加工中心自動(dòng)換刀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、加工中心自動(dòng)換刀裝置構(gòu)造設(shè)計(jì)摘要本論文完成的是立式加工中心盤式刀庫的傳動(dòng)設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)以及機(jī)械手部分的傳動(dòng)設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)。盤式刀庫在數(shù)控加工中心上應(yīng)用非常廣泛，具換刀過程簡單，總體構(gòu)造簡單、緊湊，定位精度高。刀庫傳動(dòng)部分采用蝸輪蝸桿減速裝置，可進(jìn)步輸出軸的傳動(dòng)平穩(wěn)性能，即進(jìn)步刀盤的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。刀庫滿載裝刀16把，采用單環(huán)排列方式放置。本次設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用單臂雙手式機(jī)械手，可以同時(shí)完成插刀和拔刀動(dòng)作，構(gòu)造簡單，換刀時(shí)間短。機(jī)械手傳動(dòng)部分采用一個(gè)液壓升降缸和液壓回轉(zhuǎn)缸帶動(dòng)花鍵軸，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞立式加工中心；盤式刀庫；機(jī)械手；自動(dòng)換刀裝置Automatictoolchangerstr

2、ucturaldesignofmachiningcentersAbstractwhatfinishedinthispaperisdrivedesign,structuraldesignandthepowertransmissionpartsdesignofdisctoolmagazineinverticalmachiningcenter.ThistoolmagazineiswidelyappliedinNCmachiningcenter.Andtheprocessofchangingtoolsissimple,shortchangetime,highprecision,simpleandcom

3、pactofstructure,reliable,easymaintenancedandlowcost.Thetransmissionpartofthistoolmagazineadoptsgearreducer.Thedesignofwormgearboxdevicecanimprovethestationarityofoutputshaft,namely,increasingtheoperationstabilityandsmoothtransmissionpropertiesoftoolmagazine.Transmissiondeviceoftoolmagazineadoptsaadj

4、ustingsleevetoeliminatethetransmissionclearanceofworm.Thistoolmagazinecanload16cuttingtoolswhicharearrangedwithmonocylicandaccordingtotheprincipleofnearbytochoosetherighttool.Themanipulatorofthisdesignisthemanipulatorwithonearmandpairofhands.Theadvantageofthismanipulatoristhatitcancompletetheactiono

5、finsertingtoolandpullingoutthetoolatthesametime,simplestructureandshortchangetime.Mechanicaltransmissionpartadoptsahydraulicliftcylinderandhydrauliccylinderdrivesthesplineshaftrotation,thusdrivethemotionofthemanipulator.KeywordsVerticalmachiningcenter;Disctoolmagazine;Manipulator;AutomaticToolChange

6、r畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書一、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目加工中心自動(dòng)換刀裝置構(gòu)造設(shè)計(jì)二、畢業(yè)設(shè)計(jì)工作自2021年_11_月_19日起至2021年6月_10日止三、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展地點(diǎn)：校內(nèi)四、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容要求：隨著機(jī)械加工業(yè)的開展，制造行業(yè)對于帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的高效高性能加工中心的需求量越來越大。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是進(jìn)展加工中心自動(dòng)換刀裝置構(gòu)造設(shè)計(jì)：1、查閱有關(guān)自動(dòng)換刀系統(tǒng)方面的相關(guān)文獻(xiàn)，分析自動(dòng)換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、難點(diǎn)，撰寫開題報(bào)告；2、翻譯一篇科技文獻(xiàn)英譯漢或漢譯英；3、換刀動(dòng)作過程的設(shè)計(jì)；4、繪制換刀裝置構(gòu)造工程圖；5、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。進(jìn)度安排：（一）、第一階段1-4周1、開題報(bào)告含文獻(xiàn)綜述、參考資料等2、方

7、案論證和方案設(shè)計(jì)含初步的設(shè)計(jì)及計(jì)算3、完成ppt文檔，準(zhǔn)備第一階段考核二、第二階段5-10周1、完成第一張A02、完成第二或第三張的草圖繪制包括主要構(gòu)造3、準(zhǔn)備外文翻譯資料4、完成ppt文檔，準(zhǔn)備第二階段考核三、第三階段11-17周1、繪制要求的其余設(shè)計(jì)圖紙2、完成外文翻譯資料3、撰寫說明書準(zhǔn)備辯論主要參考文獻(xiàn)：3機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編寫組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊第三冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19868李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，200513馮辛安，黃玉美，杜君文.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社,200414劉瑞已.加工中心快速自動(dòng)換刀裝置J.機(jī)械工程

8、師，2004.11;84-8515向金林.TH7130立式加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J16王科社，張懷存.加工中心自動(dòng)換刀裝置淺議J17 MingCong,DongLiu.RecentPatentsinAutomaticToolChangersandApplicationsJ.RecentPatentsonEngineering,2021,3;117-12818 Beom-SahngRyuh,SangMinPark,GordonR.Pennock.AnautomatictoolchangerandintegratedsoftwareforaroboticdiepolishingstationJ

9、.MechanismandMachineTheory,200519陳芳，李繼中.盤式刀庫加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)控制J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007.10;149-151指導(dǎo)教師系（教研室）系（教研室）主任簽名批準(zhǔn)日期2012-12-30承受設(shè)計(jì)任務(wù)開始執(zhí)行日期學(xué)生簽名錯(cuò)誤!未定義書簽錯(cuò)誤!未定義書簽5引言1緒論222342加工中心自動(dòng)換刀裝置概述52.1加工中心自動(dòng)換刀裝置ATC形式、特點(diǎn)及各自應(yīng)用范圍6刀庫的形式6刀具的選擇方式7刀具（刀座）識(shí)別裝置7刀具交換裝置83總體方案設(shè)計(jì)10的方案設(shè)計(jì)10換刀過程10刀庫的傳動(dòng)1212換刀過程12機(jī)械手的傳動(dòng)134刀庫的設(shè)計(jì)1314按負(fù)載轉(zhuǎn)矩選14按加速時(shí)

10、的最大轉(zhuǎn)矩選14電機(jī)的校驗(yàn)15分配傳動(dòng)比164.2刀庫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)16初定刀套線速度16刀庫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)16235機(jī)械手的設(shè)計(jì)252526機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成26.1手爪口的設(shè)計(jì)26.2手爪鎖的設(shè)計(jì)及計(jì)算29.3手爪部分整體設(shè)計(jì)305.4機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)31.1液壓缸的設(shè)計(jì)35.2花鍵軸的設(shè)計(jì)38.3液壓系統(tǒng)的原理分析41致謝44參考文獻(xiàn)451952年世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)備在柔性、自動(dòng)化和效率上產(chǎn)生了宏大變革。1958年第一臺(tái)加工中心問世，它將多工序銃、鉆、鏈、錢、攻絲等加工集于一身；適應(yīng)加工多品種和大批量的工件；增加機(jī)床功能自動(dòng)換刀、自動(dòng)換工件、自動(dòng)檢測等，使

11、自動(dòng)化程度和加工效率上了一個(gè)新臺(tái)階；使無人化或長時(shí)間無人操作加工成為現(xiàn)實(shí)。加工中心已成為柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和自動(dòng)化工廠的根本單元。加工中心是數(shù)控機(jī)床中較為復(fù)雜的加工設(shè)備，由于其具有多種加工才能而得到廣泛的應(yīng)用，具強(qiáng)大的加工才能和效率得益于其配置的自動(dòng)換刀裝置。換刀裝置作為加工中心的重要組成部分，其主要作用在于減少加工過程中的非切削時(shí)間，進(jìn)步消費(fèi)率，降低消費(fèi)本錢，進(jìn)而提升機(jī)床乃至整個(gè)消費(fèi)線的消費(fèi)力。加工中心自動(dòng)換刀裝置是實(shí)現(xiàn)多工序連續(xù)加工的重要裝置，其構(gòu)造設(shè)計(jì)及其控制是實(shí)現(xiàn)加工中心設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵。加工中心的換刀過程較為復(fù)雜，動(dòng)作多，動(dòng)作間的互相協(xié)調(diào)關(guān)系多，因此自動(dòng)換刀系統(tǒng)性能的好壞

12、直接影響加工效率的上下。1緒論加工中心MachiningCenter,MC是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求而迅速開展起來的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，它是綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序，因此可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時(shí)間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床3倍4倍，所以說，加工中心不僅進(jìn)步了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中消費(fèi)率和自動(dòng)化程度最高的綜合性機(jī)床。將來加工中心的開展動(dòng)向是高速化、進(jìn)一步進(jìn)步精度和愈發(fā)完善的機(jī)能。加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表，是高新技術(shù)集成

13、度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，我國的加工中心從70年代開始，已有很大開展，但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)、技術(shù)開展的需要。隨著我國工業(yè)的不斷開展，推動(dòng)了模具制造業(yè)、機(jī)械加工業(yè)的宏大開展，使得數(shù)控機(jī)床的使用越來越普遍，而加工中心更是以其高自動(dòng)化程度得到廣泛應(yīng)用然而，目前市場上消費(fèi)和銷售的都是以大、中型的加工中心為主，小型加工中心幾乎是空白，而機(jī)械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學(xué)校等對小型加工中心存在著大量的需求。為加速我國加工中心的開展，需進(jìn)一步加強(qiáng)對加工中心的研究、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用。90年代以來，國外一些機(jī)床廠家先后開發(fā)出一批高速加工中心，其主要技術(shù)參數(shù)為：主軸最高轉(zhuǎn)速

14、：一般為1200015000r/min,有的高達(dá)4000060000r/min。坐標(biāo)軸的加工進(jìn)給最高速度：3060m/min,快速挪動(dòng)速度高達(dá)7080m/min。換刀時(shí)間（刀-刀）普遍在，有的快到；托板交換時(shí)間普遍在68s。目前，國產(chǎn)加工中心的主要品種是立式加工中心和臥式加工中心。為市場提供的產(chǎn)品主要是立式加工中心。其規(guī)格（是指工作臺(tái)寬度，單位：mm）一般為300、400、500、630和800o其中，前三種屬于較小規(guī)格產(chǎn)量較大；后兩種屬于中大型產(chǎn)量較小。目前，國產(chǎn)立式加工中心擁有的規(guī)格根本上覆蓋了中小型立式加工中心的規(guī)格范圍。在我國，人們習(xí)慣上把數(shù)控機(jī)床按其技術(shù)程度的上下分為高、中、低三個(gè)檔

15、次。所謂高檔數(shù)控機(jī)床是指高速度、高精度、五軸聯(lián)動(dòng)和工藝高度復(fù)合化的數(shù)控機(jī)床，包括部分重型機(jī)床；而所謂低檔數(shù)控機(jī)床主要是指以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主要特征的開環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、鉆床和銃床，具精度和速度都不高；其他數(shù)控機(jī)床那么屬于中檔數(shù)控機(jī)床，也就是人們常說的通用普及型數(shù)控機(jī)床。國產(chǎn)加工中心大多數(shù)產(chǎn)品的檔次屬于此范疇。國產(chǎn)加工中心目前存在的問題有：(1)技術(shù)程度上，與國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)程度相比大約落后1015年，在高精尖技術(shù)方面那么更大。(2)產(chǎn)品開發(fā)才能上，國內(nèi)消費(fèi)企業(yè)缺乏對產(chǎn)品競爭前的數(shù)控技術(shù)的深化研究與開發(fā)，特別是對加工中心應(yīng)用領(lǐng)域的拓展力度不強(qiáng)。(3)產(chǎn)業(yè)化程度上，市場占有率低，品種覆蓋率小

16、，雖然近年來國產(chǎn)加工中心的產(chǎn)量增加較快，但從總體上看，還沒有形成規(guī)模消費(fèi)；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心缺乏。(4)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)MTBF(平均無故障時(shí)間)大都超過1萬小時(shí)，但國際上知名品牌如：FANUC、SIEMENS等先進(jìn)企業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)MTBF已達(dá)8萬小時(shí)。國產(chǎn)加工中心MTBF雖有少數(shù)廠達(dá)500小時(shí)，但國外加工中心的先進(jìn)程度已達(dá)800小時(shí)。(5)刀庫和機(jī)械手的可靠性還比較低，近年來雖有改進(jìn)，但用戶仍然不放心。(6)位置精度，特別是重復(fù)定位精度還有待于進(jìn)一步進(jìn)步。(7)至于外觀粗糙，漏油、漏水、漏氣等老問題仍然不同程度的存在。加工中心將來開展趨勢有：1高速度、高效率眾所周知，機(jī)床

17、向高速化方向開展，不但可以大幅度進(jìn)步加工效率、降低加工本錢，而且還可進(jìn)步零件的外表加工質(zhì)量和精度。是進(jìn)入新世紀(jì)以來國內(nèi)外機(jī)床技術(shù)開展的重要趨勢。20世紀(jì)90年代以來，歐、美、日等工業(yè)興隆國家爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化開展步伐。高速主軸單元(電主軸，轉(zhuǎn)/min)、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件(快移速度60120m/min,切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min)、高效率的自動(dòng)換刀裝置、高性能數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的打破，到達(dá)了新的技術(shù)程度。2高精度追求加工中心的高精度，一直是世界各工業(yè)興隆國家努力的方向。當(dāng)前，在機(jī)械加工高精度的要求

18、下，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由土10m進(jìn)步到土5m;精細(xì)級(jí)加工中心的加工精度那么從土35(im進(jìn)步到±nm,甚至更高。3高可靠性隨著數(shù)控機(jī)床應(yīng)用領(lǐng)域的日益普及，數(shù)控機(jī)床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造廠家和數(shù)控機(jī)床制造廠家非常注重和追求的目的。數(shù)控機(jī)床也只有首先具有較高的可靠性，才能談得上高速度、高效率和高精度。這已經(jīng)是眾多的數(shù)控系統(tǒng)制造廠家和數(shù)控機(jī)床制造廠家達(dá)成的共識(shí)。當(dāng)前，國外先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF值已達(dá)8萬小時(shí)以上。按主軸加工時(shí)的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。臥式加工中心是指主軸軸線程度設(shè)置的加工中心。臥式加工中心有多種形式，如固定立柱式或固定工作臺(tái)式。固定立柱式的臥式加工中心的立柱不動(dòng)，其主軸箱在立柱上做上下挪動(dòng)，而工作臺(tái)可在兩個(gè)程度方向挪動(dòng)；固定工作臺(tái)式的臥式加工中心的三個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)由立柱和主軸箱的挪動(dòng)來定位，安裝工件的工作臺(tái)是固定不動(dòng)的（