下面是以在螺栓数控铣床的自动换刀装置中采用这种上机械手换刀的工作原理。

该机械手安装在主轴的左侧面，随同主轴箱一起运动。机械手由机械手臂与45°的斜壳体组成。机械手臂1形状对称。固定在回转轴4上，回转轴与主轴成45°角，安装在壳体3上，5为手臂托，可由气压缸带动（图中未标出），机械手有伸缩、回转、抓刀、松刀等动作。

伸缩动作：气压缸（图中未标出）带动手臂托架5沿主轴轴向移动。

回转动作：气压缸2中的齿条轮通过齿轮带动回转轴4转动。从而实现手臂正向和反向180°的旋转运动。

抓刀、松刀动作：机械手对刀具的夹紧和松开是通过气压缸6。碟形弹簧7及拉杆8、杠杆9、活动爪10来实现。碟形弹簧实现夹紧，气压缸实现松开。在活动爪中有两个销子11，当夹紧刀具时，插入刀柄凸缘的孔内，确保安全、可靠。

机械手的自动换刀过程的动作顺序

（a） （b） （c） （d）

图4-6 换刀机械手的换刀过程

自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。

选刀即刀库按照选刀命令（或信息）自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备，换刀即是机械手把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴之上。

1)主轴箱回到最高处（z坐标零点），同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。

2)机械手抓住主轴和刀库上的刀具。如图4-6（a）所示。

3)把卡紧在主轴和发库上的刀具松开

4)活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具

5)机械手回转180°，交换刀具位置，

6)将更换后的刀具装入主轴和刀库

7)分别夹紧主轴和刀库上的刀具

8)机械手松开主轴和刀库上的刀具

9)当机械手松开具后，限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其他程序动作。

在自动换刀的整个过程中，各项运动均由限位开关控制，只有前一个动作完成后，才能进行下一个动作，从而保证了运动的可靠性。

3) 机械手回转轴4上的齿轮齿条设计

1)回转轴上齿轮采用渐开线标准直齿圆柱齿轮形式

3)下表为齿轮几何尺寸设计的基本参数：

4)齿条的基本尺寸，按外齿轮几何尺寸的计算公式进行计算