機床自動換刀機械手的設計與研究

鄭博

摘 要：在生產制造行業內，機床越來越普遍，而機床也向著自動化邁進，無論是控制還是其他系統，而在自動化機床中，機械手的應用也越來越普遍，在機床自動換刀機械手設計上，升降系統是非常重要的，除了升降系統機械手的換刀和對刀具的夾持，都是需要仔細地去設計，而對于機械手設計上要保證機床設備本身與機械手的柔性連接，保證工件的正常輸送和機床的自動化加工。

關鍵詞：升降系統；刀具換刀與夾持；機械手設計

1 升降系統

機床機械手的升降系統是一個非常復雜的系統，它的組成部分包括動力裝置、傳動裝置滾動絲杠、導向柱、調速裝置、控制元件等。

機床機械手機構中，升降電機帶動絲杠運動，滑座在絲桿上做上下運動，同時機械手在滑座上一同做運動，所以絲杠要承受機械手M和滑座m的重量，如圖1。

通過圖1分析機械手升降系統的工作過程，當機械手接到機床的指令后，電機開始工作，滑塊上機械手手抓上升到選刀排的位置，機械手觸發刀庫的觸點，這時候制動器工作，機械手停止上升，機械手進行換刀，完成之后，機械手回到初始位置。

通過分析機械手升降系統中的電動機，機械手手抓工作的功率，可是在工作過程中，制動器會使電動機功率變大，所以在選用電動機時候電動機的功率是手抓理論功率和制動器功率，如下公式：

P電=P制+P手抓

同時在電機工作過程中，電動機也會隨著電動機負載的升高，如圖2所示。

2 刀具換刀與夾持

在機床機械手換刀上，是自動換刀裝置，同時它還擔負著把刀從刀庫送到主軸上，刀具在主軸上使用完成之后在從主軸上送回到刀庫中，機床刀具的換刀方式有圓盤形、直線型，圓盤形換刀是刀架是一個回轉體，每個刀都置于圓盤的外圓端，通過圓盤的選擇，刀具旋轉到指定位置，機械手進行換刀，這種換刀方法是機床上最常見的。

刀具的夾持設計上，一般選取柄式夾持和法蘭式夾持，柄式夾持方法是在軸向夾持，這種方法是利用最多的，因為刀柄的尾部是一個錐柄，這種刀具采用模式錐度方法夾持最方便、快捷。而法蘭式夾持方法是在機械手前端安裝法蘭盤，這種夾持方法有一些繁瑣。

3 機械手設計

機床機械的形式有很多，種類繁多，對于每個機械手都有它不同的意義和用處。

單臂單爪回轉式機械手，這種機械手的手臂是可以回轉運動，而回轉運動的擺動線與刀庫的軸線平行，意義在于機械手的手抓可以快速地抓取到刀具。

單臂雙爪回轉式機械手，這種機械手的手臂上有兩個機械手手抓，手抓是對稱放置，這種機械手的兩個手抓是分工的，一個是從刀庫拿刀送往主軸，另一個是從主軸將刀具拿回到刀庫內。

雙臂回轉式機械手，這種機械手的手抓不是對稱的，是在一天軸線上，軸線的兩端放置手抓，兩個手抓繞中心做回轉運動，這種機械手可以實現刀庫取刀和主軸送刀同時進行，節省的時間，提高工作效率。

雙機械手，這種結構是有些類似于人的雙手，有兩個手臂，兩個手抓，它們是分別運動的，一個是從刀庫取刀，一個是送刀，示意圖如圖3。

4 結束語

因為制造業和工業不斷的發展，科學不斷的進步，對生產效率不斷提高的要求，單純的使用人力，是不能滿足生產需要的，使得機械手的應用越來越廣泛，它可以代替人完成更高要求、難度、重復枯燥的工作，所以機械手現在不僅僅應用在機床上，所以怎樣能更大提升機床機械手的性能，怎樣將機床的控制系統與機械手完美的連接，怎樣能使機械手成為FMS系統中一個重要部分，這是機械手研究設計的一個重要環節和意義所在。

參考文獻

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