畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）XKA5032AC數(shù)控立式銑床自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

1、xka5032a/c數(shù)控立式銑床自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)介紹的是xka5032a/c數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀裝置（刀庫式）的設(shè)計(jì)，刀庫式的自動(dòng)換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置（換刀機(jī)械手）組成。它是多工序數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的換刀裝置。換刀時(shí)，先在刀庫中進(jìn)行選刀，由機(jī)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(jī)床的左側(cè)立柱上。設(shè)計(jì)成采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時(shí)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

2、放入下一個(gè)刀座內(nèi)。該法不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也比較簡(jiǎn)單，工作可靠。數(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(gè)容量為6把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程中需要重復(fù)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(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動(dòng)作可靠，換好時(shí)間短，缺點(diǎn)是刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機(jī)械手離加工區(qū)較近。一般來說，這種機(jī)械手用于刀庫刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在xka5032a/c數(shù)控立式升降銑床的自動(dòng)換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床，自動(dòng)換刀裝置，刀庫，換刀機(jī)械手the

3、 xka5032a/c number controls the sign type working panel miller to change the knife deviceabstractthe introduction is the design that the xka5032 a/c number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.the knife database type aut

4、omatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.it is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to chang

5、e the knife process more complicated.first process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.be in the knife database carry on choosing kn

6、ife first while change the knife, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute.the knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of se

7、quence, usage turn to take knife position in order.the knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.that method doesnt need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility. scaled the auto change

8、 the knife device.can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.so this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so the knife hav

9、e of the choice method assurance for in proper order choice the knife have.two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, st

10、ructure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, th

11、e knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the xka5032 a/c number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device.key words: numerical control milling

12、 machines, automatic tool changer, tool storage , tool changing-manipulator目錄前言1第1章 數(shù)控機(jī)床概述21.1 數(shù)控機(jī)床知識(shí)21.1.1 數(shù)控銑床的分類21.1.2 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征41.1.3 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象51.1.4 自動(dòng)換刀裝置（atc）及其形式51.1.5 自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求7第2章 總體方案的確定82.1 刀庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)82.1.1 確定刀庫容量82.1.2 確定刀庫形式92.1.3 刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)92.1.4 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置112.1.5 初估刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩112.1.

13、5 刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)122.1.6 刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核172.1.7 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算172.1.8 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核182.1.9 確定刀具的選擇方式182.10 刀庫的定位與刀具的松夾19第3章 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)213.1 換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)213.1.1 確定換刀機(jī)械手形式213.1.2 換刀機(jī)械手的工作原理233.1.3 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過程的動(dòng)作順序233.1.4 自動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求253.1.5 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試25第4章 自動(dòng)換刀裝置的控制原理264.1 自動(dòng)換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖264.2 自動(dòng)換刀裝置換刀動(dòng)作的順序控制過程26第

14、五章 典型零件的設(shè)計(jì)285.1 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)285.1.1 聯(lián)軸器285.1.2 聯(lián)軸器的選用285.1.3 聯(lián)軸器的校核295.1.4 蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的一些相關(guān)技術(shù)要求295.1.5 托架的設(shè)計(jì)29結(jié)論30謝 辭31參考文獻(xiàn)32外文資料翻譯34前言數(shù)字控制是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制的一種方法。采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。加工中心（簡(jiǎn)稱mc）是一種備有刀庫并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。它是適應(yīng)省力省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求而發(fā)展起來的，它綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)在控制理論、測(cè)量及傳感技術(shù)以及通

15、訊診斷、刀具和應(yīng)用編程技術(shù)的高技術(shù)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(tái)加工設(shè)備上，且增設(shè)有自動(dòng)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(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其它輔助功能：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(shù)的迅速發(fā)展，以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運(yùn)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(bào)警和自動(dòng)停機(jī)功能、自動(dòng)檢測(cè)和自我診斷功能及自適應(yīng)控制功能等。加工中心還與載有隨行夾具的

16、自動(dòng)托板進(jìn)行有機(jī)連接并能進(jìn)行切屑自動(dòng)處理，使得加工中心成為柔性制造系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是自動(dòng)化工廠的關(guān)鍵設(shè)備和基本單元。 第1章 數(shù)控機(jī)床概述1.1 數(shù)控機(jī)床知識(shí)數(shù)字控制機(jī)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(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)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(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工

17、機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)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(dòng)輸入。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。 未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)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(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加

18、便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。1.1.1 數(shù)控銑床的分類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(tái)移動(dòng)、升降、及主軸不動(dòng)方式，與普通立式升降臺(tái)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(tái)移動(dòng)方式，且主軸沿垂直溜板上下運(yùn)動(dòng)；大型數(shù)控立式銑床，因要考慮到擴(kuò)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(dòng)式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運(yùn)動(dòng)，而龍門架則沿床身作縱向運(yùn)動(dòng)。從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來看，目前3坐標(biāo)數(shù)控立式銑床仍占大多數(shù)。一般可進(jìn)行3坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，但也有部分機(jī)床只能進(jìn)行3坐標(biāo)中的任意二個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加

19、工。此外，還有機(jī)床主軸可以繞x、y、z坐標(biāo)軸中其中一個(gè)或兩個(gè)軸作數(shù)控?cái)[角運(yùn)動(dòng)的4坐標(biāo)和5坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。一般來說，機(jī)床控制的坐標(biāo)軸越多，特別是要求聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)軸越多，機(jī)床的功能、加工范圍及可選擇的加工對(duì)象也越多。但隨之而來的是機(jī)床的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設(shè)備的價(jià)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(dòng)交換臺(tái)，增加靠模裝置等來擴(kuò)大數(shù)控立式銑床的功能，加工范圍和加工對(duì)象，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。2.臥式數(shù)控銑床與通用臥式銑床相同，其主軸級(jí)平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)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(shí)現(xiàn)4、5坐標(biāo)加工，這樣，不但工件側(cè)面上

20、的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓可以加工出來，而且可以實(shí)現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進(jìn)行“四面加工”。可以省去許多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷?。?duì)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(jìn)行加工是非常合適的。3.立、臥式兩用數(shù)控銑床這類銑床目前正在逐漸增多，它的主軸方向可以更換，能達(dá)到在一臺(tái)機(jī)床上既可以進(jìn)行立式加工，又可以進(jìn)行臥式加工，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工的對(duì)象和余地更大，給用戶帶來了很多方便，特別是當(dāng)生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立臥兩種方式加工時(shí)，用戶只需買一臺(tái)這樣的機(jī)床就行了。立、臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向的更換有手動(dòng)與自動(dòng)兩種，采用數(shù)控萬能主軸頭的立、臥兩用

21、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(dāng)立、臥兩用數(shù)控銑床增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行加工。因此，其加工性能非常優(yōu)越。1.1.2 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征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(dòng)執(zhí)行。不同的機(jī)床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻機(jī)組，固定幾種轉(zhuǎn)速，可自選一種編入程序，但不能在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)改變。有的采用變頻器調(diào)整，將轉(zhuǎn)速分為幾檔，編程時(shí)可任選一檔，在運(yùn)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

22、則不分檔,編程時(shí)可在整個(gè)范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速。但是在實(shí)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(dòng)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(biāo)數(shù)控銑床的主軸可以繞x、y或z軸作數(shù)控?cái)[動(dòng)，擴(kuò)大了主軸自身的運(yùn)動(dòng)范圍，但是主軸結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。2.控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)特征為了要把工件上各種復(fù)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(yùn)動(dòng)，因此，要求數(shù)控銑床的伺服拖動(dòng)系統(tǒng)能在多坐標(biāo)方向同時(shí)協(xié)調(diào)動(dòng)作，并保持預(yù)定的相互關(guān)系，這就要求機(jī)床應(yīng)能實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。數(shù)控銑床要控制的坐標(biāo)數(shù)最少是3坐標(biāo)中任意兩坐標(biāo)聯(lián)

23、動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工直線變斜角工件，應(yīng)實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。若要加工曲線變斜角工件，是要求實(shí)現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。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(jī)床相應(yīng)更高一些。1.1.3 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象數(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(diǎn)位控制功能、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)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(bǔ)償功能、靠模加工功能、自動(dòng)變換工作臺(tái)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(shí)，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

24、難加工的工件。數(shù)控銑床的主要加工對(duì)象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。1.1.4 自動(dòng)換刀裝置（atc）及其形式數(shù)控機(jī)床為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，現(xiàn)代的機(jī)床逐步發(fā)展為在一臺(tái)機(jī)床上在一次裝中完成多工序或全部工序的加工。數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多個(gè)工步，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)。對(duì)工件的多工序加工而設(shè)置的存儲(chǔ)及更換刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置(automatic tool changer，atc);自動(dòng)換刀（automatic tool change 簡(jiǎn)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

25、果再配以刀具和自動(dòng)換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心（machining center 簡(jiǎn)稱mc）。在這類數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)換刀裝置（atc）是必不可少的。例如加工中心機(jī)床又稱多工序自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，它主要是指具有自動(dòng)換刀及自動(dòng)改變工件加工位置工能的數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)換刀裝置是加工中心機(jī)床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動(dòng)換裝置的功能，對(duì)整機(jī)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(dòng)換刀裝置并同時(shí)自動(dòng)變換主軸轉(zhuǎn)速?？蓽p輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少換刀時(shí)間，既提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此，數(shù)控立式銑床作為數(shù)控銑床中數(shù)

26、量最多、應(yīng)用范圍也最廣的一種，對(duì)其附加能夠快速、準(zhǔn)確地?fù)Q刀的自動(dòng)換刀裝置是非常有必要的。各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)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)刀架換刀形式數(shù)控車床使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令轉(zhuǎn)位換刀?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須有良好的強(qiáng)度和剛性，以及合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每一次轉(zhuǎn)位之后具有盡可能高的重復(fù)定位精度。如：ck7815型數(shù)控車床采用ba200l刀架，其工作循環(huán)是：刀架接收數(shù)控裝置的指令一松開一轉(zhuǎn)到指令要求的位置一夾緊一發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束的信號(hào)。2

27、.更換主軸頭換刀形式在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭換刀是一種簡(jiǎn)單的換刀方式。主軸頭通有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。各個(gè)主軸頭上預(yù)先裝有各工序加工所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當(dāng)收到換刀指令時(shí),各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運(yùn)動(dòng)使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動(dòng)脫開。轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點(diǎn)是省去了自動(dòng)松夾、卸刀裝刀、夾緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作，從而顯著地減少了換刀時(shí)間，提高了換刀的可靠性，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因和空間位置的限制，主軸部件的剛性差且主軸的數(shù)目不可能很多。因此轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀通常只適用于工序較少，精度要求不太

28、高的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控銑床。3.帶刀庫的自動(dòng)換刀形式帶刀庫的自動(dòng)換刀形式主要是由刀庫和刀具交換裝置組成。目前這種換刀方法在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用最為廣泛。帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主軸箱和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于主軸箱內(nèi)只有一個(gè)主軸，所以主軸部件具有足夠剛度，因而能夠滿足各種精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量較多的刀具，可進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，可明顯提高數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。這種帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置特別適用于數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床和數(shù)控鏜床。刀庫的類型按刀庫的結(jié)構(gòu)形式可分為：圓盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁?、箱型式刀?箱型和線型；按設(shè)置部位的不同，刀庫可以分為：頂置式、側(cè)置式、懸掛式和落地式等多種類

29、型；按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為：普通刀庫(簡(jiǎn)稱刀庫)和主軸箱刀庫。雖然刀庫有多種形式，但數(shù)控機(jī)床上常用的主要是圓盤式和鏈?zhǔn)絻煞N。交換裝置的機(jī)械手形式也多樣，目前在數(shù)控機(jī)床上用得最多的是回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手。其他形式還有擺動(dòng)式單臂雙爪機(jī)械手、單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手、雙機(jī)械手等等。1.1.5 自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求1.刀具換刀時(shí)間短。2.刀具重復(fù)定位精度高。3.足夠的刀具儲(chǔ)存量。 4.刀庫占地面積小。5.換刀安全可靠。第2章 總體方案的確定2.1 刀庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1.1 確定刀庫容量決定刀庫容量時(shí)，首先要考慮加工工藝的需要，同時(shí)還要調(diào)查分析同類型、相近規(guī)格的自動(dòng)換刀機(jī)床的刀庫容量及其發(fā)

30、展趨勢(shì)。由于帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主要是在多品種、單件小批生產(chǎn)時(shí)使用，因而應(yīng)根據(jù)廣泛的工藝統(tǒng)計(jì)，依大多數(shù)工件加工時(shí)需要的刀具數(shù)來確定刀庫容量。例如，對(duì)功能較為齊全的加工中心而言，它可承擔(dān)多個(gè)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(jī)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2-1為刀庫容量與機(jī)床能加工工件的比率統(tǒng)計(jì)曲線。刀庫儲(chǔ)存量過大，導(dǎo)致刀庫的結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜,影響機(jī)床總體布局；儲(chǔ)存量過小，則不能滿足復(fù)雜零件的加工要求。因此，刀庫容量應(yīng)在經(jīng)濟(jì)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(shí)間。對(duì)自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床的刀

31、庫容量，有關(guān)資料曾對(duì)15000個(gè)零件進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)，指出不同工序加工時(shí)必須的刀具數(shù)不同，如圖2-1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(duì)xka5032a/c數(shù)控立式升降臺(tái)銑床，從使用和經(jīng)濟(jì)效率角度來看，容量為6的刀庫就可滿足要求了。2.1.2 確定刀庫形式由以上考慮xka5032a/c數(shù)控立式升降臺(tái)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(jiǎn)單，刀具排列較為緊湊，在刀庫容理定為6的情況下體積不大，

32、且取刀也較為方便，但需要考慮機(jī)械手的換刀動(dòng)作空間。2.1.3 刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如刀庫裝配圖所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動(dòng)機(jī)接通，其運(yùn)動(dòng)經(jīng)過十字聯(lián)軸器、波傳動(dòng)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(dòng)刀座上的6個(gè)刀套轉(zhuǎn)動(dòng)，完成選刀動(dòng)作。圖22 刀庫結(jié)構(gòu)2.1.4 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置刀庫的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于本刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且所需轉(zhuǎn)速小，所以決定采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有體積小，重量輕、伺服性好、力能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)，且該電機(jī)可用信號(hào)電壓進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。采用型號(hào)為90sz03的sz系列電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)為：功率0.092kw，轉(zhuǎn)速

33、3000r/min（袖珍機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊(cè)p1275）；降速傳動(dòng)裝置型號(hào)為xb3-50-100a的扁平式諧波傳動(dòng)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(jī)械師設(shè)計(jì)手冊(cè)p1078-1079）。2.1.5 初估刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩由于刀庫容量6，下面就以thk6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫為設(shè)計(jì)參考，采用經(jīng)驗(yàn)法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。thk6363型自動(dòng)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(dá)10kg，刀庫回轉(zhuǎn)由最大扭矩為25nm的液壓馬達(dá)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)在由于設(shè)計(jì)的刀庫容量為6把刀具，可初估刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(主要是指直接驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)

34、矩)為t0=8nm。2.1.5 刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)刀庫的主運(yùn)動(dòng)是圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖2-3所示,直流伺服電動(dòng)機(jī)通過彈性柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動(dòng)減速器聯(lián)接減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿,設(shè)計(jì)刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，由刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。己知直流伺服電動(dòng)機(jī)的功率為0.092kw,轉(zhuǎn)速為3000r/min,諧波傳動(dòng)減速器的傳動(dòng)比為100.傳動(dòng)效率為80%,電機(jī)經(jīng)減速器減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿,蝸桿為主動(dòng),蝸輪為從動(dòng),要求傳動(dòng)比為6,單向旋轉(zhuǎn),單班工作制,預(yù)計(jì)壽命為5年.圖23 刀庫傳動(dòng)示意圖1.選擇蝸桿傳動(dòng)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

35、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(shù)蝸桿蝸輪傳動(dòng)，以蝸桿為主動(dòng)，蝸輪為從動(dòng)。為了提高傳動(dòng)效率，取z1=6，傳動(dòng)比取6，單向旋轉(zhuǎn)，單工作制，預(yù)計(jì)壽命為5年。則z2= z1i= 66=36。4.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)m2d1kt2 (mm3)（1）計(jì)算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩t2初估傳動(dòng)效率=0.95,則t2=9549=9549=95490.95=133.53 nm其中n1 =3000/100=30(r/min)（2）載荷系數(shù)k=1.05（3）許用接觸應(yīng)力=2200.91.48=293.04 mpa式中, =220 mpa, 估計(jì)

36、滑動(dòng)速度5m/s，用浸沒潤滑,則由(參考文獻(xiàn)11) (p972圖182)查得滑動(dòng)速度影響系數(shù)=0.9,=1.48（其中=60at=60153008=3.6）；（4）計(jì)算m2d1值,并選定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1m2d11.05133.53=283.46 mm3;按資料查得模數(shù)m=3.15(mm), d1=35.5 (mm)(m2d1值應(yīng)大于計(jì)算值)5.驗(yàn)算滑動(dòng)速度（1）計(jì)算蝸桿速度=0.0558 m/s（2）計(jì)算滑動(dòng)速度=/=0.0558/=0.0632 m/s其中=,則初估的值合適。6.驗(yàn)算蝸輪齒彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式為（1）使用系數(shù)=1（2）動(dòng)載荷系數(shù)=1.03（3）載荷分布系數(shù)=1d1=35

37、.5 mm，=m=3.1536=113.4 mm,其中模數(shù)m=3.15(mm)。（4）蝸輪齒形系數(shù)=4.00（5）按蝸輪當(dāng)量齒數(shù)=/=36/=52.34,由圖172查得。（6）導(dǎo)程角系數(shù)=1-/120=1-/120=0.766（7）許用彎曲應(yīng)力=700.542=37.94 mpa（8）計(jì)算彎曲應(yīng)力=22.132由于，故滿足蝸輪輪齒強(qiáng)度條件。7.計(jì)算蝸桿蝸輪的主要參數(shù)（1）分度圓直徑=35.5，=m=3.1536=113.4mm（2）中心距aa=(+2m)/2=35.5+113.4+2(-0.1349)3.15/2=74 mm（3）蝸桿導(dǎo)程角 8.計(jì)算其他尺寸（1）蝸桿齒頂圓直徑 =+2=35.

38、5+23.15=41.8 mm，其中為蝸桿齒頂高，且=m=3.15 mm；（2）蝸輪喉圓直徑 =+2=113.4+20.86513.15=118.85 mm，其中為蝸輪齒頂高，且=+=1-0.1349=0.8651 mm；（3）蝸輪外圓直徑=+m=118.85+3.15=122 mm；（4）蝸桿齒寬 由于=6，故按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取=64 mm（5）蝸輪齒寬 0.67=0.6741.8 =28.006mm,取=28 mm；（6）蝸輪齒頂圓弧半徑 =-m=-3.15=14.6 mm（7）蝸輪齒根圓弧半徑=+c=+0.2m=+0.23.15=21.53 mm；（8）蝸桿軸向齒厚 =/2=3.15/2=4

39、.948 mm,其中為蝸桿軸向齒距；（9）蝸桿法向齒厚 =4.948=4.368 mm；（10）蝸輪分度圓齒厚 =0.5=0.53.15=4.948 mm。9.熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。在閉式傳動(dòng)中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)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(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量的條件進(jìn)行熱功平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內(nèi)。由于摩擦損耗的功率=（1-）kw,則產(chǎn)生的熱流量（單位為1w=1j/s）為=1000（1-）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

40、流量為=ka(-)w式中k熱導(dǎo)率，一般取k=8.717.5w(),環(huán)境空氣流通較差時(shí)，取較小值，否則取較大值；a傳動(dòng)裝置散熱的計(jì)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（）；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(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行熱平衡計(jì)算：=0.09280=0.0736 kw取=20,=0.95, k=10,并估算a=0. 006，則=20+=81.3380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(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。2.

41、1.6 刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核蝸輪轉(zhuǎn)速=5r/min,所能傳遞的功率為p=0.092800.95=0.07 kw,此時(shí)刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：t=120.3nmt0=8nm，其中=0.9為外花鍵帶動(dòng)刀盤回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)效率。由于tt0，所以，刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求。2.1.7 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算在刀庫的傳動(dòng)系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯(lián)接帶動(dòng)刀座上的刀套轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動(dòng)聯(lián)接。已知所用的花鍵類型為漸開線花鍵d=26mm,以下對(duì)其進(jìn)行必要的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算公式如下：p=pmpa 式中:t轉(zhuǎn)距（nmm），此處t=120.3nm=120.31000nmm；各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常取=0.70.8，此處取=0

42、.75；z齒數(shù)，此處z=6；齒的工作高度（mm），對(duì)漸開線花鍵，=m,此處m為模數(shù)，且取m=1.5mm；齒的工作長度（mm），此處=48mm；平均直徑（mm），對(duì)漸開線花鍵，此處=d=26mm。于是，把數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，得p=28.6mpa由于該花鍵聯(lián)接為不在載荷作用下移動(dòng)的動(dòng)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(shí)，p可達(dá)40-70 mpa，pp,故花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度滿足要求。2.1.8 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核刀套在刀座上的夾緊由插銷實(shí)現(xiàn)（見刀庫裝配圖）。插銷承受的主要是剪切力，以下對(duì)單個(gè)插銷進(jìn)行剪切強(qiáng)度的校核。插銷材料為45鋼，=60mpa,直徑d=6mm。剪切力由重

43、力引起，估算p=100n。插銷受力情況為雙剪切，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故插銷滿足強(qiáng)度條件要求。2.1.9 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(dòng)選刀。在刀庫中選擇刀具通常采用兩種方式。1.順序選擇刀具刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時(shí)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(gè)刀座內(nèi)。該法不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也比較簡(jiǎn)單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同工序中不能重復(fù)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

44、降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)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(cuò)。加工時(shí)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(dòng)換刀裝置。2.任意選擇刀具任意選擇刀具的換刀主要有三種編碼方式：刀套(刀座)編碼、刀具編碼、記憶編碼附件等方式。刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識(shí)別的編碼條，刀具（或刀座）編碼這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件加工順序排列，可以任意存放。每把刀具（或刀座）都編上代碼，自動(dòng)換刀時(shí)，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把

45、刀具（或刀座）都經(jīng)過“刀具識(shí)別裝置”接受識(shí)別。當(dāng)某把刀具（或刀座）的代碼與數(shù)控指令相符合時(shí)，該把刀具被選中，刀庫將刀具送到換到位置，等待機(jī)械手來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點(diǎn)是刀庫中刀具的排列順序與工作加工順序無關(guān)，刀具可重復(fù)使用。因此，刀具數(shù)量比較順序選擇法少一些,刀庫也相應(yīng)地簡(jiǎn)單些。刀庫選刀方式一般采用就近移動(dòng)原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據(jù)程序指令把下工序要用的刀具移到換刀位置時(shí)，都要向距離換刀最近的方向移動(dòng)，以節(jié)省選刀時(shí)間。在以上確定刀庫容量時(shí)已經(jīng)討論可知數(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(gè)容量為6把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程中需要重復(fù)利用刀具的情況，所以刀具的選擇方式

46、確定為順序選擇刀具。該法不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也比較簡(jiǎn)單，工作可靠。2.10 刀庫的定位與刀具的松夾刀庫的定位是由接近開關(guān)使直流伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后由雙向液壓帶動(dòng)定位銷6，插入刀座5上的定位孔，實(shí)現(xiàn)精確定位。在刀座5的每一個(gè)刀位上都裝有如圖所示的彈簧、導(dǎo)柱3、鍵塊1和銷2所組成的刀具固定裝置。由此實(shí)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(dāng)液壓缸4通油后，將導(dǎo)柱3拉出，使銷2退出，此時(shí)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(gè)，一個(gè)和定位銷在一起，自動(dòng)換刀時(shí)用，另一個(gè)在靠近立柱方向，用于刀庫手動(dòng)裝卸刀。 圖23 刀庫定位與夾緊機(jī)構(gòu) 第3章 刀具交換裝置

47、的設(shè)計(jì)3.1 換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)3.1.1 確定換刀機(jī)械手形式數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中,實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)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(jī)械手交換刀具, 另一種是由刀庫與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀具交換即無機(jī)械手交換刀具。無機(jī)械手交換刀具方式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)機(jī)床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由xka5032a/c數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的結(jié)構(gòu)特性決定難以實(shí)現(xiàn)由刀庫與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式。機(jī)械

48、手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)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(jìn)行加工的功能部件。對(duì)機(jī)械手的具體要求是迅速可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中，換刀機(jī)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(jī)械手； 圖31 機(jī)械手臂和手抓1手抓；2錐銷；3手臂；4、 5彈簧；6活動(dòng)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(jī)械手圖32互垂直機(jī)械手這種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動(dòng)作可靠，換好時(shí)間短，缺點(diǎn)是刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機(jī)械手離加工區(qū)較近。一般來說，這種機(jī)械手用于刀庫刀座軸線與機(jī)床主軸軸線

49、垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在xka5032a/c數(shù)控立式升降銑床的自動(dòng)換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。3.1.2 換刀機(jī)械手的工作原理下面是以在xka5032a/c數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的自動(dòng)換刀裝置中采用這種上機(jī)械手換刀的工作原理。該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手由機(jī)械手臂與45的斜殼體組成。機(jī)械手臂1形狀對(duì)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(dòng)（圖中未標(biāo)出），機(jī)械手有伸縮、回轉(zhuǎn)、抓刀、松刀等動(dòng)作。伸縮動(dòng)作：液壓缸（圖中未標(biāo)出）帶動(dòng)手臂托架5沿主軸軸向移動(dòng)?；剞D(zhuǎn)動(dòng)作：液壓缸2中的齒條輪通過齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸

50、4轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)手臂正向和反向180的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。抓刀、松刀動(dòng)作：機(jī)械手對(duì)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(dòng)爪10來實(shí)現(xiàn)。碟形彈簧實(shí)現(xiàn)夾緊，液壓缸實(shí)現(xiàn)松開。在活動(dòng)爪中有兩個(gè)銷子11，當(dāng)夾緊刀具時(shí)，插入刀柄凸緣的孔內(nèi)，確保安全、可靠。3.1.3 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過程的動(dòng)作順序 圖33 機(jī)械手換刀過程自動(dòng)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(dòng)將要用的刀具移動(dòng)到換刀位置，完成選刀過程，為下面換刀做好準(zhǔn)備，換刀即是機(jī)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(dòng)作的大致過程為：1.主軸箱回到最高處（z坐標(biāo)零點(diǎn)），同時(shí)實(shí)

51、現(xiàn)“主軸準(zhǔn)停”。即主軸停止回轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確停止在一個(gè)固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個(gè)固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對(duì)正端面鍵。2.機(jī)械手抓住主軸和刀庫上的刀具。3.把卡緊在主軸和發(fā)庫上的刀具松開。4.活塞桿推動(dòng)機(jī)械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具。5.機(jī)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(jī)械手松開主軸和刀庫上的刀具。9.當(dāng)機(jī)械手松開具后，限位開關(guān)發(fā)出“換刀完畢”的信號(hào)，主軸自由，可以開始加工或其他程序動(dòng)作。在自動(dòng)換刀的整個(gè)過程中，各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)均由限位開關(guān)控制，只有前一個(gè)動(dòng)作完成后，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，從而保證了運(yùn)動(dòng)的可靠性。

52、3.1.4 自動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當(dāng)?shù)毒叩侗b入錐孔時(shí)，刀柄上的鍵槽位置必須與該鍵對(duì)準(zhǔn)才能裝入。當(dāng)機(jī)械手從刀庫取刀時(shí)，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(zhǔn)確地停在刀具交換位置上。同時(shí)，由于工藝上的需要，也必須使主軸準(zhǔn)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(zhǔn)停。xka5032a/c數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的自動(dòng)換刀裝置，在每次自動(dòng)裝卸刀具時(shí)，都必須要求主軸準(zhǔn)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(zhǔn)停裝置以實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停功能。3.1.5 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試1.換刀機(jī)械手安裝在主軸箱的左側(cè)面，加工

53、零件時(shí)，換刀機(jī)械手隨主軸箱一起上下運(yùn)動(dòng)。2.當(dāng)初裝上換刀機(jī)械手后，必須進(jìn)行調(diào)試：用手動(dòng)操縱方式調(diào)整換刀機(jī)械手相對(duì)于主軸的位置，使用調(diào)整心棒，有誤差時(shí)可調(diào)整機(jī)械手行程、刀庫位置、機(jī)械手支座、修正主軸坐標(biāo)原點(diǎn)等。安裝最大重量刀具時(shí)，要進(jìn)行多次刀庫到主軸位置的自動(dòng)交換，使機(jī)械手換刀時(shí)做到準(zhǔn)確無誤，無撞擊。 第4章 自動(dòng)換刀裝置的控制原理4.1 自動(dòng)換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖 圖41 自動(dòng)換刀液壓原理圖液壓系統(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(hào)碼（如yv1、yv2、yv3），便于用戶進(jìn)行檢測(cè)與維修。4.2 自動(dòng)換刀裝置換刀動(dòng)作的順序控

54、制過程在自動(dòng)換刀裝置的整個(gè)換刀過程中，換刀動(dòng)作的控制由刀庫控制部分、換刀機(jī)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(gè)互相聯(lián)系的系統(tǒng)，以下根據(jù)該自動(dòng)換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖對(duì)其控制程作一下簡(jiǎn)要說明。1.刀庫控制部分 采用該自動(dòng)換刀裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，在加工工件的同時(shí)，下一個(gè)工序所需用到的刀具可隨刀庫轉(zhuǎn)到位置等候，這樣可以減少整個(gè)換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。刀庫自動(dòng)換刀時(shí)，由一個(gè)3位4通電磁閥yv1控制，當(dāng)yv1在右位接通時(shí)，換刀松開，而當(dāng)yv1在左位接通時(shí)，則實(shí)現(xiàn)換刀鎖緊動(dòng)作。2.機(jī)械手控制部份 機(jī)械手自動(dòng)換刀時(shí)，在換上新刀前，首先進(jìn)行的是拔刀動(dòng)作，然是180的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，接著是插刀動(dòng)作

55、，最后是機(jī)械手的手爪退出換刀位置完成整個(gè)換刀過程，機(jī)械手拔刀、插刀動(dòng)作是由一個(gè)3位4通電磁閥yv5控制，當(dāng)yv5在右位接通時(shí)，進(jìn)行插刀動(dòng)作，而當(dāng)yv5在左位接通時(shí)，則實(shí)現(xiàn)拔刀動(dòng)作；機(jī)械手的180回轉(zhuǎn)是由一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸來完成，它由一個(gè)3位4通的電磁閥yv7來控制；機(jī)械手的換刀鎖緊與換刀松開也是由一個(gè)3位4通的是電磁閥yv6控制，當(dāng)yv6在右位接通時(shí)，實(shí)現(xiàn)換刀松開動(dòng)作，而當(dāng)yv6在左位接通時(shí)，則實(shí)現(xiàn)換刀鎖緊動(dòng)作。3.主軸箱控制部分 主軸準(zhǔn)停后，主軸箱內(nèi)的刀具自動(dòng)卡緊裝置實(shí)現(xiàn)松開與鎖刀功能，基其松刀、鎖刀動(dòng)作也是由一個(gè)3位4通電磁閥yv4控制，當(dāng)y4在右位接通時(shí)，實(shí)現(xiàn)松刀動(dòng)作，而當(dāng)y4在左位接通時(shí)，

56、則實(shí)現(xiàn)鎖刀動(dòng)作。第五章 典型零件的設(shè)計(jì)5.1 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)5.1.1 聯(lián)軸器在刀庫的整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，有兩個(gè)場(chǎng)合用到了聯(lián)軸器，一是直流伺服電動(dòng)機(jī)軸與諧波傳動(dòng)減速器高速軸聯(lián)接處，二是諧波傳動(dòng)減速器低速軸與蝸桿軸聯(lián)接處，以下根據(jù)刀庫傳動(dòng)系統(tǒng)的工作要求來選擇聯(lián)軸器的類型。電動(dòng)機(jī)與減速器速軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速（300r/min），為減小啟動(dòng)載荷，緩和沖擊，應(yīng)選用具有較小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和具有彈性的聯(lián)軸器，此處選用彈性柱銷聯(lián)軸器，減速器低速軸與蝸桿軸聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于減速后軸的轉(zhuǎn)速較低（30r/min），不必要求具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但由于兩聯(lián)接軸要求同軸度較高、工作平穩(wěn)且無沖擊載荷，故可考慮采取結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、尺寸較小的筒聯(lián)軸器。5.1.2 聯(lián)軸器的選用由上述可知,本設(shè)計(jì)的刀庫容量?jī)H為6把刀具，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大于t0=8nm。由于本刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小