自动换刀机械手设计方案 - 优选电控机械臂与伺服马达传动

自动换刀机械手整体设计方案

2.1 设计目标

本项目旨在设计一款适用于数控镗铣床的自动换刀机械手，换刀工具为BT-40。机械手需满足以下设计参数：

• 最大承重：6公斤
• 双臂横向旋转
• 刃柄数量、长度、直径等参数以配套工具刀库的整体结构设计为基础决定。

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。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作为定位系统，从而提高气动定位精度。

2.2.2 液压驱动的机械手

液压机械臂加速和减速控制，以及调速系统和自动控制系统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。采用全封闭式结构，依靠传感器、控制器、液压系统和机械结构等多个部分协同作用，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通过电机旋转驱动机械臂运动，实现自动换刀过程。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。定位系统主要采用高速电磁式定位制动器和电磁脉冲定位电路，提高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

经过多次对比，最终确定采用电控机械臂作为设计方案。电控机器手属于一个零件进行大批量生产，因此其主要优势在于成本效益。气动和液压机器手对制造精度要求较高，价格也相对昂贵。而电控机器手能够在完全达到制造精度的情况下，实现最小的价格，因此成为理想的选择。

2.5 传动装置的选用

电机传动、液压传动、气压传动和机械传动都是机器人手臂采用的驱动方式。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。

从系统控制的设计和控制角度出发，本方案采用了伺服马达作为传动装置。

总结与展望

本项目设计目标是设计一款最大可承受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、直径等主要参数以配套工具刀库的整体结构设计为基础决定。根据机械手的动作特性，可以将机械手分为气压式加速机械手、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。经过对比，我们选择了电控机器手作为设计方案，并采用了伺服马达作为传动装置。

未来，随着智能制造的不断发展，机械手的应用范围将会越来越广泛。未来的机械手将更加智能化、灵活化和高效化，可以适应更多的生产场景和生产需求。同时，机械手的成本也将会不断降低，使得更多的企业可以采用机械手来提高生产效率和降低成本。