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毕业设计（论文）任务书学生姓名张彤学号班级机制二班指导教师职称教授单位工程技术系毕业设计（论文）题目数控机床换刀机械手的设计毕业设计（论文）主要内容和要求：换刀机械手是数控机床实现自动换刀的重要组成部分。主要内容和要求：根据数控机床的使用条件，确定换刀机械手的换刀方式，设计新型的机械手抓取方式和动力驱动方式。并绘制其装配图和零件图。主要参数：手架伸缩液压缸最大行程：100mm夹持工件质量：20kg换刀过程手架旋转角度：180°换刀机械手复位角度：-75°要求：设计说明书6000字以上，装配图和零件图合计三张零号图纸。毕业设计（论文）主要参考资料：[1]马香峰.工业机器人的操作机设计.第1版.北京：冶金工业出版社，1996.[2]何发昌,邵远.多功能机器人的原理及应用.第1版.北京：高等教育出版社，1996.[3]孟繁华.机器人应用技术.第1版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1989.[4]机械设计手册(第五卷第四十二篇:工业机器人).北京:机械工业出版社,1992.[5]王启义.机械制造装备设计.第1版.北京：冶金工业出版社，2003.[6]冯辛安,黄玉美,杜君文.机械制造装备设计.第1版.北京:机械工业出版社,1999.[7]王爱玲,曾志强.数控机床结构及应用.第1版.北京:机械工业出版社,1999.[8]彭晓南,徐向纮,刘丽冰.数控技术.第1版.北京:机械工业出版社,1999.[9]熊光华,富毅和,刘力群.数控机床.第1版.北京:机械工业出版社,1999.毕业设计（论文）应完成的主要工作：了解换刀机械手在数控机床上的应用情况，发现其在使用过程中出现的问题，并根据现在机械手的使用弊端设计新型换刀机械手的总体结构，确定机械手臂的运动路线、抓取方式及动力驱动方式，并绘制相应的装配图和零件图。1.进行总体方案论证、主要结构的设计，零部件的选型及设计计算等；2.完成液压通用机械手手腕回转、夹紧部件、手臂伸缩运动部件、手臂升降和手臂回转装置及夹持式手部的设计，并完成总装图、部件图、零件图共折合2张0#图的绘制。3.撰写毕业设计说明书，并打印装订成册。4．完成所布置的科技论文的翻译及毕业实习调研报告，一律为打印稿。毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1准备阶段，搜集有关资料，确定设计方案12月10日～12月20日2撰写开题报告、文献综述、外文翻译等相关内容12月21日～3月12日3完成设计雏形，定初稿3月12日～3月30日4完成设计说明书4月1日～４月18日5定终稿，完成毕业设计4月19日～5月4日6完成相关设计简介、答辩提纲，准备答辩阶段5月5日～5月14日7毕业设计答辩阶段５月中旬课题信息：课题性质：设计□论文□课题来源：教学□科研□生产□其它□发出任务书日期：指导教师签名：年月日教研室意见：教研室主任签名：年月日学生签名：毕业设计开题报告学生姓名张彤学号专业班级机制二班指导教师职称教授单位工程技术系课题性质设计□论文□课题来源科研□教学□生产□其它□毕业设计题目数控机床换刀机械手的设计开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）1.课题研究目的及意义本设计主要是在实现手指夹紧、手臂伸缩、手架伸缩以及手架旋转运动的基础上，为数控机床换刀机械手的研究提供几种新的设计方案，并通过论证分析，选择其中一种比较理想可行的方案进行设计计算，以达到准确、稳定、快速、可靠换刀的目的。在满足数控机床换刀机械手各种运动要求的同时，本设计也在一定程度上简化了换刀机械手的结构，以方便数控机床换刀机械手的加工制造过程。2.课题研究现状：近年来，随着世界制造业向中国转移，我国对机床的需求量大增。同时，经过多年的努力，我国数控机床的开发水平也有了很大进步，数控机床的品种和质量均比以往有所提高，部分机床制造主导厂还开发出具有相当水平的数控设备。但是，通过有关部门给出的资料，只要作进一步的分析与了解，我们就会发现，国产数控机床在消费量的台数中虽占有一半（55%）以上，但它们多是些技术水平较低、价格相对便宜的普通产品，如数控车床、数控铣镗床和线切数机床等，高、中档数控产品则较少，而且这些产品的核心技术或功能部件，如数控机床换刀机械手、全功能的数控伺服系统，高速电主轴，数控刀架乃至高速安全防护装置等，还多是由中外合资企业提供或是从国外进口的[1]。这也说明由于技术发展的不平衡，在多种条件制约下，目前我国数控机床的整件技术水平与国际先进水平相比还有一定距离，部分高性能、高速、高精度的数控机床仍需要依靠海外进口。功能部件技术水平的高低、性能的优劣以及整体的社会配套水平，都直接决定和影响着数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。而换刀机械手则是数控机床稳定可靠运行的关键功能部件。它的快速、准确的换刀程序是影响数控机床发挥高效、可靠的加工性能的重要因素。没有换刀机械手，就不可能有集中工序进行加工的数控机床。有资料显示，刀库和机械手的故障率约占整机故障率的25%[1]。所以说，换刀机械手的性能、质量直接影响着数控机床整机的性能、质量和品种的发展。数控机床是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的一种功能较全的数字控制机床，也是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，是判断企业技术能力和工艺水平标志的一个方面[2]。数控机床中实现刀库和机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为自动换刀装置，它的功能是储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换。自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。它由存放刀具的刀库和换刀机构组成。作为自动换刀装置，它需要满足换刀迅速、时间短，重复定位精度高，刀具储存量足够，所占空间位置小，工作稳定可靠等特点[3]。换刀装置中刀具的交换形式及它们的具体结构对机床的工作效率和工作可靠性有着直接影响。数控机床的自动换刀形式可分为无机械手换刀方式和有机械手换刀方式两大类。无机械手换刀方式一般是采用把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，同时，刀库中刀具的存放方向一般与主轴上的装刀方向一致。无机械手换刀方式是由刀库和机床主轴的相对运动实现刀具的交换的，这种方式结构简单，但换刀时间要长。目前，数控机床的自动换刀装置大都采用有机械手换刀方式，因为有机械手换刀装置在刀库的配置、与主轴的相对位置及刀具数量确定上都比较灵活，机械手数量和换刀形式比较随意，换刀时间比较短，应用广泛[4]。换刀机械手的形式有单臂式、双臂式、回转式和轨道式等，而常用双臂式机械手的手爪结构形式又分为钩手、抱手、伸缩手和叉手等[2]。数控机床换刀机械手作为数控机床的一个重要的功能部件，它在国内外的数控机床制造领域中已受到广泛的重视。目前，在国外BT40的换刀时间已达到0.9秒，BT50的换刀时间也达到了1.5秒左右，国内也出现了立、卧两用凸轮式换刀机械手和用于五轴联动的换刀机械手的研究。数控机床换刀机械手的主要任务是，完全模拟人手的换刀动作，给机床主轴与弹簧夹头提供相对转动实现夹紧、放松刀具的动作。机械手应具备足够的转矩，同时还应使机械手具备结构紧凑、占据空间小的特点，以适应不同类型机床的换刀空间[4]。随着机械加工业的发展，制造行业对数控机床换刀机械手的需求量会越来越大。3.研究内容：(1)根据目前常用的数控机床换刀机械手的换刀方式，对手臂伸缩与手指夹紧机构、手架旋转与手架伸缩机构的设计提出几种新的方案，并通过对所提出方案的论证分析，选择一种较为理想的方案进行具体的设计。(2)对所选设计方案中换刀机械手的组成机构及各个自由度运动的实现进行分析。(3)对数控机床换刀机械手的手指夹紧力进行分析与计算，并对其关键部位进行校核，以保证换刀的可靠性。(4)对设计中所涉及到的液压缸通过计算确定其个部分结构的具体尺寸，并对个活塞杆的强度、稳定性以及螺栓的强度进行校核，以保证数控机床换刀机械手能够稳定、可靠的完成换刀过程。(5)对设计中出现的齿轮、轴等重要零部件通过计算确定尺寸后，要进行安全校核。(6)设计出数控机床换刀机械手的控制系统部分，完善设计内容。4.研究方案：通过阅读大量参考文献，了解了数控机床换刀机械手的优缺点。并对其优缺点进行分析，根据其应用场合和运动方式，确定最初设计方案。通过对其结构的进一步分析优化，使其各装置结构尽可能合理化，再通过对设计零件的强度校核及整体的干涉检验，保证设计方案的可行性以及安全稳定性。5.进度安排：(1)准备阶段，搜集有关资料，确定设计方案（12月10日～12月20日）。(2)撰写开题报告、文献综述、外文翻译等相关内容（12月21日～3月12日）(3)完成设计雏形，定初稿（3月12日～3月30日）(4)完成设计说明书（4月1日～４月18日）(5)定终稿，完成毕业设计（4月19日～5月4日）(6)完成相关设计简介、答辩提纲，准备答辩阶段（5月5日～5月14日）(7)毕业设计答辩阶段（５月中旬）6.预期结果：本设计方案在实现手指夹紧、手臂伸缩、手架伸缩以及手架旋转运动的基础上，实现其准确、快速、可靠、稳定的换刀。在一定程度上简化了系统结构。而对于手指夹紧、手臂伸缩及手架伸缩运动，则采用液压驱动方式，即可以准确、稳定的实现各个运动，还可以通过提高液压缸的运动速度来缩短换刀的时间。7.主要参考文献：[1]濮良贵、纪名刚主编.机械设计[M].高等教育出版社，2000.[2]吴宗泽，罗圣国主编.机械设计手册[M].高等教育出版社，2006.[3]孙桓、陈作模主编.机械原理[M].高等教育出版社，2000.[4]张钺.新型带式输送机设计手册[M].冶金工业出版社.2001年2月.[5]唐金松.简明机械设计手册（第二版）[M].上海科学技术出版社.2002年6月.[6]机械设计手册编写组.机械设计手册[M].化学工业出版社.2002年.[7]数控机床功能部件产业化[EB/OL].[8]范真.数控机床[M].北京：化工工业出版社，2004：42-45.[9]数控机床科普知识[EB/OL].[10]数控机床自动换刀系统产品化的研究[EB/OL].[11]贾铭新.液压传动与控制[M].北京：国防工业出版社，2001：87-92.指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意□不同意□教研室主任签名：年月日摘要本设计主要是对数控机床换刀机械手的设计。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。此次设计主要是对数控机床换刀机械手手部进行设计，完成手部各参数的计算，以及液压传动系统中相关参数的计算和机械手中轴的计算，还有液压控制系统的设计。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。本设计也在一定程度上简化了换刀机械手的结构，以方便数控机床换刀机械手的加工制造过程。关键词:数控机床；换刀机械手；手部设计ABSTRACTThedesignmainlyintroducesthedesignoftherobotaboutCNCmachinetoolchange.Manydifferenttypesofrobots,inthisdesignuserotaryrobotmanipulatorarms.ThedesignofCNCmachinetoolchangemainlyonhandtodesignrobotstocompletethecalculationoftheparametersofthehand,andthehydraulicsystemrelatedparametersinthecalculationandthecalculationoft