（全套CAD）换刀机器人机械系统的设计（终稿）

经过多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之，基础雄厚，技术先进。

综观它的发展史，道路是曲折的，不平坦的。

由于美国政府从年代到年代中的十几年期间，并没有把工业机器人列入重点发展项目，只是在几所大学和少数公司开展了些研究工作。

对于企业来说，在只看到眼前利益，政府又无财政支持的情况下，宁愿错过良机，固守在使用刚性自动化装置上，也不愿冒着风险，去应用或制造机器人。

加上，当时美国失业率高达．，政府担心发展机器人会造成更多人失业，因此不予投资，也不组织研制机器人，这不能不说是美国政府的战略决策错误。

年代后期，美国政府和企业界虽有所重视，但在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事宇宙海洋核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本的工业机器人后来居上，并在工业生产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国，产品在国际市场上形成了较强的竞争力。

进入年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，方面鼓励工业界发展和应用机器人，另方面制订计划提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。

年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉力觉的第二代机器人，并很快占领了美国的机器人市场。

尽管美国在机器人发展史上走过条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍直处于领先地位。

其技术全面先进，适应性也很强。

具体表现在性能可靠，功能全面，精确度高机器人语言研究发展较快，语言类型多应用广，水平高居世界之首智能技术发展快，其视觉触觉等人工智能技术已在航天汽车工业中广泛应用高智能高难度的军用机器人太空机器人等发展迅速，主要用于扫雷布雷侦察站岗及太空探测方面。

早在年，美国公司的尤尼曼特机器人和公司的沃莎特兰机器人就已经率先进入英国市场。

年英国的两家大机械公司还特地为美国这两家机器人公司在英国推销机器人。

接着，英国公司研制出自己的机器人。

年代初期，由于英国政府科学研究委员会颁布了否定人工智能和机器人的报告，对工业机器人实行了限制发展的严厉措施，因而机器人工业蹶不振，在西欧差不多居于末位。

但是，国际上机器人蓬勃发展的形势很快使英政府意识到机器人技术的落后，导致其商品在国际市场上的竞争力大为下降。

于是，从年代末开始，英国政府转而采取支持态度，推行并实施了系列支持机器人发展的政策和措施，如广泛宣传使用机器人的重要性在财政上给购买机器人企业以补贴积极促进机器人研究单位与企业联合等，使英国机器人开始了在生产领域广泛应用及大力研制的兴盛时期。

法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。

这主要归功于法国政府开始就比较重视机器人技术，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。

法国机器人的发展比较顺利，主要原因是通过政府大力支持的研究计划，建立起个完整的科学技术体系。

即由政府组织些机器人基础技术方面的研究项目，而由工业界支持开展应用和开发方面的工作，两者相辅相成，使机器人在法国企业界很快发展和普及.德国工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。

这里所说的德国，主要指的是原联邦德国。

它比英国和瑞典引进机器人大约晚了五六年。

机器人，机械，系统，设计，毕业设计，全套，图纸摘要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上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。

机械手的技术水平和应用程度在定程度上反映了个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接喷涂搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式般采取示教再现的方式。

本文将设计台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。

主要是实现加工中心自动换刀系统的设计。

通过分析加工中心的整体结构和自动换刀系统的特点应用条件，设计要求等，并结合在数控机床上对刀库和换刀机械手的需要能在数控程序的控制下灵活的实现换刀过程。

刀库为立式单链式刀库。

驱动装置采用电机液压驱动设计的换刀机械手为回转式单臂双手机械手，手指采用弹簧销压紧式，驱动装置采用液压双作用缸。

根据机械手和刀库位置的需要，设计机械手在机床上下移动装置，以实现多排刀架上的刀与主轴上的刀之间的交换。

结合工厂实际，该自动换刀系统在数控的控制下能灵活的完成换刀程序，节省了时间提高了效率安全可靠。

关键词机械手加工中心刀库自动换刀目录摘要目录绪论.课题的意义目的研究范围及要达到的技术要求课题的意义课题的目的研究范围及要达到的技术要求.课题在国内外的发展概况及存在的问题国内的发展概况国外的发展概况存在的问题换刀机器人总体设计.主要技术参数和外形尺寸主要技术参数外形尺寸.换刀机器人总体布局设计自动换刀机器人的组成及简单介绍自动换刀机器人的总体布局图.换刀机器人自动换刀过程换刀机器人手部设计.手部的基本结构组成部分和动作原理机械手的简介换刀机械手的结构组成与动作原理.手部装置的选择与计算手指的设计手臂油缸的设计与计算第章自动换刀机器人手部升降机构的设计.自动换刀机器人手部升降机构的组成及动作原理.滚珠丝杠及螺母副的设计与选用.滚珠丝杠螺母副支撑方式及轴承的选择.减速齿轮的设计.减速齿轮轴的设计减速齿轮轴的设计减速齿轮轴的校核.驱动液压泵电机的选择结论与展望.结论.不足之处以及未来展望致谢参考文献绪论.课题的意义目的研究范围及要达到的技术要求课题的意义机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。

机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。

因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之。

工业机械手是近几十年发展起来的种高科技自动化生产设备。

工业机械手的是工业机器人的个重要分支。

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各自的优点，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作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的种新型装置。

在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

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上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。

机械手的技术水平和应用程度在定程度上反映了个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接喷涂搬运以及堆垛等重复性并且针对本设计采用星导轨作为导向支撑即，为型对承面的夹角当时，时，因为本设计材料为钢对铸铁，的计算不同的密封圈其摩擦阻力不同，本设计选择形密封圈，所以计算如下.式中摩擦系数，取密封处的工作压力密封处的直径沿轴向的密封长度，相当于唇部的宽度。

根据般实际经验选取液压缸工作压力，.的计算般背压阻力较小，可按得计算.参与运动的零部件所受的总重力包括工件重量重力加速度，取由静止加速到常速的变化量启动过程时间，般取，对轻载低速部件取较小值，对重载高速运动部件取较大值。

根据本设计的实际情况取液压缸活塞的驱动力确定液压缸尺寸活塞杆的计算活塞杆的尺寸要满足活塞或液压缸运动的要求和强度的要求。

对于杆长大于直径的倍的活塞杆还必须具有足够的稳定性。

按强度条件决定活塞杆直径，按拉压强度计算.碳钢取，般不小于.。

，.，活塞杆的稳定性校核本缸设计的活塞杆长度小于直径的倍，所以不校核稳定性。

液压缸内径的计算当油进入无杆腔当油进入有杆腔液压缸的有效面积无杆腔.有杆腔.式中驱动力液压缸的工作压力活塞杆直径液压缸内径液压缸机械效率，在工程中用赖油橡胶可取.。

选择适当的液压缸工作压力很重要。

选高了，可减小液压缸内径及其执行机构的尺寸，是机械手手臂结构紧凑，但要选用价格较贵的高压油泵和阀，并使密封复杂化。

选低了，可用价格较低的泵和阀，但使结构庞大，自重增加。

般取，表推荐了机组数据，可供参考。

表液压缸工作压力作用在活塞上的外力液压缸工作压力作用在活塞上的外力液压缸工作压力.由上表选取，又即液压缸壁厚计算考虑到各方面的原因将缸壁设计成厚壁，即时.式中材料抗拉强度安全系数，.般常用缸体材料的需用应力锻钢铸钢无缝钢管取液压缸端盖的链接方式与强度计算液压缸采用螺钉连接缸盖螺钉的计算，为保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距，如表。

然后决定螺钉的数目。

表螺钉间距与压力的关系工作压力螺钉间距在这种连接中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力式中，工作载荷驱动力螺钉数目工作压力预紧力危险剖面直径。

由表取又取.，则螺钉的强度条件为.式中计算载荷抗拉许用应力，螺纹内径螺钉材料屈服极限，见表表常用螺钉材料的屈服极限钢号由表取，又，即螺钉螺纹内径为。

第章自动换刀机器人手部升降机构的设计.自动换刀机器人手部升降机构的组成及动作原理如图所示，它由油马达滚珠丝杠螺旋副间隙调整垫导向柱减速齿轮和无触点行程开关等组成。

减速齿轮无触点行程开关油马达滚珠丝杠螺旋副间隙调整垫图.自动换刀机械手升降机构图动作原理当接收使手架上升或下降找刀排指令后，压力油进到油马达中，油马达带动滚珠丝杠转动，使手架带着装卸刀手升降。

人研究开发与应用给予大力支持，形成产品和自动化制造装备同步协调的新局面第三，部分国产工业机器人已经与国外相当，企业采购工业机器人时不要盲目进口，应该综合评估，立足国产。

换刀机器人总体设计.主要技术参数和外形尺寸主要技术参数用途在给定的程序指令下，配合刀库和卧式镗铣床简称主机实现所有加工工序的自动装卸刀。

技术参数结构形式圆柱坐标自由度数负载重量单爪末端操作器双手爪手架运动参数拔插刀行程滑座伸缩最大升降行程找刀排刀排间垂直方向距离为，共四排回转角度装卸刀手手臂伸缩行程手指夹持刀柄的直径位置检测与定位方式滑座伸缩手架回转和装卸刀手手臂伸缩运动采用行程开关进行位置检测，有挡块或活塞与端盖定位。

手架升降运动采用无触点行程开关进行位置检测，并控制三位四通阀适时“关闭”来定位缓冲方式滑座伸缩装卸刀手手