2898_换刀器设计——水平移动系统设计.pdfVIP

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 [ 1 ] 置，需要避开障碍物以及多轴插补运动等 。因此，不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 [ 2 ] 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 KT 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 [ 3 , 4 , 5 ] 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、 [ 6 ] 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 ， 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 [ 7 , 8 ] 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，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