换刀器设计——水平移动系统设计

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1、本科毕业设计说明书(论文)第36页共36页1绪论柔性生产自动化的数控加工中心正普及化,换刀机器人作为FMS中非常重要的部分,被越来越受到重视,并也在日新月异的发展。它的出现会使制造业变得更方便化,轻松化。机器人技术涉及力学、机构学、机械设计、液压技术、自动控制技术、传感技术和计算机技术等众多领域。1.1换刀机器人的概念所谓换刀机器人,就是一个4个自由度的比较复杂并且有快速自动换刀装置的运动机构,在机器人运行过程中需要精确控制末端操作器(手爪)到达指定的位置,需要避开障碍物以及多轴插补运动等。因此,不

2、仅要求每个关节能准确到达各自的设定位置,而且要求各关节之间能恰当地协调,才能最终保证手爪的位置精度,完成换刀动作,实现复杂结构件连续加工过程中的自动换刀。1.2换刀机器人的发展从换刀机器人发展的历史来看,1956年换刀机器人开始萌芽,美国IBM公司研制成功了刀具程序控制装置,同期在日本富士通公司成功研究了数控转塔式冲床。1958年随着计算机辅助制造技术的发展,美国K&T公司研制出了带ATC(A—automatic;T—tool;C—change自动换刀装置)的加工中心。随后在1967年出现了柔性制造

3、系统,完整地把换刀机器人和自动上下料机构、交换工作台、自动换刀装置结合,使得自动化程度更高。到1978年以后,加工中心迅速发展,带有自动刀具交换装置并且可实现多种工序加工的机床研制成功。1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准,使得换刀机器人的自动换刀装置形成了统一的结构模式。随着科技技术不断地更新发展,国内外趋向于研制高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修的换刀机器人。换刀机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块

4、化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。采用换刀机器可以使机床刀库间与中央刀库间的刀具交换与加工同时进行,机床可实现连续加工。近几年来,伴随着全球的机床产业正朝着全方位、高效率、高速度多功能的柔性制造系统的演进趋势以及降低生产成本架构的发展需求本科毕业设计说明书(论文)第36页共36页,换刀机器人也正朝着:1)发展出换刀机器人系统能承载重量70kg以上的超重刀具,并且要拥有强力锁刀装置,以防止重型刀具在运行中坠落;2)发展出可以同时容纳多种类型刀具的换刀机器人,以便时常变换使用在多种主轴

5、的加工中心;3)换刀机器人向着高效率且定位精确的驱动和选刀系统发展,发展出更高精度且配高质量、高定位的伺服电机及减速机,以符合选刀的迅速和换刀的精确;4)换刀机器人也向着质量轻,成本低,但能有高容量的刀库发展,换刀效率要高。1.3课题研究的意义在科技日新月异的今天,工业机器人的出现很好的解决了传统制造业中的一些难题,使得工业机器人在制造业中有很大的市场。工业机器人在许多生产领域的使用实践证明,它在提高生产自动化水平,提高劳动生产率和产品质量以及经济效益,改善工人劳动条件等方面,有着令世人瞩目的作用,

6、引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪,机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。换刀机器人是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件。它的快速、准确性保证了加工中心的运行。有资料显示,换刀机器人的故障率约占整机故障率的25%。本课题设计的是一种换刀动作少、机构简单化的换刀机器人,同时提高换刀机器人的可靠性、稳定性和可维护性。此次通过毕业设计对换刀机器人水平移动系统部分设计的机会,再次温习了大学四年所学的机械知识,并更深入的了解了机电一体化,练习使用各种绘图软件,为不久之后走出校门又上

7、了一课。本科毕业设计说明书(论文)第36页共36页2换刀机器人的总体设计2.1换刀机器人的组成及各部分关系概述图2-1换刀机器人的组成图它主要由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制检测系统及智能系统组成。A、执行系统:执行系统是换刀机器人完成抓取刀具及更换刀具,实现各种运动所必需的机械部件,它包括手部、腕部、机身等。(1)手部:又称手爪或抓取机构,它直接抓取刀具。(2)腕部:又称手腕,是连接手部和臂部的部件,其作用是调整或改变手部的工作方位。(3)臂部:是支承腕部的部件,作用是承受刀具的负荷,并把它

8、传递到预定的位置。(4)机身:是支承手臂的部件,其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。B、驱动系统:为执行系统各部件提供动力,并驱动其动力的装置。C、常用的机械传动、液压传动、气压传动和电传动。D、控制系统:通过对驱动系统的控制,使执行系统按照规定的要求进行工作,当发生错误或故障时发出报警信号。E、检测系统:作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况,根据需要反馈给控制系统,与设定进行比较,以保证运动符合要求。本科毕业设计说明书(论文)第36页共36页2.

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