加工中心16刀盤式刀庫的設計【含CAD圖紙和說明書】

加工中心16刀盤式刀庫的設計【含CAD圖紙和說明書】,含CAD圖紙和說明書,加工,中心,16,刀盤式刀庫,設計,cad,圖紙,以及,說明書,仿單 文獻綜述 姓名： 學號： 設計課題：加工中心16刀盤式刀庫設計 摘 要：90年代以來，數(shù)控加工技術得到迅速的普及及發(fā)展，高速加工中心作為新時代數(shù)控機床的代表，已在機床領域廣泛使用。自動換刀刀庫的發(fā)展儼然已超越其為數(shù)控加工中心配套的角色，在其特有的技術領域中發(fā)展出符合機床高精度、高效率、高可靠度及多任務復合等概念的獨特產(chǎn)品。刀庫作為加工中心最重要的部分之一，它的發(fā)展也直接決定了加工中心的發(fā)展。本論文完成的是盤式刀庫的總體設計、傳動設計、結構設計以及傳動部分的運動和動力設計。刀庫是自動換刀裝置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具體結構對加工中心的設計有很大影響。 16刀刀庫總體設計方案進行闡述，闡述其各部件的工作原理，然后就刀庫的結構設計與控制分章節(jié)對各個部分進行計算與設計。本次設計針對16刀刀庫進行設計，本盤式刀庫在小型加工中心應用最為廣泛，根據(jù)使用的場合和實際運用的要求，設計了相應的16刀的圓盤式刀庫，并且對它的結構進行了一定的研究。 關鍵詞：加工中心；刀庫；自動換刀；盤式刀庫；圓盤式。 前 言： 刀庫是自動換刀裝置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具體結構對加工中心的設計有很大影響。 這種刀庫在數(shù)控加工中心上應用非常廣泛，其換刀過程簡單，換刀時間短，定位精度高；總體結構簡單、緊湊，動作準確可靠；維護方便，成本低。本刀庫減速傳動部分分兩級減速，一級傳動部分采用齒輪減速裝置，二級傳動部分采用蝸輪蝸桿減速裝置，此種設計方案可提高輸出軸的傳動平穩(wěn)性能，即提高刀盤的運轉平穩(wěn)性。本刀庫滿載裝刀24把，采用單環(huán)排列方式排放，按就近選刀原則選刀。 數(shù)字控制是20世紀中期發(fā)展起來的一種自動控制技術，是用數(shù)字化信號進行控制的一種方法。采用數(shù)控技術進行控制的機床，稱為數(shù)控機床。加工中心（Machining Center,簡稱MC）是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。它是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而發(fā)展起來的，它綜合了機械技術、電子技術、計算機軟件技術、氣動技術、拖動技術、現(xiàn)在控制理論、測量及傳感技術以及通訊診斷、刀具和應用編程技術的高技術產(chǎn)品，將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能聚集在一臺加工設備上，且增設有自動換刀裝置和刀庫，可以在一次安裝工件后，數(shù)控系統(tǒng)控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工。 隨著電子技術的迅速發(fā)展，以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運用，加工中心的功能日趨完善，這些功能包括：刀具壽命的監(jiān)視功能，刀具磨損和損傷的監(jiān)視功能，切削狀態(tài)的監(jiān)視功能，切削異常的監(jiān)視、報警和自動停機功能，自動檢測和自我診斷功能及自適應控制功能等。加工中心還與載有隨行夾具的自動托板進行有機連接，并能進行切屑自動處理，使得加工中心成為柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)合自動化工廠的關鍵設備和基本單元。 正文： 從換刀系統(tǒng)發(fā)展的歷史來看，1956 年日本富士通研究成功數(shù)控轉塔式?jīng)_床，美國 IBM 公司同期也研制成功了“APT”(刀具過程控制裝置)。1958 年美國 K&T公司研制出帶 ATC(自動刀具交換裝置)的加工中心。1967 年出現(xiàn)了 FMS(柔性制造系統(tǒng))。1978 年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有 ATC 裝置，可實現(xiàn)多種工序加工的機床，步入了機床發(fā)展的黃金時代。1983 年國際標準化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國際標準，自動換刀系統(tǒng)便形成了統(tǒng)一的結構模式。 目前國內(nèi)外數(shù)控機床自動換刀系統(tǒng)中，刀具、輔具多采用錐柄結構，刀柄與機床主軸的聯(lián)結、刀具的夾緊放松機構及驅動方式幾乎都采用同一種結構模式。在這種模式中，機床主軸常采用空心的帶有長拉桿、碟形彈簧組的結構形式，由液壓或氣動裝置提供動力，實現(xiàn)夾緊放松刀柄的動作。利用這種機構夾持刀具進行數(shù)控加工的最大問題是，它不能同時獲得高的夾持剛度和刀具振擺精度，而且主軸結構復雜，主軸軸向尺寸過大，加上它的液壓驅動裝置及刀具輔具錐柄的制造成本，使得自動換刀系統(tǒng)的造價在機床整機中占有較大的比重。據(jù)有關數(shù)據(jù)介紹，在刀具采用錐柄夾頭、側壓夾頭以及彈簧夾頭夾緊性能的對比實驗中，采用彈簧夾頭夾持刀具是唯一可同時獲得高的夾持剛度和振擺精度的理想組件。采用這種夾持組件，刀具或刀具輔具可做成圓柱柄，其制造成本低，精度易保證，這對大容量刀庫降低刀具輔具的制造成本，意義更為顯著。在現(xiàn)代數(shù)控機床上亦有采用彈簧夾頭作為刀具的夾持組件，但機床的主軸結構、驅動方式仍然采用與上述錐柄刀具完全相同的結構形式。采用這種結構模式，在實際數(shù)控加工中，尤其是在需要超高速主軸、主軸的徑向、軸向尺寸都很小、沒有足夠的換刀空間的微細加工場合中實現(xiàn)自動換刀將會是很困難的，如果實施自動換刀那將使機床成本大幅度提高。如在 CNC 控制磨削球面銑刀的數(shù)控磨削機床上，直接由高速電機驅動主軸，使用小直徑盤形砂輪和指形砂輪加工球面銑刀，換刀空間很小，在這種條件下，將難以實現(xiàn)自動換刀。國外最新研制的內(nèi)圓磨床上采用的彈簧夾頭自動換刀裝置售價昂貴。 隨著科學技術的發(fā)展，世界先進制造技術的興起和成熟，而對作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術的應用，對加工中心的組成部分提出了更高的性能指標。 加工中心是一種綜合加工能力較強的數(shù)控加工設備，工件一次裝夾后能完成較多的加工工序，加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設備的5～10倍，特別是它能完成許多普通設備不能一次完成的加工。加工中心對形狀較復雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為合適，特別是對于必須采用工裝和專用設備來保證產(chǎn)品質(zhì)量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工裝和專機。這為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省大量的時間和費用，從而使企業(yè)具有較強的競爭力。然而目前國內(nèi)外加工中心的生產(chǎn)廠家設計生產(chǎn)的加工中心大多是大、中型零件的加工。 加工中心有多種形式，常見的有盤式、鏈式兩種刀庫。 盤式結構中，刀具可以沿著主軸的軸向、徑向、斜向按放，刀具軸向的安裝的結構最為緊密，但為了換到時與主軸同向，有的刀具庫中刀具需要在換刀位作90度翻轉。在刀庫容量較大時，為在存放方便的同時保持結構緊湊，可采用彈倉式結構，目前大量的刀庫安裝在機車立柱的頂面或側面，在刀庫較大時，也有安裝在專門的地基上，以隔離刀庫轉動造成的震動。 盤式刀庫使用方法： 圓盤式刀庫應該稱之為固定地址換刀刀庫，即每個刀位上都有編號，一般從1編到12、18、20、24等，即為刀號地址。操作者把一把刀具安裝進某一刀位后，不管該刀具更換多少次，總是在該刀位內(nèi)。 （1）制造成本低。主要部件是刀庫體及分度盤，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可，運動部件中刀庫的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機構”，前后、上下運動主要選用氣缸。裝配調(diào)整比較方便，維護簡單。一般機床制造廠家都能自制。 （2）刀號的計數(shù)原理。一般在換刀位安裝一個無觸點開關，1號刀位上安裝擋板。每次機床開機后刀庫必須“回零”，刀庫在旋轉時，只要擋板靠近（距離為0.3mm左右）無觸點開關，數(shù)控系統(tǒng)就默認為1號刀。并以此為計數(shù)基準，“馬氏機構”轉過幾次，當前就是幾號刀。只要機床不關機，當前刀號就被記憶。刀具更換時，一般按最近距離旋轉原則，刀號編號按逆時針方向，如果刀庫數(shù)量是18，當前刀號位8，要換6號刀，按最近距離換刀原則，刀庫是逆時針轉。如要換10號刀，刀庫是順時針轉。機床關機后刀具記憶清零。 （3）固定地址換刀刀庫換刀時間比較長國內(nèi)的機床一般要8秒以上（從一次切削到另一次切削）。 （4）圓盤式刀庫的總刀具數(shù)量受限制，不宜過多，一般40#刀柄的不超過24把，50#的不超過20把，大型龍門機床也有把圓盤轉變?yōu)殒準浇Y構，刀具數(shù)量多達60把。 小 結 經(jīng)過一段時間的資料收集和整理，我對盤式刀庫有了一定的了解。同時我也進一步的認識了它的結構特點，初步形成了本次設計的設計思路，明確了設計方向。由于我閱歷有限，因而對資料的收集整理工作做得有些不足。在收集整理中發(fā)現(xiàn)自己的知識很明顯不夠用，且有些內(nèi)容也是我從未接觸的，但我相信這次資料的整理對今后的設計工作意義重大，在以后的工作中完善開拓思路，爭取完成一份完美的成果。 參考文獻 [1]鄭洪生．氣壓傳動[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1985．6． [2]《實用機械設計手冊》編寫組．實用機械設計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1994．1． [3]機械設計手冊編委會．機械設計手冊 [M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．8． [4]古文生.數(shù)控機床及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.6. [5] 彭文.槽輪機構在加工中心鼓輪式刀庫上的應用 [J]. 機械工程師，1999，1 [6] Edward R C. Finite element analysis in manufacturing engineering.New York:McGraw-Hill，1991. [7] Martins P A F,Barata M J M.Model 3—a Three-Dimensional Mesh Generation [J]. Computer ＆ Structure,1992。 [8] 邱宣懷.機械設計 北京：高等教育出版社 2000：194-267 [9] 張建中.機械設計基礎課程設計 徐州：中國礦業(yè)大學出版社 1999.6 [10] Panasonic 交流伺服電機驅動器 MINASA 系列使用說明書 [11] 徐正平.CIMT2001 加工中心評述 [J]. 制造技術與機床，2001，6 [12] 劉利. FPC-20VT 型立式加工中心[J]. 機械制造，1994，7 [13]范思沖.畫法幾何及機械制圖 北京：機械工業(yè)出版社 2004.6