机床自动换刀机械手的设计与研究

郑博

摘 要：在生产制造行业内，机床越来越普遍，而机床也向着自动化迈进，无论是控制还是其他系统，而在自动化机床中，机械手的应用也越来越普遍，在机床自动换刀机械手设计上，升降系统是非常重要的，除了升降系统机械手的换刀和对刀具的夹持，都是需要仔细地去设计，而对于机械手设计上要保证机床设备本身与机械手的柔性连接，保证工件的正常输送和机床的自动化加工。

关键词：升降系统；刀具换刀与夹持；机械手设计

1 升降系统

机床机械手的升降系统是一个非常复杂的系统，它的组成部分包括动力装置、传动装置滚动丝杠、导向柱、调速装置、控制元件等。

机床机械手机构中，升降电机带动丝杠运动，滑座在丝杆上做上下运动，同时机械手在滑座上一同做运动，所以丝杠要承受机械手M和滑座m的重量，如图1。

通过图1分析机械手升降系统的工作过程，当机械手接到机床的指令后，电机开始工作，滑块上机械手手抓上升到选刀排的位置，机械手触发刀库的触点，这时候制动器工作，机械手停止上升，机械手进行换刀，完成之后，机械手回到初始位置。

通过分析机械手升降系统中的电动机，机械手手抓工作的功率，可是在工作过程中，制动器会使电动机功率变大，所以在选用电动机时候电动机的功率是手抓理论功率和制动器功率，如下公式：

P电=P制+P手抓

同时在电机工作过程中，电动机也会随着电动机负载的升高，如图2所示。

2 刀具换刀与夹持

在机床机械手换刀上，是自动换刀装置，同时它还担负着把刀从刀库送到主轴上，刀具在主轴上使用完成之后在从主轴上送回到刀库中，机床刀具的换刀方式有圆盘形、直线型，圆盘形换刀是刀架是一个回转体，每个刀都置于圆盘的外圆端，通过圆盘的选择，刀具旋转到指定位置，机械手进行换刀，这种换刀方法是机床上最常见的。

刀具的夹持设计上，一般选取柄式夹持和法兰式夹持，柄式夹持方法是在轴向夹持，这种方法是利用最多的，因为刀柄的尾部是一个锥柄，这种刀具采用模式锥度方法夹持最方便、快捷。而法兰式夹持方法是在机械手前端安装法兰盘，这种夹持方法有一些繁琐。

3 机械手设计

机床机械的形式有很多，种类繁多，对于每个机械手都有它不同的意义和用处。

单臂单爪回转式机械手，这种机械手的手臂是可以回转运动，而回转运动的摆动线与刀库的轴线平行，意义在于机械手的手抓可以快速地抓取到刀具。

单臂双爪回转式机械手，这种机械手的手臂上有两个机械手手抓，手抓是对称放置，这种机械手的两个手抓是分工的，一个是从刀库拿刀送往主轴，另一个是从主轴将刀具拿回到刀库内。

双臂回转式机械手，这种机械手的手抓不是对称的，是在一天轴线上，轴线的两端放置手抓，两个手抓绕中心做回转运动，这种机械手可以实现刀库取刀和主轴送刀同时进行，节省的时间，提高工作效率。

双机械手，这种结构是有些类似于人的双手，有两个手臂，两个手抓，它们是分别运动的，一个是从刀库取刀，一个是送刀，示意图如图3。

4 结束语

因为制造业和工业不断的发展，科学不断的进步，对生产效率不断提高的要求，单纯的使用人力，是不能满足生产需要的，使得机械手的应用越来越广泛，它可以代替人完成更高要求、难度、重复枯燥的工作，所以机械手现在不仅仅应用在机床上，所以怎样能更大提升机床机械手的性能，怎样将机床的控制系统与机械手完美的连接，怎样能使机械手成为FMS系统中一个重要部分，这是机械手研究设計的一个重要环节和意义所在。

参考文献

[1]天津大学《工业机械手设计基础》编写组.工业机械手设计手册[M].天津：天津科学技术出版社，1998.

[2]孙兵，赵斌，施永康.物流搬运机械手的研制[J].机电一体化，2005：43-45.

[3]靖颖怡，袁旭.无偏移量的工业机械手[J].制造业自动化，2004.

[4]王孙安，杜海峰.机械电工工程[M].北京：科学出版社，2003.