XKA5032A數控立式升降臺銑床自動換刀裝置的設計(論文 CAD圖紙全套).

畢業(yè)設計論文院 系：XX學院姓 名：專 業(yè)：機械設計學 號：4200209320XXX指導教師：XX老師XX大學X學院2021年9月畢業(yè)設計論文任務書應由學生本人按指導教師下達的任務認真謄寫姓名 專業(yè) 機械設計 指導教師 XXX 學號 4200209320214 入學時間 網站院系 機械學院 一、課題名稱二、課題內容三、課題任務要求四、同組設計者五、主要參考文獻1 陳紹龍，劉懷平.從選粉濃度解讀高效轉子選粉機技術：文獻，鹽城：科行建材環(huán)保公司，20042 許林發(fā).建筑材料機械設計一.武漢：武漢工業(yè)大學出版社，19903 潘孝良.硅酸鹽工業(yè)機械過程及設備.武漢：武漢工業(yè)大學出版社，1993 4 葉達森.粉碎與制成.北京：中國建筑工業(yè)出版社，19925 .6 7 8 9 劉景洲.水泥機械設備安裝、修理及典型實例分析.10 劉鐵忠.TLS系列組合式選粉機的開發(fā).水泥技術，19991：1916 數字化手冊編委會.機械設計手冊(軟件版)R2.0.17 .浙江：浙江大學出版社，200218 武漢建筑材料工業(yè)學院等學校.建筑材料機械及設備.北京：中國建筑工業(yè)出版社，198019 徐錦康.機械設計.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，200220 吳一善主編.粉碎學概論.武漢：武漢工業(yè)大學出版社，199321 沈世德.機械原理.北京：機械工業(yè)出版社，2002指導教師簽字 教研室主任簽字 年 月 日此任務書裝訂時放在畢業(yè)設計報告第一頁畢業(yè)設計XKA5032A/C數控立式升降臺銑床自動換刀裝置的設計 班 級 專 業(yè) 教 學 系 指 導 老 師 目 錄摘要1前言.2第1章 緒論.331.2 數控銑床的分類31.2.1 數控立式銑床31.2.2 數控臥式銑床41.3 數控銑床的結構特征41.3.1 數控銑床的主軸特征51.3.2 控制機床的坐標特征51.4 數控銑床的主要功能及加工對象51.4.1 數控銑床的功能51.4.2 自動換刀裝置及其形式51.4.3 自動裝置應當滿足的根本要求6第2章 總方案確實定62.1 XKA5032A/C數控立式升降臺及其主要參數62.1.1 主要結構特點72.1.2 主要規(guī)格及技術參數82.2 初定其自動換刀裝置的設計參數92.3 確定其自動換刀裝置的形式10 第3章 刀庫的設計103.1 確定刀庫容量113.2 確定刀庫形式113.3 刀庫結構設計113.4 初估刀庫驅動轉距及選定電機13初選電動機與降速傳動裝置13初估刀庫驅動轉距13131718181920第4章 刀具交換裝置的設計202022224上的齒輪齒條設計2324242426第5章 自動換刀裝置的控制原理262626致謝詞27參考文獻28摘 要本論文介紹的是XKA5032A/C數控立式升降臺銑床自動換刀裝置刀庫式的設計。刀庫式的自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置換刀機械手組成。它是多工序數控機床上應用最廣泛的換刀裝置，其整過換刀過程比較復雜。首先把加工過程中需要使用的全部刀具安裝在標準的刀柄上，在機床外進行尺寸預調后，按一定的方式裝入刀庫。換刀時，先在刀庫中進行選刀，由機械手從刀庫和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊刀放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，其容量為六把刀具,采用盤形結構,安裝在機床的左側立柱上。因為XKA5032A/C數控立式升降臺銑床外形及其他性能參數等均與THK6363型自動換刀數控鏜銑床相似，所以本機床的自動換刀裝置的設計將仿效THK6363型自動換刀數控鏜銑床換刀裝置，設計成采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式和回轉式雙臂機械手組成。刀具按預定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內，也可以按加工順序放入下一個刀座內。該法不需要刀具識別裝置，驅動控制也比較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同工序中不能重復使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產生嚴重的后果。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的刀套中，順序不能有過失。加工時按順序調刀。適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型自動換刀裝置?？芍獢悼劂姶灿?把刀就可完成大多數的銑削加工。所以這個容量為6把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程中需要重復利用刀具的情況，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式單臂雙 械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換好時間短，缺點是刀柄精度要求高，結構復雜，聯機調整的相關精度要求高，機械手離加工區(qū)較近。一般來說，這種機械手用于刀庫刀座軸線與機床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀裝置，因此，在XKA5032A/C數控立式升降銑床的自動換刀裝置中可采用這種機械手形式。關鍵詞：數控銑床；自動換刀裝置；刀庫；換刀機械手前 言數字控制機床是用數字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數控機床。數控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，可以精確加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經濟效果。隨著數控技術的開展，采用數控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。數控機床主要由數控裝置、伺服機構和機床主體組成。輸入數控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數控裝置的鍵盤直接手動輸入。隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速開展，數控機床的控制系統(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；數控系統(tǒng)本身將普遍實現自動編程。 未來數控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數控機床品種越來越多；激光加工等技術將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。第一章 緒論1.1 數控機床知識數字控制機床是用數字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數控機床。數控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，可以精確加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經濟效果。隨著數控技術的開展，采用數控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。數控機床主要由數控裝置、伺服機構和機床主體組成。輸入數控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數控裝置的鍵盤直接手動輸入。隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速開展，數控機床的控制系統(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；數控系統(tǒng)本身將普遍實現自動編程。 未來數控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數控機床品種越來越多；激光加工等技術將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。數控立式銑床是數控銑床中數量最多的一種，應用范圍也最為廣泛。小型數控銑床一般都采用工作臺移動、升降、及主軸不動方式，與普通立式升降臺銑床相似；中型數控立式銑床一般采用縱向和橫向工作臺移動方式，且主軸沿垂直溜板上下運動；大型數控立式銑床，因要考慮到擴大行程，縮小占地面積及剛性等技術問題，往往采用龍門架移動式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運動，而龍門架那么沿床身作縱向運動。從機床數控系統(tǒng)控制的坐標數量來看，目前3坐標數控立式銑床仍占大多數。一般可進行3坐標聯動加工，但也有局部機床只能進行3坐標中的任意二個坐標聯動加工。此外，還有機床主軸可以繞X、Y、Z坐標軸中其中一個或兩個軸作數控擺角運動的4坐標和5坐標數控立式銑床。一般來說，機床控制的坐標軸越多，特別是要求聯動的坐標軸越多，機床的功能、加工范圍及可選擇的加工對象也越多。但隨之而來的是機床的結構更復雜，對數控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設備的價格也更高。數控立式銑床可以附加數控轉盤，采用自動交換臺，增加靠模裝置等來擴大數控立式銑床的功能，加工范圍和加工對象，進一步提高生產效率。臥式數控銑床與通用臥式銑床相同，其主軸級平行于水平面。為了擴大加工范圍和擴大功能，臥式數控銑床通常采用增加數控轉盤或萬能數控轉盤來實現4、5坐標加工，這樣，不但工件側面上的連續(xù)回轉輪廓可以加工出來，而且可以實現在一次安裝中，通過轉盤改變工位，進行“四面加工?？梢允∪ピS多專用夾具或專用角度成型銑刀。對箱體類零件或需要在一次安裝中改變工位的工件來說，選擇帶數控轉盤的臥式銑床進行的。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，能到達在一臺機床上既可以進行立式加工，又可以進行臥式加工，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工的對象和余地更大，給用戶帶來了很多方便，特別是當生產批量小，品種較多，又需要立臥兩種方式加工時，用戶只需買一臺這樣的機床就行了。立、臥兩用數控銑床的主軸方向的更換有手動與自動兩種，采用數控萬能主軸頭的立、臥兩用數控銑床，其主軸頭可以任意轉換方向，可以加工出與水平面呈各種不同角度的工件外表。當立、臥兩用數控銑床增加數控轉盤后，就可以實現對工件的“五面加工。即出除了工件與轉盤貼合的定位面外，其它外表都可以在一次安裝中進行加工。因此，其加工性能非常優(yōu)越。數控銑床的結構特征數控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉與主軸變速等都可以按輸入介質上編入的程序自動執(zhí)行。不同的機床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻機組，固定幾種轉速，可自選一種編入程序，但不能在運轉時改變。有的采用變頻器調整，將轉速分為幾檔，編程時可任選一檔，在運轉中可通過控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內自由調節(jié)；有的那么不分檔,編程時可在整個范圍內無級調速。但是在實際操作中，調速不能有大起大落的突變，只能在允許的范圍內調高或調低，只能在允許的范圍內一般都設有自動拉、退刀裝置，能在數秒內完成裝刀與卸刀，換刀比較方便。此外，多坐標數控銑床的主軸可以繞X、Y或Z軸作數控擺動，擴大了主軸自身的運動范圍，但是主軸結構更加復雜。1.3.2控制機床運動的坐標特征為了要把工件上各種復雜的形狀輪廓連續(xù)加工出來，必須控制刀具沿平面上設定的直線、圓弧或空間直線、圓弧軌跡運動，因此，要求數控銑床的伺服拖動系統(tǒng)能在多坐標方向同時協調動作，并保持預定的相互關系，這就要求機床應能實現多坐標聯動。數控銑床要控制的坐標數最少是3坐標中任意兩坐標聯動。要實現連續(xù)加工直線變斜角工件，應實現四坐標聯動。假設要加工曲線變斜角工件，是要求實現五坐標聯動。因此，數控銑床所配置的數控系統(tǒng)檔次，一般都比其它數控機床相應更高一些。數控銑床的主要功能及加工對象數控銑床的功能數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控銑床普遍所具有的功能。如點位控制功能、刀具半徑自動補償功能、鏡象加工功能、 固定循環(huán)功能等。特殊功能是指數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?。如刀具長度補償功能、靠模加工功能、自動變換工作臺功能、自適應功能、數控采集功能等。在使用數控銑床加工工件時，只要充分利用數控銑床的各種功能，就可以加工許多普通銑床難加工的工件。數控銑床的主要加工對象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類立體類零件。自動換刀裝置ATC及其形式數控機床為了進一步提高生產率，進一步壓縮非切削時間，現代的機床逐步開展為在一臺機床上在一次裝中完成多工序或全部工序的加工。數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多個工步，以縮減輔助時間和減少屢次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動換刀系統(tǒng)。對工件的多工序加工而設置的存儲及更換刀具的裝置稱為自動換刀裝置(Automatic Tool Changer，ATC);自動換刀Automatic Tool Change 簡稱ATC系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成。在數控銑床的根底上，如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng)，就構成加工中心Machining center 簡稱MC。在這類數控機床上，自動換刀裝置ATC是必不可少的。例如加工中心機床又稱多工序自動換刀數控機床，它主要是指具有自動換刀及自動改變工件加工位置工能的數控機床，具有自動換刀裝置是加工中心機床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動換裝置的功能，對整機的加工效率有很大的影響。由于普通的數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，故增加自動換刀裝置并同時自動變換主軸轉速。可減輕勞動強度，減少換刀時間，既提高了機床的自動化程度，又提高了勞動生產率。因此，數控立式銑床作為數控銑床中數量最多、應用范圍也最廣的一種，對其附加能夠快速、準確地換刀的自動換刀裝置是非常有必要的。各類數控機床的自動換刀裝置的結構取決于機床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數量等。這種裝置主要可以分為以下幾種形式：1)回轉刀架換刀形式2)更換主軸頭換刀形式3)帶刀庫的自動換刀形式自動換刀裝置應當滿足的根本要求1刀具換刀時間短。2刀具重復定位精度高。3足夠的刀具儲存量。4刀庫占地面積小。5換刀平安可靠。第二章總體方案確實定依據設計任務書，我們的任務是給XKA5032A/C數控立式升降臺銑床設計安裝適宜的自動換刀裝置。主要技術參數為： 1刀庫容量：4-6 2選刀方式：順序選刀 3重復精度：5"XKA5032A/C數控立式升降臺銑床主要由床身、升降臺、工作臺、立銑頭、主傳動、主變速、拉刀機構、液壓系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等局部組成。機床本身并不帶自動換刀裝置。自動換刀裝置作為一套獨立的、完整的機床部件，設計依據是該機床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數量等。 XKA5032A/C數控立式升降臺銑床及其主要參數XKA5032A型數控立式升降臺銑床是一種使用范圍廣泛的機床，根據用戶要求，配置國內外OSP-U10M、SIEMENS802D、華中號先進數控系統(tǒng)，可手動或自動操作。它可以實現X、Y、Z三軸同時定位/直線插補，同時二軸圓弧插補。OPS全域絕對位置檢測。每次開機無須回零，簡化機床操作。尤其在發(fā)生停機、斷電、更換程序等情況后再啟動時不用整機回零，可以直接開機，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?、子程序進行編程，最小單位可選0.001mm。具有標準機床坐標系、工件坐標系，絕對值、增量可并用。各有50組刀具長度、半徑長度補償。彩色LCD中文顯示，具良好人機對話窗口，系統(tǒng)具有160m存儲容量，可進行程序編輯、管理，可用RS-232C接口、1.44軟盤進行數據輸入、輸出, 便于加工程序的管理?？梢詫Τ绦蜻M行模擬加工，刀具軌跡跟蹤及動畫仿真、圖形動畫顯示，記錄運行時間及作業(yè)信息。2.其主要結構特點1)主傳動系統(tǒng)為7.5Kw的交流電動機通過彈性連軸器驅動主傳動箱，主傳動箱內有三組滑移齒輪,液壓預選變速機構推動各滑移齒輪,組成18種轉速,再傳到銑頭上的主軸，主傳動箱內有電磁制動器,主軸制動迅速平穩(wěn)。2)進給系統(tǒng) X、Y、Z三個座標的進給，都是由交流伺服電機驅動的。電機通過同步齒形帶驅動滾珠絲杠，從而使部件沿導軌移動。伺服電機及其相應的速度控制單元和用于位置檢測的脈沖編碼器等均受控于數控系統(tǒng)；以完成各種進給運動。同步齒形帶可張緊以減少傳動間隙，噪聲亦可降低。垂向電機是帶制動器的，當斷電時，垂向剎緊，以防止升降臺因自重而下滑。3)銑頭上的立式主軸，有符合國際標準的(ISO)No.50錐孔，可安裝標準的銑刀或銑夾頭。主軸的軸向位置可調整，連同套筒一起作軸向伸出。主軸也可以連同銑頭主體一起，在左右各45°范圍內調整成傾斜位置。4)刀柄采用標準XT50形式，可與萬能銑床刀柄通用。5)潤滑系統(tǒng)自動潤滑站配以遞進式分油器，對機床導軌副、滾珠絲杠副及齒輪副等進行自動的定時定量潤滑，每次加油量和兩次間的時間間隔都是可調的，力求保證每個潤滑點的合理油量。6)機床采用側掛式電柜和吊掛式操縱站，機電一體，整體裝運，安裝方便，集中操縱但能又多位置操作。7)半自動的裝卸刀機構,安裝在銑頭的上方，通過兩個按鈕分別控制裝刀和卸刀，方便而平安，即使主軸向外伸出，也不會影響刀具的裝卸。其主要規(guī)格及技術參數參數名稱單位數量工作臺面尺寸長X寬mm320 X 1320工作臺縱向X行程mm780工作臺縱向Y行程mm300工作臺縱向Z行程mm380主軸孔徑mm29主軸端面至工作臺面的距離mm70450主軸中心線至床身導軌面距離mm350定位精度及重復定位精度mm±0.015、±主軸端部錐度ISO立銑頭最大回轉角度45°主軸轉速級數18主軸轉速范圍r/min301500工作臺進給級數無級縱、橫向進給范圍mm/min63200垂向進給范圍mm/min31600縱、橫向快進速度mm/min6000垂向快進速度mm/min3000主傳動電動機功率kw主傳動電動機轉速r/min1440工作臺最大承載重量kg320主軸最大扭矩N·m1000機床外形尺寸長X寬X高mm1929 X 2055 X 2216機床重量kg2800(3000)該機床推薦使用的最大切削范圍如下：銑切鋼：鋼的含碳量0.45%，抗拉強度600N/mm2。銑刀直徑100mm，齒數4；銑切寬度50mm，銑切深度3 mm；主軸轉速750 r/min，進給量750mm/min。銑切灰鑄鐵：材料HT200，硬度HB150225。銑刀直徑250mm，齒數14；銑切寬度150mm，銑切深度3.7 mm；主軸轉速47.5 r/min，進給量300mm/min初定其自動換刀裝置的設計參數在銑削輪廓時，為了保證一次連續(xù)地加工出全部外表，應選用半徑小于工件最小輪廓半徑的刀具，而在實際的生產加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因為大直徑銑刀剛性好，耐用度高。由XKA5032A/C數控立式升降臺銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當銑切鋼時，銑刀直徑為100 mm。當銑灰鑄鐵時，銑刀直徑達250mm。因此，為了滿足該機床的實際加工能力與生產情況，在設計其自動換刀裝置時，應該根據最大的刀具直徑來設計，即設計的換刀裝置能交換250mm的刀具。初估最大直徑刀具的重量為8kgf。確定其自動換刀裝置的形式由于XKA5032A/C數控立式升降臺銑床是一種使用范圍較廣的機床，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，決定選用帶刀庫的自動換刀形式。XKA5032A/C數控立式升降臺銑床主軸箱上方沒有好的安裝位置，安裝在機床外又要增加刀具運輸時間，降低效率，所以安裝在機床側面最適宜，有些部件交錯的地方，作適當的調整。因為XKA5032A/C數控立式升降臺銑床外形及其他性能參數等均與THK6363型自動換刀數控鏜銑床相似，所以本機床的自動換刀裝置的設計將仿效THK6363型自動換刀數控鏜銑床換刀裝置，設計成由由盤式刀庫和回轉式雙臂機械手組成。設計增加自動換刀裝置后的XKA5032A/C數控立式升降臺銑床的外觀圖如圖1-1所示。圖1-1 XKA5032A/C數控立式升降臺銑床的外觀圖第三章 刀庫的設計刀庫是帶刀庫自動換刀裝置的主要部件之一，其容量形式、布局及具體結構對數控機床的性能有很大影響。確定刀庫容量決定刀庫容量時，首先要考慮加工工藝的需要，同時還要調查分析同類型、相近規(guī)格的自動換刀機床的刀庫容量及其開展趨勢。由于帶自動換刀裝置的數控機床主要是在多品種、單件小批生產時使用，因而應根據廣泛的工藝統(tǒng)計，依大多數工件加工時需要的刀具數來確定刀庫容量。例如，對功能較為齊全的加工中心而言，它可承擔多個工件的切削任務，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，機床能加工工件的比率也越高，但它們并不是成正比例關系。圖3-1為刀庫容量與機床能加工工件的比率統(tǒng)計曲線。刀庫儲存量過大，導致刀庫的結構龐大而復雜,影響機床總體布局；儲存量過小，那么不能滿足復雜零件的加工要求。因此，刀庫容量應在經濟合理的條件下，力圖將一組類似的零件所需的全部刀具裝入刀庫，以縮短每次裝刀所需的裝調時間。對自動換刀數控機床的刀庫容量，有關資料曾對15000個零件進行分組統(tǒng)計，指出不同工序加工時必須的刀具數不同，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1440把刀具的刀庫就能夠滿足70-95工件的加工需要。因此，對XKA5032A/C數控立式升降臺銑床，從使用和經濟效率角度來看，容量為6的刀庫就可滿足要求了。由以上考慮XKA5032A/C數控立式升降臺銑床的結構布局等原因，決定采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式。這種刀庫結構簡單，刀具排列較為緊湊，在刀庫容理定為6的情況下體種不大，且取刀也較為方便，但需要考慮機械手的換刀動作空間。刀庫結構設計如刀庫裝配圖所示，當數控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動機接通，其運動經過十字聯軸器、波傳動減速器、套筒式聯軸器、蝸桿、蝸輪后，再經花鍵聯接傳到刀盤上，刀盤帶動刀座上的6個刀套轉動，完成選刀動作。刀庫裝配圖初估刀庫驅動轉矩及選定電機刀庫回轉運動多數采用液壓馬達、直流電動機驅動，并沒有降速傳動裝置。初選電動機與降速傳動裝置刀庫的驅動系統(tǒng)中，由于本刀庫的驅動轉矩小，且所需轉速小，所以決定采用直流伺服電動機驅動。直流伺服電動機具有體積小，重量輕、伺服性好、力能指標高等優(yōu)點，且該電機可用信號電壓進行無級調速。采用型號為90SZ03的SZ系列電磁式直流伺服電動機，其根本參數為：功率0.092KW，轉速3000R/MIN?袖珍機械師設計手冊?P1275；降速傳動裝置型號為XB3-50-100A的扁平式諧波傳動減速器，其根本參數為：輸入功率0.092KW，輸出轉矩18N·m?袖珍機械師設計手冊?P1078-1079。初估刀庫驅動轉矩由于刀庫容量6，下面就以THK6363型自動換刀數控鏜銑床的刀庫為設計參考查參考資料14，采用經驗法初估回轉所需轉矩。THK6363型自動換刀數控鏜銑床的刀庫也是采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式，其容量為36把刀具，最大刀具重達10kgf，刀庫回轉由最大扭矩為25N·m的液壓馬達經諧波減速器驅動?，F在由于設計的刀庫容量為6把刀具，可初估刀庫驅動轉矩(主要是指直接驅動刀盤轉動的轉矩)為T0=8N·m。刀庫轉位機構的普通圓柱蝸桿傳動的設計刀庫的主運動是圓周回轉運動，如圖3-3所示,直流伺服電動機1通過彈性柱銷聯軸器與諧波傳動減速器2聯接減速后驅動蝸桿3,設計刀庫轉位機構的普通圓柱蝸桿傳動. 由刀庫轉位機構實現。己知直流伺服電動機1的功率為0.092KW,轉速為3000R/MIN,諧波傳動減速器2的傳動比為100.傳動效率為80%,1經2減速后驅動蝸桿3,蝸桿為主動,蝸輪為從動,要求傳動此為6,單向旋轉,單班工作制,預計壽命為5年. 圖示3-3 刀庫轉位機構傳動示意圖1)選擇蝸桿傳動類型根據GB1008588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4550HRC；蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，=220 MPa，=220 MPa。3)確定主要參數蝸桿蝸輪傳動，以蝸桿為主動，蝸輪為從動。為了提高傳動效率，取Z1=6，傳動比取6，單向旋轉，單工作制，預計壽命為5年。那么Z2= Z1i= 66=36。4)按齒面接觸疲勞強度設計m2d1KT2 (mm3)a)計算蝸輪軸轉矩T2初估傳動效率=0.95,那么T2=9549=9549=95490.95=133.53 N·m其中n1 =3000/100=30(r/min)c)許用接觸應力=2201.48=293.04 MPa式中, =220 MPa, 估計滑動速度<5m/s，用浸沒潤滑,那么由(參考文獻11) (P972圖182)查得滑動速度影響系數=0.9,=1.48其中=60at=6015300,按圖183查得；d)計算m2d1值,并選定模數m和蝸桿分度圓直徑d1m2d1133.53=283.46 mm3;按表183查得模數m=3.15(mm), d1=35.5 (mm)(m2d1值應大于計算值)5)驗算滑動速度a)計算蝸桿速度=0.0558 m/sb)計算滑動速度=/=0.0632 m/s其中=,那么初估的值適宜。6)驗算蝸輪齒彎曲強度驗算公式為a)使用系數=1b)動載荷系數c)載荷分布系數=1d1=35.5 mm，=m36=113.4 mm,其中模數m=3.15(mm)。d)蝸輪齒形系數e)按蝸輪當量齒數=/=36/=52.34,由圖172查得。f)導程角系數=1-/120°=1-/120g)許用彎曲應力=700.542=37.94 MPah)計算彎曲應力由于<，故滿足蝸輪輪齒強度條件。7)計算蝸桿蝸輪的主要參數a)分度圓直徑=35.5，=mb)中心距aa=(+2m)/2=35.5+113.4+2(-0.1349)3.15/2=74 mmc)蝸桿導程角 8)計算其他尺寸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，故按結構設計，取=64 mme)蝸輪齒寬 41.8 =28.006mm,取=28 mm；f)蝸輪齒頂圓弧半徑 =-m=-3.15=14.6 mmg)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)熱平衡計算蝸桿傳動由于效率低，所以工作時發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產生的熱量不能及時地散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大磨擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以必須根據單位時間內的發(fā)熱量等于同時間內的散熱量的條件進行熱功平衡計算，以保證油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內。由于摩擦損耗的功率=1-kW,那么產生的熱流量單位為1W=1j/s為=10001-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k17.5W(),環(huán)境空氣流通較差時，取較小值，否那么取較大值；A傳動裝置散熱的計算面積，即內面被沒浸濺的，而外面又被空氣所能冷卻的的箱殼面積；潤滑油的工作溫度，一般限制在6070，最高不能超過80；周圍環(huán)境溫度，一般取室溫=20。按熱平衡條件=，可求得在既定工作條件下的沒溫為=+ 在繪制傳動裝置結構圖的根底上進行熱平衡計算：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，如在傳動箱內裝循環(huán)冷卻管路。刀庫驅動轉矩的校核蝸輪轉速800.95=0.07 Kw,此時刀庫的驅動轉矩為：T=·mT0=8N·m，其中=0.9為外花鍵帶動刀盤回轉的傳動效率。由于TT0，所以，刀庫驅動轉矩滿足要求。刀庫驅動轉矩的校核在刀庫的傳動系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯接帶動刀座上的刀套轉動而進行選刀的，花鍵的聯接屬于動聯接。所用的花鍵類型為漸開線花鍵d=26mm,以下對其進行必要的強度計算。計算公式如下：p=pMPa 式中:T轉距N··1000N·mm；各齒間載荷不均勻系數，通常取0.8，此處取=0.75；z齒數，此處z=6；齒的工作高度mm，對漸開線花鍵，=m,此處m為模數，且取m=1.5mm；齒的工作長度mm，此處=48mm；平均直徑mm，對漸開線花鍵，此處=d=26mm。于是，把數據代入計算公式，得p=由于該花鍵聯接為不在載荷作用下移動的動聯接，查表9-13可知，假設齒面經熱處理且使用和制造情況為良好時，p可達4070 MPa，pp,故花鍵聯接的強度滿足要求。夾緊機構插銷剪切強度的校核刀套在刀座上的夾緊由插銷實現見刀庫裝配圖。插銷承受的主要是剪切力，以下對單個插銷進行剪切強度的校核。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)/故插銷滿足強度條件要求。確定刀具的選擇方式按數控裝置的刀具指令，從刀庫中將所需要的刀具轉換到取刀位置，稱為自動選刀。在刀庫中選擇刀具通常采用兩種方式。1)順序選擇刀具 2)任意選擇刀具刀庫的定位與刀具的松夾刀庫旋轉定位是依靠簡易定位裝置來實現的。其控制過程示意圖如下：發(fā)出選刀信號牙嵌離合器脫離嚙合從動軸慣性慢轉刀庫定位停止定位完畢發(fā)出信號刀庫的定位是由接近開關使直流伺服電機停止轉動，然后由雙向液壓帶動定位銷6，插入刀座5上的定位孔，實現精確定位。在刀座5的每一個刀位上都裝有如以下圖的彈簧、導柱3、鍵塊1和銷2所組成的刀具固定裝置。由此實現刀具在刀庫上的固定鎖緊。圖中所示為刀具卡在刀座上的狀況。當液壓缸4通油后，將導柱3拉出，使銷2退出，此時刀具在刀座上處于自由狀態(tài)，控制刀具固定裝置的液壓缸4有兩個，一個和定位銷在一起，自動換刀時用，另一個在靠近立柱方向，用于刀庫手動裝卸刀。 刀庫定位示意圖 第四章 刀具交換裝置的設計數控機床的自動換刀裝置中,實現刀庫與機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: 一種是采用機械手交換刀具, 另一種是由刀庫與機床主軸的相對運動來實現刀具交換即無機械手交換刀具。無機械手交換刀具方式：結構簡單，本錢低，換刀的可靠性較高；刀庫因結構所限容量不多。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構對機床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由XKA5032A/C數控立式升降臺銑床的結構特性決定難以實現由刀庫與機床主軸的相對運動來實現刀具交換，故采用機械手交換刀具的方式。機械手是當主軸上的刀具完成一個工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一道工步的所需要的刀具從刀庫中取出并裝入主軸繼續(xù)進行加工的功能部件。對機械手的具體要求是迅速可靠，準確協調。確定換刀機械手形式在自動換刀數控機床中，換刀機械手的形式是多種多樣的，常見的有以下幾種。1)兩手呈180°的回轉式單臂雙 械手； 圖4-1 機械手臂和手爪2)兩手互相垂直的回轉式單臂雙 械手3)兩手平行的回轉式單臂雙 械手；4)雙手交叉式機械手；由于不同的數控機床加工中心的刀庫與主軸的相對位置不同。所以各種數控機床所使用的換刀機械手也不盡相同。上圖是兩手互相垂直的回轉式單臂雙 械手的結構示意圖。這種機械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換好時間短，缺點是刀柄精度要求高，結構復雜，聯機調整的相關精度要求高，機械手離加工區(qū)較近。一般來說，這種機械手用于刀庫刀座軸線與機床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀裝置，因此，在XKA5032A/C數控立式升降銑床的自動換刀裝置中可采用這種機械手形式。換刀機械手的工作原理下面是以在XKA5032A/C數控立式升降臺銑床的自動換刀裝置中采用這種上機械手換刀的工作原理。該機械手安裝在主軸的左側面，隨同主軸箱一起運動。機械手由機械手臂與45°的斜殼體組成。機械手臂1形狀對稱。固定在回轉軸4上，回轉軸與主軸成45°角，安裝在殼體3上，5為手臂托，可由液壓缸帶動圖中未標出，機械手有伸縮、回轉、抓刀、松刀等動作。伸縮動作：液壓缸圖中未標出帶動手臂托架5沿主軸軸向移動?；剞D動作：液壓缸2中的齒條輪通過齒輪帶動回轉軸4轉動。從而實現手臂正向和反向180°的旋轉運動。抓刀、松刀動作：機械手對刀具的夾緊和松開是通過液壓缸6。碟形彈簧7及拉桿8、杠桿9、活動爪10來實現。碟形彈簧實現夾緊，液壓缸實現松開。在活動爪中有兩個銷子11，當夾緊刀具時，插入刀柄凸緣的孔內，確保平安、可靠。機械手的自動換刀過程的動作順序a b c d圖4-6 換刀機械手的換刀過程自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩局部組成。選刀即刀庫按照選刀命令或信息自動將要用的刀具移動到換刀位置，完成選刀過程，為下面換刀做好準備，換刀即是機械手把主軸上用過的刀具取下，將選好的刀具安裝在主軸之上。換刀動作的大致過程為：1)主軸箱回到最高處z坐標零點，同時實現“主軸準停。即主軸停止回轉并準確停止在一個固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對正端面鍵。2)機械手抓住主軸和刀庫上的刀具。如圖4-6a所示。3)把卡緊在主軸和發(fā)庫上的刀具松開4)活塞桿推動機械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具5)機械手回轉180°，交換刀具位置，6)將更換后的刀具裝入主軸和刀庫7)分別夾緊主軸和刀庫上的刀具8)機械手松開主軸和刀庫上的刀具9)當機械手松開具后，限位開關發(fā)出“換刀完畢的信號，主軸自由，可以開始加工或其他程序動作。在自動換刀的整個過程中，各項運動均由限位開關控制，只有前一個動作完成后，才能進行下一個動作，從而保證了運動的可靠性。機械手回轉軸4上的齒輪齒條設計1)回轉軸上齒輪采用漸開線標準直齒圓柱齒輪形式2)取模數M=1。5。初取齒數z=303)下表為齒輪幾何尺寸設計的根本參數：名稱代號計算公式模數m壓力角分度圓直徑d30=45齒頂高齒根高齒全高h齒頂圓直徑齒根圓直徑齒距p齒厚s頂隙c4)齒條的根本尺寸，按外齒輪幾何尺寸的計算公式進行計算自動換刀裝置的相關技術要求主軸準停裝置為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當刀具刀柄裝入錐孔時，刀柄上的鍵槽位置必須與該鍵對準才能裝入。當機械手從刀庫取刀時，為了確保刀具其后能順利地裝入主軸錐孔中，必須使主軸準確地停在刀具交換位置上。同時，由于工藝上的需要，也必須使主軸準停在固定位置上。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術要求稱為主軸準停。XKA5032A/C數控立式升降臺銑床的自動換刀裝置，在每次自動裝卸刀具時，都必須要求主軸準確地停止在固定的周向位置上。因此，可在主軸上安裝電氣控制的主軸準停裝置以實現主軸準停功能。換刀機械手的安裝與調試1)換刀機械手安裝在主軸箱的左側面，加工零件時，換刀機械手隨主軸箱一起上下運動。2)當初裝上換刀機械手后，必須進行調試：用手動操縱主式調整換刀機械手相對于主軸的位置，使用調整心棒，有誤差時可調整機械手行程、刀庫位置、機械手支座、修正主軸坐標原點等。安裝最大重量刀具時，要進行屢次刀庫到主軸位置的自動交換，使機械手換刀時做到準確無誤，無撞擊。自動換刀程序的編制1)換刀動作指令：選刀T××；換刀M062)選刀和換刀通常分開進行。3)為提高機床利用率，選刀動作與機床加工動作重合。4)換刀指令M06必須在用新刀具進行切削加工的程序段之前，而下一個選刀指令T常緊跟在這次換刀指令之后。5)換刀點：多數加工中心規(guī)定在機床Z軸零點Z0，要求在換刀前用準備功能指令G28使主軸自動返回Z0點。6)換刀過程:接到T××指令后立即自動選刀，并使選中的刀具處于換刀位置，接到M06指令后機械手動作，一方面將主軸上的刀具取下送回刀庫，另一方面又將換刀位置的刀具取出裝到主軸上，實現換刀。7)換刀程序編制方法a)主軸返回參考點和刀庫選刀同時進行，選好刀具后進行換刀。N02 G28 Z0 T02 Z軸回零，選T02號刀；N03 M06 換上T02號刀缺點：選刀時間大于回零時間時，需要占機選刀。b)在Z軸回零換刀前就選好刀N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直線插補，選T02號刀N11 G28 Z0 M06 Z軸回零，換T02號刀N20 G01 Z_ F_ T03 直線插補，選T03號刀N30 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 順圓弧插補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，選T02號刀N30 G28 Z0 T03 M06 Z軸回零，換T02號刀，選T03號刀N40 G00 Z1N50 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 圓弧插補注：對臥式加工中心，上面程序的G28 Z0應為G28 Y0 。第五章 自動換刀裝置的控制原理自動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，分別裝在刀庫和立柱上。電磁閥上貼有磁號碼如YV1、YV2、YV3，便于用戶進行檢測與維修。自動換刀裝置換刀動作的順序控制過程在自動換刀裝置的整個換刀過程中，換刀動作的控制由刀庫控制局部、換刀機械手控制局部以及主軸相控制局部三局部組成，它們組成是一個互相聯系的系統(tǒng)。1)刀庫控制局部 2)機械手控制部份 3)主軸箱控制局部 致謝詞首先感謝我的指導老師,沒有你我就沒了寫論文的動力.夜里在網吧搞論文時,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持,不能放棄.正是因為這樣,經過這些天堅持不懈的奮斗,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的家來到這個陌生的城市里，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生活中,體驗到了啥叫快樂。當然還的感謝我公司里的師傅，在我的實習期間，能夠指導我，教我很多在學校學不到的東西。在公司實習期間的2個月里，同事的關心使我一個初入社會的大學生，感受到了社會對我們的關心。不過，當然也感覺到自己的知識能力還很缺乏，要想在社會立足，只有多學多交流，方能進步，提高自身的能力。最后還得感謝我的網友們，在網吧做論文的這些日子，也正是有你們在夜深人靜的時候，陪伴著我。在我無法繼續(xù)論文的時候，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，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！參考文獻：1 吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊第二版M.北京:高等教育出版社, 2廖念釗,莫雨松,李碩根,楊興駿.互換性與技術測量第四版M.北京:中國計量出版社, 3陳錦昌,劉就女,劉林.計算機工程制圖M.廣州:華南理工大學出版社, 4馮辛安,黃玉美,杜君文.機械制造裝備設計M.北京:機械工業(yè)出版社, 5熊光華.數控機床M. 北京:機械工業(yè)出版社, .6李峻勤,費仁元.數控機床及其使用與維修M.北京:國防工業(yè)出版社, 7張柱銀,陳思義,明興祖.數控原理與數控機床M.北京:化學工業(yè)出版社, 8林東.數控技術M.北京:北京理工大學出版社, 9王愛玲,白思遠.現代數控機床M.北京:國防工業(yè)出版社, 10何存興,張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動第二版M.湖北:華中科技大學出版社, 11毛謙德,李振清.袖珍機械機械設計師手冊第二版M.北京:機械工業(yè)出版社, 12朱龍根.簡明機械零件設計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社, 13王可.實用機床設計手冊M.遼寧: 遼寧科學技術出版社, .附 錄編程舉例:實例1、加工如以下圖各孔，工件材料為HT300，使用刀具為鏜孔刀，T02為13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;實例2、加工如以下圖零件上的通槽和4個M8的螺紋孔，其加工過程見表。工步號工步名稱工具號工具名稱及規(guī)格刀補號半徑補償1周銑槽T01Ø6立銑刀H01