螺栓數(shù)控銑床的自動換刀裝置設(shè)計【含圖紙】

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畢業(yè)論文開題報告書 畢業(yè)論文題目 螺栓數(shù)控銑床 畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容和要求 一、設(shè)計的內(nèi)容： （1） 總方案的確定 （2）刀庫的設(shè)計 （3）刀具交換裝置的設(shè)計 （4）自動換刀裝置的控制原理 二、要求： 通過實踐與大量搜集、閱讀資料相結(jié)合，掌握好基本原理后，弄清楚產(chǎn)品性能、模具制作工藝的確定，選擇合理的參數(shù)，并最終通過實際操作,掌握注射模具制作的步驟、要領(lǐng)。 課題的研究思路和方法、工作方案 工作方案： 1. 搜集資料 2. 整理資料 3. 了解并分析模具結(jié)構(gòu) 4. 材料的選擇 5. 主要系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備注 07.3.20 07.4.1 07.4.10 07.4.20 07.5.20 07.5 調(diào)查搜集資料 整理資料 了解并參加模具制作的整個流程，合理材料的選擇,各項計算 擬訂文稿 完成初稿 初稿審核 其它 參考文獻： [1] 吳宗澤,羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊第二版[M].北京:高等教育出版社,1999. [2]廖念釗,莫雨松,李碩根,楊興駿.互換性與技術(shù)測量第四版[M].北京:中國計量出版社,2000. [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,1999. [4]馮辛安,黃玉美,杜君文.機械制造裝備設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004. [5]熊光華.數(shù)控機床[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2001. [6]李峻勤,費仁元.數(shù)控機床及其使用與維修[M].北京:國防工業(yè)出版社,2000. [7]張柱銀,陳思義,明興祖.數(shù)控原理與數(shù)控機床[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003. [8]林東.數(shù)控技術(shù)[M].北京:北京理工大學出版社,1995. [9]王愛玲,白思遠.現(xiàn)代數(shù)控機床[M].北京:國防工業(yè)出版社,2001. [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,2000. [11]毛謙德,李振清.袖珍機械機械設(shè)計師手冊第二版[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001. [12]朱龍根.簡明機械零件設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000. [13]王可.實用機床設(shè)計手冊[M].遼寧: 遼寧科學技術(shù)出版社,1999. 畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要…………………………………………………………………………… 1 前言………………………………………………………………………….... 2 第1章 緒論……………………………………………………………………… 3 1.1螺栓螺栓銑床的知識…………………………………………………… 3 1.2 螺栓銑床的分類………………………………………………………… 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 螺栓銑床的結(jié)構(gòu)特征…………………………………………………… 4 1.3.1 螺栓銑床的主軸特征……………………………………………… 5 1.3.2 控制機床的坐標特征……………………………………………… 5 1.4 螺栓銑床的主要功能及加工對象……………………………………… 5 1.4.1 螺栓銑床的功能…………………………………………………… 5 1.4.2 自動換刀裝置及其形式…………………………………………… 5 1.4.3 自動裝置應(yīng)當滿足的基本要求…………………………………… 6 第2章 總方案的確定………………………………………………………… 6 2.1數(shù)控立式升降臺及其主要參數(shù)………………………………………… 6 2.1.1 主要結(jié)構(gòu)特點……………………………………………………… 7 2.1.2 主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)……………………………………………… 8 2.2 初定其自動換刀裝置的設(shè)計參數(shù)……………………………………… 9 2.3 確定其自動換刀裝置的形式…………………………………………… 10 第3章 刀庫的設(shè)計………………………………………………………………10 3.1 確定刀庫容量…………………………………………………………… 11 3.2 確定刀庫形式…………………………………………………………… 11 3.3 刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………… 11 3.4 初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)距及選定電機………………………………………… 13 3.4.1初選電動機與降速傳動裝置……………………………………… 13 3.4.2初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)距……………………………………………………13 3.5刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動的設(shè)計………………………………13 3.6刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核………………………………………………………17 3.7花鍵聯(lián)接的強度計算………………………………………………………18 3.8夾緊機構(gòu)插銷剪切強度的校核……………………………………………18 3.9確定刀具的選擇方式………………………………………………………19 3.10刀庫的定位與刀具的松夾……………………………………………… 20 第4章 刀具交換裝置的設(shè)計…………………………………………………… 20 4.1確定換刀機械手形式………………………………………………………20 4.2換刀機械手的工作原理……………………………………………………22 4.3機械手的自動換刀過程的動作順序………………………………………22 4.4機械手回轉(zhuǎn)軸4上的齒輪齒條設(shè)計………………………………………23 4.5自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求……………………………………………24 4.5.1主軸準停裝置…………………………………………………………24 4.5.2換刀機械手的安裝與調(diào)試……………………………………………24 4.6自動換刀程序的編制……………………………………………………… 26 第5章 自動換刀裝置的控制原理………………………………………………… 26 5.1自動換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖………………………………………… 26 5.2自動換刀裝置換刀動作的順序控制過程………………………………… 26 致謝詞……………………………………………………………………………… 27 參考文獻…………………………………………………………………………… 28 畢業(yè)設(shè)計 螺栓數(shù)控銑床 摘 要 本論文介紹的是螺栓數(shù)控銑床的設(shè)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(shù)控機床上應(yīng)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(diào)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(jié)構(gòu),安裝在機床的左側(cè)立柱上。因為螺栓數(shù)控銑床外形及其 他性能參數(shù)等均與 THK6363 型自動換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機床的自動換 刀裝置的設(shè)計將仿效 THK6363 型自動換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計成采用軸 向放置的鼓盤式刀庫形式和回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到取刀位 置。用過的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個刀座內(nèi)。該 法不需要刀具識別裝置，驅(qū)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(shù)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(chǎn)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，順序不能有差錯。加 工時按順序調(diào)刀。適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動換刀 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 畢業(yè)設(shè)計 擇方式確定為順序選擇刀具。 兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手的優(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(jié)構(gòu)復雜，聯(lián)機調(diào)整的相關(guān)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(shù)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(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；自動換刀裝置；刀庫；換刀機械手 前 言 數(shù)字控制機床是用數(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、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。 數(shù)控機床具有廣泛的適應(yīng)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(jīng)濟效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)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(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構(gòu)和機床主體組成。輸入數(shù)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(shù)控裝置的鍵盤直接手 動輸入。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)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(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。 未來數(shù)控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來 越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝 范圍；數(shù)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。 畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 1.1 數(shù)控機床知識 數(shù)字控制機床是用數(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、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。 數(shù)控機床具有廣泛的適應(yīng)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(jīng)濟效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)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(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構(gòu)和機床主體組成。輸入數(shù)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(shù)控裝置的鍵盤直接手 動輸入。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)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(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。 未來數(shù)控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來 越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝 畢業(yè)設(shè)計 范圍；數(shù)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。 1.2 數(shù)控銑床的分類 1.2.1 數(shù)控立式銑床 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(shù)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(shù)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(shù)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，而龍門架則沿床身作縱向運動。 從機床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標數(shù)量來看，目前 3 坐標數(shù)控立式銑床仍占大多 數(shù)。一般可進行 3 坐標聯(lián)動加工，但也有部分機床只能進行 3 坐標中的任意二 個坐標聯(lián)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(shù)控擺角運動的 4 坐標和 5 坐標數(shù)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(lián)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(jié)構(gòu)更復雜，對數(shù)控系統(tǒng)的要求更 高，編程的難度更大，設(shè)備的價格也更高。 數(shù)控立式銑床可以附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤，采用自動交換臺，增加靠模裝置等來擴 大數(shù)控立式銑床的功能，加工范圍和加工對象，進一步提高生產(chǎn)效率。 1.2.2 臥式數(shù)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(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn) 4、5 坐標加 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，而且可以實現(xiàn)在一 次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進行“四面加工” ?？梢允∪ピS多專用夾具或?qū)?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(shù)控轉(zhuǎn)盤的臥式銑床進行的。加工是非常合適 這類銑床目前正在逐漸增多，它的主軸方向可以更換，能達到在一臺機床上 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(chǎn)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(shù)控銑床的主軸方向的更換有手動與自動兩種，采用數(shù)控萬能 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表面。當立、臥兩用數(shù)控銑床增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤后，就 可以實現(xiàn)對工件的“五面加工” 。即出除了工件與轉(zhuǎn)盤貼合的定位面外，其它表 面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。 畢業(yè)設(shè)計 1.3 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征 1.3.1 數(shù)控銑床的主軸特征 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(zhuǎn)速，可自選一種編入程序，但不能在運轉(zhuǎn)時改變。有的采用變頻器 調(diào)整，將轉(zhuǎn)速分為幾檔，編程時可任選一檔，在運轉(zhuǎn)中可通過控制面板上的旋 鈕，在本檔范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)；有的則不分檔,編程時可在整個范圍內(nèi)無級調(diào)速。 但是在實際操作中，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)有自動拉、退刀裝置，能在數(shù)秒內(nèi)完成裝 刀與卸刀，換刀比較方便。此外，多坐標數(shù)控銑床的主軸可以繞 X、Y 或 Z 軸作 數(shù)控擺動，擴大了主軸自身的運動范圍，但是主軸結(jié)構(gòu)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(shè)定的直線、圓弧或空間直線、圓弧軌跡運動，因此，要求數(shù)控銑床的伺服 拖動系統(tǒng)能在多坐標方向同時協(xié)調(diào)動作，并保持預定的相互關(guān)系，這就要求機 床應(yīng)能實現(xiàn)多坐標聯(lián)動。數(shù)控銑床要控制的坐標數(shù)最少是 3 坐標中任意兩坐標 聯(lián)動。要實現(xiàn)連續(xù)加工直線變斜角工件，應(yīng)實現(xiàn)四坐標聯(lián)動。若要加工曲線變 斜角工件，是要求實現(xiàn)五坐標聯(lián)動。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)控機床相應(yīng)更高一些。 1.4 數(shù)控銑床的主要功能及加工對象 1.4.1 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(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堋Ｈ绲毒唛L度補償功能、靠模加工功能、自動變換工 作臺功能、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，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象有：平面類零件； 變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。 1.4.2 自動換刀裝置（ATC）及其形式 數(shù)控機床為了進一步提高生產(chǎn)率，進一步壓縮非切削時間，現(xiàn)代的機床逐 步發(fā)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(shù)控機床為 畢業(yè)設(shè)計 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多次安裝工件引 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(shè)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(shù) 控銑床的基礎(chǔ)上，如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心 （Machining center 簡稱 MC） 。在這類數(shù)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(shù)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(shù)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(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)， ）故增加自動換刀裝置并同時自動 變換主軸轉(zhuǎn)速?？蓽p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(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(shù)控機床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機床的型式、工藝范圍及刀具 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)帶刀庫的自動換刀形式 1.4.3 自動換刀裝置應(yīng)當滿足的基本要求 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）換刀安全可靠。 第二章總體方案的確定 依據(jù)設(shè)計任務(wù)書，我們的任務(wù)是給螺栓數(shù)控銑床設(shè)計安裝合適的自動換刀 裝置。主要技術(shù)參數(shù)為： 1）刀庫容量：4-6 2）選刀方式：順序選刀 3）重復精度： 5 螺栓數(shù)控銑床主要由床身、升降臺、工作臺、立銑頭、主傳動、主變速、 拉刀機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等部分組成。機 畢業(yè)設(shè)計 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(shè)計依據(jù)是該機床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。 2.1 螺栓數(shù)控銑床及其主要參數(shù) XKA5032A 型數(shù)控立式升降臺銑床是一種使用范圍廣泛的機床，根據(jù)用戶要 求，配置國內(nèi)外（OSP-U10M、SIEMENS802D、華中號）先進數(shù)控系統(tǒng)，可手動 或自動操作。它可以實現(xiàn) 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。可采用主程 序、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(shù)據(jù)輸入、輸出, 便于加工程序的管理。 可以對程序進行模擬加工，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。 2.1.1 其主要結(jié)構(gòu)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(qū)動主傳動箱，主傳 動箱內(nèi)有三組滑移齒輪,液壓預選變速機構(gòu)推動各滑移齒輪,組成 18 種轉(zhuǎn)速,再 傳到銑頭上的主軸，主傳動箱內(nèi)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(qū)動的。電機 通過同步齒形帶驅(qū)動滾珠絲杠，從而使部件沿導軌移動。伺服電機及其相應(yīng)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(shù)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(diào)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(nèi)調(diào)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(diào)的，力求保 證每個潤滑點的合理油量。 畢業(yè)設(shè)計 6)機床采用側(cè)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(gòu),安裝在銑頭的上方，通過兩個按鈕分別控制裝刀和 卸刀，方便而安全，即使主軸向外伸出，也不會影響刀具的裝卸。 畢業(yè)設(shè)計 2.1.2 其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù) 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(shù) 4； 銑切寬度 50mm，銑切深度 3 mm；主軸轉(zhuǎn)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(shù) 14； 銑切寬度 150mm，銑切深度 3.7 mm；主軸轉(zhuǎn)速 47.5 r/min，進給量 300mm/min 參數(shù)名稱 單位 數(shù)量 工作臺面尺寸（長 X 寬） mm 320 X 1320 工作臺縱向（X）行程 mm 780 工作臺縱向（Y）行程 mm 300 工作臺縱向（Z）行程 mm 380 主軸孔徑 mm 29 主軸端面至工作臺面的距離 mm 70450 主軸中心線至床身導軌面距離 mm 350 定位精度及重復定位精度 mm 0.015、0.005 主軸端部錐度 ISO No.50 立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度 45 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 18 主軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min 301500 工作臺進給級數(shù) 無級 縱、橫向進給范圍 mm/min 63200 垂向進給范圍 mm/min 31600 縱、橫向快進速度 mm/min 6000 垂向快進速度 mm/min 3000 主傳動電動機功率 kw 7.5 主傳動電動機轉(zhuǎn)速 r/min 1440 工作臺最大承載重量 kg 320 主軸最大扭矩 Nm 1000 機床外形尺寸（長 X 寬 X 高） mm 1929 X 2055 X 2216 機床重量 kg 2800(3000) 畢業(yè)設(shè)計 2.2 初定其自動換刀裝置的設(shè)計參數(shù) 在銑削輪廓時，為了保證一次連續(xù)地加工出全部表面，應(yīng)選用半徑小于工 件最小輪廓半徑的刀具，而在實際的生產(chǎn)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。由螺栓數(shù)控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(chǎn)情況，在設(shè)計其自動換 刀裝置時，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來設(shè)計，即設(shè)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。 2.3 確定其自動換刀裝置的形式 由于螺栓數(shù)控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。 螺栓數(shù)控銑床主軸箱上方?jīng)]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(cè)面最合適，有些部件交錯的地方，作 適當?shù)恼{(diào)整。因為螺栓數(shù)控銑床外形及其他性能參數(shù)等均與 THK6363 型自動換 刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機床的自動換刀裝置的設(shè)計將仿效 THK6363 型自動 換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計成由由盤式刀庫和回轉(zhuǎn)式雙臂機械手組成。設(shè) 計增加自動換刀裝置后的螺栓數(shù)控銑床的外觀圖如圖 1-1 所示。 圖 1-1 螺栓數(shù)控銑床的外觀圖 畢業(yè)設(shè)計 第三章 刀庫的設(shè)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(jié) 構(gòu)對數(shù)控機床的性能有很大影響。 3.1 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(diào)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發(fā)展趨勢。由于帶自動換刀裝置的數(shù) 控機床主要是在多品種、單件小批生產(chǎn)時使用，因而應(yīng)根據(jù)廣泛的工藝統(tǒng)計， 依大多數(shù)工件加工時需要的刀具數(shù)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(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(jié)構(gòu)龐大而復 雜,影響機床總體布局；儲存量過小，則不能滿足 復雜零件的加工要求。因此，刀庫容量應(yīng)在經(jīng)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(diào)時間。對自動 換刀數(shù)控機床的刀庫容量，有關(guān)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(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 1440 把刀具的刀庫 就能夠滿足 70-95工件的加工需要。因此，對螺栓數(shù)控銑床，從使用和經(jīng) 濟效率角度來看，容量為 6 的刀庫就可滿足要求了。 3.2 確定刀庫容量 由以上考慮螺栓數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)布局等原因，決定采用軸向放置的鼓盤式 刀庫形式。這種刀庫結(jié)構(gòu)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。 3.3 刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計 如刀庫裝配圖所示，當數(shù)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(jīng)過十字聯(lián)軸器、波傳動減速器、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，刀盤帶動刀座上的 6 個刀套轉(zhuǎn)動，完成選刀動作。 畢業(yè)設(shè)計 刀庫裝配圖 畢業(yè)設(shè)計 3.4 初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機 刀庫回轉(zhuǎn)運動多數(shù)采用液壓馬達、直流電動機驅(qū)動，并沒有降速傳動裝置。 3.4.1 初選電動機與降速傳動裝置 刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)中，由于本刀庫的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩小，且所需轉(zhuǎn)速小，所以決定 采用直流伺服電動機驅(qū)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(diào)速。采用型號為 90SZ03 的 SZ 系列電磁式直流伺服電動機，其基本參數(shù)為：功率 0.092KW，轉(zhuǎn)速 3000R/MIN（袖珍機械師設(shè)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，其基本參數(shù)為：輸入功率 0.092KW，輸出轉(zhuǎn)矩 18Nm（袖珍機械師設(shè)計手冊P1078-1079） 。 3.4.2 初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 由于刀庫容量 6，下面就以 THK6363 型自動換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫為設(shè) 計參考（查參考資料 14） ，采用經(jīng)驗法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。 THK6363 型自動換刀數(shù)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(zhuǎn)由最大扭矩為 25Nm 的液壓馬達經(jīng)諧波減速器驅(qū)動。現(xiàn)在由于設(shè)計的刀庫容量為 6 把刀具， 可初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩(主要是指直接驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩)為 T0=8Nm。 3.5 刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動的設(shè)計 刀庫的主運動是圓周回轉(zhuǎn)運動，如圖 3-3 所示,直流伺服電動機 1 通過彈性 柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動減速器 2 聯(lián)接減速后驅(qū)動蝸桿 3,設(shè)計刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)的普 通圓柱蝸桿傳動. 由刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)實現(xiàn)。 己知直流伺服電動機 1 的功率為 0.092KW,轉(zhuǎn)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(jīng) 2 減速后驅(qū)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(zhuǎn),單班工作制,預計壽命為 5 年. 畢業(yè)設(shè)計 圖示 3-3 刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)傳動示意圖 1)選擇蝸桿傳動類型 根據(jù) 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。2HP2FP 3)確定主要參數(shù) 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(zhuǎn)，單工作制，預計壽命為 5 年。則 Z2= Z1i= 66=36。 4)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 m2d1 KT2 (mm3)2 50HP a)計算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 T2 初估傳動效率 =0.95,則 T2=9549 =9549 =9549 0.95=133.53 Nm12n1/i0.928%3/6 其中 n1 =3000/100=30(r/min) b)載荷系數(shù) K=1.05 c)許用接觸應(yīng)力 2HP = =2200.91.48=293.04 MPa2HPVSZN 式中, =220 MPa, 估計滑動速度 <5m/s，用浸沒潤滑,則由(參考文獻 11) (P972 圖 182)S 查得滑動速度影響系數(shù) =0.9, =1.48（其中VZN 畢業(yè)設(shè)計 =60a t=601 53008=3.6 ,按圖 183 查得） ；LZ2n306610 d)計算 m2d1值,并選定模數(shù) m 和蝸桿分度圓直徑 d1 m2d1 1.05133.53=283.46 mm 3; 2539.04 按表 183 查得模數(shù) m=3.15(mm), d1=35.5 (mm) (m2d1值應(yīng)大于計算值) 5)驗算滑動速度 SV a)計算蝸桿速度 1 = = =0.0558 m/s1V60dn35.0 b)計算滑動速度 SV = / =0.0558/ =0.0632 m/sS1coscos2814 其中 = = = ,則初估的 值合適。1(/)tgZmd(63.5/.)tg2814SV 6)驗算蝸輪齒彎曲強度 驗算公式為 22 21AVFFSPTKYd a)使用系數(shù) =1A b)動載荷系數(shù) =1.03V c)載荷分布系數(shù) =1K d1=35.5 mm， =m =3.15 36=113.4 mm,其中模數(shù) m=3.15(mm)。2dZ d)蝸輪齒形系數(shù) =4.00FSY e)按蝸輪當量齒數(shù) = / =36/ =52.34,由圖 172 查得。2V3cos3s2814 f)導程角系數(shù) =1- /120=1- /120 =0.766Y g)許用彎曲應(yīng)力 2FP = =70 0.542=37.94 MPa2FPN 畢業(yè)設(shè)計 h)計算彎曲應(yīng)力 =22.1322613.5.014.076F 由于 < ，故滿足蝸輪輪齒強度條件。2HP 7)計算蝸桿蝸輪的主要參數(shù) a)分度圓直徑 =35.5， =m =3.15 36=113.4mm1d2z b)中心距 a a=( + +2 m)/2=35.5+113.4+2 (-0.1349) 3.15/2=74 mm12x c)蝸桿導程角 814 8)計算其他尺寸 a)蝸桿齒頂圓直徑 = +2 =35.5+2 3.15=41.8 mm，1ad1ad1ah 其中 為蝸桿齒頂高，且 =m=3.15 mm；1ah b)蝸輪喉圓直徑 = +2 =113.4+2 0.8651 3.15=118.85 2a2a2a mm， 其中 為蝸輪齒頂高，且 = + =1-0.1349=0.8651 mm；2ah2ah2x c)蝸輪外圓直徑 = +m=118.85+3.15=122 mm；2ed d)蝸桿齒寬 由于 =6，故 按結(jié)構(gòu)設(shè)計，取 =64 mm1b1Z1b1b e)蝸輪齒寬 0.67 =0.67 41.8 =28.006mm,取 =28 mm；22ad2 f)蝸輪齒頂圓弧半徑 = -m= -3.15=14.6 mmaR2135. g)蝸輪齒根圓弧半徑 = +c= +0.2m= +0.2 3.15=21.53 2ffa1a4.82 mm； h)蝸桿軸向齒厚 = /2= = 3.15/2=4.948 mm,其中1xs1xsp/m 為蝸桿軸向齒距；xp i)蝸桿法向齒厚 = =4.948 =4.368 mm；1ns1nsxcocs2814 j)蝸輪分度圓齒厚 =0.5 =0.5 3.15=4.948 mm。22m 畢業(yè)設(shè)計 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(chǎn)生的 熱量不能及時地散逸，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。所以必須根據(jù)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量 等于同時間內(nèi)的散熱量1H 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(nèi)。2H 由于摩擦損耗的功率 = （1- ）kW,則產(chǎn)生的熱流量（單位為fP1 1W=1j/s）為 =1000 （1- ）W11 式中 為蝸桿傳遞的功率（單位：kW） 。P 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( - )W2H1t0 式中 k熱導率，一般取 k=8.717.5W( ),環(huán)境空氣流通較差時，2mC: 取較小值，否則取較大值； A傳動裝置散熱的計算面積，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（ ） ；2m 潤滑油的工作溫度，一般限制在 6070 ，最高不能超過 80 ；1t C C 周圍環(huán)境溫度，一般取室溫 =20 。0 0t 按熱平衡條件 = ，可求得在既定工作條件下的沒溫為1H2 = + 1t0P-kAC 在繪制傳動裝置結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進行熱平衡計算： =0.092 80 =0.0736 kW10 取 =20 , =0.95, k=10,并估算 A=0. 006 ，則0tC2m =20+ =81.33 801t.7361-0.95 C 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1t 畢業(yè)設(shè)計 熱能力，如在傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。 3.6 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核 蝸輪轉(zhuǎn)速 =5r/min,所能傳遞的功率為 P=0.092 80 0.95=0.07 Kw,此2n 0 時刀庫的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為：T= = =120.3NmT 0=8Nm，954Nn0.795 其中 =0.9 為外花鍵帶動刀盤回轉(zhuǎn)的傳動效率。由于 TT 0，所以，刀庫驅(qū)動 轉(zhuǎn)矩滿足要求。 3.7 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核 在刀庫的傳動系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯(lián)接帶動刀座上的刀套轉(zhuǎn)動而進行 選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動聯(lián)接。已知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:2gmTzhLD T轉(zhuǎn)距（Nmm） ，此處 T=120.3Nm=120.3 1000Nmm； 各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常取 =0.7 0.8，此處取 =0.75；: z齒數(shù)，此處 z=6； 齒的工作高度（mm） ，對漸開線花鍵， =m,此處 m 為模數(shù)，且取gh gh m=1.5mm； 齒的工作長度（mm） ，此處 =48mm；gLgL 平均直徑（mm） ，對漸開線花鍵，此處 =d=26mm。mDmD 于是，把數(shù)據(jù)代入計算公式，得 p= = =28.6MPa2gmTzhL120.3.756486 由于該花鍵聯(lián)接為不在載荷作用下移動的動聯(lián)接，查表 9-13 可知，若齒面 經(jīng)熱處理且使用和制造情況為良好時，p可達 40 70 MPa，p p,故花鍵聯(lián): 接的強度滿足要求。 3.8 夾緊機構(gòu)插銷剪切強度的校核 刀套在刀座上的夾緊由插銷實現(xiàn)（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。 畢業(yè)設(shè)計 剪切力由重力引起，估算 P=100N,插銷受力如圖所示。 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 )/ =1.8MPa 610322(10)4 故插銷滿足強度條件要求。 3.9 確定刀具的選擇方式 按數(shù)控裝置的刀具指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)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 3.10 刀庫的定位與刀具的松夾 刀庫旋轉(zhuǎn)定位是依靠簡易定位裝置來實現(xiàn)的。其控制過程示意圖如下： 刀庫的定位是由接近開關(guān)使直 流伺服電機停止轉(zhuǎn)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(xiàn)精確定位。在刀座 5 的每一個刀位上都裝有如圖所示的 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(xiàn)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 發(fā)出選刀 信號 牙嵌離合器 脫離嚙合 從動軸慣性 慢轉(zhuǎn) 刀庫定位停 止 定位完畢發(fā) 出信號 畢業(yè)設(shè)計 第四章 刀具交換裝置的設(shè)計 數(shù)控機床的自動換刀裝置中,實現(xiàn)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(xiàn)刀具交換即無機械手交換 刀具。無機械手交換刀具方式：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，換刀的可靠性較高；刀庫 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)對機床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由螺栓 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特性決定難以實現(xiàn)由刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)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(xié)調(diào)。 4.1 確定換刀機械手形式 在自動換刀數(shù)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(zhuǎn)式單臂雙手機械手； 圖 4-1 機械手臂和手爪 1.手爪 2.錐銷 3.手臂 4.5.彈簧 6.活動銷 7.長銷 8.鎖緊銷 2)兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手 畢業(yè)設(shè)計 3)兩手平行的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手； 4)雙手交叉式機械手； 由于不同的數(shù)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(shù)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(zhuǎn)式單臂雙手機械手的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復雜，聯(lián)機調(diào)整的相關(guān)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(shù)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。 畢業(yè)設(shè)計 4.2 換刀機械手的工作原理 下面是以在螺栓數(shù)控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(cè)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(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（圖中未標出） ， 機械手有伸縮、回轉(zhuǎn)、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。 回轉(zhuǎn)動作：液壓缸 2 中的齒條輪通過齒輪帶動回轉(zhuǎn)軸 4 轉(zhuǎn)動。從而實現(xiàn)手 臂正向和反向 180的旋轉(zhuǎn)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(xiàn)。碟形彈簧實現(xiàn)夾緊，液壓缸實現(xiàn)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(nèi)，確保安全、 可靠。 4.3 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部分組成。 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(xiàn)“主軸準?！?。即主軸停止 回轉(zhuǎn)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。 畢業(yè)設(shè)計 2)機械手抓住主軸和刀庫上的刀具。如圖 4-6（a）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(zhuǎn) 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(guān)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(guān)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。 4.4 機械手回轉(zhuǎn)軸 4 上的齒輪齒條設(shè)計 1)回轉(zhuǎn)軸上齒輪采用漸開線標準直齒圓柱齒輪形式 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)計的基本參數(shù)： 名稱 代號 計算公式 模數(shù) m 壓力角 20o 分度圓直徑 d D=mz=1.5 30=45 齒頂高 ahah1.5m 齒根高 ff()(02)1.875c 齒全高 h af.3 齒頂圓直徑 adad(z2)().4hm 齒根圓直徑 f fa125c 齒距 p 4.7p 齒厚 s /3s 頂隙 c 0.251.cm 4)齒條的基本尺寸，按外齒輪幾何尺寸的計算公式進行計算 畢業(yè)設(shè)計 4.5 自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求 4.5.1 主軸準停裝置 為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當?shù)毒叩侗b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(shù)要求稱為主軸準停。 螺栓數(shù)控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(xiàn)主軸準停功能。 4.5.2 換刀機械手的安裝與調(diào)試 1)換刀機械手安裝在主軸箱的左側(cè)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(diào)試：用手動操縱主式調(diào)整換刀機械 手相對于主軸的位置，使用調(diào)整心棒，有誤差時可調(diào)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，要進行多次刀庫到 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。 4.6 自動換刀程序的編制 1)換刀動作（指令）：選刀（T） ；換刀（M06） 2)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(shù)加工中心規(guī)定在機床 Z 軸零點（Z 0） ，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(xiàn)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 畢業(yè)設(shè)計 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 Z1 N50 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(yīng)為 G28 Y0 。 畢業(yè)設(shè)計 第五章 自動換刀裝置的控制原理 5.1 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 安裝原則，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。 5.2 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部分、換 刀機械手控制部分以及主軸相控制部分三部分組成，它們組成是一個互相聯(lián)系 的系統(tǒng)。 1)刀庫控制部分 2)機械手控制部份 3)主軸箱控制部分 畢業(yè)設(shè)計 參考文獻 1 吳宗澤,羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊第二版M.北京:高等教育出版 社,1999. 2廖念釗,莫雨松,李碩根,楊興駿.互換性與技術(shù)測量第四版M.北京:中 國計量出版社,2000. 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, 1999. 4馮辛安,黃玉美,杜君文.機械制造裝備設(shè)計M.北京:機械工業(yè)出版社, 2004. 5熊光華.數(shù)控機床M. 北京:機械工業(yè)出版社,2001. 6李峻勤,費仁元.數(shù)控機床及其使用與維修M.北京:國防工業(yè)出版社, 2000. 7張柱銀,陳思義,明興祖.數(shù)控原理與數(shù)控機床M.北京:化學工業(yè)出版社, 2003. 8林東.數(shù)控技術(shù)M.北京:北京理工大學出版社,1995. 9王愛玲,白思遠.現(xiàn)代數(shù)控機床M.北京:國防工業(yè)出版社,2001. 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,2000. 11毛謙德,李振清.袖珍機械機械設(shè)計師手冊第二版M.北京:機械工業(yè)出 版社,2001. 12朱龍根.簡明機械零件設(shè)計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,2000. 13王可.實用機床設(shè)計手冊M.遼寧: 遼寧科學技術(shù)出版社,1999. 畢業(yè)設(shè)計 附 錄 編程舉例: 實例 1、加工如圖所示各孔，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; 畢業(yè)設(shè)計 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、加工如圖所示零件上的通槽和 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 T01 6 立銑刀 H01 D30=3mm 2 鉆螺紋底孔 T02 6.7 鉆頭 H02 3 攻螺紋 T03 M8 絲錐 H03 程序如下： 6001 N001 G92 X0 Y0 Z0; N002 M02 S280; N003 G43 Z30 T01 H01 M07 N004 Z3; 畢業(yè)設(shè)計 N005 G01 Z-5 F50; N006 M98 P0111; N008 M98 P0111; N009 G00 Z30 M09; N010 M05; N011 G90 G00 X-80 Y-40 S800 T03 M03; N012 G43 Z30 T02 H02 M07; N013 G99 G81 R3 Z-12 F80; N014 G91 X160;