數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設(shè)計含SW三維及4張CAD圖.zip

數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設(shè)計含SW三維及4張CAD圖.zip,數(shù)控,銑床,加工,中心,機械手,三維設(shè)計,SW,三維,CAD 任務(wù)書 論文(設(shè)計)題目：數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設(shè)計 工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月20日 1.選題依據(jù): 設(shè)計了一種數(shù)控臥式鏜銑床加工中心換刀機械手，使之在給定的程序指令下，配合刀庫和臥式鏜銑床實現(xiàn)所有加工工序的自動換刀。加工中心區(qū)別于數(shù)控機床最主要的特征是備有刀庫，具有自動換刀功能，對工件一次裝夾后進行多工序加工的數(shù)控機床。工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。 2.論文要求(設(shè)計參數(shù)): 抓 重：20公斤。自由度數(shù)：4個。 坐標形式：圓柱坐標。 手指夾持刀柄的直徑：Φ100毫米。驅(qū)動方式：液壓。 拔、插刀行程（即滑座伸縮Z）：155毫米（最大180毫米）。 升降行程（即找刀排Y）：3x420毫(刀排間垂直方向距離為420毫米，共四排)。 回轉(zhuǎn)角度（Φ）：180°。 裝、卸刀手手臂伸縮行程（X）：195毫米。手指夾持刀柄的直徑：Φ100mm 。 3.個人工作重點: 采用三維設(shè)計軟件完成數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手的設(shè)計，包括機械手總裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械手手部和手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計、升降伸縮和回轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時編寫設(shè)計說明書，完成英文翻譯工作。 4.時間安排及應(yīng)完成的工作: 第1周：布置畢設(shè)任務(wù) 第2周：根據(jù)題目查閱文獻第3周：準備開題報告材料 第4周：撰寫開題報告，準備開題答辯第5周： 查閱文獻進行方案設(shè)計 第6周：根據(jù)方案完成結(jié)構(gòu)設(shè)計第7周：零件三維設(shè)計和建模第8周：零件三維設(shè)計和建模第9周：零件三維設(shè)計和建模 第10周：將三維零件進行裝配，完成裝配圖第11周：完善裝配圖和零件圖 第12周：完成設(shè)計說明書和英文翻譯第13周：完善設(shè)計說明書和英文翻譯第14周：上交材料，答辯 5.應(yīng)閱讀的基本文獻: [1] 李宗斌. 加工中心換刀機械手的設(shè)計與計算[J]. 組合機床與自動化加工技術(shù), 1994,(12) . [2] 曹華軍,劉飛,何彥,李智勇.面向綠色制造的機床設(shè)備選擇模型及其應(yīng)用機械工程學報2004(03) [3] 賀煒,李劍玲,丁毅,李體仁,夏田.立臥兩用凸輪式換刀機械手的設(shè)計機械制造.2003(07). [4] 梁楚華,朱志堅,吳金強.數(shù)控機床自動換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化研究.機械工藝師2000(08). [5] 夏粉玲,賀煒,李體仁,劉俊生,李劍玲. 關(guān)于立臥兩用換刀機械手的設(shè)計[J]. 西北輕工業(yè)學院學報.2002(05) . [6] 彭文,劉伯軍. 加工中心機械聯(lián)動換刀裝置[J]. 制造技術(shù)與機床, 1999(04) . [7] 李劍玲,賀煒,丁毅,王寧俠. 一種換刀機械手卡爪夾緊機構(gòu)的設(shè)計[J]. 組合機床與自動化加工技術(shù). 2003(10) . [8] Lee, C. S. G., Chung, M. J., Mudge, T. N., andTurney, J. L.: On the Control of Mechanical Manipulators. Proc. 6thIFACConf. Estimation and Parameter Identification, Washington D. C., 1982 (pp1454-1459). [9] 劉瑞已. 加工中心快速自動換刀裝置[J]. 機械工程師.2004(11) . [10]劉茂生. FMS刀具交換系統(tǒng)換刀機械手的方案設(shè)計[J]. 航空精密制造技術(shù).1997(06) . 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2017年12月14日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2017年12月15日 學院公章 進度檢查表 第 -1 周 工作進展情況 在老師的指導下，查閱鏜銑床加工中心換刀機械手文獻，并根據(jù)參考文獻寫出了一份文獻綜述。最后完成開題報告，并通過了開題答辯。 2018年01月10日 指導教師意見 按照畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求，查閱鏜銑床加工中心換刀機械手文獻，并根據(jù)參考文獻寫出了一份文獻綜述，了解了鏜銑床加工中心換刀機械手國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢，開題報告技術(shù)路線可行，時間進度安排合理，較好地完成了開題階段的任務(wù)。 指導教師(簽字)：XX 2018年01月11日 第 2 周 工作進展情況 經(jīng)查閱相關(guān)資料以及參考文獻，并且在老師的幫助下，完成了對數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手的控制電路、液壓系統(tǒng)、手臂和手部結(jié)構(gòu)以及升降機構(gòu)和手架回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計方案。準備開始進行二維及三維建模畫圖，并撰寫說明書。 2018年03月15日 指導教師意見 查閱了相關(guān)資料以及參考文獻，完成了對數(shù)控臥式鏜銑床自動換刀機械手的控制電路、液壓系統(tǒng)、手臂和手部結(jié)構(gòu)以及升降機構(gòu)和手架回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計方案，完成了畢業(yè)設(shè)計進度計劃相關(guān)部分。 指導教師(簽字)：XX 2018年03月16日 第 5 周 工作進展情況 方案設(shè)計已全部完成，換刀機械手手臂和手部結(jié)構(gòu)二維A0圖和換刀機械手滑座伸縮和手部回轉(zhuǎn)機構(gòu)二維A0圖和換刀機械手設(shè)計總裝圖A0圖以及換刀機械手升降機構(gòu)A0圖已完成，分析及計算過程也已完成，液壓回路設(shè)計完成，接下來開始撰寫說明書以及機械手三維建模 2018年04月11日 指導教師意見 完成了方案設(shè)計、換刀機械手手臂和手部結(jié)構(gòu)二維A0圖、換刀機械手滑座伸縮和手部回轉(zhuǎn)機構(gòu)二維A0圖、換刀機械手設(shè)計總裝圖A0圖以及換刀機械手升降機構(gòu)A0圖（初稿），初步完成分析及計算過程、液壓回路設(shè)計 。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月11日 第 8 周 工作進展情況 翻閱查看參考文獻以及相關(guān)書籍，研究并設(shè)計了所有結(jié)構(gòu)以及計算內(nèi)容 。說明書撰寫完緒論、手臂及手部設(shè)計部分。滑座伸縮機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)；機械手升降機構(gòu)；手爪及手臂的三維模型已經(jīng)完成，待裝配。 2018年05月01日 指導教師意見 完成了機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計和部分計算工作，完成了設(shè)計說明書的緒論、手臂及手部設(shè)計部分；完成了滑座伸縮機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)、機械手升降機構(gòu)、手爪及手臂的零件部分三維模型。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月02日 第 11 周 工作進展情況 二維圖、三維建模裝配全部完成，設(shè)計說明書撰寫完成。 2018年05月20日 指導教師意見 完成零部件的三維建模和裝配體模型，完成外文翻譯、畢業(yè)設(shè)計說明書 ，準備畢業(yè)答辯答辯。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月21日 第周 工作進展情況 年 月 日 指導教師意見 指導教師(簽字)： 年 月 日 過程管理評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 2 遵守紀律 自覺遵守學校有關(guān)規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 3 開題報告 內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求 5 3 任務(wù)完成 按時、圓滿完成各項工作任務(wù) 4 3 過程管理評分合計 11 過程管 理評語 該生在畢業(yè)設(shè)計過程中態(tài)度較為端正，較為刻苦努力，能夠積極主動地分析問題和解決問題，能夠按時聯(lián)系指導老師，遇到問題 ，能夠積極主動地查閱資料，解決問題。通過查閱相關(guān)文獻資料 ，較好地完成了開題報告，開題報告內(nèi)容詳實，論述清晰，符合規(guī)范要求，文獻綜述完成較好。能夠獨立地完成方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計 、三維建模整個過程，中期檢查按時完成任務(wù)，在整個畢業(yè)過程中 ，開始進展較慢，與進度計劃相比，稍微滯后。后期經(jīng)過努力，完成了整個畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，完成了設(shè)計說明書，分析、計算過程準確 ，論述層次分明，結(jié)構(gòu)合理，符合規(guī)范要求。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-23 指導教師評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 指導教師評分合計 15 指導教 師評語 張楠同學的畢業(yè)設(shè)計題目符合培養(yǎng)目標要求，有一定的研究價值和實踐意義，具有開拓性，難度適宜，工作量飽滿。有綜合運用知識能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力、科研方法運用能力和分析問題解決問題的能力，總體設(shè)計方案合理。論文文題相符 ，概念準確，分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理，結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)合理，撰寫格式、圖表等基本符合規(guī)范要求，該生具有中文表達與外語能力?；就瓿闪水厴I(yè)設(shè)計要求的任務(wù)，同意該生參加畢業(yè)答辯。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-23 評閱人評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 3 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 3 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 評閱人評分合計 14 評閱人 評語 論文研究并設(shè)計了一種數(shù)控臥式鏜銑床加工中心自動換刀機械手，讓其在設(shè)定好的程序指令下，配合刀庫和鏜銑床完成整個加工工序的自動換刀過程。選題符合專業(yè)培養(yǎng)方案要求，具有一定的實際意義，難度適中，工作量符合要求。通過畢業(yè)設(shè)計工作，該生具有了一定的綜合知識運用能力，中英文寫作能力，文獻檢索能力。工程圖紙的繪制，表明該生具備一定的計算機使用能力。該畢業(yè)設(shè)計文題相符，分析計算設(shè)計基本合理。論文格式及撰寫內(nèi)容、圖表基本符合規(guī)范要求。同意該生參加畢業(yè)答辯. 評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：機械工程學院日期：2018-05-23 答辯委員會評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 自述總結(jié) 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 6 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 6 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 6 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應(yīng)用能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 10 6 答辯委員會評分合計 28 答辯委員會評語 張楠同學在畢業(yè)設(shè)計工作期間，基本遵守各項紀律，表現(xiàn)一般。 能按時完成畢業(yè)設(shè)計有關(guān)任務(wù)。 論文立論正確，立論分析無原則性的錯誤，解決問題方案有一定的參考價值，結(jié)論基本正確。 論文使用的概念基本正確，語句通順，條理比較清楚。 論文中使用的圖表，設(shè)計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關(guān)標準，基本規(guī)范。 能夠查閱文獻資料，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結(jié)論基本準確。 答辯過程中，能夠闡述出論文的主要內(nèi)容，主要問題經(jīng)答辯教師啟發(fā)后能夠回答出來。 答辯成績： 28 答辯委員會主任： XX 2018年05月30日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 11 指導教師評分 15 評閱人評分 14 答辯委員會評分 28 總分 68 成績等級 D 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 學院審核人簽章： XX 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計）題目 數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手三維設(shè)計 2.研究領(lǐng)域 機械設(shè)計、三維設(shè)計、工業(yè)機械手 3.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 一個零件往往需要進行多工序的加工，而單功能的數(shù)控機床，只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，在制造零件的過程中，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，便設(shè)計帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心。加工中心(Machining Center,MC)是綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(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，使機床的切削利用率高于通用機床的 3 到 4 倍，所以，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。 機械手的應(yīng)用價值： （1）提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應(yīng)用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 （2）改善勞動條件，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或根本不可能的，而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復， 特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 （3）減輕人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機械手代替人可以進行連續(xù)的工作，但在自動化機床綜合加工自動線上，機械手還沒有普及，應(yīng)用機械手可以減少人力，更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。 4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢 機械手（machine hand），指能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置，主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。機械人手臂與人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度，也就是機械手的最大優(yōu)勢可以重復的做同一動作。機械手可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機 11 械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機械手研究始于 20 世紀中期。大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展， 并且為機器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于 1947 年開發(fā)了遙控機械手，1948 年又開發(fā)了機械式的主從機械手，1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手，它的結(jié)構(gòu)是機體上安裝一個回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。同時，隨著計算機和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械將進入高度自動化和智能化時期，機械手機器人的應(yīng)用可以提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，解決勞動力不足等問題。 比爾蓋茨曾經(jīng)說過：“前三十年是計算機的時代，后一百年是機器人的時代”足見計算機時代后的機器人時代的重要性及其影響的長遠性。世界上幾大機器人巨頭， 如日本、美國及歐共體，在機器人領(lǐng)域內(nèi)取得巨大進步，從研究型走向?qū)嵱眯停瑥闹匾能娛聭?yīng)用走向民用，甚至走向家庭，從高科技走向普及。而我國機器人技術(shù)領(lǐng)域還有較大差距，很多方面還處于起步階段。在先進制造業(yè)領(lǐng)域中，機器人的應(yīng)用主要在于示教焊接機器人、噴涂機器人、裝配機器人、裝卸機器人、換刀機器人等。作為先進制造中技術(shù)含量最高的裝備之一的加工中心，不僅是加工的多面手，也是構(gòu)建柔性制造系統(tǒng)乃至計算機集成制造系統(tǒng)的核心硬件，除了數(shù)控加工工藝和編程能力外， 其自動換刀機械手的性能也直接影響整機性能。要求機械手自動換刀具有準確性、穩(wěn)定性、快速性等。傳統(tǒng)的換刀機械手都是專用的機械式的結(jié)構(gòu)，通用性較差，標準化程度低，商業(yè)市場不廣。 加工中心由于加工工藝的復雜性，使用的刀具種類和數(shù)量較多，當程序執(zhí)行到不同刀具功能代碼 T 時，要及時更換刀具完成其加工。機械手則是完成刀庫和機床主軸之間刀具裝卸與傳遞的裝置。目前這類機械手的品種較多，比如：單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手，單臂雙爪擺動式機械手，雙臂回轉(zhuǎn)式機械手，雙臂往復交叉式機械手和雙臂端面夾緊式機械手等。沒有芯片控制純機械工作方式，它的拔刀，插刀及轉(zhuǎn)動由機構(gòu)驅(qū)動，一種是液壓控制驅(qū)動的油缸來完成，一種是電動驅(qū)動凸輪聯(lián)動來完成。 國內(nèi)大部分大規(guī)模生產(chǎn)加工企業(yè)將采用機械手進行裝配作為目前研究的重點，國外已采用攝像機、力傳感裝置和微型計算機連接在一起，能確定零件的方位來達到安裝的目的。由于近年來世界制造業(yè)逐漸向中國轉(zhuǎn)移，我國對于機床的需求量逐漸增加。同時，經(jīng)過多年努力我國數(shù)控機床的技術(shù)逐漸成熟，品種和質(zhì)量有所提高。然而在所有數(shù)控產(chǎn)品中，中高檔數(shù)控機床較少，而且這些數(shù)控產(chǎn)品的核心技術(shù)加工中心換刀機械手、數(shù)控伺服系統(tǒng)、高速電主軸、數(shù)控刀架等等都需要依賴中外合資企業(yè)提供或者直接從國外進口，這也說明了國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展不平衡，我國的整體技術(shù)水平和國外技術(shù)水平還是有一定差距的。功能部件的技術(shù)水平以及性能優(yōu)劣直接決定和影響 著數(shù)控機床的整體技術(shù)水平和性能，而自動換刀機械手則是保證數(shù)控機床加工中心穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵功能部件。換刀機械手作為數(shù)控機床的一個重要的功能部件，它在國內(nèi)外的數(shù)控機床制造領(lǐng)域中已受到廣泛的重視。在國外 BT40 機床的換刀時間已達到 0.9 秒，BT50 機床的換刀時間也達到了 1.5 秒左右，國內(nèi)也出現(xiàn)了立、臥兩用凸輪式換刀機械手和用于五軸聯(lián)動的換刀機械手的研究。換刀機器人換刀的速度和準確性是影響加工中心發(fā)揮可靠加工性能的重要因素。據(jù)資料顯示，刀庫和機械手的故障率占整機故障率的 25%。所以換刀機械手的質(zhì)量和性能影響整體機床的質(zhì)量、性能和品種。加工中心自動換刀機械手的主要任務(wù)是完成換刀動作，給機床主軸和夾緊裝置提供相對轉(zhuǎn)動實現(xiàn)夾緊和放松刀具的動作。因此機械手必須具備足夠大的轉(zhuǎn)矩，同時設(shè)計機械手的結(jié)構(gòu)緊湊使其占用空間盡量小。隨著機械制造加工業(yè)的不斷發(fā)展，制造業(yè)對換刀機械手的需求量會逐漸提高，自動換刀機器人的普及度也會越來越高。 目前，國內(nèi)自動換刀機械手主要還是應(yīng)用于機床加工、制造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種或是性能方面都是不能滿足制造業(yè)發(fā)展需求的。面對機械加工行業(yè)中多元化的需求和激烈的競爭，生產(chǎn)加工的效率將會越來越高，因此自動換刀機器人的發(fā)展會愈加的多元化。首先，在國內(nèi)換刀機器人擴大其應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造加工和熱處理方面的機械手，以減輕疲勞強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時， 研制發(fā)展通用機械手、示教型機械手、計算機控制機械手和組合型機械手等。 換刀機器人手的性能逐漸提高，主要表現(xiàn)在速度、精度、可靠性以及操作性可便于維修方面，同時單機的價格也在逐漸下降。機器人的控制系統(tǒng)也逐漸向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展，以便于標準化。元器件的集成度也提高了，控制柜也日漸減小，并且采用模塊化的結(jié)構(gòu)，很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。換刀機器人的機械結(jié)構(gòu)也向模塊化和可重構(gòu)化發(fā)向發(fā)展，比如在關(guān)節(jié)模塊中，伺服電機、減速機和檢測系統(tǒng)三位一體化，關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊用重組的方式構(gòu)造機器人的整體機構(gòu)。機器人中的傳感器也扮演著越來越重要的角色，除了采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器之外，還應(yīng)用了視覺、聲覺、觸覺、力覺等傳感器來進行環(huán)境建模和決策控制。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1. 重點解決的問題 采用三維設(shè)計軟件 SolidWorks 完成數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手的設(shè)計，包括機械手總裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械手手部和手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計、升降伸縮和回轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） （1）確定換刀機械手的組成與配置 （2）通過設(shè)計計算和手冊及參考文獻確定換刀機械手的升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和尺寸及相互位置關(guān)系 （3）設(shè)計自動換刀機械手的滑座伸縮機構(gòu) （4）設(shè)計自動換刀機械手的手架回轉(zhuǎn)運動機構(gòu) （5）設(shè)計裝、卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu) （6）完成機械手三維模型 3.本論文（設(shè)計）預期取得的成果 （1）一套完整的鏜銑床加工中心換刀機械手三維模型及其二維零件圖、裝配圖 （2）一份鏜銑床加工中心換刀機械手的設(shè)計說明書 （3）一篇外文文獻翻譯 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） 采用三維設(shè)計軟件 SolidWorks 完成數(shù)控鏜銑床加工中心換刀機械手的設(shè)計，包括機械手總結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械手手部和手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計、升降伸縮和回轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 用途： 在給定的程序指令下，配合刀庫和臥式鏜銑床（簡稱主機）實現(xiàn)所有加工工序的自動裝、卸刀。 設(shè)計參數(shù)： 刀庫類型：鏈式刀庫。 換刀機械手：雙臂單爪交叉式機械手。抓 重：20 公斤 自由度數(shù)：4 個 坐標形式：圓柱坐標。 手指夾持刀柄的直徑：Φ100 毫米驅(qū)動方式：液壓 手架運動參數(shù)： 拔、插刀行程（即滑座伸縮 Z）：155 毫米（最大 180 毫米） 升降行程（即找刀排 Y）：3x420 毫(刀排間垂直方向距離為 420 毫米，共四排) 回轉(zhuǎn)角度（φ）：180° 位置檢測與定位方式：滑座伸縮、手架回轉(zhuǎn)和裝、卸刀手手臂伸縮運動采用行程開關(guān)進行位置檢測，由擋塊定位。手架升降運動采用無觸點行程開關(guān)進行位置檢測，并控制三位四通閥適時“關(guān)閉”來定位 控制方式：數(shù)字控制 2.論文（設(shè)計）進度計劃 第 1 周：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)做初步準備 第 2 周：查閱鏜銑床加工中心換刀機械手文獻 第 3 周：準備機械手、換刀、加工中心的開題報告材料 第 4 周：撰寫鏜銑床加工中心換刀機械手開題報告，準備開題答辯 第 5 周：查閱相關(guān)文獻進行方案設(shè)計 第 6 周：根據(jù)方案完成機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 7-9 周：換刀機械手零件三維設(shè)計和三維建模 第 10 周：將換刀機械手三維零件進行裝配，完成裝配圖 第 11 周：完善換刀機械手裝配圖和零件圖 第 12-13 周：完成鏜銑床加工中心換刀機械手設(shè)計說明書和英文翻譯 第 14 周：上交鏜銑床加工中心換刀機械手設(shè)計說明書和英文翻譯以及換刀機械手裝配圖和零件圖，并進行答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 張 俊 勇 , 趙 小 剛 . 刀 庫 合 理 布 置 在 加 工 中 心 的 應(yīng) 用 [J]. 裝 備 制 造 技術(shù),2009(06):147-148. 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[16]傅凱.數(shù)控銑床刀庫改裝裝置[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(20):65-66. 附：文獻綜述 文獻綜述 加工中心是由機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的，適用于復雜零件加工的高效自動化機床。它與一般數(shù)控機床的顯著區(qū)別是對零件進行多序加工的能力，即在一次裝夾中自動完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻螺紋等加工。加工中心能夠廣泛運用，是因為其能夠利用刀庫實現(xiàn)自動換刀。因此自動換刀裝置功能的好壞關(guān)系到整個加工中心的性能。自動換刀裝置可分為五種基本形式，即轉(zhuǎn)塔式、180°回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)插入式、二軸 轉(zhuǎn)動式和主軸直接式。按照換刀過程有無機械手參與，分成有機械手換刀和無機械手換刀兩種情況。在有機械手換刀的過程中，使用一個機械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出，與此同時，另一機械手將在刀庫中待命的刀具從刀庫拔出，然后兩者交換位置，完成換刀過程。無機械手換刀時，刀庫中刀具存放方向與主軸平行，刀具放在主軸可到達位置換刀時，主軸移到刀庫換刀位置，利用主軸將加工用畢刀具插入刀庫中要求的空位處，然后刀庫中待換刀具轉(zhuǎn)到待命位置。主軸將待用刀具從刀庫中取出， 并將刀具插入主軸。 加工中心換刀機械手的工作特點是：工作循環(huán)時間短暫; 執(zhí)行機構(gòu)具有不恒定的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量;在過渡過程中(起動、制動和反向時) ，傳動機構(gòu)會出現(xiàn)大的動載荷、振動和沖擊。由于這些特點，要保證換刀機械手動作的快速性、工作精度和使用壽命， 就必須合理選擇它在過渡工作過程時的傳動參數(shù)。 換刀機械手的傳動系統(tǒng)由原動機和傳動機構(gòu)以及帶有位置、速度、力傳感器的控制裝置組成。原動機可以是液壓缸或氣缸,液壓馬達或氣動馬達，液壓或氣動擺動馬達,直線電機或電磁鐵。傳動直流或交流電機，機構(gòu)可以是減速器(普通齒輪式、行星齒輪式或諧波齒輪式)，也可以是別的運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)(齒輪齒條機構(gòu)、蝸輪機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等等)。 沈陽機床股份有限公司的武曉杰在對刀庫結(jié)構(gòu)及工作原理的研究中論述了刀庫回轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要由刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、減速機、蝸桿凸輪回轉(zhuǎn)機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)刀盤、刀套、換刀位刀套翻轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，主要完成刀具的安裝、預選以及換刀位刀具翻轉(zhuǎn)。其中， 換刀位刀套的水平、垂直翻轉(zhuǎn)，一般采用氣缸驅(qū)動實現(xiàn)。刀套均有對應(yīng)的刀套號，刀庫回轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)置 2 只無觸點感應(yīng)開關(guān)，分別用于刀庫的回零反饋和刀庫的旋轉(zhuǎn)計數(shù)。針對不同的刀柄標準，如 BT、ISO、CAT 等，對應(yīng)不同的刀套型號，其余結(jié)構(gòu)一致。機械手驅(qū)動系統(tǒng)主要由機械手換刀電機、ATC 凸輪箱(內(nèi)含弧面/ 平面組合凸輪、機械手回轉(zhuǎn)機構(gòu)、刀臂伸縮機構(gòu)等，是該類刀庫的核心部件)、換刀機械手組成，主要完成機床主軸與刀庫中的刀具抓取、卸刀、換位、裝刀等動作。ATC 凸輪箱中內(nèi)置三只無觸點開關(guān)，用于監(jiān)測機械手各項動作是否到位，并將信號反饋至機床控制系統(tǒng)。圓盤機械手刀庫采用隨機換刀的方式，采用就近換刀原則，即多次換刀后，刀套號與刀具號并不一致。每一個刀套號中對應(yīng)的刀具號由數(shù)控系統(tǒng)記憶并實現(xiàn)不斷更新，且該過程同樣適用于鏈式機械手刀庫。 大連機床集團有限公司技術(shù)中心的譚春暉師傅曾精確的設(shè)計了刀庫的控制方式。 (1) 刀庫作為系統(tǒng)的定位軸來控制。在梯形圖中根據(jù)指令 T 碼進行運算比較后輸出角度和速度指令到刀庫伺服，驅(qū)動的刀庫伺服電機。刀庫的容量、旋轉(zhuǎn)速度加/減速時間等均可在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定，此種方式不受外界因素影響，定位準確、可靠，但成本較高。 (2)刀庫由液壓馬達驅(qū)動，有快慢速之分，用接近開關(guān)計數(shù)并定位。在梯形圖中比較系統(tǒng)存儲的當前刀號(主軸上的刀)和目標刀號(預選刀)并運算，再輸出旋轉(zhuǎn)指令，同時判斷按最短路徑旋轉(zhuǎn)到位。這種方式需要足夠的液壓動力和電磁閥，刀庫旋 轉(zhuǎn)速度可通過節(jié)流閥調(diào)整。但使用一段時間后，可能會因為油質(zhì)、油壓、油溫及環(huán)境因素的變化而影響運動速度和準確性，一般用于不需頻繁換刀的大中型機床。 (3)刀庫由交流異步電動機驅(qū)動凸輪機構(gòu)(馬氏機構(gòu))，用接近開關(guān)計數(shù)，這種方式運行穩(wěn)定，定位準確可靠，一般與凸輪機械手配合使用，換刀速度快，定位準。主要用于中小型的加工中心。 在自動化機床中，機械手的應(yīng)用越來越普遍，在機床自動換刀機械手設(shè)計上，升降系統(tǒng)是非常重要的，除了升降系統(tǒng)機械手的換刀和對刀具的夾持，都是需要仔細地去設(shè)計，而對于機械手設(shè)計上要保證機床設(shè)備本身與機械手的柔性連接，保證工件的正常輸送和機床的自動化加工。上海優(yōu)尼斯工業(yè)設(shè)備銷售有限公司技術(shù)部鄭博在刀具換刀與夾持上做了相關(guān)研究，如下：在機床機械手換刀上,是自動換刀裝置，同時它還擔負著把刀從刀庫送到主軸上,刀具在主軸上使用完成之后，再從主軸上被送回到刀庫中，機床刀具的換刀方式有圓盤形、直線型,圓盤形換刀是刀架是一個回轉(zhuǎn)體， 每個刀都置于圓盤的外圓端，通過圓盤的選擇，刀具旋轉(zhuǎn)到指定位置，機械手進行換刀，這種換刀方法是機床上最常見的。刀具的夾持設(shè)計上，一般選取柄式夾持和法蘭式夾持，柄式夾持方法是軸向夾持，這種方法是利用最多的，因為刀柄的尾部是個錐柄，這種刀具采用模式錐度方法夾持最方便、快捷。而法蘭式夾持方法是在機械手前端安裝法蘭盤，這種夾持方法有一些繁瑣。 蘭州理工大學陳愛虎、羅生梅教授對機械手換刀控制進行了仿真研究。數(shù)控機械手主要作用就是換刀，由于在換刀過程中會出現(xiàn)刀具不能精確地換到對應(yīng)位置，影響機床正常工作。為了能夠減小這種誤差，通過系統(tǒng)的建模、有限元仿真和優(yōu)化的方法對其結(jié)構(gòu)進行建模、靜力分析和模態(tài)分析，得到整個裝配體的位移和應(yīng)力以及它的固有頻率、振型，然后將優(yōu)化前和優(yōu)化后的機械手進行對比。結(jié)果顯示，總的位移相對于優(yōu)化前的位移有了大幅的減少，且使一二五六階模態(tài)固有頻率變大,三四階模態(tài)固有頻率減小。綜合仿真分析結(jié)果可得，上述優(yōu)化方法可以有效減小數(shù)控機械手誤差， 為后續(xù)機械手設(shè)計提供了依據(jù)和借鑒。 浙江交通技師學院的傅凱對刀庫進行了改裝裝置的設(shè)計。隨著對加工工藝的深入了解，加工中心起到重要的作用。設(shè)備改造、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、生產(chǎn)工藝改進等都是需要突破的難點數(shù)控銑床的自動化換刀就是眾多項目中的一個，通過分析企業(yè)需求，制定設(shè)備改造方案，完成自動換刀裝置支架的設(shè)計和制造、刀庫系統(tǒng)的設(shè)計、刀庫的安裝及位置調(diào)整、系統(tǒng)調(diào)試及運行等任務(wù)，最終完成對數(shù)控銑床的自動化改造，將機械手自動換刀代替以前的人工手動換刀，使生產(chǎn)提高了效率，降低了成本。 山東大學高瑋珽在數(shù)控加工中心刀庫及機械手設(shè)計中提到刀庫傳動系統(tǒng)的傳動過程為：直流伺服電機通過十字聯(lián)軸節(jié)、蝸桿、蝸輪將運動傳給刀盤，刀盤帶動其刀套(內(nèi)裝刀具)轉(zhuǎn)動，完成選刀工作。其中每個刀套尾部有一個滾子，當待換刀具轉(zhuǎn)到換刀位置時，滾子進入撥叉的槽內(nèi)。同時氣缸的下腔進壓縮空氣，活塞桿帶動撥叉上升，帶動刀套繞著銷軸向下轉(zhuǎn)動 90 度，從而使刀具軸線與主軸軸線平行，做好換刀的準備工作。在運動過程中，為防止刀庫、主軸等有誤動作，高瑋珽利用位置開關(guān)起到自鎖保護的作用，用以斷開相關(guān)的電路，起到保護機械結(jié)構(gòu)作用。 考慮刀庫的分度精度要求，本傳動系統(tǒng)采用蝸桿、蝸輪傳動，同時選用同服電動機傳動，實現(xiàn)準確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫工作的可靠性。 加工中心刀庫的布置、刀庫與主軸的配置影響機械手的動作、抓刀方式、機構(gòu)的復雜程度、可靠性和換刀時間的長短，進而影響加工中心的工作效率。陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院的張俊勇和趙小剛通過對加工中心換刀的分析和研究，提出了合理布置刀庫的方式，以減少自動換刀裝置的動作和機構(gòu)的復雜程度，提高加工中心的效率、可靠性和可維護性。 13 圖 1 加工中心換刀過程 換刀過程為： （1）刀庫取刀：主軸正常工作，刀庫旋轉(zhuǎn)，將 T02 所在的滑板由刀庫沿滑道上移，并將 T02 所在的刀座中心與 P1 重合，等待換刀。當系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，送刀機構(gòu)將刀具 TO2 及其刀座一起沿軌道移動到 P2，等待換刀機械手換刀，在送刀機構(gòu)工作的同時，主軸快速停轉(zhuǎn)并回到主軸換刀點，主軸應(yīng)離開被加工工件一段距離，為換刀留出一個足夠的空間，避免換刀被工件干涉。 （2）主軸換刀：主軸回到換刀點，刀具 T02 在 P2。機械手旋轉(zhuǎn)抓刀，外伸拔刀。旋轉(zhuǎn) 180°換刀，機械手裝刀，機械手復位。主軸開始工作，送刀機構(gòu)要將剛換下的刀具 T01 放回刀庫中。 （3）刀庫裝刀：送刀機構(gòu)將剛才換下的刀具 T01 沿軌道送到 P1 處的滑板里，滑板沿軌道下移回到刀庫中，刀庫旋轉(zhuǎn)，將 T03 所在的滑板由刀庫沿軌道上移，并將 T03 所在的刀座中心與 P1 重合,等待下次換刀。 換刀過程就是這樣，由刀庫取刀--送刀--機械手換刀--刀庫裝刀--刀庫取刀循環(huán)，直到工件加工完成。 缺點：刀庫容量大，加上采用盤式刀庫引起刀庫所占的空間較大，刀具由刀庫到換刀點 P2，并最終完成換刀和刀庫裝刀的 操作太復雜，分別由刀庫旋轉(zhuǎn)一滑板上移一送刀機構(gòu)一機械手換刀一送刀機構(gòu)一滑板下移來完成。換刀過程中，如果其中個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能無法正常工作，降低了效率，甚至發(fā)生事故。 因為制造業(yè)和工業(yè)不斷的發(fā)展，科學不斷的進步，對生產(chǎn)效率不斷提高的要求， 單純的使用人力，不能滿足生產(chǎn)需要，使得機械手的應(yīng)用越來越廣泛，它可以代替人完成更高要求、難度、重復枯燥的工作，所以怎樣能更大提升加工中心換刀機械手的性能，怎樣將加工中心的控制系統(tǒng)與機械手完美的連接，這是機械手研究設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)和意義所在。 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 審 核 簽字： 年 月 日 意 見 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日公章：