2313390059-岳怡霖-立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計-開題報告

2.畢業(yè)設計（論文）開題報告

課題名稱

立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計

學生姓名

岳怡霖

專業(yè)班級

23機制專升本4班

學號

2313390059

一、設計的目的、要求

1.設計目的

立式加工中心換刀機械手是加工中心機床自動換刀裝置的一種，它能實現(xiàn)刀具在刀庫與機床主軸之間快速、準確、可靠的交換。對其進行設計，實現(xiàn)靈活準確換刀，對保證加工質(zhì)量，減少換刀時間，提高勞動生產(chǎn)率，降低設計制造成本，具有實際意義。綜合運用大學所學的理論知識、專業(yè)知識以及基本技能，獨立完成設計，解決立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計方面的實際問題，并培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、處理問題的能力，對所學知識和技能進行系統(tǒng)化綜合化運用、總結(jié)和深化。

2.設計要求

要求運用機械設計制造及其自動化專業(yè)知識，完成立式加工中心換刀機械手的結(jié)構(gòu)設計，換刀機械手配合刀庫能夠?qū)崿F(xiàn)選刀、倒刀、抓刀、扣刀、拔刀、機械手回轉(zhuǎn)、插刀、松刀、機械手回原位等動作。要求結(jié)構(gòu)合理、換刀準確、運動穩(wěn)定、易于維護，滿足大多數(shù)立式加工中心機床對自動換刀的要求。

二、調(diào)研資料準備情況

選題來源于實習單位，首先進行立式加工中心換刀機械手應用的市場調(diào)研，了解國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。通過對國內(nèi)外市場立式加工中心換刀機械手的產(chǎn)品分析，了解到立式加工中心換刀機械手的設計方向及功能結(jié)構(gòu)分類情況。發(fā)現(xiàn)立式加工中心換刀機械手換刀可靠性和靈活性等方面的問題，通過對問題的分析及梳理得出本次立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計的方向。

三、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.國內(nèi)立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計研究情況

近年來，隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，立式加工中心作為重要的加工設備，其自動化、智能化水平不斷提高。國內(nèi)企業(yè)在立式加工中心換刀機械手的設計、制造和應用方面取得了顯著進展。目前，國內(nèi)市場上的換刀機械手種類繁多，涵蓋了從簡單的凸輪式、氣缸驅(qū)動式到復雜的伺服電機驅(qū)動式等多種類型。部分高端換刀機械手已經(jīng)具備自主學習和自適應能力，能夠根據(jù)加工任務的變化自動調(diào)整換刀策略。然而，與國際先進水平相比，國內(nèi)在換刀機械手的設計、制造和應用方面仍存在一定差距。主要體現(xiàn)在：技術創(chuàng)新能力不足，部分核心技術和關鍵零部件仍依賴進口，缺乏自主創(chuàng)新能力；產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性有待提高，部分產(chǎn)品在長期運行過程中易出現(xiàn)故障，影響加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量；智能化水平有待提升，與國際先進水平相比，國內(nèi)換刀機械手的智能化水平仍有待提高，特別是在故障診斷、遠程監(jiān)控等方面。

2.國外立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計研究情況

1958年，美國卡尼·特雷克公司首次把銑、鉆、鏜等多種工序集中于一臺數(shù)控機床上，通過自動換刀方式實現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。1978年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有ATC裝置，可實現(xiàn)多種工序加工的機床，步入了機床發(fā)展的黃金時代。國外發(fā)達國家的機床制造企業(yè)，換刀裝置普遍自制，如DMG、MAZAK、HASS等。國外在立式加工中心換刀機械手的設計、制造和應用方面處于領先地位。歐美、日本等發(fā)達國家的企業(yè)擁有先進的技術和豐富的經(jīng)驗，能夠為用戶提供高性能、高可靠性的換刀機械手產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在設計上注重創(chuàng)新性和實用性，采用先進的控制算法和傳感器技術，能夠?qū)崿F(xiàn)刀具的精準定位和快速交換。此外，國外企業(yè)還注重產(chǎn)品的智能化和集成化。通過集成先進的數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機和傳感器等部件，實現(xiàn)換刀機械手的遠程監(jiān)控、故障診斷和自動調(diào)整等功能。這些智能化技術的應用不僅提高了換刀機械手的性能和可靠性，還降低了用戶的維護成本和使用難度。綜上所述，國外在立式加工中心換刀機械手的設計、制造和應用方面均取得了顯著進展。未來，隨著技術的不斷進步和市場的不斷擴大，換刀機械手將在制造業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用。

四、設計的思路與預期成果

1.設計的思路

查閱相關資料、網(wǎng)絡，請教指導老師，完成立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計。換刀機械手總體結(jié)構(gòu)設計合理、換刀準確、運動穩(wěn)定、易于維護，滿足大多數(shù)立式加工中心機床對自動換刀的功能要求，編寫設計說明書。

2.預期成果

具有一定應用價值的立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計，自動換刀裝置安裝示意圖、手臂、手爪、齒輪軸、推桿等的結(jié)構(gòu)設計，并可按要求完成設計說明書。該立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)設計應合理，便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗、維修、工作可靠。圖紙量充足，符合國家標準。說明書字數(shù)12000字以上，格式要求符合沈陽工學院畢業(yè)設計（論文）要求，總體圖紙不少于三張A0。

五、工作任務分解，各階段完成的內(nèi)容及時間分配

第1~2周，根據(jù)任務書查閱、整理資料，完成開題報告；

第3~5周，立式加工中心換刀機械手總體結(jié)構(gòu)設計；

第6周，自動換刀裝置安裝示意圖設計；

第7~9周，手臂、手爪、齒輪軸、推桿等的結(jié)構(gòu)設計；

第10-11周，傳動計算、強度計算，檢查并修改圖紙；

第12~15周，撰寫說明書，準備答辯。

所具備的條件

技術條件：通過機械設計制造及其自動化專業(yè)系統(tǒng)的理論學習、實踐鍛煉及校外實踐，學生已經(jīng)掌握立式加工中心換刀機械手的使用場合和結(jié)構(gòu)特點，熟練使用繪圖軟件，具備設計立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)的能力。

物質(zhì)條件：在實習單位可以觀看相關設備、機械手實物、照片以及類似的視頻資料，熟悉部分圖紙和技術要求等參考資料。學校i5智能制造實訓中心有加工中心換刀機械手，網(wǎng)上也能查閱到部分立式加工中心換刀機械手結(jié)構(gòu)和控制原理方面的參考資料，可滿足設計要求。

七、可能存在的問題

1.由于產(chǎn)品的保密性，所以在查詢資料可能具有一定的局限性，以及部分信息的落后性，對于該方向的新型技術不能夠了解。

2.設計過程中由于相關知識了解的不夠透徹，可能無法滿足預期的設計需求，設計時考慮內(nèi)容不夠全面，達不到預期效果。

3.缺少實踐經(jīng)驗，設計成果未見得經(jīng)得起實際檢驗。

八、參考文獻

[1]王素粉，陳濤．一種數(shù)控加工中心自動換刀機械手的研發(fā)[J]．現(xiàn)代制造技術與裝備，2022，58（06）：81-83.

[2]

\t"/kcms2/article/_blank"

車德曦

，

\t"/kcms2/article/_blank"

孫麒鈞

．立式銑床加工中心換刀機械手設計[J]．內(nèi)燃機與配件，2023（06）：64-66.

[3]

\t"/kcms2/article/_blank"

薛一剛，

常喜萍等．加工中心自動換刀機構(gòu)的維修技術及應用[J]．設備管理與維修，2023（11）：68-69.

[4]張傳思．一種臥式加工中心輔助換刀系統(tǒng)設計[J]．世界制造技術與裝備市場，2024（04）：61-63.

[5]

\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_1/_blank"

QiaoZhifeng;?

\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_1/_blank"

GeWeimin;?

\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_1/_blank"

ZhangHaikang;?

\t"/zn/Detail/index/GARJ2021_1/_blank"

WeiHuiyong

.Anaccuratestopcontrolmethodofhigh-speedrollingmachineforautomobileproductionlineusinglaserrangingandtwopositioncloseloop[J].TechnologyNewsFocus,2020（05）：91-96.

[6]成大先．機械設計手冊（第六版）[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2016.

[7]張秋菊．機電一體化系統(tǒng)設計[M]．北京：科學出版社，2019.

[8]林俊杰，嚴寒，陳金朝等．機械手的一體化設計[J]．現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2024，(11)：94-96.

[9]匡焱．一種板栗機械手機械手的創(chuàng)新設計[J]．黃岡職業(yè)技術學院學報，2023，25(02)：97-99.

[10]郭俊莉．小型立式加工中心自動換刀裝置及控制的應用研究[D]．齊魯工業(yè)大學，2015.

[11]施蘇俊，嚴帥．加工中心自動換刀系統(tǒng)組合式換刀控制方式的研究[J]．裝備制造技術，2018（09）：141-144.

[12]關進良．基于PMC的加工中心自動換刀裝置及故障診斷研究[D]．哈爾濱工業(yè)大學，2019.

[13]張偉中，徐志鵬，潘潮輝等．FANUC立式加工中心機械手刀庫設計[J]．設備管理與維修，2020（11）：92-94.

[14]

\t"/Detail/index/SSJD_01/_blank"

HailongTian,

\t"/Detail/index/SSJD_01/_blank"

ZhaojunYang,

\t"/Detail/index/SSJD_01/_blank"

GuofaLi,

etc.Studyonfailurewarningoftoolmagazineandautomatictoolchangerbasedontool-pullingforce[J].JournalofMechanicalScien