自动换刀机器人设计末端操作器设计(2)
3. 6 传动轴的设计 22
3. 7 键的选择和强度校核 24
3. 8 电磁铁的选用 25
3. 9 圆柱螺旋弹簧的选择 26
结 论 29
致 谢 30
参考文献31
1 引言
人类文明的提升和人们需求的增大促进了机械制造整个行业的持续进步，其中数控加工技术更是得到了快速的普及和运用，而其中带有自动换刀装置，能在一次装夹中完成铣、镗、钻、扩等多种工序的加工中心更是领导了整个数控机床行业[1]。我们知道传统的换刀装置几乎难以做到保证极高精度和高可靠性，并且会出现很多故障。为了正确、迅速和可靠地完成换刀过程，自动换刀机器人应要有换刀速度快、刀具重复定位精度高、刀具储存量多、体积小和安装与文修方便等功能。
1. 1 自动换刀装置的概念
自动换刀装置是指可以自动进行主轴与刀具存放位置之间刀具交换的装置，主要由刀库和机械手及驱动装置组成。刀库可以存储加工中心所要用的各种刀具，并在数控系统的控制下，把即将要用的刀具精确无误地送到换刀位置，刀库的主要形式有转塔式、盘式以及链式；机械手可以完成在主轴头与刀库之间更换和运输刀具的任务；驱动装置可以为刀库和机械手提供动力[2]。ATC完全按照程序执行换刀循环，因此，在使用ATC中的刀夹时必须注意：在主轴内定心容易；便于换刀装置夹持；有保证刀具在主轴内安全配合的措施[3]
1. 2自动换刀装置的发展历史
从数控机床自动换刀系统发展的过程来看，世界第一台数控机床在1952年被美国麻省理工学院研制出来，数控转塔式冲床于1956年被日本富士通公司成功研究并运用到市场，与此同时带刀具程序控制装置的数控机床被美国IBM公司设计成功。[4]1958年美国K&T公司又以超前的速度研发出可用穿孔带指令替代刀具，完成多种工序自动加工的被称为第一台“加工中心"综合性数控机床，1978年以后，带有ATC(Automatic Tool Changer自动换刀装置)、可完成多工序复杂加工的数控加工中心迅速发展，机床行业步入高速繁荣发展的行列 [5] 。
1. 3国内外发展现状
1. 4自动换刀装置的发展趋势
1. 5自动换刀装置的关键技术
自动换刀装置要面临的关键技术包括以下几方面：
系统方案优化与结构创新
优化创新在自动换刀装置的系统方案上的设计能使自动换刀装置的精度更高、效率更好。在系统解决方案中，熟练驾驭功能—行为—结构的概念设计分析模式可依据总的功能要求，根据换刀动作特点及设计要求，找出对应功能的多种机构。
刀库高精度定位控制
加工中心刀库的位置控制一直是一个重大技术问题[11]。
快速自动换刀技术
由于切削速度的提高，切削时间逐渐降低，换刀时间相对也在减少，加快换刀速度十分重要，该项快速自动换刀技术变得更加重要[12]。
可靠性技术
由于刀库机械手自动化程度高、机构运动较复杂且与加工中心配套工作，换刀时机械手和刀库执行的动作多、速度快、距离短、要求定位准确，再加上电路和机械方面的保护功能，使得这部分的机械结构和电气控制变得十分复杂。为满足加工需要，刀具须频繁交换，其可靠性对保障加工任务而言非常关键[13]。
2 自动换刀机器人总体方案设计
2. 1技术要求
结构形式： 组合式——直角坐标系加旋转；