数控镗铣加工中心自动换刀系统设计开题报告
数控镗铣加工中心自动换刀系统设计开题报告本文简介:毕业设计(论文)开题报告题目:数控镗铣加工中心自动换刀机构的设计1毕业设计(论文)综述1.1题目背景、研究意义一个零件往往需要进行多工序的加工,而单功能的数控机床,只能完成单工序的加工,如车、钻、铣等。因此,在制造一个零件的过程中,大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等非加工时间上,切削
数控镗铣加工中心自动换刀系统设计开题报告本文内容:
毕业设计(论文)开题报告
题目:数控镗铣加工中心
自动换刀机构的设计
1
毕业设计(论文)综述
1.1题目背景、研究意义
一个零件往往需要进行多工序的加工,而单功能的数控机床,只能完成单工序的加工,如车、钻、铣等。因此,在制造一个零件的过程中,大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等非加工时间上,切削时间仅仅占整个工时中的较小比例。为了缩短非切削时间,提高工作效率,我们便设计了带有自动换刀系统的加工中心。
加工中心(Machining
Center,MC)是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床,它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心能集中完成多种工序,因而可减少工件装夹、测量和调整时间,减少工件周转、搬运存放时间,使机床的切削利用率高于通用机床3倍~4倍,所以说,加工中心不仅提高了工件的加工精度,而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床[1]。
1.2国内外相关研究情况
未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。加工中心是数控机床的代表,是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备,我国的加工中心从70年代开始,已有很大发展,但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经济、技术发展的需要[2]。随着我国工业的不断发展,推动了模具制造业、机械加工业的巨大发展,使得数控机床的使用越来越普遍,而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。然而,目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主,小型加工中心几乎是空白,而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展,需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用[3]。
在加工中心中,刀库和机械手组成自动换刀装置(Automatic
Tool
Changer,简称ATC),而自动换刀装置的好坏,将直接影响加工中心的好坏,从目前情况看,加工中心的主机部分基本定型,变化不大,但自动换刀装置种类繁多,五花八门,是最难搞好的部分[4]。它是加工中心的象征,又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置,以求在激烈的竞争中取得好效益,正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容,各厂家都在保密,极少公开有关资料,尤其机械手这部分更是如此。
目前常见的换刀机械手类型如下:
(1)单臂单手式机械手
结构较简单,换刀各动作均需顺序进行,时间不能重合,故换刀时间较长。
(2)双手式机械手
向刀库还回用完的刀具和选取新刀,均可在主轴正在加工时进行,故换刀时间可较短。
(3)双臂回转式机械手
这类机械手可以同时抓住和拔、插位于主轴和刀库里的刀具。与单臂单手式机械手相比,可以缩短换刀时间。应用最广泛,形式也较多。
(4)多手式机械手
使用者较少。
2
主要研究内容、拟采用的研究方案、研究方法或措施
2.1主要设计内容:
缩短机械手换刀的时间、保持工作平稳、定位准确。从而提高生产效率。
2.2研究方案:
2.2.1手的驱动方式的选择
(1)液压驱动
通常拥有很大的抓举能力,特点是结构紧凑,动作平稳,耐冲击,耐振动,防爆好,但液压组件要求有较高的制造精度和密封性能,否则漏油将污染环境。
(2)气动驱动
特点是电源方便,动作迅捷,结构简单,造价较低,维修方便。但是难以进行速度控制,气压不可太高,故抓举能力较低。
(3)电动驱动
电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式。其特点是电源方便,响应快,驱动力较大,信号检测、传递、处理方便,并可采用多种灵活控制方案。由于电机速度较高,通常必须采用减速机构,而且成本上也较其他两种驱动系统高。
由于本设计机构需要要求换刀时间短、工作平稳、定位准确,故选择液压驱动。
2.2.2机械手的组成及运动
本课题研究采用的是双臂回转式机械手。这种机械手的拔刀、插刀动作,大都由油缸动作来完成。手臂的回转动作,则通过活塞的运动带动齿轮齿条来实现。机械手臂的不同回转角度,是由活塞的可调行程来保证。图1为该机械手手部结构示意图。整个机械手主要由:
行程开关,挡环,齿轮,连接盘,销子,传动盘,升降液压缸,滑轴,齿条,转位液压缸,机械手组成。其工作原理为:
上、下两个液压缸分别驱动两组齿轮齿条实现机械手的旋转运动;
为了保证上下两个旋转运动互不干扰,中间采用一根滑轴上固接一个传动盘的结构,传动盘与齿轮通过销来传递运动,机械手换刀动作到位与否则是通过行程开关来检测,外加档块进行限位,从而实现机械手的自动换刀功能。如图2所示。
图1双臂回转式机械手
1,3,7,9,13,14为行程开关;
2,6,12为挡环;
4,11为齿轮
;5为连接盘;8为销子;10为传动盘;15为升降液压缸;16为滑轴;17,19为齿条;18,20为转位液压缸;21为机械手;
图2机械手结构图
在换刀过程中,机械手要完成准备、抓刀、拔刀、交换主轴上和刀座上的刀具、插刀和复位等动作,机械手的全部动作均由液压油缸控制。
刀具安装在标准的刀柄中,本次设计采用7:24锥度的刀柄;最大刀具长度300mm,最大刀具直径100mm,最大刀具重量8kg,刀具材料为高速钢,如图3所示。
图3刀具结构图
闰土机械外文翻译成品某宝dian
机械手两端各有一个手爪,手爪的抓刀圆弧部分各有各有一个锥销,机械手抓刀时,锥销插入刀柄键槽内,由活动销在弹簧力的作用下顶住刀柄,使刀柄固定,机械手能同时抓取和装卸刀库和主轴上的刀具,动作简单,效率高,换刀时间短。
其换刀过程如下,如图4图5所示:
a.
刀套转90°:
换刀之前,刀库2
转动将待换刀具5送到换刀位置,之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90°,使得刀具轴线与主轴轴线平行。
b.
机械手转90°:两手分别抓住刀库和主轴3上的刀柄。
c.
刀具松开:
刀具的自动夹紧机构松开刀具。
d.
机械手拔刀:
机械手臂下降,同时拔出两把刀具。
e.
机械手转180°:使主轴刀具与刀库刀具交换位置。
f.
机械手插刀:
机械手上升,分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。
g.
刀具夹紧:
刀具插入主轴的锥孔后,刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。
h.
机械手松刀:
机械顺时针转90°,回到原始位置。
i.
刀套向上翻转90°:刀套带着刀具向上翻转90°,为下一次选刀做准备。
图4械手的换刀示意图
图5机械手手部换刀过程简图
3
本课题研究的重点难点以及展开的工作
本课题的重点是:保证各个结构之间的相互合理配合,使之能连续工作,有节奏,安全地成产。
难点是:机械手手臂的设计与计算,机械手手部的设计与计算,机械手传动和驱动的设计计算,以及各个过程参数的确定,绘制图形。
前期已经展开的工作:网上查阅有关书籍和资料,确定设计的大致方向,了解换刀机械手的大体结构和工作原理。
4
工作方案及进度计划
1~3周:调研并收集资料;
3~6周:阅读资料,分析该机械手的结构组成和工作原理,并完成结构方案设计;
7~11周:完成该机械手的结构设计计算;
12~15周:完成该机械手的装配图和仿真;
16~18周:完成论文撰写,准备答辩;
指导教师意见(对课题的深度、广度及工作量的意见)
指导教师:*年*月*日
所在系审查意见:
系主管领导:*年*月*日
参考文献
[1]
刘建慧,邹慧君.加工中心自动换刀装置类型综述及设计特点[J],机械设计与研究,2001.9,17(3):49~51
[2]
李净仪,李秋红,郑耘杰.简述机械手液压控制系统的设计[J],农机使用与维修,2010,3:
27~28
[3]
朱文艺,张庆乐.数控加工中心换刀机构动作过程及控制原理研究[J],武汉工程职业技术学院学报,2009.3,21(1):5~9
[4]
刘炜.
数控加工中心自动换刀系统[J],机床与液压,2005,5:58
[5]
杨可森,艾长胜,侯志坚.
数控镗铣加工中心自动换刀系统中机—液机械手[J],机床与液压,2003,3:216~217
[6]
夏粉玲,贺炜.
凸轮式立卧两用换刀机械手的研究[J].
机械科学与技术,2004,23(3):320.
[7]
谢政.
加工中心换刀机械手的研究[D].
湘潭大学.
2008,05.15.
[8]
郑俊,许明恒,高宏力,单俊峰.PCB钻床自动换刀机械手换刀部分的设计分析[J],现代机械,2008,第1期:6.
[9]
李加明,陶卫军,冯虎田.
自动换刀装置发展现状及其关键技术[J].电气制造,2013(05):174~176
[10]
黄泽正,刘冲,陈志辉.
加工中心自动换刀装置的设计[J].
机械工程与自动化.
2007(01):124~125
[11]
戚洪利.
自动换刀装置及其控制的研究[D].
兰州理工大学
2007
[12]
朱玉敏.
加工中心的自动换刀技术[J].
制造技术与机床.
1988(08):168~170
[13]
陈义庄.
数控机床自动换刀装置的选择及刀柄的配置[J].
机床与液压.
2002(04):207~209
[14]
M.B.Ko.Design
of
automatic
tool
changer
for
CNC
machines.M.Sc.
thesis,Mechanical
EngineeringDepartmet,METU,Ankara,Turkey
1995
[15]
KIM
Jae-Hyun,LEE
Choon-Man
School
of
Mechatronics,Changwon
National
University,Changwon
***1-773,Korea
[16]
S.
Mekid
a,*,P.
Pruschek
b,J.
Hernandez
c,Beyond
intelligent
manufacturing:
A
new
generationof
flexible
intelligent
NC
machines[J],Mechanism
and
Machine
Theory,2009(44):466-476.