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1.1 自动换刀装置的概念论文网
自动换刀装置（Automatic Tool Changer，简称ATC）是指能够自动实现主轴与刀具储存位置之间刀具交换的装置，主要组成为刀库、换刀机械手和驱动装置。刀库用于存储刀具和准确地把即将使用的下一把刀具送到换刀位置，供机械手完成新旧刀具的更换[1]。机械手是执行刀库和主轴之间换刀动作的装置，刀具的装卸及运送都由其完成。合格的机械手应能够快速换刀、平稳工作、准确定位。驱动装置是向刀库和机械手提供动力以实现其功能的装置，一般构成为步进电机或液压（或气液）结构或凸轮机构[2]。
影响加工中心加工效率的因素有进给速度与加工速度、主轴转速、主轴电机功率、切削用量以及刀具等，要通过加强这些方面达到提高加工中心加工效率的目的，受成本、材料、工件要求等限制，取得的效果也有限[3]。自动换刀装置是快速换刀技术的执行装置，其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率、降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。因此，ATC在加工中心中扮演着极重要的角色[4]。自动换刀装置的稳定性与可靠性决定了换刀的速度和稳定性，一套好的自动换刀装置可以更加有效地减少加工过程中的非切削时间，从而提高生产效率，降低生产成本。一般认为，一个数控机床系统先进与否关键在于其自动换刀装置的换刀速度及可靠性 [5]。关于自动换刀装置及换刀机器人的研究是非常有实际意义的。
1.2 自动换刀装置的发展历史和研究现状
1.3 自动换刀装置的发展趋势
1.4 研究课题的意义
在竞争越来越激烈的今天，生产效率的提高对企业来说是一把非常强力的武器，自动换刀装置技术的应用与改进对企业来说非常重要。同时，可以预见未来的加工精度及效率要求将会越来越高，这也意味着工业机器人将会有巨大的发展前景。自动换刀装置与换刀机器人都用于自动更换刀具，但换刀机器人应用范围更广，在具有多台加工中心的柔性制造系统中，中央刀库存放大量不同刀具，换刀机器人可以实现中央刀库和不同加工中心之间刀具的更换，这是自动换刀装置办不到的。目前我国在机器人研制方面和一些起步较早的国家比较存在一定差距，所以更要加大力度研究相关技术，优化系统方案，进行结构创新，不仅在换刀装置方面，在应用广泛的各种工业机器人方面都要争取早日赶上世界先进水平。
本课题是要求设计一种在中心刀库和加工中心之间完成换刀的机器人。通过这次设计，初步了解了工业机器人的构造和工作原理，体验了一次工业机器人的设计流程，同时对大学期间所学知识进行了一次复习与整理。
2 总体方案设计
2.1 总体功能设计
本设计中机器人用于在刀库和工位之间运送并更换刀具，为了能够在生产中使用，其应满足的功能包括：
（1） 有足够的抓紧力，能够稳定抓取刀具并保证不掉落；
（2） 能够准确、快速完成送刀、换刀的动作；
（3） 有充足的空间可以使各部件在工作范围内运动而不产生干涉；
（4） 有良好的人机交互性能，即能够完成工作人员的示教命令；
（5） 发生故障时可自动停机并发出警报。
2.2 换刀机器人的技术设计
2.2.1 换刀机器人基本参数的确定
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