论文总字数：16760字

摘 要

自动换刀装置对于加工中心而言至关重要，因此需对自动换刀装置充分了解。其大致分为五种：转塔式、180°回转式、回转插人式、二轴转动式、主轴直接式。换刀装置的功能在于减少加工时间，提高生产效率，降低生产成本，从而提升机床甚至是生产线的生产力。

自动换刀装置主要由机械手、刀库、驱动装置等组成。

自动换刀机械手的功能就是把原本在主轴上运作的刀具跟刀库中待使用的刀具调换。目前所通用的机械手，大致可分为单臂单手式、回转式单臂双手式、双手式和多手式等。本篇论文是回转式单臂双手机械手，利用锁紧销和活动销缩短换刀时间，并使运动平稳、换刀定位准确。

驱动装置，即促使刀库旋转和机械手动作的装置。一般由发动机、液（气）压机构或凸轮机构组成，由数控系统的控制，使机械手完成换刀工作。本篇采用的是凸轮机构驱动装置，凸轮机构由平面凸轮和平面沟槽凸轮组成，平面凸轮带动主轴旋转，实现换刀，平面沟槽凸轮利用主轴上下位移，完成插刀、拔刀。

关键词：数控加工中心；自动换刀装置；机械手；凸轮机构驱动装置

The design of automatic blade changer devices with manipulator

Abstract

Automatic blade changer devices is very important for processing center.So it is necessary to be familiar with it. Automatic blade devices can be divided into five basic forms: namely to tower, 180 turnaround-type, rotation planting, two-axis rotary and the main axis of rotation axis direct. The main function of automatic blade devices is reducing non-cutting time. Then, it can improve production efficiency, reduce production costs, even enhancing machine productivity of the whole production line.

Automatic blade changer devices is comprised of tools storehouse, manipulator and drive devices.

Manipulator is a core component of automatic blade changer devices. Its mainly task is to exchange the position of the working tool on the spindle and the inactive tool in tools storehouse. It can be divided into five forms: single-arm manipulator, double-arm manipulator, with sending the tools manipulator, placed the tools station and ATC arm manipulator.This article portrays double-arm manipulator,using locking pins and activities pins to cut down the tool changing time ,smooth motion and precisely get a position.

The drive devices let tools storehouse and manipulator achieve its own function. This device is consisted by motor, hydraulic, gas-liquid institution or cam mechanism. Under the control of the CNC system, driving tools storehouse and manipulator to achieve the selection and swap of tools. This article portrays cam mechanism device. Cam mechanism device is consisted of two parts：arc surface cam and flat cam.Using flat cam is to whirl the main axle.Using arc surface cam is to shift the main axle vertically.

Keywords:Machining center；Automatic blade changer devices；Manipulator；Cam mechanism device

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 数控加工中心简介 1

1.1.1 数控加工中心的背景 1

1.1.2 加工中心的发展 1

1.1.3 加工中心的特点^[2] 1

1.1.4 加工中心的发展方向 2

1.2 自动换刀装置简介 2

1.2.1 自动换刀装置的简述 2

1.2.2 自动换刀装置的分类 2

1.2.3 刀库的分类 3

1.2.4 刀套的准停 4

1.3 自动换刀装置的现况 5

1.4 研究意义 5

第二章 机械手的设计 6

2.1 机械手的原理 6

2.2 设计要求 7

2.3 相关的计算 7

2.3.1 弹簧的选取 7

2.3.2 活动销的校验 8

2.3.3 锁紧销的校验 10

2.3.4 轴与机械手配合部分的直径的选取 11

2.3.5 螺栓组的设计 12

2.4 机械手的设计小结 13

第三章 驱动装置 14

3.1 驱动装置的选择 14

3.2 凸轮工作原理 14

3.3 小结 15

第四章 结构尺寸设计 16

4.1 总体结构的设计 16

4.2 具体结构设计 17

4.2.1 凸轮轴 18

4.2.2 凸轮与滚子 18

4.2.3 主轴上的零件 19

4.2.4 轴承的安装 20

4.2.3 发动机与平面沟槽凸轮的齿轮连接 21

4.3 结构设计的小结 22

第五章 结 论 23

第六章 结束语 24

致 谢 25

参考文献 26

第一章 绪 论

1.1 数控加工中心简介

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