JCS-018A 立式加工中心盤式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開題報(bào)告1.課題名稱加工中心刀庫(kù)和換刀裝置機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)英文名稱：Machining center knife library and tool change device design2.選題目的和意義目的：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)日益普及，數(shù)控機(jī)床越來(lái)越取代普通的機(jī)床，成為市場(chǎng)的主角，但是在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，市場(chǎng)對(duì)于數(shù)控機(jī)床的要求也就越來(lái)越高?，F(xiàn)在的產(chǎn)品更新的速度越來(lái)越快，而且市場(chǎng)上的零件的形狀越來(lái)越復(fù)雜，但是對(duì)于零件的精度卻越來(lái)越高，生產(chǎn)的周期越來(lái)越短。加工中心就是這樣應(yīng)運(yùn)而生，它是將這些加工工序集中在一臺(tái)機(jī)床上，一次裝夾，按不同的工序選擇和更換刀具，進(jìn)給速度，進(jìn)給量和刀具相當(dāng)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，一次完成多個(gè)工序的加工。但是由于歷史的客觀原因，我國(guó)的數(shù)控加工技術(shù)相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)起步晚發(fā)展慢，現(xiàn)在距離西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有 10-15 年的差距，在一些高精尖的技術(shù)上更甚。特別是在產(chǎn)品開發(fā)這一塊，很多東西都是依賴進(jìn)口而國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)上技術(shù)還不成熟，還不能夠贏得顧客的青睞。而國(guó)內(nèi)的企業(yè)缺乏對(duì)于數(shù)控市場(chǎng)領(lǐng)域的研究不足，產(chǎn)品開發(fā)和制造的能力還不夠滿足市場(chǎng)的需求，對(duì)產(chǎn)品的規(guī)劃制定不夠?，F(xiàn)在而言呢國(guó)內(nèi)在加工中心刀庫(kù)和換刀系統(tǒng)這一塊還有很大的提升空間，這對(duì)于提高產(chǎn)品的精度和生產(chǎn)周期都有很大的作用。而我們機(jī)械行業(yè)的大學(xué)生是將來(lái)機(jī)械產(chǎn)品研究制造的主導(dǎo)者，充分的認(rèn)識(shí)數(shù)控加工中心刀庫(kù)和換刀裝置的結(jié)構(gòu)有助于我們更好的認(rèn)識(shí)到自己的不足和在將來(lái)更好地改進(jìn)。意義：造業(yè)的最重要的就是時(shí)間，節(jié)省了非加工所需的時(shí)間都會(huì)大幅度的提高工作效率，從而進(jìn)一步減少成本，提高生產(chǎn)效率。數(shù)控加工中心，特別是帶刀庫(kù)的數(shù)控加工中心就可以大幅減少非加工時(shí)間。自動(dòng)換刀裝置的出現(xiàn)解決了工序分散，零件裝夾，更換刀具帶來(lái)的非加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。因此刀庫(kù)換刀工序集中的特點(diǎn)將會(huì)是數(shù)控機(jī)床的重點(diǎn)發(fā)展方向。因此帶刀庫(kù)的數(shù)控加工中心將會(huì)是未來(lái)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。加工中心刀庫(kù)和換刀裝置的設(shè)計(jì)涉及到我們大學(xué)中學(xué)到的很多方面的內(nèi)容，比如對(duì)自動(dòng)換刀裝置就可以利用 PLC 控制，而動(dòng)力可以選擇液壓元件或是電動(dòng)機(jī)，而其中刀庫(kù)和換刀裝置對(duì)于機(jī)械機(jī)構(gòu)的有一定的要求。課題內(nèi)容涉及機(jī)械、電氣、控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等方面，覆蓋了各個(gè)方面，綜合性強(qiáng)。并且通過(guò)對(duì)這個(gè)課題的研究可以提高自己的裝也知識(shí)，還可以把機(jī)械和電氣聯(lián)系起來(lái)，真正做到機(jī)電一體化。3.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)外的數(shù)控加工中心的自動(dòng)換刀裝置系統(tǒng)當(dāng)中，刀具和輔具一般都采用錐柄的結(jié)構(gòu)形式，機(jī)床主軸的刀具夾緊機(jī)構(gòu)以及刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)方式和機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式差不多都是一樣的模式。對(duì)目前提高換刀方式的主要方式就是提高選刀的效率和減少刀具交換的時(shí)間，選刀的方式有很多種，但是精確度還可以繼續(xù)提高，選刀的時(shí)間將會(huì)得到很大程度上的縮短?？s短刀具交換的時(shí)間就目前的行業(yè)情況來(lái)看，提高的幅度不會(huì)很大，主要是驅(qū)動(dòng)方式的改進(jìn)，目前換刀速度較快的是凸輪裝置換刀方式，最快的刀對(duì)刀換刀時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了 1.5S 以內(nèi)。根據(jù)行業(yè)的需求，小容量的刀庫(kù)已經(jīng)無(wú)法滿足企業(yè)需求，大型刀庫(kù)的研制也是關(guān)鍵的發(fā)展方向，刀具曾多，質(zhì)量變大也給自動(dòng)換刀裝置帶來(lái)了難度。以往提高自動(dòng)換刀工作效率主要在刀具交換的時(shí)間上大力研究，但是現(xiàn)在隨著換刀技術(shù)的成熟，驅(qū)動(dòng)設(shè)備的不斷完善，換刀時(shí)間也無(wú)法進(jìn)一步的有所突破。所以以后的發(fā)展方向?qū)?huì)是刀具選擇方式的改進(jìn)和精確度的提高。就我國(guó)的加工中心的發(fā)展來(lái)看，國(guó)內(nèi)沒(méi)有專門制造生產(chǎn)自動(dòng)化刀裝置的企業(yè)，一些大型的機(jī)床廠都是根據(jù)需求，自主研制換刀裝置。目前國(guó)內(nèi)的刀庫(kù)主要依靠進(jìn)口，使用臺(tái)灣的刀庫(kù)較多，也有其他國(guó)家知名企業(yè)的產(chǎn)品。自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展左右了數(shù)控加工中心的未來(lái)發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)要盡快擁有自己獨(dú)立的產(chǎn)品脫離進(jìn)口才是關(guān)鍵，雖然起步較晚，但是我仍然相信未來(lái)國(guó)內(nèi)的數(shù)控加工中心會(huì)得到很大的提高，能夠生產(chǎn)出高端的機(jī)床。4、選題研究?jī)?nèi)容和要解決的關(guān)鍵問(wèn)題設(shè)計(jì)刀庫(kù)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該讓它滿足換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高；刀具存儲(chǔ)量足夠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造，維修，調(diào)整。布局應(yīng)該合理，使機(jī)床總布局美觀大方；應(yīng)該有較好的剛性，避免沖擊振動(dòng)和噪音，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，應(yīng)有防屑，防塵的裝置要求。1）合理確定刀庫(kù)的存儲(chǔ)量，一般刀庫(kù)的存儲(chǔ)量以 10-40 把較為合適， 41-60 把刀具基本上滿足絕大多數(shù)零件的要求。2）盡量的縮短選刀時(shí)間，將選刀時(shí)間與加工時(shí)間重疊，根據(jù)所選刀具在刀庫(kù)中的位置來(lái)決定刀庫(kù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，以縮短選刀時(shí)間。3）刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該適宜，國(guó)內(nèi)外鏈?zhǔn)降稁?kù)的線速度可達(dá) 100-800mm/s，最大刀具長(zhǎng)度為 500mm,最大刀具重量為 100kg.4）要求刀庫(kù)運(yùn)行平穩(wěn)，如對(duì)鏈?zhǔn)降稁?kù)設(shè)置刀座運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。5）刀座到刀庫(kù)中的排列，一般來(lái)講刀座間距相等。6）刀庫(kù)防塵，防屑及安全防護(hù)等問(wèn)題都必須在設(shè)計(jì)刀庫(kù)的過(guò)程中考慮進(jìn)去。擬采用 JCS-018A 自動(dòng)換刀數(shù)控立式鏜銑床，它的自動(dòng)換刀裝置是由盤式刀庫(kù)和刀具交換裝置組成。刀庫(kù)安裝在機(jī)床左側(cè)的立柱上，刀庫(kù)容量為 16 把刀，換刀機(jī)械手安裝在刀庫(kù)和主軸之間。機(jī)械手將刀庫(kù)中取出送到機(jī)床主軸上，然后將用過(guò)的舊刀送回刀庫(kù)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的有刀具的選擇方式，刀具的識(shí)別裝置，刀具交換裝置等的選擇。關(guān)鍵問(wèn)題（1）選用的是 JCS-018A 自動(dòng)換刀數(shù)控立式鏜銑床，采用的是盤刀庫(kù)，確定的基本參數(shù)如下：刀庫(kù)直徑：400mm刀具數(shù)量：16 把最大刀具直徑：40mm平均刀具重量：8kg刀盤最低轉(zhuǎn)速：60r/min換刀時(shí)間：3.2s（刀到刀）刀具形式：BT40（2）在設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題有刀庫(kù)的傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，換刀裝置的設(shè)計(jì)，刀庫(kù)的設(shè)計(jì)，刀庫(kù)中主要零件參數(shù)的設(shè)計(jì)，刀具換刀裝置的設(shè)計(jì)，選刀方式等，最后要用 UG 進(jìn)行三維建模并編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。5、研究方法1.文獻(xiàn)資料法：根據(jù)已掌握的文獻(xiàn)，查找相關(guān)數(shù)控機(jī)床的書籍，利用校園網(wǎng)查詢各類期刊，學(xué)術(shù)報(bào)告，學(xué)術(shù)會(huì)議論文，學(xué)位論文，科技檔案等。2.咨詢老師法：在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免有很多問(wèn)題自己不能解決，這時(shí)就有必要向老師詢問(wèn)解決的辦法或是索要相關(guān)的資料。6.計(jì)劃進(jìn)度2014 年 12 月 25 日——2014 年 3 月 1 日 完成各種相關(guān)資料的查詢和收集，學(xué)習(xí)并且熟練使用 UG 三維繪圖軟件。2014 年 3 月 2 日——2014 年 3 月 18 日 完成設(shè)計(jì)任務(wù)書、開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯等文本的編寫和加工中心刀庫(kù)及換刀裝置的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。2010 年 3 月 19 日——2010 年 5 月 19 日 完成加工中心刀庫(kù)和換刀裝置的三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真及控制程序調(diào)試，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2010 年 5 月 20 日——2010 年 6 月 2 日 整理資料，準(zhǔn)備答辯。參考文獻(xiàn)1.數(shù)控技術(shù)/廖效果主編.武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2000.52.時(shí)雨 加工中心換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.聶小春，韓利紅 ，孫曉輝 ，汪菊英 4 5 # - 1 6 T 型立式加工中心 盤式刀庫(kù)的設(shè)計(jì) 4.張建玲 F AN U C O i M D 數(shù)控系統(tǒng)斗笠式刀庫(kù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀 5.應(yīng)保勝，楊威，邱新橋 高速加工中心自動(dòng)換刀裝置的研究 6.張字， 夏曉平 加工中心斗笠式刀庫(kù)換刀裝置的設(shè)計(jì) 7.周建東 加工中心盤式刀庫(kù)的設(shè)計(jì) 8.汪雪松 加工中心自動(dòng)換刀裝置 9.李永軍 吳麗 范春宏 王慶利 鏈?zhǔn)降稁?kù)自動(dòng)換刀裝置及其液壓控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 10.張躍明，楊伯金，牟宏明，楊宇 盤式刀庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)11.王振龍 數(shù)控機(jī)床 自動(dòng)換刀裝置的研究 12.簡(jiǎn)志雄 四軸機(jī)床盤盤式刀庫(kù) P L C 程序的設(shè)計(jì)13.Y.H. Jeonga H. Tae B.-K. Minc and D.-W. Chod*Virtual automatic tool changer of a machining centre with a real-time simulation14.ADIL BAYKASOGLUy* and TURKAY DERELIy Heuristic optimization system for the determination of index positions on CNC magazines with the consideration of cutting tool duplications