铣床辅助换刀机械手开题报告参考模板

1、系 专 班 姓 学 导毕业设计（论文）开题报告题目：某大型铳床辅助换刀机械手的结构设计别业级名号年 月曰1 毕业设计（论文）综述1.1意义及背景工业机械手是近代自控的重要技术，也是现代制造生产的重要组成部分。自动 换刀装置是在数控加工中心起到非常重要作用的装置，尤其是在工件被装夹中实现多 道加工工序。自动换刀装置主要由三部分组成，分别为刀库、机械手和驱动装置。 对大型铳床设计一机械手，与刀库和驱动系统相配合，辅助完成自动换刀的功能，是 典型的机电一体化产品。由于其高的可靠性和高的精密性，具有其它机电产品所无法 替代的作用。本课题的设计，让学生开始掌握机电一体化产品的设计，熟悉机械产品 的设计过

2、程，为自动机械设计奠定了良好的基础。1.2国内外发展现状起始于上世纪70年代，工业发达国家迅速发展自动换刀装置的研究。1983年， 数控刀具锥柄被标准化，自动换刀装置结构被统一肠。目前自动换刀装置都被诸多国 家成功应用到高端加工中心上。例如，chiron公司设计的fz08s和fz08w加工中心用的换刀机械手各自 对应一个刀具，其刀库随着主轴在周围一起移动，对刀时，换刀所需时间仅仅0.5s, 切削时，换刀时间仅需1.5s卩。burkardt和 webergmbh公司设计的mc325、 mc325-twn加工中心胶用的转塔刀库带有凹转刀具和托盘的交换系统，其换刀时间 与换位进给时间相等，切削时，换

3、刀时间为2s3o我国对加工中心和自动换刀装置的研究相比于工业发达国家相对落后。上世纪80年代起，自动换刀装置先后被诸多机床厂和集团研究与开发。如大连机床集团自主 研发的装置最短对刀与换刀时间已达到2s以内。2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要内容1）主要参数：（1）被抓住的刀具重量：60kg；自由度的个数：3；坐标形式：圆柱坐标；最大工作半径：840mm；（2）手臂运动参数:回转范围:0-180°,回转速度:<50°s_1,伸缩行程：600mm,伸缩速度:<40mm s'1,升降行程：400mm,升降速度：<40mm

4、s_1；（3）手腕参数：回转范围：0-180°,回转速度：<20°s-1,手指夹持范围：0 60-180mm,定位精度:±lmm2）了解国内外机械手研究的现状，熟悉换刀械手的工作机理，确定自由度;3）拟定整体方案，特别是考虑机械本体与传感、控制方式有机结合的设计方案; 手部、腕部、臂部和机身结构的设计；各部件的设计计算；4）工业机械手总装的设计和绘图（包括传动部分、执行部分、驱动部分）；5）设计与绘制液压原理图。2.2拟采用的研究方案目前，国内用机械手在刀库和主轴之间换刀主要有两种类型，分别为单臂机械手和双臂机械手，如下图所示:（a）单臂机械手（c）双臂机械

5、手图1手臂结构单臂机械手，如图a和b所示。具有一个手臂的换刀机械手分为单爪式（如图a） 和双爪式（如图b）。单臂单爪机械手仅有单爪执行，耗时长，结构简单。单臂双爪机 械手可以回转180。同时拔刀和插刀，耗时短，较为常用。双臂机械手，如图c和d所示。其抓刀和换刀于人手类似，除了换刀有些述可以 运输刀具。结构较复杂，耗时短。因此综上所述，相比较运动时间短，换刀快速又结构简单，换刀时不影响其他刀 具且使用广泛这些因素考虑，我选择设计单臂双爪回转式机械手。按机械手手臂不同的运动形式及其组合情况可分为：直角坐标式、圆柱坐标式、 球坐标式和关节式。直角坐标式的手臂运动系由三个直线往复运动组成。通过旋转运动

6、和两个线性往 复运动组成的圆柱坐标式手臂运动。球坐标式的手臂运动系由两个转动和一个直线 往复运动组成问。关节式的手臂运动类似人的手臂可做几个方向的转动。根据单臂双 爪可仲缩机械手的动作，我选择了圆柱坐标式。工业机械手的设计根据任务书的要求具有三个自由度：机身根据机床升降调整高 度是一个自由度，拔刀和插刀是一个自由度，机身回转180度是一个自由度，手腕和 手指是局部自由度。驱动方式共有三种，分别为液压、伺服和交流异步电动机。必须足够的液压动力 才能进行液压驱动，但油质、油压、油温和环境影响运动速度和准确性，适用于不需 耍频繁换刀的大中型机床。伺服驱动速度快、精度高、稳定性强，成本较高。交流 异步

7、电动机驱动需借助凸轮机构，比伺服驱动连贯性好且成本低，适用于频繁换刀的 中小型加工中。因此如题是某大型铳床换刀选择液压驱动。最终，根据以上分析我设计的换刀机械手是由液压驱动，机身整体为圆柱坐标式 的单臂双爪回转式可仲缩机械手。俗称扁担式机械手。机构图如下所示：>xf zm<图1.3换刀机械手机构图2.3研究方法(1) 查阅有关书籍和资料，了解数控机床的由来及研究领域；掌握换刀机械手的 基本结构和分类；了解换刀机械手的应用及其在国内外的研究现状；了解数控加工设 备的现状及铳床的工作方式和原理；(2) 结合个人见闻及所学专业知识，对所设计课题进行各方面的论证；(3) 通过与同学交流、网

8、络等方式对所设计课题进行资料的收集和考证；(4) 在老师的指导下，认真按时完成毕业设计的每个进度任务。3本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1重点及难点(1) 换刀机械手结构设计、主要参数的确定；(2) 换刀机械手传动方式的论证和选择；(3) 换刀机械手控制系统的选择和设计；(4) 换刀机械手总体设计、校核。32前期已开展工作(1) 查阅换刀机械手相关资料；(2) 结合数控铳床换刀机械手的工作原理，确定换刀机械手各环节自由度数、相 关参数，选择合适换刀机械手的机构，画出机构运动简图。4完成本课题的工作方案及进度计划(按周次填写)13周 查阅资料，完成开题报告，本校；48周总体方案的设计，

9、方案论证，完成外文资料翻译，完成中期检查报告，本校； 913周 机械手的技术设计，本校；14-15周 撰写毕业论文，毕业答辩。5 参考文献：1 关智.一种多关节智能机械手臂控制系统设计j.机械设计与制造，2011(12):52-54.2 夏粉玲，贺炜，李体仁，等.关于立卧两用换刀机械手的设计j.陕西科技大学学报， 2002, 20(5):13-16.3 郑和伟.自动换刀装置及其稳定性的研究d.兰州理工大学，2012.4 曾时金车轮锻造液压机控制系统的研究d.燕山大学,2009.5 葛甜.刀库及机械手可靠性综合试验及评估方法研究d.南京理工大学，2013.6 王佞.液压驱动机械臂设计及其仿真研究

10、d.华北电力大学，2011.7 晁晓圆，牛立军.数控机床机械手换刀装置故障与维修j.金属加工(冷加工)，2016(13):72-75.8 晁晓圆.数控加工中心atc装置的控制分析与故障排除j.机床与液压， 2017,45(2):160-162.9 李光只，谢小鹏，林茂，等.汽车座椅头枕试验台架液压加载系统的设计j.机电工程技 术，2012(10):100-104.10 陈增合，刘福云，吕兴润.重型车侧翻角度分析及防侧翻支腿液压系统设计j.重型汽 车,2010(6):9-12.11 赵爱娜.大型龙门机床自动换刀技术研究d.南京理工大学,2011.12 韩越梅.加工中心自动换刀装置的研究进展j.装

11、备制造技术,2010(5):128-129.13 成大先.机械设计手册(第五版)n.化学工业出版社，2010.14 周小鹏，丁又青.液压传动与控制m.重庆大学出版社，2014.15 宋超，杨代华，罗志建.小型立-卧自动转换式加工中心机械装置的研制j.煤矿机 械，2007,28(10):106-10&16 mullen j f. mechanical hand: us, us 3694021 ap. 1972.17 brosius e e. manipulator: us, us2314686p. 1943.18 murakami t, yu f, ohnishi k. torque scnsorlcss control in multidcgrcc-of-freedom manipulatorjj. ieee transactions on industrial electronics, 1993, ie-40(2):259-265.19 stouthamcr r, breeuwer j a j, hurst g d d. wolbachia pipientis: microbia