guò)程中的加速度，單位為m/s2,a＝9.8m/s2,g為重力加速度，所以這里k2=1；</p><p>　　k

105、3——方位系數(shù)，按《機(jī)械工程手冊(cè)》（第10卷）表56.2-3選取k3=0.9～1.1，我們?nèi)3=1.0；</p><p>　　G——被夾持刀具的重量，單位kg，這里取G=11kg。</p><p>　　則我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)械手手爪的夾緊力為：</p><p>　　N≥1.8×1×1.0×11 kg·f = 19.8 kg

106、3;f</p><p>　　4.2.2齒輪的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.2.1齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)</p><p>　　1.效率高 在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率為最高。如一級(jí)圓柱齒輪的效率可達(dá)99%。這對(duì)大功率傳動(dòng)十分重要，因?yàn)榧词剐手惶岣?%，也有很大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　2.結(jié)構(gòu)緊湊 在相同的使用條件下，齒輪

107、傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。</p><p>　　3.工作可靠，壽命長(zhǎng) 設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪，工作十分可靠，壽命可長(zhǎng)達(dá)一、二十年，這也是其它機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對(duì)車(chē)輛及礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。</p><p>　　4.傳動(dòng)比穩(wěn)定 傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于這一特點(diǎn)。</p><p>　　但是齒輪傳

108、動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離大的場(chǎng)合。</p><p>　　4.2.2.2設(shè)計(jì)原則</p><p>　　所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間不致失效。目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使

109、齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對(duì)齒輪材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。常用的齒輪材料有鋼、鑄鐵和一些非金屬材料。</p><p>　　4.2.2.3設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　在換刀的過(guò)程中，整個(gè)機(jī)械手的轉(zhuǎn)角為180°，且只經(jīng)過(guò)一級(jí)齒輪傳動(dòng)就滿足我們的傳動(dòng)要求，所以可以直接計(jì)算出此處的傳動(dòng)比，所用公式為：&l

110、t;/p><p>　　φ1/φ2=Z2/（Z1+Z2）</p><p>　　式中 φ1——機(jī)械手的回轉(zhuǎn)角度</p><p>　　φ2——回轉(zhuǎn)液壓缸動(dòng)片的轉(zhuǎn)角</p><p><b>　　Z1——從動(dòng)輪齒數(shù)</b></p><p><b>　　Z2——主動(dòng)輪齒數(shù)</b></p

111、><p>　　由于在這里φ1= 180°，φ99=280°，即：</p><p>　　180°/280°= Z2/（Z1+Z2）</p><p>　　解得：兩齒輪的齒數(shù)比μ= Z2/Z1=1.8</p><p>　　一、選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)</p><p>　　1.選用