數(shù)控鏜銑加工中心自動換刀系統(tǒng)設(shè)計開題報告.doc
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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目:數(shù)控鏜銑加工中心自動換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計1 畢業(yè)設(shè)計(論文)綜述1.1題目背景、研究意義 一個零件往往需要進(jìn)行多工序的加工,而單功能的數(shù)控機(jī)床,只能完成單工序的加工,如車、鉆、銑等。因此,在制造一個零件的過程中,大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運零件等非加工時間上,切削時間僅僅占整個工時中的較小比例。為了縮短非切削時間,提高工作效率,我們便設(shè)計了帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心。加工中心(Machining Center,MC)是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機(jī)床,它是綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)軟件技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序,因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間,減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間,使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床3倍4倍,所以說,加工中心不僅提高了工件的加工精度,而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機(jī)床1。1.2國內(nèi)外相關(guān)研究情況未來加工中心的發(fā)展動向是高速化、進(jìn)一步提高精度和愈發(fā)完善的機(jī)能。加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表,是高新技術(shù)集成度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備,我國的加工中心從70年代開始,已有很大發(fā)展,但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的需要2。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,推動了模具制造業(yè)、機(jī)械加工業(yè)的巨大發(fā)展,使得數(shù)控機(jī)床的使用越來越普遍,而加工中心更是以其高自動化程度得到廣泛應(yīng)用。然而,目前市場上生產(chǎn)和銷售的都是以大、中型的加工中心為主,小型加工中心幾乎是空白,而機(jī)械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學(xué)校等對小型加工中心存在著大量的需求。為加速我國加工中心的發(fā)展,需進(jìn)一步加強(qiáng)對加工中心的研究、設(shè)計、制造和應(yīng)用3。在加工中心中,刀庫和機(jī)械手組成自動換刀裝置(Automatic Tool Changer,簡稱ATC),而自動換刀裝置的好壞,將直接影響加工中心的好壞,從目前情況看,加工中心的主機(jī)部分基本定型,變化不大,但自動換刀裝置種類繁多,五花八門,是最難搞好的部分4。它是加工中心的象征,又是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀裝置,以求在激烈的競爭中取得好效益,正因為自動換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容,各廠家都在保密,極少公開有關(guān)資料,尤其機(jī)械手這部分更是如此。目前常見的換刀機(jī)械手類型如下:(1)單臂單手式機(jī)械手 結(jié)構(gòu)較簡單,換刀各動作均需順序進(jìn)行,時間不能重合,故換刀時間較長。(2)雙手式機(jī)械手 向刀庫還回用完的刀具和選取新刀,均可在主軸正在加工時進(jìn)行,故換刀時間可較短。(3)雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這類機(jī)械手可以同時抓住和拔、插位于主軸和刀庫里的刀具。與單臂單手式機(jī)械手相比,可以縮短換刀時間。應(yīng)用最廣泛,形式也較多。(4)多手式機(jī)械手 使用者較少。2 主要研究內(nèi)容、擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要設(shè)計內(nèi)容:縮短機(jī)械手換刀的時間、保持工作平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確。從而提高生產(chǎn)效率。2.2研究方案:2.2.1手的驅(qū)動方式的選擇(1)液壓驅(qū)動通常擁有很大的抓舉能力,特點是結(jié)構(gòu)緊湊,動作平穩(wěn),耐沖擊,耐振動,防爆好,但液壓組件要求有較高的制造精度和密封性能,否則漏油將污染環(huán)境。(2)氣動驅(qū)動特點是電源方便,動作迅捷,結(jié)構(gòu)簡單,造價較低,維修方便。但是難以進(jìn)行速度控制,氣壓不可太高,故抓舉能力較低。(3)電動驅(qū)動 電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式。其特點是電源方便,響應(yīng)快,驅(qū)動力較大,信號檢測、傳遞、處理方便,并可采用多種靈活控制方案。由于電機(jī)速度較高,通常必須采用減速機(jī)構(gòu),而且成本上也較其他兩種驅(qū)動系統(tǒng)高。由于本設(shè)計機(jī)構(gòu)需要要求換刀時間短、工作平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確,故選擇液壓驅(qū)動。 2.2.2機(jī)械手的組成及運動 本課題研究采用的是雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。這種機(jī)械手的拔刀、插刀動作,大都由油缸動作來完成。手臂的回轉(zhuǎn)動作,則通過活塞的運動帶動齒輪齒條來實現(xiàn)。機(jī)械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度,是由活塞的可調(diào)行程來保證。圖1為該機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)示意圖。整個機(jī)械手主要由: 行程開關(guān), 擋環(huán),齒輪, 連接盤, 銷子, 傳動盤, 升降液壓缸, 滑軸, 齒條,轉(zhuǎn)位液壓缸, 機(jī)械手組成。其工作原理為: 上、下兩個液壓缸分別驅(qū)動兩組齒輪齒條實現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運動; 為了保證上下兩個旋轉(zhuǎn)運動互不干擾, 中間采用一根滑軸上固接一個傳動盤的結(jié)構(gòu), 傳動盤與齒輪通過銷來傳遞運動, 機(jī)械手換刀動作到位與否則是通過行程開關(guān)來檢測, 外加檔塊進(jìn)行限位, 從而實現(xiàn)機(jī)械手的自動換刀功能。如圖2所示。 圖1雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 1,3,7,9,13,14為行程開關(guān); 2,6,12為擋環(huán); 4,11為齒輪 ;5為連接盤;8為銷子;10為傳動盤;15為升降液壓缸;16為滑軸;17,19為齒條;18,20為轉(zhuǎn)位液壓缸;21為機(jī)械手;圖2機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖在換刀過程中,機(jī)械手要完成準(zhǔn)備、抓刀、拔刀、交換主軸上和刀座上的刀具、插刀和復(fù)位等動作,機(jī)械手的全部動作均由液壓油缸控制。刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄中,本次設(shè)計采用7:24錐度的刀柄;最大刀具長度300mm,最大刀具直徑100mm,最大刀具重量8kg,刀具材料為高速鋼,如圖3所示。圖3刀具結(jié)構(gòu)圖閏土機(jī)械外文翻譯成品某寶dian機(jī)械手兩端各有一個手爪,手爪的抓刀圓弧部分各有各有一個錐銷,機(jī)械手抓刀時,錐銷插入刀柄鍵槽內(nèi),由活動銷在彈簧力的作用下頂住刀柄,使刀柄固定,機(jī)械手能同時抓取和裝卸刀庫和主軸上的刀具,動作簡單,效率高,換刀時間短。其換刀過程如下,如圖4圖5所示:a. 刀套轉(zhuǎn)90: 換刀之前, 刀庫2 轉(zhuǎn)動將待換刀具5送到換刀位置, 之后把帶有刀具5的刀套4向下翻轉(zhuǎn)90, 使得刀具軸線與主軸軸線平行。b. 機(jī)械手轉(zhuǎn)90:兩手分別抓住刀庫和主軸3上的刀柄。c. 刀具松開: 刀具的自動夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具。d. 機(jī)械手拔刀: 機(jī)械手臂下降, 同時拔出兩把刀具。e. 機(jī)械手轉(zhuǎn)180:使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。f. 機(jī)械手插刀: 機(jī)械手上升, 分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。g. 刀具夾緊: 刀具插入主軸的錐孔后, 刀具的自動夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。h. 機(jī)械手松刀: 機(jī)械順時針轉(zhuǎn)90, 回到原始位置。i. 刀套向上翻轉(zhuǎn)90:刀套帶著刀具向上翻轉(zhuǎn)90,為下一次選刀做準(zhǔn)備。圖4械手的換刀示意圖圖5機(jī)械手手部換刀過程簡圖3 本課題研究的重點難點以及展開的工作本課題的重點是:保證各個結(jié)構(gòu)之間的相互合理配合,使之能連續(xù)工作,有節(jié)奏,安全地成產(chǎn)。難點是:機(jī)械手手臂的設(shè)計與計算,機(jī)械手手部的設(shè)計與計算,機(jī)械手傳動和驅(qū)動的設(shè)計計算,以及各個過程參數(shù)的確定,繪制圖形。前期已經(jīng)展開的工作:網(wǎng)上查閱有關(guān)書籍和資料,確定設(shè)計的大致方向,了解換刀機(jī)械手的大體結(jié)構(gòu)和工作原理。4 工作方案及進(jìn)度計劃13周:調(diào)研并收集資料;36周:閱讀資料,分析該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成和工作原理,并完成結(jié)構(gòu)方案設(shè)計;711周:完成該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算;1215周:完成該機(jī)械手的裝配圖和仿真;1618周:完成論文撰寫,準(zhǔn)備答辯; 指導(dǎo)教師意見(對課題的深度、廣度及工作量的意見) 指導(dǎo)教師: 年 月 日 所在系審查意見: 系主管領(lǐng)導(dǎo): 年 月 日參考文獻(xiàn)1 劉建慧,鄒慧君.加工中心自動換刀裝置類型綜述及設(shè)計特點J,機(jī)械設(shè)計與研究,2001.9,17(3):49512 李凈儀,李秋紅,鄭耘杰.簡述機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計J,農(nóng)機(jī)使用與維修,2010,3: 27283 朱文藝,張慶樂.數(shù)控加工中心換刀機(jī)構(gòu)動作過程及控制原理研究J,武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2009.3,21(1):59 4 劉煒. 數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)J, 機(jī)床與液壓, 2005,5:585 楊可森,艾長勝,侯志堅. 數(shù)控鏜銑加工中心自動換刀系統(tǒng)中機(jī)液機(jī)械手J, 機(jī)床與液壓,2003,3:2162176 夏粉玲,賀煒. 凸輪式立臥兩用換刀機(jī)械手的研究J. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 2004, 23(3):320.7 謝政. 加工中心換刀機(jī)械手的研究D. 湘潭大學(xué). 2008,05.15.8 鄭俊,許明恒,高宏力,單俊峰.PCB鉆床自動換刀機(jī)械手換刀部分的設(shè)計分析J,現(xiàn)代機(jī)械,2008,第1期:6.9 李加明,陶衛(wèi)軍,馮虎田. 自動換刀裝置發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)J.電氣制造,2013(05):174176 10 黃澤正,劉沖,陳志輝. 加工中心自動換刀裝置的設(shè)計J. 機(jī)械工程與自動化. 2007(01):12412511 戚洪利. 自動換刀裝置及其控制的研究D. 蘭州理工大學(xué) 2007 12 朱玉敏. 加工中心的自動換刀技術(shù)J. 制造技術(shù)與機(jī)床. 1988(08):16817013 陳義莊. 數(shù)控機(jī)床自動換刀裝置的選擇及刀柄的配置J. 機(jī)床與液壓. 2002(04):20720914 M.B.Ko.Design of automatic tool changer for CNC machines.M.Sc. thesis,Mechanical EngineeringDepartmet, METU, Ankara, Turkey 199515 KIM Jae-Hyun,LEE Choon-Man School of Mechatronics,Changwon National University,Changwon 641-773,Korea16 S. 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