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辽东学院本科毕业论文（设计）数控卧式镗铣床自动换刀机械手CNChorizontalboringandmillingmachineautomaticallychangeswordrobots学生姓名：王春磊学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化班级：B0602学号：0612060233指导教师：杨佳审阅教师：完成日期：2010年5月20日辽东学院EasternLiaoningUniversity独创性说明作者郑重声明：本毕业论文（设计）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得辽东学院或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：___________日期：____数控卧式镗铣床自动换刀机械手-I-摘要工业机械手又称通用自动机械手，是一种“独立”的可变程序的自动机械手。它是在五十年代末期出现，近年来才迅速发展起来的重要自动化装置，现已成为实现工业自动化的一种重要手段。工业机械手已应用在机械制造的多种工艺中以代替人工，并成为机械加工人员所需掌握的生产工具。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用于锻压、冲压、铸造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。传动主要分为机械传动,流体传动和电传动三类。作为机械手的辅助运行机构，它决定了机械手的使用范围和实用性，有着十分重要的作用。关键词：工业机械手；机械制造；自动化数控卧式镗铣床自动换刀机械手-II-AbstractIndustrialrobotsandgeneralautomaticrobot,itisakindofindependentvariableautomaticrobot.Itislateinthe1950s,inrecentyearstorapidlydevelopautomationequipment,hasbecomeanimportantindustrialautomationisakindofimportantmeans.Industrialrobotshavebeenusedinvariousmechanicalmanufacturingprocesstoreplaceartificialandbecomemechanicalprocessingpersonnelofmasterproductiontools.Inrecentyears,withthedevelopmentofindustrialautomationgraduallybecomeanewrobotofdisciplines,andtherapiddevelopment.Manipulatoriswidelyusedinforging,stamping,molding,welding,assembling,machining,paint,heattreatment,etc.Especiallyinheavy,hightemperature,toxicorhazardous,radioactive,suchasdust,theworkingenvironmentduetoitsadvantagesofsignificantmanipulatorbyspecialattention.Anyhow,manipulatoristoimprovelaborproductivity,improveworkingconditions,reducelaborintensityandrealizetheautomationofindustrialproduction,andisanimportantmeanstohavepaidgreatattentiontothedevelopmentandapplicationofit.Drivingmainlydividedintothemechanicaltransmission,fluidtransmissionandpowertransmission.Astheauxiliaryoperationorganization,robotmanipulatorwhichdeterminesthescopeofuseandpracticability,playsaveryimportantrole.Keywords:industrialrobots;Machinerymanufacturing;automation数控卧式镗铣床自动换刀机械手-III-目录摘要.................................................................................................................................IAbstract..............................................................................................................................II一、绪论............................................................................................................................1（一）机械手的发展现状1（二）课题的构想与思路2（三）设计的主要内容2（四）要解决的计算部分2二、总体方案设计............................................................................................................3（一）位置检测与定位方式3（二）缓冲方式3（三）换刀机械手与驱动装置的研究3（四）刀库结构3（五）智能型控制系统的研究4三、机械结构设计............................................................................................................5（一）自动换刀机械手的组成和配置5（二）自动换刀机械手升降（即手架升降）机构5（三）自动换刀机械手的滑座伸缩和手架回转运动机构6（四）装、卸刀手手臂和手部结构8四、液压系统设计..........................................................................................................10五、PLC控系统设计......................................................................................................13（一）PLC的介绍13（二）PLC的结构及基本配置131.CPU的构成132.I/O模块153.电源模块154.板底或机架155.PLC的外部设备15（三）自动换刀过程15参考文献..........................................................................................................................19结论..................................................................................................................................20数控卧式镗铣床自动换刀机械手–1–一、绪论（一）机械手的发展现状能模仿人手和手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。2.在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。3.可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。4.可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。数控卧式镗铣床自动换刀机械手–2–5.宇宙及海洋的开发。6.军事工程及生物医学方面的研究和试验。随着机械加工业的发展，制造行业对于带有自动换刀系统的高效高性能加工中心的需求量越来越大。在现有的各种类型的加工中心中，传统结构的自动换刀系统的造价在机床整机造价中总是占着很大比重，这是加工中心价格居高不下、应用不普遍的重要原因。如果把自动换刀系统的设计制造从现有加工中心的制造模式中分离出来，把它作为加工中心的标准件或附件组织专门化的生产，同时由于该项技术的应用简化了机床主轴结构、采用弹簧夹头和外驱动机械手等关键技术、采用圆柱柄刀具和辅具，这不仅使数控机床工作性能有所提高，而且使得由它配套构成的加工中心的总体造价大幅度下降。低造价高性能的加工中心将会被中小厂广泛接收，这样必将给自动换刀系统生产厂商和加工中心制造厂商带来巨大的经济效益。（二）课题的构想与思路根据自动换刀装置（ATC）的创新设计思想，设计出能同时抓取刀库和主轴上刀具的回转式双臂双手换刀机械手结构。这种结构的换刀机械手主要应用在卧式加工中心的场合中。其换刀动作简单可靠，主要依靠液压系统驱动，采用可编程控制系统（PLC）进行控制，具有换刀时间短、运动惯性小等优点。实现了可以在一次装夹中完成多道工序的加工，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率，减少了零件安装和定位次数，提高了加工精