【正文】 臥式加工中心機(jī)械手的設(shè)計(jì) 目 錄 摘要?????????????????????????????? 1 關(guān)鍵詞 ??? ?? ??????? ? ???????????????? 1 1 前言????????????????????????????? 1 2 緒論????????????????????????????? 2 臥式加工中心概述?????????????????????? 2 機(jī)械手的分類????? ???????? ??????????? 2 應(yīng)用機(jī)械手的意義??????????????? ??????? 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀??????????????????????? 3 3 加工中心的總體布局?????????????????????? 3 技術(shù)條件 ?????????????????????????? 3 總體布局 ?? ? ???????? ????????????? ?? 4 臥式加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu) ?????????????????? 4 4 機(jī)械手的設(shè)計(jì) ????????? ? ????????? ??????? ?? 4 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?? ???????? ??????????? ? 5 自動(dòng)換刀裝置介紹 ?????????? ???????? ?? 5 機(jī)械手種類簡介 ??? ???? ???????????? ?? 6 手爪的選擇 ? ???? ?????? ???????????? 9 刀具的夾持 ???? ???????? ??????????? ? 9 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)裝置 ????? ?????? ?????? ???? 10 手臂的伸縮運(yùn)動(dòng) ?? ? ??? ???? ??????? ???? 11 手爪的開合 ?? ? ???? ???? ??????? ???? 11 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ?? ? ????? ????? ??????? ??? 12 直線運(yùn)動(dòng) ????? ? ??? ???? ????????? ?? 12 設(shè)計(jì)計(jì)算? ????? ??????????? ????? ??? 13 手指夾緊力的計(jì)算 ?????? ???? ????????? ?? 13 齒輪的設(shè)計(jì) ?? ? ???? ?????? ???????? ??? 13 軸的設(shè)計(jì) ? ? ???? ???????? ???????? ??? 18 軸承的設(shè)計(jì) ???????? ???????? ??????? ?? 24 5 液壓分析? ?? ??? ?? ?????? ???? ?????????? 28 液壓泵的選擇??????????????????????????? 28 液壓元件的選擇?????????????????????????? 28 6 總結(jié)??????????????????????????? 30 參考文獻(xiàn) ? ?? ? ?????????????? ? ??????? 30 致謝??? ? ???? ???? ???? ???? ? ?? ? ??? 31 臥式加工中心機(jī)械手的設(shè)計(jì) 摘 要： 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量 ，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，機(jī)械手作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)認(rèn)同并采用。機(jī)械手的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化的水平。目前，機(jī)械手主要承擔(dān)著焊接、噴漆、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作。機(jī)械手是臥式加工中心自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返回刀庫上的任務(wù)。 關(guān)鍵詞： 臥式加工中心；機(jī)械手；刀庫；機(jī)械臂 Design Of The Manipulator Horizontal Machining Center Abstract:To improve the efficiency of production and ensure quality of production, the enterprises generally attach importance to the automation of production process in today’s mass manufacturing. As an important member of automation production line, manipulator gradually recognized by enterprises. Technology level and application level of the manipulator in a certain extent reflects the level of industrial automation in a country. At present, the manipulator is mainly used for welding spray painting, handling, stacking repetitive work and labor intensity greatly. Manipulator is automatically change tool device the main tool to exchange tool, it bears on the knife library on the tool to spindle, and then the spindle has used tool returns tasks on tool store. Key words: Morizontal machining center 。 Manipulator。 Magazine tool。 Mechanical arm 1 前言 本次設(shè)計(jì)的課題是臥式加工中心的自動(dòng)換刀裝置中的核心部件 機(jī)械手的設(shè)計(jì)。機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返回刀庫上的任務(wù)。 設(shè)計(jì)此機(jī)械手的目的是為了使加工中心能夠更快的的工作，使加工中心能夠得到更加充分的利用，以實(shí)現(xiàn)其的價(jià)值所在；另外，使用了機(jī)械手，減少了由于人工換刀帶來的生產(chǎn)效率低，并且容易出事故的弊端。 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有回轉(zhuǎn)液壓缸裝置和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于其中動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)則由電氣控制來實(shí)現(xiàn)。 由于本人能力及學(xué)識(shí)有限，在設(shè)計(jì)中 存在有很多缺陷，望老師們能多加指導(dǎo)。 2 緒論 臥式加工中心概述 臥式加工中心是最常用的數(shù)控機(jī)床之一，其技術(shù)含量高，是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志性產(chǎn)品之一。臥式加工中心主要通過數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置控制機(jī)床基本運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)的主要特征是主軸水平設(shè)置，通常由 35 個(gè)運(yùn)動(dòng)部件（主軸箱、工作臺(tái)、立柱或主軸套等）組成。在臥式加工中心上設(shè)置自動(dòng)交換工作臺(tái)，構(gòu)成柔性制造單元（ FMC），實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)交換，即在加工的同時(shí)可進(jìn)行另一件工件的裝卸。加工工件經(jīng)一次裝夾后，完成多工序自動(dòng)加工，自動(dòng)選擇及更換刀具，自 動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具與工件的運(yùn)動(dòng)軌跡變化以及自動(dòng)實(shí)現(xiàn)其他輔助功能。臥式加工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜和精度要求高的產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，特別是箱體和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工。在汽車、航天航空、船舶和發(fā)電等行業(yè)被大量用于復(fù)雜零件的精密和高效加工。國產(chǎn)臥式加工中心的水平有很大提高，可以達(dá)到一般零件的高速、精密加工，基本上可以滿足用戶需求，但與國際先進(jìn)水平相比，在精度、效率、智能化和可靠性等方面尚有差距，因此，高檔臥式加工中心進(jìn)口量較大。 機(jī)械手的分類 機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械 手。它是一種獨(dú)立的不 附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定得操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械手在國外稱為“ Mechanical Hand” ,它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除少數(shù)之 外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機(jī)械手是臥式加工中心自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，因此本課題所設(shè)計(jì)得機(jī)械手屬于第三類機(jī)械手。 應(yīng)用機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工種中也有應(yīng)用。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可言慨括如下： 1)提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度。 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng) 化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 2)改善勞動(dòng)條件，避免人身事故。 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3)可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù) 的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 當(dāng)今社會(huì)，機(jī)械手被普遍用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主 從式操作手也常稱為機(jī)械手。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕 工和原子能等部門。 目前國內(nèi)外正在研究反應(yīng)速度更快，更可靠的機(jī)械手，同時(shí)也正在研究用人腦來代替程序控制的機(jī)械手。在這個(gè)進(jìn)程中仿生機(jī)械手也正在慢慢的被人類所重視。 國外研究現(xiàn)狀：國外機(jī)械手在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快，目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)。 3 加工中心的總體布局 技術(shù)條件 主要的技術(shù)參數(shù)要求有： 1）刀具最大重量： 2）換刀時(shí)間： 3）刀柄：標(biāo)準(zhǔn)刀柄 總體布局 圖 1 臥式加工中心的總體布局 Horizontal processing center of the general layout 臥式加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu) ： 1）主軸組件 對(duì)加工中心主軸組件的基本要求是具有足夠的剛度，精度，傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，以及高速運(yùn)轉(zhuǎn)和適應(yīng)自動(dòng)換刀的條件。主軸軸承多采用高精度，高剛度，高速滾動(dòng)軸承。 臥式加工中心的主軸組件按進(jìn)給功能分有鏜軸進(jìn)給，滑枕進(jìn)給及非進(jìn)給主軸等類型，大多數(shù)采用非進(jìn)給型主軸。 2）立柱 立柱有側(cè)面導(dǎo)軌型與正面導(dǎo)軌型。側(cè)面導(dǎo)軌型立柱便于機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，制造成本也較低，并易于與非數(shù)控臥式鏜銑床 建立模塊化系列關(guān)系，但這類立柱在機(jī)床工作時(shí)受力狀況較差，且熱變形的對(duì)稱性差，因而對(duì)機(jī)床加工精度影響較大。正面導(dǎo)軌型立柱多采用門式結(jié)構(gòu)，有較好的熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)和受力條件，多數(shù)加工中心采用這種立柱形式。 3）工作臺(tái) 臥式加工中心可采用自動(dòng)分度工作臺(tái)，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 4 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 自動(dòng)換刀裝置介紹 臥式加工中心 區(qū)別于 NC 鏜銑床的主要特點(diǎn)就在于它具有根據(jù)工藝要求自動(dòng)更換所需刀具的功能，即自動(dòng)換刀（ ATC）機(jī)能。機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫上 的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返回刀庫上的任務(wù)。臥式加工中心的自動(dòng)換刀裝置，通常是由刀庫和機(jī)械手組成，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)。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