5、车铣复合机床—换刀机械手部件设计.docx

车铣复合机床—换刀机械手部件设计摘要当今市场对零件的复杂程度的要求越来越高，复合加工机床随之不断增加，复合加工机床将进入激烈的竞争时代。自动换刀装置作为复合加工机床重要的部件，满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。设计方案选定后，本文主要通过计算，对自动换刀装置各部件进行了详细的介绍。阐述了自动换刀装置的整个工作过程。论证了自动换刀装置的优势。得出了大规模制造业中，机械手在自动化生产线的重要作用。关键词复合加工机床；自动换刀装置；换刀；刀具；机械手1引言车铣复合加工机床是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工,使工件在形状精度、位置精度、已加工表面完整性等多方面达到使用要求的一种先进切削加工方法。车铣复合加工不是单纯的将车削和铣削两种加工手段合并到一台机床上,而是利用车铣合成运动来完成各类表面的加工,是在当今数控技术得到较大发展的条件下产生的一种新的切削理论和切削技术，具有车削、铣削等复合功能，能够实现一次装夹、全部完成的加工理念。机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成任务的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线的重要成员，逐渐被企业认同并采用。机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运，他可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域不断扩大。下面对机械手来进行详细的介绍。2复合机床的总体结构本设计课题为车铣复合机床[1][2]，以车为主，附有铣的功能，因此有的主要部件:车主轴部件、背车轴部件、铣主轴部件和刀库机械手部件。工件在加工时须夹持车主轴或背车轴中，刀具则夹持在铣轴中，铣主轴有3个正交伺服进给方向，分别是左右、前后和上下，为扩大加工范围，铣轴还应有一个自由度，在一个正交面中可进行旋转。对于车主轴和背车轴，按参数可以知道两轴必须同轴线，其轴端面为1610mm，至于放置方式参照CA6140，采用水平相对放置，车主轴固定，背车轴则可进行水平进给。床身则采用现流行斜床身，便于排屑和回油。由于床身回转直径为600mm，为给加工留出足够的空间，可将机械手装在侧面、上面和背面、远离车轴，为装卸刀具方便和安全考虑。选择在背部安装刀库，另外因为刀库中刀具为20把，我采用盘式结构，为缩短刀库直径，我采用轴向装刀径向换刀。3机械手部件的设计[3]在设计中应注意的问题：（1）手指应有足够的夹紧力。（2）手指应用在一定的开闭范围，其大小不仅与工件的尺寸有关，而且须想到手部接近刀具的运动路线以及方位的影响。（3）应能保证工件在手指内准确定位。（4）结构尽量紧凑、重量轻。综合上述，我选择使用如图1[4]所示的机械手手部。图1机械手手部3.1设计参数(1)刀柄型式HSK-A63；(2)刀库容量20把；(3)刀具最大直径Φ88mm(4)刀具最大长度25mm(5)刀具最大重量7kg(6)换刀时间1.8s（刀—刀）3.2机械手执行部件设计所谓执行部件，即机械回转手部部件，包括固定爪、活动指和回转手臂三大部分，我对这三大部件分别作了设计，其中：我将固定爪分为2个主要零件，即与所给参刀柄形式配合卡套以及连接卡套和回转手臂的手腕。卡套根据如图2所示的HSK-A63具体尺寸进行设计以保证刀具被可靠抓入其中手腕如图4是根据如图3所示刀柄卡套尺寸设计的，其原因在于将固定爪进行细化拆分，便于加工制造。回转手臂根据刀库与铣轴之间距离而定，目前暂定420mm活动指设计源于要在抓刀的过程可以活动，以便刀具被卡进卡套内，在拔刀插刀过程中固定，以保证刀柄能准确可靠卡在卡套内，鉴于此要求1弹簧。图2HSK刀柄形式图3刀柄卡套图4手腕3.4.1弹簧的选取通过对手爪尺寸的计算，活动销的行程为12.38mm，这就需要弹簧压缩量至少为12.38mm，这里我们选择弹簧压缩量为15mm因为刀具最大重量为7kg，要使刀具在夹紧力的作用下不掉下去。摩擦力就必须大于重力。由于这里是钢接触，所以取摩擦系数u=0.12摩擦力f=uN①上式中N为活动销对刀具的压力，所以f=uN>G②即从上式我们可以得到活动销对刀具的压力大于572N又由于活动销对刀具的力是由于弹簧压缩所产生的，所以P=N=572N而根据作用力与反作用力的关P=-F=-kx=15k③所以k=572/15=3