JCS-018A 立式加工中心盤式刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計加工中心刀庫及換刀裝置的設(shè)計摘要要介紹了加工中心刀庫及換刀裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)計思路關(guān)鍵詞加工中心;刀庫;換刀裝置引言二十一世紀是一個科學(xué)技術(shù)日新月異的時代，裝配工業(yè)的水平高低決定了當代一個國家的國民經(jīng)濟水平的高低和現(xiàn)代化程度水平的高低，反應(yīng)了我國現(xiàn)代化的進程。在機械制造行業(yè)里頭，機床是主要的生產(chǎn)設(shè)備之一。隨著機械制造行業(yè)中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越趨于復(fù)雜，而在實際中對于產(chǎn)品的精度和性能的要求卻越來越高，因此對于生產(chǎn)設(shè)備的要求也越來越向著高精度，高效率和高自動化的趨勢發(fā)展。在機械制造行業(yè)中，中小批產(chǎn)品占到 70%-80%，以前通用機床的自動化程度不高，基本上是由工人守在機床旁邊進行加工，這樣導(dǎo)致生產(chǎn)效率不高，產(chǎn)品的精度也參吃不齊，特別是對于一些由曲面和曲線組成的復(fù)雜零件表面的加工處理，更是難以保證加工精度和生產(chǎn)效率。于是自 20 世紀 90年代開始，隨著計算機技術(shù)分飛速發(fā)展， 數(shù)控加工技術(shù)也日益朝著自動化方向迅速發(fā)展， 數(shù)控機床開始在制造業(yè)慢慢取代了通用機床的地位，它的產(chǎn)生，縮短了工人的勞動量，提高了企業(yè)的產(chǎn)量。帶有換刀裝置的數(shù)控加工中心在現(xiàn)代先進制造業(yè)中扮演著越來越重要的角色。而我國的數(shù)控加工技術(shù)與西方的發(fā)達國家相比，仍然還存在很大可以進步的空間，但是在現(xiàn)代知識競爭激烈的時代，在當今科學(xué)強國的時代環(huán)境下，西方國家那些高精尖的計算機技術(shù)對中國實行壟斷，所以本設(shè)計從加工中心刀庫及換刀系統(tǒng)這個方面進行設(shè)計。一，國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀就我國的加工中心的發(fā)展來看，國內(nèi)沒有專門制造生產(chǎn)自動化刀裝置的企業(yè)，一些大型的機床廠都是根據(jù)需求，自主研制換刀裝置。目前國內(nèi)的刀庫主要依靠進口，使用臺灣的刀庫較多，也有其他國家知名企業(yè)的產(chǎn)品。自動換刀裝置的發(fā)展左右了數(shù)控加工中心的未來發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)要盡快擁有自己獨立的產(chǎn)品脫離進口才是關(guān)鍵，雖然起步較晚，但是我仍然相信未來國內(nèi)的數(shù)控加工中心會得到很大的提高，能夠生產(chǎn)出高端的機床。1.關(guān)于刀庫的設(shè)計加工中心刀庫系統(tǒng)是提供數(shù)控機床在加工過程中需要用來儲存刀具，它是自動換刀裝置中的主要部件之一，對國內(nèi)外刀庫儲存量統(tǒng)計結(jié)果考慮，一般的刀庫的存儲量一般以 10-40 把就較為合適，41-60 把刀具基本上能夠滿足絕對大多數(shù)的零件的加工要求，少于 10 和超過 60 把的刀庫一般很少。根據(jù)加工中心刀庫存放刀具的數(shù)目和取刀方式，可以把加工中心刀庫系統(tǒng)設(shè)計為一下幾種方式。1）盤式刀庫盤式刀庫也可以成為機械手刀庫，盤式刀庫最大的特點是換刀迅速并且可靠，主要是利用凸輪機構(gòu)來完成一系列的換刀動作，這種方式在應(yīng)用很廣，適合于大批量生產(chǎn)。盤式刀庫又稱為固定地址換刀刀庫。第一，它的制造成本低，主要是由刀庫體和刀具盤這兩個主要部件組成，在加工的過程中，只要保證了這兩個零件的加工精度，那么加工工件的加工精度也得以保證。第二，加工時機床開機后，刀庫必須要回零，機床關(guān)機后，刀具庫清零。第三，換刀時間較長，目前國內(nèi)的換刀時間是八秒以上。第四，圓盤刀具庫的刀數(shù)有一定的限制，一般不宜過多2）鏈式刀庫鏈式刀庫主要的特點是可存放刀數(shù)較多的的刀具，一般刀數(shù)在 20 把以上，有的甚至可以達到 120 多把刀。這些刀具由鏈條傳送到要換的指定位置，在借由機械手進行自動換刀。3）斗笠式刀庫一般只能容納 16-24 把刀，斗笠式刀庫在換刀時整個刀庫向主軸方向移動，當主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上離開刀具，這個時候刀庫轉(zhuǎn)動。當即將要換的刀具正對著主軸時，主軸向下移動，使刀具進入主軸孔中，夾緊刀具后，刀庫退回原來的位置。4）格子式雖然儲存量很大，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，選刀和取刀的動作多，故很少用。在設(shè)計刀庫時應(yīng)該考慮幾點：合理確定刀庫存儲量；盡量縮短選刀時間，所以應(yīng)該根據(jù)刀具在刀庫中的位置來決定刀庫正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)；刀庫運動速度應(yīng)該適宜，目前，國內(nèi)外鏈式刀庫線速度可達 100-800mm/s;要求刀庫運行平穩(wěn)，因此往往需設(shè)置輔助支承和導(dǎo)向裝置；刀座在刀庫中一般刀座間距相等，在必要情況下采用不平等排列。2.關(guān)于換刀裝置的設(shè)計自動換刀裝置的主要功能是儲備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換的過程。有換刀時間短，刀具重復(fù)定位精度高；刀具儲存量足夠；結(jié)構(gòu)緊；便與制造維修和調(diào)整的特點。而且布局應(yīng)該合理，使機床總布局美觀大方；應(yīng)該有較好的剛性，避免沖擊，振動和噪音，運轉(zhuǎn)安全可靠，應(yīng)有防削防塵裝置等要求?；拘问接谢剞D(zhuǎn)刀架換刀，更換主軸換刀，更換主軸箱換刀，更換刀庫換刀和帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)這五種形似。1）回轉(zhuǎn)刀架換刀回轉(zhuǎn)刀架換刀主要是用于數(shù)控車床可以設(shè)計成為四方和六方刀架。其工作原理為（1）刀架抬起 （2）刀架轉(zhuǎn)位（3）刀架壓緊（4）轉(zhuǎn)油缸復(fù)位2）更換主軸換刀更換主軸換刀是一種比較簡單的換刀方式。它分為臥式和立式兩種，根據(jù)工序的要求按順序自動的將裝有所需刀具的主軸轉(zhuǎn)到工作位置，以此實現(xiàn)自動換刀，同時接通到主傳動。不處于工作位置的主軸便與主傳動脫開。轉(zhuǎn)塔頭的轉(zhuǎn)位由槽輪機構(gòu)來實現(xiàn)，每次轉(zhuǎn)位包括下列動作。（1）脫開主軸傳動（2）轉(zhuǎn)塔頭抬起（3）轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位（4）轉(zhuǎn)塔頭定位壓緊（5）主軸傳動重新接通3）更換主軸箱換刀一些數(shù)控機床像組合機床一樣，采用多主軸的主軸箱從而利用更換主軸箱達到換刀的目的，這種形式的換刀適于加工箱體類零件，可以大大提高生產(chǎn)率。4）更換刀庫換刀當加工工藝的范圍很廣，所需刀具數(shù)目很多，機床刀庫的容量有限時，可以采用多個刀庫存刀，先自動更換后的刀庫中選擇所需的刀具。這種機床可以是一臺單獨工作，也可以用多臺機床組成的自動生產(chǎn)線。5）帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)包括刀庫，選刀機構(gòu)，刀具交換機構(gòu)及刀具在主軸上的自動裝卸機構(gòu)等四個部分組成，他的應(yīng)用范圍最廣。刀庫可安裝在機床的工作臺上，立柱上或是主軸箱上，作為一個獨立的部件安裝在機床之外。其工作原理如下：（1）按換刀指令機床工作臺快速向右移動，工件從主軸下面移開，刀庫移到主軸下面，使刀庫的某個空刀座對準主軸（2）主軸箱下降，將主軸上用過的刀具放回刀庫的空刀座中。（3）主軸箱上升，刀庫回轉(zhuǎn)，將下一步所用的刀具對準主軸口。（4）主軸箱下降，刀具插入機床主軸。（5）主軸箱上升。（6）機床工作臺快速向左返回，刀庫從主軸箱下面移開，工件移至主軸下面，使刀具對準工件加工面。（7）主軸箱下降，刀具對工件進行加工。（8）加工完畢后，主軸箱上升，刀具從工件臺上推出。二，本次課題擬解決的問題本次課題研究了加工中心刀庫及換刀裝置的設(shè)計主要有刀庫的設(shè)計和換刀裝置的設(shè)計兩個部分。設(shè)計的開始，我們應(yīng)該要對加工中心，刀庫系統(tǒng)和換刀裝置有清晰的認識，這對于我們以后的設(shè)計過程中要對于結(jié)構(gòu)的了解起關(guān)鍵的作用。2.1 加工中心刀庫的設(shè)計刀庫的設(shè)計在我們這次的設(shè)計中很重要，在設(shè)計過程中，我們應(yīng)該注意電動機的選擇，確定傳動裝置的傳動比，確定軸的轉(zhuǎn)速·轉(zhuǎn)矩及功率，電動機的校核，刀庫傳動機構(gòu)主要零件的設(shè)計參數(shù)等，這個階段內(nèi)容比較多，涉及到的范圍比較廣，為了設(shè)計合理的參數(shù)，我們應(yīng)該廣泛的查閱資料，充分的了解其中的原理，從而達到設(shè)計的合理性和實用性。2.2 換刀裝置的設(shè)計在換刀裝置的設(shè)計中，需要計算的不多但是更要注意結(jié)構(gòu)的合理性和實用性.三，總體設(shè)計方案根據(jù)題目要求----- 主電機的選擇 ------傳動裝置的傳動比-----軸的轉(zhuǎn)速·扭矩及功率-----電動機校核 -----刀庫傳動機構(gòu)主要零件的設(shè)計參數(shù) ------結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明四，總結(jié)通過這段時間查閱一些關(guān)于加工中心刀庫及換刀裝置的相關(guān)的資料和文獻，對于加工中心刀庫及換刀裝置有了更深的認識。提高了我的專業(yè)知識和自主學(xué)習(xí)的能力文獻綜述主要是介紹了加工中心刀庫及換刀裝置在國內(nèi)外發(fā)展的歷史，現(xiàn)狀及其還存在的不足，還有哪些需要我們?nèi)ジ倪M，此外還為接下來的工作羅列了重點和規(guī)劃在查閱資料時，我們對于加工中心刀庫及其換刀裝置有了清楚地認識特別是刀庫系統(tǒng)和換刀裝置的了解更加充分，在這個基礎(chǔ)上，我們初步擬定了一個方案，這為接下來的工作做好的充分的準備.參考文獻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.時雨 加工中心換刀系統(tǒng)設(shè)計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的設(shè)計 4.張建玲 F AN U C O i M D 數(shù)控系統(tǒng)斗笠式刀庫實現(xiàn)自動換刀 5.應(yīng)保勝，楊威，邱新橋 高速加工中心自動換刀裝置的研究 6.張字， 夏曉平 加工中心斗笠式刀庫換刀裝置的設(shè)計 7.周建東 加工中心盤式刀庫的設(shè)計 8.汪雪松 加工中心自動換刀裝置 9.李永軍 吳麗 范春宏 王慶利 鏈式刀庫自動換刀裝置及其液壓控系統(tǒng)的設(shè)計與分析 10.張躍明，楊伯金，牟宏明，楊宇 盤式刀庫控制系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)11.王振龍 數(shù)控機床 自動換刀裝置的研究 12.簡志雄 四軸機床盤盤式刀庫 P L C 程序的設(shè)計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 simulation.14.ADIL BAYKASOGLUy* and TURKAY DERELIy Heuristic optimization system for the determination of index positions on CNC magazines with the consideration of cutting tool duplications.