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小型立式加工中心换刀机械手设计

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　摘 要
本论文介绍的是小型立式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、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。本次设计是运用可编程控制系统来对换刀机械手进行控制的。本次设计还涉及立式加工中心盘式刀库的传动设计、和结构设计。这种刀库在数控加工中心上应用广泛，换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠。本刀库减速传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。本刀库装刀16把，采用单环排列放置的方式放置，按就近选倒原则选刀。
　　关键词: 加工中心，换刀机械手，刀库，PLC 
　　　
　　　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　
　　　

ABSTRACT
　　　This paper introduces the design of automatic tool change devices of small vertical processing centre.There are many kinds of manipulators,and rotary-arm manipulator is what we chose for this design,which miracle is:drawing out-changing-slotting.The tool change device of rotary-arm manipulator is quick to change tools,flexible to move,and most popular.Numerical control system is the control centre of processing centre,which includes CNC、PLC、and servo system.The design controls the manipulator according to PLC,and includes the transmission system and the structure of small vertical processing disc tool storage,which is wide to use,easy to change,past the change,and has high positioning accuracy ,simple structure,accurate movement in numerical processing centre. We choose worm gear and worm reducer working as the deceleration transmission part of the the tool storage.The design can improve the stable performance of the output shaft.The tool storage can take 16 peices of tools in monocyclic arrangement as close as possible.
Key words: machining center, tool changing-manipulator, tool storage, programmable control (PLC)  

目  录
第1章 绪论-----------------------------------------------------------------------------------------------------------1
  1.1加工中心的定义-----------------------------------------------------------------------------------------------1
  1.2 加工中心--------------------------------------------------------------------------------------------------------1
  1.3 加工中心国内外研究现状和发展--------------------------------------------------------------------- 1
第2章 加工中心自动换刀装置概述------------------------------------------------------------------3
  2.1换刀机械手的类型-------------------------------------------------------------------------------------------3
  2.2刀库的类型------------------------------------------------------------------------------------------------------3
  2.3换刀过程---------------------------------------------------------------------------------------------------------4
第3章 刀库的设计及计算结论--------------------------------------------------------------------------5
  3.1确定刀库的容量和形式------------------------------------------------------------------------------------5
  3.2初步估算刀库驱动转矩及选定电机-------------------------------------------------------------------5
  3.3分配传动比------------------------------------------------------------------------------------------------------6
  3.4刀库传动机构的设计----------------------------------------------------------------------------------------7
  3.5传动轴的设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
  3.6轴径的设计与校核------------------------------------------------------------------------------------------12
  3.7轴承的校核----------------------------------------------------------------------------------------------------13
  3.8刀盘与刀套的设计------------------------------------------------------------------------------------------14
第4章 刀库液压传动的设计-----------------------------------------------------------------------------15
  4.1液压缸的载荷组成和计算-------------------------------------------------------------------------------15
  4.2液压缸内径以及其它尺寸的确定---------------------------------------------------------------------15
  4.3计算液压缸的主要结构尺寸----------------------------------------------------------------------------15
  4.4油缸壁厚的计算---------------------------------------------------------------------------------------------16
  4.5缸底厚度的计算---------------------------------------------------------------------------------------------17
  4.6油缸长度的确定---------------------------------------------------------------------------------------------17
第5章 换刀机械手部的设计-----------------------------------------------------------------------------18
  5.1机械手手臂和手爪的设计------------------------------------------------------------------------------- 18
  5.2弹簧的选择与设计------------------------------------------------------------------------------------------22
  5.3手爪的整体尺寸设计-------------------------------------------------------------------------------------- 23
第6章 机械手液压传动系统的设计-----------------------------------------------------------------24
  6.1液压缸的设计-------------------------------------------------------------------------------------------------24
  6.2液压回转缸的设计------------------------------------------------------------------------------------------28
第7章 花键轴的设计及液压缸中轴承的选-----------------------------------------------------32
  7.1花键轴的计算-------------------------------------------------------------------------------------------------32
  7.2轴承的选择----------------------------------------------------------------------------------------------------34
  7.3升降缸中（液压缸及活塞杆工作）密封元件-------------------------------------------------------35
第8章 机械手液压控制系统设计---------------------------------------------------------------------36
  8.1拟定液压系统原理图--------------------------------------------------------------------------------------36
  8.2分析换刀机械手液压工作状态-------------------------------------------------------------------------37
  8.3计算和选择液压元件-------------------------------------------------------------------------------------- 39
第9章 机械手电气控制系统设计---------------------------------------------------------------------41
  9.1电气系统工作原理---------------------------------------------------------------------------------------- -41
第10章 结论------------------------------------------------------------------------------------------------------43
参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------------44
致谢----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------45