JCS-018A 立式加工中心盤式刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加工中心刀庫及換刀裝置的設(shè)計(jì)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(jì)思路關(guān)鍵詞加工中心;刀庫;換刀裝置引言二十一世紀(jì)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)日新月異的時(shí)代，裝配工業(yè)的水平高低決定了當(dāng)代一個(gè)國家的國民經(jīng)濟(jì)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(jìn)程。在機(jī)械制造行業(yè)里頭，機(jī)床是主要的生產(chǎn)設(shè)備之一。隨著機(jī)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(shí)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(dòng)化的趨勢發(fā)展。在機(jī)械制造行業(yè)中，中小批產(chǎn)品占到 70%-80%，以前通用機(jī)床的自動(dòng)化程度不高，基本上是由工人守在機(jī)床旁邊進(jìn)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(jì) 90年代開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)分飛速發(fā)展， 數(shù)控加工技術(shù)也日益朝著自動(dòng)化方向迅速發(fā)展， 數(shù)控機(jī)床開始在制造業(yè)慢慢取代了通用機(jī)床的地位，它的產(chǎn)生，縮短了工人的勞動(dòng)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(jìn)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(dá)國家相比，仍然還存在很大可以進(jìn)步的空間，但是在現(xiàn)代知識(shí)競爭激烈的時(shí)代，在當(dāng)今科學(xué)強(qiáng)國的時(shí)代環(huán)境下，西方國家那些高精尖的計(jì)算機(jī)技術(shù)對中國實(shí)行壟斷，所以本設(shè)計(jì)從加工中心刀庫及換刀系統(tǒng)這個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(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。目前國內(nèi)的刀庫主要依靠進(jìn)口，使用臺(tái)灣的刀庫較多，也有其他國家知名企業(yè)的產(chǎn)品。自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展左右了數(shù)控加工中心的未來發(fā)展，國內(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國內(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。1.關(guān)于刀庫的設(shè)計(jì)加工中心刀庫系統(tǒng)是提供數(shù)控機(jī)床在加工過程中需要用來儲(chǔ)存刀具，它是自動(dòng)換刀裝置中的主要部件之一，對國內(nèi)外刀庫儲(chǔ)存量統(tǒng)計(jì)結(jié)果考慮，一般的刀庫的存儲(chǔ)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(jì)為一下幾種方式。1）盤式刀庫盤式刀庫也可以成為機(jī)械手刀庫，盤式刀庫最大的特點(diǎn)是換刀迅速并且可靠，主要是利用凸輪機(jī)構(gòu)來完成一系列的換刀動(dòng)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(gè)主要部件組成，在加工的過程中，只要保證了這兩個(gè)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(shí)機(jī)床開機(jī)后，刀庫必須要回零，機(jī)床關(guān)機(jī)后，刀具庫清零。第三，換刀時(shí)間較長，目前國內(nèi)的換刀時(shí)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?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁熘饕奶攸c(diǎn)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(dá)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(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)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(shí)整個(gè)刀庫向主軸方向移動(dòng)，當(dāng)主軸上的刀具進(jìn)入刀庫的卡槽時(shí)，主軸向上離開刀具，這個(gè)時(shí)候刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)即將要換的刀具正對著主軸時(shí)，主軸向下移動(dòng)，使刀具進(jìn)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(chǔ)存量很大，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，選刀和取刀的動(dòng)作多，故很少用。在設(shè)計(jì)刀庫時(shí)應(yīng)該考慮幾點(diǎn)：合理確定刀庫存儲(chǔ)量；盡量縮短選刀時(shí)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(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該適宜，目前，國內(nèi)外鏈?zhǔn)降稁炀€速度可達(dá) 100-800mm/s;要求刀庫運(yùn)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(jì)自動(dòng)換刀裝置的主要功能是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動(dòng)交換的過程。有換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高；刀具儲(chǔ)存量足夠；結(jié)構(gòu)緊；便與制造維修和調(diào)整的特點(diǎn)。而且布局應(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(dòng)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(jì)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(dòng)的將裝有所需刀具的主軸轉(zhuǎn)到工作位置，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，同時(shí)接通到主傳動(dòng)。不處于工作位置的主軸便與主傳動(dòng)脫開。轉(zhuǎn)塔頭的轉(zhuǎn)位由槽輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，每次轉(zhuǎn)位包括下列動(dòng)作。（1）脫開主軸傳動(dòng)（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(dòng)重新接通3）更換主軸箱換刀一些數(shù)控機(jī)床像組合機(jī)床一樣，采用多主軸的主軸箱從而利用更換主軸箱達(dá)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(dāng)加工工藝的范圍很廣，所需刀具數(shù)目很多，機(jī)床刀庫的容量有限時(shí)，可以采用多個(gè)刀庫存刀，先自動(dòng)更換后的刀庫中選擇所需的刀具。這種機(jī)床可以是一臺(tái)單獨(dú)工作，也可以用多臺(tái)機(jī)床組成的自動(dòng)生產(chǎn)線。5）帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)包括刀庫，選刀機(jī)構(gòu)，刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)等四個(gè)部分組成，他的應(yīng)用范圍最廣。刀庫可安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上，立柱上或是主軸箱上，作為一個(gè)獨(dú)立的部件安裝在機(jī)床之外。其工作原理如下：（1）按換刀指令機(jī)床工作臺(tái)快速向右移動(dòng)，工件從主軸下面移開，刀庫移到主軸下面，使刀庫的某個(gè)空刀座對準(zhǔn)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(zhǔn)主軸口。（4）主軸箱下降，刀具插入機(jī)床主軸。（5）主軸箱上升。（6）機(jī)床工作臺(tái)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(zhǔn)工件加工面。（7）主軸箱下降，刀具對工件進(jìn)行加工。（8）加工完畢后，主軸箱上升，刀具從工件臺(tái)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(jì)主要有刀庫的設(shè)計(jì)和換刀裝置的設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。設(shè)計(jì)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(rèn)識(shí)，這對于我們以后的設(shè)計(jì)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(jì)刀庫的設(shè)計(jì)在我們這次的設(shè)計(jì)中很重要，在設(shè)計(jì)過程中，我們應(yīng)該注意電動(dòng)機(jī)的選擇，確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比，確定軸的轉(zhuǎn)速·轉(zhuǎn)矩及功率，電動(dòng)機(jī)的校核，刀庫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要零件的設(shè)計(jì)參數(shù)等，這個(gè)階段內(nèi)容比較多，涉及到的范圍比較廣，為了設(shè)計(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性。2.2 換刀裝置的設(shè)計(jì)在換刀裝置的設(shè)計(jì)中，需要計(jì)算的不多但是更要注意結(jié)構(gòu)的合理性和實(shí)用性.三，總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)題目要求----- 主電機(jī)的選擇 ------傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比-----軸的轉(zhuǎn)速·扭矩及功率-----電動(dòng)機(jī)校核 -----刀庫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要零件的設(shè)計(jì)參數(shù) ------結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明四，總結(jié)通過這段時(shí)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(xiàn)，對于加工中心刀庫及換刀裝置有了更深的認(rèn)識(shí)。提高了我的專業(yè)知識(shí)和自主學(xué)習(xí)的能力文獻(xiàn)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(jìn)，此外還為接下來的工作羅列了重點(diǎn)和規(guī)劃在查閱資料時(shí)，我們對于加工中心刀庫及其換刀裝置有了清楚地認(rèn)識(shí)特別是刀庫系統(tǒng)和換刀裝置的了解更加充分，在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們初步擬定了一個(gè)方案，這為接下來的工作做好的充分的準(zhǔn)備.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換刀裝置的設(shè)計(jì) 7.周建東 加工中心盤式刀庫的設(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)降稁熳詣?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.簡志雄 四軸機(jī)床盤盤式刀庫 P L C 程序的設(shè)計(jì)13.Y.H. 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