XKA5032A數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)(論文 CAD圖紙全套).

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕 院 系： XX學(xué)院 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 4200209320XXX 指導(dǎo)教師： XX老師 XX大學(xué)X學(xué)院 2021年9月 畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書 〔應(yīng)由學(xué)生本人按指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)認(rèn)真謄寫〕 姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 XXX 學(xué)號(hào) 4200209320214 入學(xué)時(shí)間 網(wǎng)站〔院系〕 機(jī)械學(xué)院 一、課題名稱 二、課題

2、內(nèi)容 三、課題任務(wù)要求 四、同組設(shè)計(jì)者 五、主要參考文獻(xiàn) 1 陳紹龍，劉懷平.從選粉濃度解讀高效轉(zhuǎn)子選粉機(jī)技術(shù)：[文獻(xiàn)]，鹽城：科行建材環(huán)保公司，2004 2 許林發(fā).建筑材料機(jī)械設(shè)計(jì)〔一〕.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1990 3 潘孝良.硅酸鹽工業(yè)機(jī)械過(guò)程及設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1993 4 葉達(dá)森.粉碎與制成.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992 5 . 6 7 8 9 劉景洲.水泥機(jī)械設(shè)備安裝、修理及典型實(shí)例分析. 10 劉鐵忠.TLS系列組合式選粉機(jī)的開發(fā).水泥技術(shù)，19

3、99〔1〕：19 16 數(shù)字化手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(軟件版)R2.0. 17 .浙江：浙江大學(xué)出版社，2002 18 武漢建筑材料工業(yè)學(xué)院等學(xué)校.建筑材料機(jī)械及設(shè)備.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1980 19 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 20 吳一善主編.粉碎學(xué)概論.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1993 21 沈世德.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽字 年 月

4、 日 〔此任務(wù)書裝訂時(shí)放在畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告第一頁(yè)〕 畢業(yè)設(shè)計(jì) XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì) 班 級(jí) 專 業(yè) 教 學(xué) 系 指 導(dǎo) 老 師 目 錄 摘要……………………………………………………………………………1 前言…………………………………………………………………………....2 第1章 緒論..............................

5、........................3 …………………………………………………………3 1.2 數(shù)控銑床的分類…………………………………………………………3 1.2.1 數(shù)控立式銑床………………………………………………………3 1.2.2 數(shù)控臥式銑床………………………………………………………4 1.3 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征……………………………………………………4 1.3.1 數(shù)控銑床的主軸特征………………………………………………5 1.3.2 控制機(jī)床的坐標(biāo)特征………………………………………………5 1.4 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象……………………………………

6、…5 1.4.1 數(shù)控銑床的功能……………………………………………………5 1.4.2 自動(dòng)換刀裝置及其形式……………………………………………5 1.4.3 自動(dòng)裝置應(yīng)當(dāng)滿足的根本要求……………………………………6 第2章 總方案確實(shí)定……………………………………………………………6 2.1 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)及其主要參數(shù)……………………………6 2.1.1 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)………………………………………………………7 2.1.2 主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)………………………………………………8 2.2 初定其自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………9 2.3

7、 確定其自動(dòng)換刀裝置的形式……………………………………………10 第3章 刀庫(kù)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………10 3.1 確定刀庫(kù)容量……………………………………………………………11 3.2 確定刀庫(kù)形式……………………………………………………………11 3.3 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………11 3.4 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距及選定電機(jī)…………………………………………13 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置………………………………………13 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距…………………………………………………13 ………………………………13 ………

8、………………………………………………17 ………………………………………………………18 ……………………………………………18 ………………………………………………………19 …………………………………………………20 第4章 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)……………………………………………………20 ………………………………………………………20 ……………………………………………………22 ………………………………………22 4上的齒輪齒條設(shè)計(jì)………………………………………23 ……………………………………………24 …………………………………………………………24 …………

9、…………………………………24 ………………………………………………………26 第5章 自動(dòng)換刀裝置的控制原理…………………………………………………26 …………………………………………26 …………………………………26 致謝詞………………………………………………………………………………27 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………28 摘 要 本論文介紹的是XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀

10、裝置〔刀庫(kù)式〕的設(shè)計(jì)。刀庫(kù)式的自動(dòng)換刀裝置是由刀庫(kù)和刀具交換裝置〔換刀機(jī)械手〕組成。它是多工序數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的換刀裝置，其整過(guò)換刀過(guò)程比較復(fù)雜。首先把加工過(guò)程中需要使用的全部刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，在機(jī)床外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式裝入刀庫(kù)。換刀時(shí)，先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀，由機(jī)械手從刀庫(kù)和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊刀放回刀庫(kù)。存放刀具的刀庫(kù)具有較大的容量，其容量為六把刀具,采用盤形結(jié)構(gòu),安裝在機(jī)床的左側(cè)立柱上。因?yàn)閄KA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床外形及其他性能參數(shù)等均與THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效THK6363型自

11、動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計(jì)成采用軸向放置的鼓盤式刀庫(kù)形式和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。 刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫(kù)的刀座中，使用時(shí)按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過(guò)的刀具放回原來(lái)的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。該法不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也比較簡(jiǎn)單，工作可靠。但刀庫(kù)中每一把刀具在不同工序中不能重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫(kù)的容量，這就降低了刀具和刀庫(kù)的利用率。此外，裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫(kù)中，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫(kù)的刀套中，順序不能有過(guò)失。加工時(shí)按順序調(diào)刀。適合加工批量較大、工件品

12、種數(shù)量較少的中、小型自動(dòng)換刀裝置?？芍獢?shù)控銑床用4把刀就可完成大多數(shù)的銑削加工。所以這個(gè)容量為6把刀的刀庫(kù)，幾乎不存在加工過(guò)程中需要重復(fù)利用刀具的情況，所以刀具的選擇方式確定為順序選擇刀具。 兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙 械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動(dòng)作可靠，換好時(shí)間短，缺點(diǎn)是刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機(jī)械手離加工區(qū)較近。一般來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械手用于刀庫(kù)刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫(kù)為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在XKA5032A/C數(shù)控立式升降銑床的自動(dòng)換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。 關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；自動(dòng)換刀裝置；刀庫(kù)；換刀機(jī)械手

13、 前 言 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的開展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。 數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程

14、序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動(dòng)輸入。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速開展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。 未來(lái)數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來(lái)越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。 第一章 緒論 1.1

15、 數(shù)控機(jī)床知識(shí) 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的開展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。 數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體組成。輸入數(shù)控裝置的

16、程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動(dòng)輸入。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速開展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。 未來(lái)數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來(lái)越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。 數(shù)控立式銑床是數(shù)控銑床中數(shù)量最多的一種，應(yīng)用范圍也最為廣泛。小型數(shù)控銑床一般都采

17、用工作臺(tái)移動(dòng)、升降、及主軸不動(dòng)方式，與普通立式升降臺(tái)銑床相似；中型數(shù)控立式銑床一般采用縱向和橫向工作臺(tái)移動(dòng)方式，且主軸沿垂直溜板上下運(yùn)動(dòng)；大型數(shù)控立式銑床，因要考慮到擴(kuò)大行程，縮小占地面積及剛性等技術(shù)問(wèn)題，往往采用龍門架移動(dòng)式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運(yùn)動(dòng)，而龍門架那么沿床身作縱向運(yùn)動(dòng)。 從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來(lái)看，目前3坐標(biāo)數(shù)控立式銑床仍占大多數(shù)。一般可進(jìn)行3坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，但也有局部機(jī)床只能進(jìn)行3坐標(biāo)中的任意二個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工。此外，還有機(jī)床主軸可以繞X、Y、Z坐標(biāo)軸中其中一個(gè)或兩個(gè)軸作數(shù)控?cái)[角運(yùn)動(dòng)的4坐標(biāo)和5坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床控制的坐標(biāo)軸越多，特別是要求聯(lián)動(dòng)

18、的坐標(biāo)軸越多，機(jī)床的功能、加工范圍及可選擇的加工對(duì)象也越多。但隨之而來(lái)的是機(jī)床的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設(shè)備的價(jià)格也更高。 數(shù)控立式銑床可以附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤，采用自動(dòng)交換臺(tái)，增加靠模裝置等來(lái)擴(kuò)大數(shù)控立式銑床的功能，加工范圍和加工對(duì)象，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。 臥式數(shù)控銑床 與通用臥式銑床相同，其主軸級(jí)平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)大功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來(lái)實(shí)現(xiàn)4、5坐標(biāo)加工，這樣，不但工件側(cè)面上的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓可以加工出來(lái)，而且可以實(shí)現(xiàn)在一次安裝中，通過(guò)轉(zhuǎn)盤改變工位，進(jìn)行“四面加工〞?？梢允∪ピS多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷?。?duì)箱體類零件或

19、需要在一次安裝中改變工位的工件來(lái)說(shuō)，選擇帶數(shù)控轉(zhuǎn)盤的臥式銑床進(jìn)行的。加工是非常適宜 這類銑床目前正在逐漸增多，它的主軸方向可以更換，能到達(dá)在一臺(tái)機(jī)床上既可以進(jìn)行立式加工，又可以進(jìn)行臥式加工，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工的對(duì)象和余地更大，給用戶帶來(lái)了很多方便，特別是當(dāng)生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立臥兩種方式加工時(shí)，用戶只需買一臺(tái)這樣的機(jī)床就行了。 立、臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向的更換有手動(dòng)與自動(dòng)兩種，采用數(shù)控萬(wàn)能主軸頭的立、臥兩用數(shù)控銑床，其主軸頭可以任意轉(zhuǎn)換方向，可以加工出與水平面呈各種不同角度的工件外表。當(dāng)立、臥兩用數(shù)控銑床增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的“五面加工〞。即出除了工件

20、與轉(zhuǎn)盤貼合的定位面外，其它外表都可以在一次安裝中進(jìn)行加工。因此，其加工性能非常優(yōu)越。 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征 數(shù)控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉(zhuǎn)與主軸變速等都可以按輸入介質(zhì)上編入的程序自動(dòng)執(zhí)行。不同的機(jī)床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻機(jī)組，固定幾種轉(zhuǎn)速，可自選一種編入程序，但不能在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)改變。有的采用變頻器調(diào)整，將轉(zhuǎn)速分為幾檔，編程時(shí)可任選一檔，在運(yùn)轉(zhuǎn)中可通過(guò)控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)；有的那么不分檔,編程時(shí)可在整個(gè)范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。但是在實(shí)際操作中，調(diào)速不能有大起大落的突變，只能在允許的范圍內(nèi)調(diào)高或調(diào)低，只能在允許的范圍內(nèi)一般都設(shè)有自動(dòng)拉、退刀裝置，能在數(shù)秒內(nèi)完成裝刀與

21、卸刀，換刀比較方便。此外，多坐標(biāo)數(shù)控銑床的主軸可以繞X、Y或Z軸作數(shù)控?cái)[動(dòng)，擴(kuò)大了主軸自身的運(yùn)動(dòng)范圍，但是主軸結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。 1.3.2控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)特征 為了要把工件上各種復(fù)雜的形狀輪廓連續(xù)加工出來(lái)，必須控制刀具沿平面上設(shè)定的直線、圓弧或空間直線、圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)，因此，要求數(shù)控銑床的伺服拖動(dòng)系統(tǒng)能在多坐標(biāo)方向同時(shí)協(xié)調(diào)動(dòng)作，并保持預(yù)定的相互關(guān)系，這就要求機(jī)床應(yīng)能實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。數(shù)控銑床要控制的坐標(biāo)數(shù)最少是3坐標(biāo)中任意兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工直線變斜角工件，應(yīng)實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。假設(shè)要加工曲線變斜角工件，是要求實(shí)現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。因此，數(shù)控銑床所配置的數(shù)控系統(tǒng)檔次，一般都比其它數(shù)控機(jī)床相應(yīng)更高一

22、些。 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象 數(shù)控銑床的功能 數(shù)控銑床的功能分為一般功能和特殊功能。一般功能是指各類數(shù)控銑床普遍所具有的功能。如點(diǎn)位控制功能、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能、鏡象加工功能、 固定循環(huán)功能等。特殊功能是指數(shù)控銑床在增加了某些特殊裝置或附件后，分別具有或兼?zhèn)涞囊恍┨厥夤δ?。如刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能、靠模加工功能、自動(dòng)變換工作臺(tái)功能、自適應(yīng)功能、數(shù)控采集功能等。 在使用數(shù)控銑床加工工件時(shí)，只要充分利用數(shù)控銑床的各種功能，就可以加工許多普通銑床難加工的工件。數(shù)控銑床的主要加工對(duì)象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類〔立體類〕零件。 自動(dòng)換刀裝置〔ATC〕及其形式 數(shù)控機(jī)床為了進(jìn)一步提

23、高生產(chǎn)率，進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，現(xiàn)代的機(jī)床逐步開展為在一臺(tái)機(jī)床上在一次裝中完成多工序或全部工序的加工。數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多個(gè)工步，以縮減輔助時(shí)間和減少屢次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)。對(duì)工件的多工序加工而設(shè)置的存儲(chǔ)及更換刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置(Automatic Tool Changer，ATC);自動(dòng)換刀〔Automatic Tool Change 簡(jiǎn)稱ATC〕系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成。在數(shù)控銑床的根底上，如果再配以刀具和自動(dòng)換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心〔Machining center 簡(jiǎn)稱MC〕。在這類數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)換刀裝置〔ATC〕是必不可少的。例如加

24、工中心機(jī)床又稱多工序自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，它主要是指具有自動(dòng)換刀及自動(dòng)改變工件加工位置工能的數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)換刀裝置是加工中心機(jī)床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動(dòng)換裝置的功能，對(duì)整機(jī)的加工效率有很大的影響。由于普通的數(shù)控立式銑床加工的一般是中小零件，其大多需要幾把刀具加工〔10把刀具以內(nèi)，〕故增加自動(dòng)換刀裝置并同時(shí)自動(dòng)變換主軸轉(zhuǎn)速?？蓽p輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少換刀時(shí)間，既提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此，數(shù)控立式銑床作為數(shù)控銑床中數(shù)量最多、應(yīng)用范圍也最廣的一種，對(duì)其附加能夠快速、準(zhǔn)確地?fù)Q刀的自動(dòng)換刀裝置是非常有必要的。 各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的型式、工藝范圍

25、及刀具的種類和數(shù)量等。這種裝置主要可以分為以下幾種形式： 1)回轉(zhuǎn)刀架換刀形式 2)更換主軸頭換刀形式 3)帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀形式 自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的根本要求 1〕刀具換刀時(shí)間短。 2〕刀具重復(fù)定位精度高。 3〕足夠的刀具儲(chǔ)存量。 4〕刀庫(kù)占地面積小。 5〕換刀平安可靠。 第二章總體方案確實(shí)定 依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，我們的任務(wù)是給XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床設(shè)計(jì)安裝適宜的自動(dòng)換刀裝置。主要技術(shù)參數(shù)為： 1〕刀庫(kù)容量：4-6 2〕選刀方式：順序選刀 3〕重復(fù)精度：5" XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主要由床身、升降臺(tái)、工作臺(tái)、

26、立銑頭、主傳動(dòng)、主變速、拉刀機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等局部組成。機(jī)床本身并不帶自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置作為一套獨(dú)立的、完整的機(jī)床部件，設(shè)計(jì)依據(jù)是該機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床及其主要參數(shù) XKA5032A型數(shù)控立式升降臺(tái)銑床是一種使用范圍廣泛的機(jī)床，根據(jù)用戶要求，配置國(guó)內(nèi)外〔OSP-U10M、SIEMENS802D、華中Ⅰ號(hào)〕先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，可手動(dòng)或自動(dòng)操作。它可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸同時(shí)定位/直線插補(bǔ)，同時(shí)二軸圓弧插補(bǔ)。OPS全域絕對(duì)位置檢測(cè)。每次開機(jī)無(wú)須回零，簡(jiǎn)化機(jī)床操作。尤其在發(fā)生停機(jī)、斷電、更換程序等情

27、況后再啟動(dòng)時(shí)不用整機(jī)回零，可以直接開機(jī)，方便操作。尤其方便不熟練操作工、繁忙操作工、電力不良等情況下的使用?？刹捎弥鞒绦?、子程序進(jìn)行編程，最小單位可選0.001mm。具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系，絕對(duì)值、增量可并用。各有50組刀具長(zhǎng)度、半徑長(zhǎng)度補(bǔ)償。彩色LCD中文顯示，具良好人機(jī)對(duì)話窗口，系統(tǒng)具有160m存儲(chǔ)容量，可進(jìn)行程序編輯、管理，可用RS-232C接口、1.44軟盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、輸出, 便于加工程序的管理?？梢詫?duì)程序進(jìn)行模擬加工，刀具軌跡跟蹤及動(dòng)畫仿真、圖形動(dòng)畫顯示，記錄運(yùn)行時(shí)間及作業(yè)信息。 2.其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1)主傳動(dòng)系統(tǒng)為7.5Kw的交流電動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性連軸器驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)箱，主傳

28、動(dòng)箱內(nèi)有三組滑移齒輪,液壓預(yù)選變速機(jī)構(gòu)推動(dòng)各滑移齒輪,組成18種轉(zhuǎn)速,再傳到銑頭上的主軸，主傳動(dòng)箱內(nèi)有電磁制動(dòng)器,主軸制動(dòng)迅速平穩(wěn)。 2)進(jìn)給系統(tǒng) X、Y、Z三個(gè)座標(biāo)的進(jìn)給，都是由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。電機(jī)通過(guò)同步齒形帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而使部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)。伺服電機(jī)及其相應(yīng)的速度控制單元和用于位置檢測(cè)的脈沖編碼器等均受控于數(shù)控系統(tǒng)；以完成各種進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 同步齒形帶可張緊以減少傳動(dòng)間隙，噪聲亦可降低。 垂向電機(jī)是帶制動(dòng)器的，當(dāng)斷電時(shí)，垂向剎緊，以防止升降臺(tái)因自重而下滑。 3)銑頭上的立式主軸，有符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的(ISO)No.50錐孔，可安裝標(biāo)準(zhǔn)的銑刀或銑夾頭。主軸的軸向位置可調(diào)整，連同套筒一

29、起作軸向伸出。主軸也可以連同銑頭主體一起，在左右各45°范圍內(nèi)調(diào)整成傾斜位置。 4)刀柄采用標(biāo)準(zhǔn)XT50形式，可與萬(wàn)能銑床刀柄通用。 5)潤(rùn)滑系統(tǒng) 自動(dòng)潤(rùn)滑站配以遞進(jìn)式分油器，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌副、滾珠絲杠副及齒輪副等進(jìn)行自動(dòng)的定時(shí)定量潤(rùn)滑，每次加油量和兩次間的時(shí)間間隔都是可調(diào)的，力求保證每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的合理油量。 6)機(jī)床采用側(cè)掛式電柜和吊掛式操縱站，機(jī)電一體，整體裝運(yùn)，安裝方便，集中操縱但能又多位置操作。 7)半自動(dòng)的裝卸刀機(jī)構(gòu),安裝在銑頭的上方，通過(guò)兩個(gè)按鈕分別控制裝刀和卸刀，方便而平安，即使主軸向外伸出，也不會(huì)影響刀具的裝卸。 其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù) 參數(shù)名稱 單位 數(shù)量 工作臺(tái)

30、面尺寸〔長(zhǎng)X寬〕 mm 320 X 1320 工作臺(tái)縱向〔X〕行程 mm 780 工作臺(tái)縱向〔Y〕行程 mm 300 工作臺(tái)縱向〔Z〕行程 mm 380 主軸孔徑 mm 29 主軸端面至工作臺(tái)面的距離 mm 70～450 主軸中心線至床身導(dǎo)軌面距離 mm 350 定位精度及重復(fù)定位精度 mm ±0.015、± 主軸端部錐度 ISO 立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度 45° 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 18 主軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min 30～1500 工作臺(tái)進(jìn)給級(jí)數(shù) 無(wú)級(jí) 縱、橫向進(jìn)給范圍 mm/min 6～3200 垂向進(jìn)給范圍

31、mm/min 3～1600 縱、橫向快進(jìn)速度 mm/min 6000 垂向快進(jìn)速度 mm/min 3000 主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率 kw 主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min 1440 工作臺(tái)最大承載重量 kg 320 主軸最大扭矩 N·m 1000 機(jī)床外形尺寸〔長(zhǎng)X寬X高〕 mm 1929 X 2055 X 2216 機(jī)床重量 kg 2800(3000) 該機(jī)床推薦使用的最大切削范圍如下： 銑切鋼：鋼的含碳量0.45%，抗拉強(qiáng)度600N/mm2。銑刀直徑100mm，齒數(shù)4； 銑切寬度50mm，銑切深度3 mm；主軸轉(zhuǎn)速750 r/min，進(jìn)給

32、量750mm/min。 銑切灰鑄鐵：材料HT200，硬度HB150～225。銑刀直徑250mm，齒數(shù)14； 銑切寬度150mm，銑切深度3.7 mm；主軸轉(zhuǎn)速47.5 r/min，進(jìn)給量300mm/min 初定其自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù) 在銑削輪廓時(shí)，為了保證一次連續(xù)地加工出全部外表，應(yīng)選用半徑小于工件最小輪廓半徑的刀具，而在實(shí)際的生產(chǎn)加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因?yàn)榇笾睆姐姷秳傂院茫陀枚雀?。由XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當(dāng)銑切鋼時(shí)，銑刀直徑為100 mm。當(dāng)銑灰鑄鐵時(shí)，銑刀直徑達(dá)250mm。因此，為了滿足該機(jī)床的實(shí)際加工能力與生產(chǎn)情況，在設(shè)

33、計(jì)其自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來(lái)設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)的換刀裝置能交換250mm的刀具。 初估最大直徑刀具的重量為8kgf。 確定其自動(dòng)換刀裝置的形式 由于XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床是一種使用范圍較廣的機(jī)床，且其可加工零件的精度要求也較高，比較上章介紹的幾種換刀形式，決定選用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀形式。 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主軸箱上方?jīng)]有好的安裝位置，安裝在機(jī)床外又要增加刀具運(yùn)輸時(shí)間，降低效率，所以安裝在機(jī)床側(cè)面最適宜，有些部件交錯(cuò)的地方，作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因?yàn)閄KA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床外形及其他性能參數(shù)等均與THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床相似，所

34、以本機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計(jì)成由由盤式刀庫(kù)和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。設(shè)計(jì)增加自動(dòng)換刀裝置后的XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的外觀圖如圖1-1所示。 圖1-1 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的外觀圖 第三章 刀庫(kù)的設(shè)計(jì) 刀庫(kù)是帶刀庫(kù)自動(dòng)換刀裝置的主要部件之一，其容量形式、布局及具體結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能有很大影響。 確定刀庫(kù)容量 決定刀庫(kù)容量時(shí)，首先要考慮加工工藝的需要，同時(shí)還要調(diào)查分析同類型、相近規(guī)格的自動(dòng)換刀機(jī)床的刀庫(kù)容量及其開展趨勢(shì)。由于帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主要是在多品種、單件小批生產(chǎn)時(shí)使用，因

35、而應(yīng)根據(jù)廣泛的工藝統(tǒng)計(jì)，依大多數(shù)工件加工時(shí)需要的刀具數(shù)來(lái)確定刀庫(kù)容量。例如，對(duì)功能較為齊全的加工中心而言，它可承擔(dān)多個(gè)工件的切削任務(wù)，因而要配備刀具的種類和規(guī)格較多。通常，配備的刀具越多，機(jī)床能加工工件的比率也越高，但它們并不是成正比例關(guān)系。圖3-1為刀庫(kù)容量與機(jī)床能加工工件的比率統(tǒng)計(jì)曲線。 刀庫(kù)儲(chǔ)存量過(guò)大，導(dǎo)致刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜,影響機(jī)床總體布局；儲(chǔ)存量過(guò)小，那么不能滿足復(fù)雜零件的加工要求。因此，刀庫(kù)容量應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，力圖將一組類似的零件所需的全部刀具裝入刀庫(kù)，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時(shí)間。對(duì)自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床的刀庫(kù)容量，有關(guān)資料曾對(duì)15000個(gè)零件進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)，指出不同工序加工時(shí)

36、必須的刀具數(shù)不同，如圖3-1所示。由圖可知，4把銑刀可完成加工工件的95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝， 14把刀的容量就可完成70％以上工件的鉆銑工藝，配有14—40把刀具的刀庫(kù)就能夠滿足70％-95％工件的加工需要。因此，對(duì)XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床，從使用和經(jīng)濟(jì)效率角度來(lái)看，容量為6的刀庫(kù)就可滿足要求了。 由以上考慮XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的結(jié)構(gòu)布局等原因，決定采用軸向放置的鼓盤式刀庫(kù)形式。這種刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀具排列較為緊湊，在刀庫(kù)容理定為6的情況下體種不大，且取刀也較為方便，但需要考慮機(jī)械手的換刀動(dòng)作空間。 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如

37、刀庫(kù)裝配圖所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動(dòng)機(jī)接通，其運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)十字聯(lián)軸器、波傳動(dòng)減速器、套筒式聯(lián)軸器、蝸桿、蝸輪后，再經(jīng)花鍵聯(lián)接傳到刀盤上，刀盤帶動(dòng)刀座上的6個(gè)刀套轉(zhuǎn)動(dòng)，完成選刀動(dòng)作。 刀庫(kù)裝配圖 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī) 刀庫(kù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多數(shù)采用液壓馬達(dá)、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并沒有降速傳動(dòng)裝置。 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置 刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于本刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且所需轉(zhuǎn)速小，所以決定采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有體積小，重量輕、伺服性好、力能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)，且該電機(jī)可用信號(hào)電壓進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。采用型號(hào)為90SZ03的SZ系列電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，其根本參數(shù)為：功率

38、0.092KW，轉(zhuǎn)速3000R/MIN〔?袖珍機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊(cè)?P1275〕；降速傳動(dòng)裝置型號(hào)為XB3-50-100A的扁平式諧波傳動(dòng)減速器，其根本參數(shù)為：輸入功率0.092KW，輸出轉(zhuǎn)矩18N·m〔?袖珍機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊(cè)?P1078-1079〕。 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 由于刀庫(kù)容量6，下面就以THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫(kù)為設(shè)計(jì)參考〔查參考資料14〕，采用經(jīng)驗(yàn)法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。 THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫(kù)也是采用軸向放置的鼓盤式刀庫(kù)形式，其容量為36把刀具，最大刀具重達(dá)10kgf，刀庫(kù)回轉(zhuǎn)由最大扭矩為25N·m的液壓馬達(dá)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在由于設(shè)計(jì)的刀庫(kù)容量為6把刀

39、具，可初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(主要是指直接驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩)為T0=8N·m。 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 刀庫(kù)的主運(yùn)動(dòng)是圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖3-3所示,直流伺服電動(dòng)機(jī)1通過(guò)彈性柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動(dòng)減速器2聯(lián)接減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿3,設(shè)計(jì)刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng). 由刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 己知直流伺服電動(dòng)機(jī)1的功率為0.092KW,轉(zhuǎn)速為3000R/MIN,諧波傳動(dòng)減速器2的傳動(dòng)比為100.傳動(dòng)效率為80%,1經(jīng)2減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿3,蝸桿為主動(dòng),蝸輪為從動(dòng),要求傳動(dòng)此為6,單向旋轉(zhuǎn),單班工作制,預(yù)計(jì)壽命為5年. 圖示3-3 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖 1

40、)選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù)GB10085—88的推薦，采用漸開線蝸桿〔ZI〕。 2)選擇材料 蝸桿采用45鋼，齒面淬火，硬度為45～50HRC；蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，=220 MPa，=220 MPa。 3)確定主要參數(shù) 蝸桿蝸輪傳動(dòng)，以蝸桿為主動(dòng)，蝸輪為從動(dòng)。為了提高傳動(dòng)效率，取Z1=6，傳動(dòng)比取6，單向旋轉(zhuǎn)，單工作制，預(yù)計(jì)壽命為5年。那么Z2= Z1ⅹi= 6ⅹ6=36。 4)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) m2d1KT2 (mm3) a)計(jì)算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2 初估傳動(dòng)效率η=0.95,那么 T2=9549=9549η=9549ⅹ0.95=133.53

41、 N·m 其中n1 =3000/100=30(r/min) c)許用接觸應(yīng)力 ==220ⅹⅹ1.48=293.04 MPa 式中, =220 MPa, 估計(jì)滑動(dòng)速度<5m/s，用浸沒潤(rùn)滑,那么由(參考文獻(xiàn)11) (P972圖18—2)查得滑動(dòng)速度影響系數(shù)=0.9,=1.48〔其中=60at=60ⅹ1ⅹⅹ5ⅹ300ⅹⅹ,按圖18—3查得〕； d)計(jì)算m2d1值,并選定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1 m2d1ⅹⅹ133.53=283.46 mm3; 按表18—3查得模數(shù)m=3.15(mm), d1=35.5 (mm) (m2d1值應(yīng)大于計(jì)算值) 5)驗(yàn)算滑動(dòng)速度 a)計(jì)算蝸

42、桿速度 ===0.0558 m/s b)計(jì)算滑動(dòng)速度 =/=0.0632 m/s 其中===,那么初估的值適宜。 6)驗(yàn)算蝸輪齒彎曲強(qiáng)度 驗(yàn)算公式為 a)使用系數(shù)=1 b)動(dòng)載荷系數(shù) c)載荷分布系數(shù)=1 d1=35.5 mm，=m36=113.4 mm,其中模數(shù)m=3.15(mm)。 d)蝸輪齒形系數(shù) e)按蝸輪當(dāng)量齒數(shù)=/=36/=52.34,由圖17—2查得。 f)導(dǎo)程角系數(shù)=1-/120°=1-/120 g)許用彎曲應(yīng)力 ==700.542=37.94 MPa h)計(jì)算彎曲應(yīng)力 由于<，故滿足蝸輪輪齒強(qiáng)度條件。 7)計(jì)算蝸桿蝸輪的主要參數(shù) a)

43、分度圓直徑 =35.5，=m b)中心距a a=(++2m)/2=[35.5+113.4+2(-0.1349)3.15]/2=74 mm c)蝸桿導(dǎo)程角 8)計(jì)算其他尺寸 a)蝸桿齒頂圓直徑 =+2=35.5+23.15=41.8 mm， 其中為蝸桿齒頂高，且=m=3.15 mm； b)蝸輪喉圓直徑 =+2=113.4+23.15=118.85 mm， 其中為蝸輪齒頂高，且=+=1-0.1349=0.8651 mm； c)蝸輪外圓直徑=+m=118.85+3.15=122 mm； d)蝸桿齒寬 由于=6，故按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取=64 mm e)蝸輪

44、齒寬 41.8 =28.006mm,取=28 mm； f)蝸輪齒頂圓弧半徑 =-m=-3.15=14.6 mm g)蝸輪齒根圓弧半徑 =+c=+0.2m=3.15=21.53 mm； h)蝸桿軸向齒厚 =/2==3.15/2=4.948 mm,其中為蝸桿軸向齒距； i)蝸桿法向齒厚 ==4.368 mm； j)蝸輪分度圓齒厚 3.15=4.948 mm。 9)熱平衡計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。在閉式傳動(dòng)中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)地散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂專瑥亩龃竽ゲ翐p失，甚至發(fā)生膠合。所以必須

45、根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量的條件進(jìn)行熱功平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內(nèi)。 由于摩擦損耗的功率=〔1-〕kW,那么產(chǎn)生的熱流量〔單位為1W=1j/s〕為 =1000〔1-〕W 式中為蝸桿傳遞的功率〔單位：kW〕。 以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為 =kA(-)W 式中k——～17.5W(),環(huán)境空氣流通較差時(shí)，取較小值，否那么取較大值； A——傳動(dòng)裝置散熱的計(jì)算面積，即內(nèi)面被沒浸濺的，而外面又被空氣所能冷卻的的箱殼面積〔〕； ——潤(rùn)滑油的工作溫度，一般限制在60～70，最高不能超過(guò)80； ——周圍環(huán)境溫度，一般取室溫=20。 按熱

46、平衡條件=，可求得在既定工作條件下的沒溫為 =+ 在繪制傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖的根底上進(jìn)行熱平衡計(jì)算： 80=0.0736 kW 取=20,=0.95, k=10,并估算A=0. 006，那么 =20+＞80 由于＞80,超過(guò)最高工作溫度，所以必須采取一些散熱措施，以提高散熱能力，如在傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 蝸輪轉(zhuǎn)速800.95=0.07 Kw,此時(shí)刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：T==·m＞T0=8N·m，其中=0.9為外花鍵帶動(dòng)刀盤回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)效率。由于T＞T0，所以，刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求。 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 在刀庫(kù)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯(lián)接帶動(dòng)刀座上的刀套轉(zhuǎn)動(dòng)

47、而進(jìn)行選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動(dòng)聯(lián)接。所用的花鍵類型為漸開線花鍵d=26mm,以下對(duì)其進(jìn)行必要的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算公式如下： p=[p]MPa 式中: T——轉(zhuǎn)距〔N··1000N·mm； ——各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常取0.8，此處取=0.75； z——齒數(shù)，此處z=6； ——齒的工作高度〔mm〕，對(duì)漸開線花鍵，=m,此處m為模數(shù)，且取m=1.5mm； ——齒的工作長(zhǎng)度〔mm〕，此處=48mm； ——平均直徑〔mm〕，對(duì)漸開線花鍵，此處=d=26mm。 于是，把數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，得p== 由于該花鍵聯(lián)接為不在載荷作用下移動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接，查表9-13可知，假設(shè)齒面經(jīng)熱處理且使用和制

48、造情況為良好時(shí)，[p]可達(dá)4070 MPa，p[p],故花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度滿足要求。 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核 刀套在刀座上的夾緊由插銷實(shí)現(xiàn)〔見刀庫(kù)裝配圖〕。插銷承受的主要是剪切力，以下對(duì)單個(gè)插銷進(jìn)行剪切強(qiáng)度的校核。 插銷材料為45鋼，[]=60MPa,直徑d=6mm。 剪切力由重力引起，估算P=100N,插銷受力如以下圖。 由圖可知該情況為雙剪切，且由平衡方程易得Q=P/2, 于是，插銷橫截面上的剪切力為 = Q/A=(100)/[[] 故插銷滿足強(qiáng)度條件要求。 確定刀具的選擇方式 按數(shù)控裝置的刀具指令，從刀庫(kù)中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動(dòng)選刀。在刀庫(kù)中選擇刀具通

49、常采用兩種方式。 1)順序選擇刀具 2)任意選擇刀具 刀庫(kù)的定位與刀具的松夾 刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)定位是依靠簡(jiǎn)易定位裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其控制過(guò)程示意圖如下： 發(fā)出選刀 信號(hào) 牙嵌離合器脫離嚙合 從動(dòng)軸慣性慢轉(zhuǎn) 刀庫(kù)定位停止 定位完畢發(fā)出信號(hào) 刀庫(kù)的定位是由接近開關(guān)使直流伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后由雙向液壓帶動(dòng)定位銷6，插入刀座5上的定位孔，實(shí)現(xiàn)精確定位。在刀座5的每一個(gè)刀位上都裝有如以下圖的彈簧、導(dǎo)柱3、鍵塊1和銷2所組成的刀具固定裝置。由此實(shí)現(xiàn)刀具在刀庫(kù)上的固定鎖緊。圖中所示為刀具卡在刀座上的狀況。當(dāng)液壓缸4通油后，將導(dǎo)柱3拉出，使銷2退出，此時(shí)刀具在刀座上處于自由狀

50、態(tài)，控制刀具固定裝置的液壓缸4有兩個(gè)，一個(gè)和定位銷在一起，自動(dòng)換刀時(shí)用，另一個(gè)在靠近立柱方向，用于刀庫(kù)手動(dòng)裝卸刀。 刀庫(kù)定位示意圖 第四章 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中,實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式通常分為兩種: 一種是采用機(jī)械手交換刀具, 另一種是由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具交換即無(wú)

51、機(jī)械手交換刀具。無(wú)機(jī)械手交換刀具方式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本錢低，換刀的可靠性較高；刀庫(kù)因結(jié)構(gòu)所限容量不多。這種換刀系統(tǒng)多為中、小型加工中心采用。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的結(jié)構(gòu)特性決定難以實(shí)現(xiàn)由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式。 機(jī)械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)工步后，把這一工步的刀具送回刀庫(kù)，并把下一道工步的所需要的刀具從刀庫(kù)中取出并裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。對(duì)機(jī)械手的具體要求是迅速可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。 確定換刀機(jī)械手形式 在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中，換刀機(jī)械手的形式是多種多樣的，

52、常見的有以下幾種。 1)兩手呈180°的回轉(zhuǎn)式單臂雙 械手； 圖4-1 機(jī)械手臂和手爪 2)兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙 械手 3)兩手平行的回轉(zhuǎn)式單臂雙 械手； 4)雙手交叉式機(jī)械手； 由于不同的數(shù)控機(jī)床〔加工中心〕的刀庫(kù)與主軸的相對(duì)位置不同。所以各種數(shù)控機(jī)床所使用的換刀機(jī)械手也不盡相同。 上圖是兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙 械手的結(jié)構(gòu)示意圖。 這種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動(dòng)作可靠，換好時(shí)間短，缺點(diǎn)是刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機(jī)械手離加工區(qū)較近。 一般來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械手用于刀庫(kù)

53、刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫(kù)為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在XKA5032A/C數(shù)控立式升降銑床的自動(dòng)換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。 換刀機(jī)械手的工作原理 下面是以在XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的自動(dòng)換刀裝置中采用這種上機(jī)械手換刀的工作原理。 該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手由機(jī)械手臂與45°的斜殼體組成。機(jī)械手臂1形狀對(duì)稱。固定在回轉(zhuǎn)軸4上，回轉(zhuǎn)軸與主軸成45°角，安裝在殼體3上，5為手臂托，可由液壓缸帶動(dòng)〔圖中未標(biāo)出〕，機(jī)械手有伸縮、回轉(zhuǎn)、抓刀、松刀等動(dòng)作。 伸縮動(dòng)作：液壓缸〔圖中未標(biāo)出〕帶動(dòng)手臂托架5沿主軸軸向移動(dòng)。

54、 回轉(zhuǎn)動(dòng)作：液壓缸2中的齒條輪通過(guò)齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)手臂正向和反向180°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 抓刀、松刀動(dòng)作：機(jī)械手對(duì)刀具的夾緊和松開是通過(guò)液壓缸6。碟形彈簧7及拉桿8、杠桿9、活動(dòng)爪10來(lái)實(shí)現(xiàn)。碟形彈簧實(shí)現(xiàn)夾緊，液壓缸實(shí)現(xiàn)松開。在活動(dòng)爪中有兩個(gè)銷子11，當(dāng)夾緊刀具時(shí)，插入刀柄凸緣的孔內(nèi)，確保平安、可靠。 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過(guò)程的動(dòng)作順序 〔a〕 〔b〕 〔c〕 〔d〕 圖4-6 換刀機(jī)械手的換刀過(guò)程 自動(dòng)換刀裝置的換刀過(guò)程由選刀和換刀兩局部組成。 選刀即刀庫(kù)按照選刀命令〔或信息〕自動(dòng)將要用的刀

55、具移動(dòng)到換刀位置，完成選刀過(guò)程，為下面換刀做好準(zhǔn)備，換刀即是機(jī)械手把主軸上用過(guò)的刀具取下，將選好的刀具安裝在主軸之上。 換刀動(dòng)作的大致過(guò)程為： 1)主軸箱回到最高處〔z坐標(biāo)零點(diǎn)〕，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“主軸準(zhǔn)停〞。即主軸停止回轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確停止在一個(gè)固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個(gè)固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對(duì)正端面鍵。 2)機(jī)械手抓住主軸和刀庫(kù)上的刀具。如圖4-6〔a〕所示。 3)把卡緊在主軸和發(fā)庫(kù)上的刀具松開 4)活塞桿推動(dòng)機(jī)械手下行，從主軸和刀庫(kù)上取出刀具 5)機(jī)械手回轉(zhuǎn)180°，交換刀具位置， 6)將更換后的刀具裝入主軸和刀庫(kù) 7)分別夾緊主軸和刀庫(kù)上的刀具 8)機(jī)械

56、手松開主軸和刀庫(kù)上的刀具 9)當(dāng)機(jī)械手松開具后，限位開關(guān)發(fā)出“換刀完畢〞的信號(hào)，主軸自由，可以開始加工或其他程序動(dòng)作。 在自動(dòng)換刀的整個(gè)過(guò)程中，各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)均由限位開關(guān)控制，只有前一個(gè)動(dòng)作完成后，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，從而保證了運(yùn)動(dòng)的可靠性。 機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸4上的齒輪齒條設(shè)計(jì) 1)回轉(zhuǎn)軸上齒輪采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪形式 2)取模數(shù)M=1。5。初取齒數(shù)z=30 3)下表為齒輪幾何尺寸設(shè)計(jì)的根本參數(shù)： 名稱 代號(hào) 計(jì)算公式 模數(shù) m 壓力角 分度圓直徑 d 30=45 齒頂高 齒根高 齒全高 h 齒頂圓直徑 齒根圓直

57、徑 齒距 p 齒厚 s 頂隙 c 4)齒條的根本尺寸，按外齒輪幾何尺寸的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算 自動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求 主軸準(zhǔn)停裝置 為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當(dāng)?shù)毒叩侗b入錐孔時(shí)，刀柄上的鍵槽位置必須與該鍵對(duì)準(zhǔn)才能裝入。當(dāng)機(jī)械手從刀庫(kù)取刀時(shí)，為了確保刀具其后能順利地裝入主軸錐孔中，必須使主軸準(zhǔn)確地停在刀具交換位置上。同時(shí)，由于工藝上的需要，也必須使主軸準(zhǔn)停在固定位置上。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術(shù)要求稱為主軸準(zhǔn)停。 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的自動(dòng)換刀裝置，在每次自動(dòng)裝卸刀具時(shí)，都必須要求主軸準(zhǔn)確地停止在固定的周向位置上

58、。因此，可在主軸上安裝電氣控制的主軸準(zhǔn)停裝置以實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停功能。 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試 1)換刀機(jī)械手安裝在主軸箱的左側(cè)面，加工零件時(shí)，換刀機(jī)械手隨主軸箱一起上下運(yùn)動(dòng)。 2)當(dāng)初裝上換刀機(jī)械手后，必須進(jìn)行調(diào)試：用手動(dòng)操縱主式調(diào)整換刀機(jī)械手相對(duì)于主軸的位置，使用調(diào)整心棒，有誤差時(shí)可調(diào)整機(jī)械手行程、刀庫(kù)位置、機(jī)械手支座、修正主軸坐標(biāo)原點(diǎn)等。安裝最大重量刀具時(shí)，要進(jìn)行屢次刀庫(kù)到主軸位置的自動(dòng)交換，使機(jī)械手換刀時(shí)做到準(zhǔn)確無(wú)誤，無(wú)撞擊。 自動(dòng)換刀程序的編制 1)換刀動(dòng)作〔指令〕：選刀〔T××〕；換刀〔M06〕 2)選刀和換刀通常分開進(jìn)行。 3)為提高機(jī)床利用率，選刀動(dòng)作與機(jī)床加工動(dòng)作重合

59、。 4)換刀指令M06必須在用新刀具進(jìn)行切削加工的程序段之前，而下一個(gè)選刀指令T常緊跟在這次換刀指令之后。 5)換刀點(diǎn)：多數(shù)加工中心規(guī)定在機(jī)床Z軸零點(diǎn)〔Z0〕，要求在換刀前用準(zhǔn)備功能指令〔G28〕使主軸自動(dòng)返回Z0點(diǎn)。 6)換刀過(guò)程:接到T××指令后立即自動(dòng)選刀，并使選中的刀具處于換刀位置，接到M06指令后機(jī)械手動(dòng)作，一方面將主軸上的刀具取下送回刀庫(kù)，另一方面又將換刀位置的刀具取出裝到主軸上，實(shí)現(xiàn)換刀。 7)換刀程序編制方法 a)主軸返回參考點(diǎn)和刀庫(kù)選刀同時(shí)進(jìn)行，選好刀具后進(jìn)行換刀。 … N02 G28 Z0 T02 Z軸回零，選T02號(hào)刀； N03 M06 換上T02號(hào)刀

60、… 缺點(diǎn)：選刀時(shí)間大于回零時(shí)間時(shí)，需要占機(jī)選刀。 b)在Z軸回零換刀前就選好刀 … N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直線插補(bǔ)，選T02號(hào)刀 N11 G28 Z0 M06 Z軸回零，換T02號(hào)刀 … N20 G01 Z_ F_ T03 直線插補(bǔ)，選T03號(hào)刀 N30 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 順圓弧插補(bǔ) c)有的加工中心〔TH5632〕換刀程序與上略不同 … N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直線插補(bǔ)，選T02號(hào)刀 … N30 G28 Z0 T03 M06 Z軸回零，換T02號(hào)刀，選T03號(hào)刀 N40 G00 Z1 N50

61、G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 圓弧插補(bǔ) … 注：對(duì)臥式加工中心，上面程序的G28 Z0應(yīng)為G28 Y0 。 第五章 自動(dòng)換刀裝置的控制原理 自動(dòng)換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)由液壓油箱、管路、控制閥等組成?？刂崎y采用分散布局、就近安裝原那么，分別裝在刀庫(kù)和立柱上。電磁閥上貼有磁號(hào)碼〔如YV1、YV2、YV3〕，便于用戶進(jìn)行檢測(cè)與維修。 自動(dòng)換刀裝置換刀動(dòng)作的順序控制過(guò)程 在自動(dòng)換刀裝置的整個(gè)換刀過(guò)程中，換刀動(dòng)作的控制由刀庫(kù)控制局部、換刀機(jī)械手控制局部以及主軸相控制局部三局部組成，它們組成是一個(gè)互

62、相聯(lián)系的系統(tǒng)。 1)刀庫(kù)控制局部 2)機(jī)械手控制部份 3)主軸箱控制局部 致謝詞 首先感謝我的指導(dǎo)老師,沒有你我就沒了寫論文的動(dòng)力.夜里在網(wǎng)吧搞論文時(shí),真的很困,心煩,有種莫名想放棄的念頭,蒙朧中是你在我耳邊告訴我得堅(jiān)持,不能放棄.正是因?yàn)檫@樣,經(jīng)過(guò)這些天堅(jiān)持不懈的奮斗,終于以這篇論文的完成而告終. 感謝寢室里的患難兄弟遙遠(yuǎn)的家來(lái)到這個(gè)陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽.在這3年里,我們從沒紅過(guò)臉,月初大家腰包鼓鼓,一起吃喝;月底摸著干癟的錢包,一起啃饅頭.是你們讓我在這大學(xué)生活中,體驗(yàn)到了啥叫快樂。 當(dāng)然

63、還的感謝我公司里的師傅，在我的實(shí)習(xí)期間，能夠指導(dǎo)我，教我很多在學(xué)校學(xué)不到的東西。在公司實(shí)習(xí)期間的2個(gè)月里，同事的關(guān)心使我一個(gè)初入社會(huì)的大學(xué)生，感受到了社會(huì)對(duì)我們的關(guān)心。不過(guò)，當(dāng)然也感覺到自己的知識(shí)能力還很缺乏，要想在社會(huì)立足，只有多學(xué)多交流，方能進(jìn)步，提高自身的能力。 最后還得感謝我的網(wǎng)友們，在網(wǎng)吧做論文的這些日子，也正是有你們?cè)谝股钊遂o的時(shí)候，陪伴著我。在我無(wú)法繼續(xù)論文的時(shí)候，能夠在游戲中緩解心中的煩悶。 感謝爸媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋

64、友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！ 參考文獻(xiàn)： [1] 吳宗澤,羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版[M].北京:高等教育出版社, [2]廖念釗,莫雨松,李碩根,楊興駿.互換性與技術(shù)測(cè)量第四版[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社, [3]陳錦昌,劉就女,劉林.計(jì)算機(jī)工程制圖[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社, [4]馮辛安,黃玉美,杜君文.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, [5]熊光華.數(shù)控機(jī)床[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, . [6]李峻勤,費(fèi)仁元.數(shù)控機(jī)床及其使用與維修[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社, [7]張柱銀,陳思義

65、,明興祖.數(shù)控原理與數(shù)控機(jī)床[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, [8]林東.數(shù)控技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, [9]王愛玲,白思遠(yuǎn).現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社, [10]何存興,張鐵華.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)第二版[M].湖北:華中科技大學(xué)出版社, [11]毛謙德,李振清.袖珍機(jī)械機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)第二版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, [12]朱龍根.簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, [13]王可.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].遼寧: 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社, . 附 錄 編程舉例: 實(shí)例1、加工如以下圖各孔，工件材料為HT300，使用刀

66、具為鏜孔刀，T02為Φ13鉆頭，T03為锪鉆。 程序如下： T01; M06; G90 G00 G54 X0 Y0 T02; G43 H01 Z20. M03 S500 F30; G98 G85 X0 Y0 R3. Z-45.; G80 G28 G49 Z0. M06; G00 X-60. Y50. T03; G43 H02 Z10. M03 S600; G98 G73 X-60. Y0 R-15. Z-48. Q4. F40; X60.; G80 G28 G49 Z0. M06; G00 X-60. Y0.; G43 H03 Z10. M03 S350; G98 G82 X-60. Y0 R-15. Z-30. P100 F25; X60.; G80 G28 G49 Z0. M05; G91 G28 X0 Y0 M30; 實(shí)例2、加工如以下圖零件上的通槽和4個(gè)M8的螺紋孔，其加工過(guò)程見表。 工步號(hào) 工步名稱 工具號(hào) 工具名稱及規(guī)格 刀補(bǔ)號(hào) 半徑補(bǔ)償 1 周銑槽 T01 ?6立銑刀 H01