自动换刀机械手整体设计方案及选型分析

2.1 设计目标

本项目旨在对一款数控镗铣床换刀机器手进行设计，换刀工具为BT-40。

主要设计参数：设计一个最大可承受6公斤的自动换刀机械手，双臂横向旋转，刃柄的最大数量、长度、直径等主要参数是以配套工具刀库的整体结构设计为基础来决定的。

2.2 自动换刀机械手的动作特性归类

2.2.1 气压式加速机械手

气压式加速机械手系统主要采用气动节流气缸调速传动系统。在控制传动系统中，控制传动系统选用气缸气动缓冲控制装置、气动控制回路以及多个液压气动缓冲来控制气体，采用多个节点式气动定位机构来作为定位系统，这样就可以大幅提高气动的定位精度。

2.2.2 液压驱动的机械手

在液压机械臂加速和减速控制中，以及在调速系统和自动控制系统中主要采用气缸端的液压缓冲装置和液压缓冲加速和伺服系统。采用全封闭式的结构，它依靠传感器、控制器、液压系统和机械结构等多个部分的协同作用，来实现精准的换刀操作。

2.2.3 电机驱动的机械手

电机驱动的自动换刀机械手功能主要是通过电机的旋转驱动机械臂的运动，实现自动换刀的过程。机械手通常由多个电机驱动的关节组成，通过控制各个关节的运动来实现机械手的运动。定位系统主要通过采用高速电磁式定位制动器和电磁脉冲定位电路提高定位精度，机械块的自动定位精度。

2.2.4 机械传动的机械手

在不同类型的机械臂中，采用了凸轮曲线与联杆结构进行了加速与调节的设计，并采用了相应的控制方法。在此基础上，提出了一种基于凸轮顶端与杆件上限制的定位方法。

2.3 机械驱动式机械手的转速和定位

为了使控制机械手的速度和位置更加便捷，通常使用连杆机构和连杆机构驱动的方式来运行一些特殊的机械手。

特性：加快运行速率，与主设备同时运行，不会出现错误。

通过对上述问题的探讨与对比，确定了气缸端部缓冲装置和气缸末端缓冲装置，并选用了一种用于定位的机构。

2.4 机械手的选择

在此基础上，我们进行了几次对比，最后确定采用电控机械臂。我的选择很大程度上取决于精确度和成本。因为电控机器手属于一个零件进行大批量生产，因此，它的主要理由就是要考虑到成本的问题。无论是气动还是液压两种类型的机器手，对它们的制造的精度都有较高的要求，因此，它们的价格也比较高。但是，电控机器手可以被认为是一种最为理想的机械手，它能够在完全达到其制造的精度的前提下，还能达到最小的价格，因此，我们选择了电控机器手。

2.5 传动装置的选用

其中，电机传动，液压传动，气压传动和机械传动是由机器人手臂所采用的，一种驱动方式。一台机械手可以使用其中的一种，也可以同时使用多种作为驱动方式。

于系统控制的设计和控制角度出发，采用了伺服马达。

总结

本文介绍了自动换刀机械手的整体设计过程。首先确定了设计目标，即设计一个最大可承受6公斤的自动换刀机械手，双臂横向旋转，刃柄的最大数量、长度、直径等主要参数是以配套工具刀库的整体结构设计为基础来决定的。接着对机械手的动作特性进行了归类，包括气压式加速机械手、液压驱动的机械手、电机驱动的机械手和机械传动的机械手。然后针对机械驱动式机械手的转速和定位问题，选择了连杆机构和连杆机构驱动的方式来运行特殊的机械手。最后进行了机械手的选择和传动装置的选用，确定采用电控机械臂和伺服马达作为驱动方式。整个设计过程考虑了精度、成本和控制角度等多个方面。