加工中心自动换刀机构设计摘要手架旋转轴的轴径手架旋转轴所承受的负载为.手架旋转轴的质量为.取手架旋转所需的驱动力距等于手架旋转时受到的惯性力距，则根据文献，有.式中手臂回转部件对回转轴线的转动惯量手架旋转轴对回转轴线的转动惯量手架旋转轴旋转时的角加速度，这里初取手架旋转轴的转速,则其角速度，设手架旋转轴从静止开始到达到稳定速度所需的时间为.,则.机械手夹紧力的校核.取手架回转的角速度则由式.得.因小于机械手手指的夹紧力，所以机械手的手架旋转轴工作正常。由于手臂回转部件的回转轴线与其重心轴线重合，所以可取本设计中,取，则.将值代入式.可得.手架旋转轴的输出功率手架旋转轴强度校核公式如下.式中手架旋转轴的扭矩，此处.手架旋转轴的抗弯截面模量，对于实心轴有，所以此处将值代入式.可得因故所选轴安全。手架旋转驱动机构的选择电动机类型的选择目前常用的加工中心换刀机械手，它的手架旋转运动是由两个液压缸实现的。个液压缸用来实现手架旋转到达工作位置，换刀运动过程准备开始。另个液压缸则是在拔刀过程结束后，实现手架旋转的运动，是主轴刀具与刀库刀具互换位置。虽然这种结构工作原理很简单，但由于驱动机构较多，它们之间以及它们和手架伸缩液压缸的活塞杆之间的连接机构却比较复杂。而在本设计中，所以只需要用个驱动机构带动齿轮机构或蜗轮蜗杆机构，就可实现手架在拔插刀前后的多次旋转运动。对于这个驱动机构，它需要能实现手架的和反向三种角度的旋转。若采用液压缸和行程开关进行控制，则般只能实现种角度的旋转。而如果采用电动机进行传动，则只需控制好电动机的起停时间就可以实现各种预期的运动。所以本设计中的手架旋转运动由电动机带动单级圆锥齿轮来实现。系列高精度微型特种减速电动机采用高新技术，具有齿轮减速蜗轮减速直线往复等多种结构，并可配有电子无级调速阻尼制动电磁刹车等功能，适用于交流直流多种电压，是种高效节能低噪音的微特减速电动机，它还具有结构紧凑安装方便减速比大体积小输出转矩大及运行可靠等特点，因此，本设计中的手架旋转机构选用系列高精度微型特种减速电动机作为驱动机构。电动机型号的选择根据文献各传动副传动效率为弹性柱销连轴器.圆锥滚子轴承.单级圆锥齿轮.总的传动效率为.取单级圆锥齿轮的传动比为所选电动机应满足根据上述条件，查电机系列，取型齿轮减速电动机，其基本参数如下允许负载为，输出转速为，转矩为.。单级圆锥齿轮的设计与校核根据文献各轴转速为各轴转距为.各轴的输入功率为手架旋转轴的实际角速度，因.,加工中心自动换刀机构设计摘要.所示的夹紧机构和图.中所示的主架旋转机构组成加工中心换刀机械手进行具体的设计。.设计结构分析设计参数主架上下伸缩液压缸最大行程手臂旋转机构液压缸最大行程手指夹紧液压缸最大行程夹持工件质量换刀过程手架旋转角度换刀机械手复位角度自由度分析及各自由度的实现分析自由度的坐标形式有直角坐标式圆柱坐标式球坐标式以及关节坐标式等等，本设计中采用直角坐标式对加工中心换刀机械手的自由度进行分析，如图.所示。分析过程如下手指夹紧运动由手指夹紧液压缸控制实现，通过活塞杆推动或拉动手指部分的连杆机构实现手指的夹紧或松开。手臂旋转运动由伸缩式液压缸控制实现。主架上下伸缩运动由手架伸缩液压缸控制它的伸缩运动，能实现换刀机械手的拔刀和插刀动作。主架旋转运动由电动机带动单级圆锥齿轮来实现，通过控制电动机的启停时间即可实现手架旋转到达工作位置主架旋转完成主轴刀具和刀库刀具互换运动手架反向旋转复位三种运动。加工中心换刀机械手的组成加工中心换刀机械手由执行机构驱动机构，各部分特点如下执行机构执行机构是完成各种动作的部件总称，它由抓取部分手部臂部和主架等运动部件所组成。手指部分即直接与工件接触部分，般是回转型或平移型，手爪多为两指，也有多指根据需要分为内抓式或外抓式也可用负压式或真空式的空气吸盘和电磁吸盘。本设计采用夹持式手部，即由手爪和传力机构组成，它的主要功能是在换刀过程中完成抓住工件握持工件和释放工件的动作。手臂部分手臂是支撑被抓物体以及手指部分的重要部件，起调整和改变工件方位的作用。本设计中手臂的主要作用是带动手指去抓取物件。主架部分用于承受手部以及手臂部分的总体重量，在本设计中它还用于通过旋转运动实现加工中心主轴刀具和刀库刀具的互换运动。驱动机构驱动机构是用来为各个部件的运动提供动力，是实现切运动的动力源，有气动液动电动和机械式四种形式。本设计中的各个运动主要是直线旋转往复运动。由于电动机输出的是旋转运动，若采用电动机传动，则必须加入齿轮齿条等机械机构，将电动机输出的旋转运动转变为直线往复运动，而液压缸或气缸般都是直线往复运动的，可直接带动负载作直线往复运动，使得结构简单。同时，由于液压驱动的抗冲击能力比电气驱动的抗冲击能力要强，而且在产生相同驱动力力矩的条件下，与其他驱动方式相比，液压驱动系统还具有体积小惯性小工作平稳可靠以及可实现较高位置精度的特点。故本设计中的驱动方式以液压驱动为主，用液压驱动方式来实现手指夹紧手臂伸缩和手架伸缩的动作。对于手架的旋转运动，由于手架旋转轴要实现旋转到工作位置，旋转交换主轴刀具和刀库刀具和反向旋转实现手架复位三种运动，如采用液压缸和行程开关来控制，要分别实现这三种旋转运动会比较困难，而若采用电动机驱动，则只需控制好电动机的起停时间就可实现预期的运动。所以，本设计中的手架旋转运动由电动机带动单级圆锥齿轮来实现。.本章小结本章主要是设计加工中心换刀机械手的主要换刀形式，也给出了三种手臂伸缩与手指夹紧机构和两种手架旋转轴与手架伸缩机构的设计方案，并通过论证分析，确定了最终的设计方案。同时，本章对加工中心换刀机械手的组成及各自由度运动的实现也进行了较为具体的介绍。第章结构设计及尺寸计算前章对机械手的整体结构进行了方案论证，并确定了技工中心换刀机械手的基本结构及工作范围，本章将在上章的基础上对机械手的各部分结构进行具体的设计。.手指结构设计及计算手指夹紧力的计算根据文献，，手指夹紧力的计算过程如下手指对工件夹紧力.式中安全系数，本设计中取.动载系数，本设计中取.方位系数本设计中则，本设计.被抓持工件的重量，取工件质量为将上述各值代入式.，得.对手指结构进行受力分析如图.所示，由可得.又由.得即.在本设计