數(shù)控銑床換刀裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要</p><p>　　本文介紹的是數(shù)控銑床自動(dòng)換刀裝置系統(tǒng)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，其整過換刀過程比較復(fù)雜。首先把加工過程中需要使用的全部刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，在機(jī)床外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式裝入刀庫。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

2、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。因?yàn)閄KA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床外形及其他性能參數(shù)等均與THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，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。</p><p>　　刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀

3、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)

4、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?？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(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。</p><p>　　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

5、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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：立式銑床 換刀系統(tǒng) 自動(dòng) </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 緒論..........................

6、....................................1</p><p>　　2. 數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)................................................2</p><p>　　2.1.1 數(shù)控機(jī)床的定義..................................................2</p>

7、;<p>　　2.1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 .............................................2</p><p>　　2.1.3 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況......................................... 2</p><p>　　2.1.4 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì).......................

8、.......................3</p><p>　　2.2 數(shù)控銑床的基本知識(shí)...............................................3 </p><p>　　2.2.1 數(shù)控立式銑床....................................................3</p><p>

9、　　2.2.2 數(shù)控臥式銑床....................................................3</p><p>　　2.2.3 立式臥式兩用數(shù)控銑床............................................3</p><p>　　2.3 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征...............................

10、................4</p><p>　　2.3.1 數(shù)控銑床的主軸基本結(jié)構(gòu)特征......................................4</p><p>　　2.3.2 控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)基本特征......................................4</p><p>　　2.4 數(shù)控銑床主要實(shí)現(xiàn)功能及加

11、工對(duì)象...................................4</p><p>　　2.4.1 數(shù)控銑床的功能..................................................4</p><p>　　2.4.2 ATC及其形式.....................................................5<

12、/p><p>　　2.4.3自動(dòng)換刀裝置系統(tǒng)的基本要求.......................................6</p><p>　　3. 數(shù)控銑床自動(dòng)換刀裝置的總體思路.....................................7</p><p>　　3.1 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床及其主要參數(shù).......

13、..................7</p><p>　　3.1.2 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)........................8</p><p>　　3.1.3 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)..................8</p><p>　　3.2 換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)........

14、.......................................10</p><p>　　3.3 換刀裝置系統(tǒng)的形式...............................................10</p><p>　　4. 刀庫的設(shè)計(jì)........................................................12

15、</p><p>　　4.1 刀庫的容量設(shè)計(jì)...................................................12</p><p>　　4.2 刀庫的形式設(shè)計(jì)...................................................13</p><p>　　4.3 刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)......

16、.............................................13</p><p>　　4.4 初估刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī).......................................14</p><p>　　4.4.1 刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)思路......................................14</p&g

17、t;<p>　　4.4.2 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置........................................14</p><p>　　4.4.3 初步估刀算庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩............................................15</p><p>　　4.5 刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì).............

18、................15</p><p>　　4.6 刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核...............................................19</p><p>　　4.7 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度...................................................19</p><p>　　4.8

19、 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核.......................................20</p><p>　　5. 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)................................................21</p><p>　　5.1 刀具的選擇.........................................

20、..............21</p><p>　　5.1.1 順序選擇刀具...................................................21</p><p>　　5.1.2 任意選擇刀具...................................................21</p><p>　　5.2

21、 刀庫的定位與刀具的松夾..........................................22</p><p>　　5.3 設(shè)計(jì)換刀機(jī)械手形式..............................................23</p><p>　　5.4 機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)..........................................

22、........24</p><p>　　5.5 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過程的動(dòng)作順序..................................26</p><p>　　5.6 機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸齒輪齒條設(shè)計(jì)........................................27</p><p>　　5.7 換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求.......

23、...................................27</p><p>　　5.7.1 主軸準(zhǔn)停裝置...................................................27</p><p>　　5.7.2 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試.........................................28</p>

24、<p>　　5.8 自動(dòng)換刀程序的編制..............................................28</p><p>　　6. 換刀裝置的控制原理...............................................30</p><p>　　6.1 換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖..................

25、......................30</p><p>　　6.2 換刀機(jī)械手的工作原理............................................30</p><p>　　7. 典型零件的設(shè)計(jì)...................................................32</p><p>　

26、　7.1 聯(lián)軸器..........................................................32</p><p>　　7.1.1 聯(lián)軸器的參數(shù)...................................................32</p><p>　　7.1.2 聯(lián)軸器的選擇...........................

27、........................32</p><p>　　7.2 離合器類型的選擇................................................32</p><p>　　7.3 蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求......................................33</p><p>　　結(jié)論

28、.............................................................34</p><p>　　致 謝...........................................................35</p><p>　　參考文獻(xiàn)..........................................

29、...............36</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)加工過程的高度自動(dòng)化，已越來越引起人們的重視。生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)換刀裝置系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝

30、配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面數(shù)控機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中，機(jī)械加工的快速上下刀、精確的加工都使數(shù)控機(jī)床以及數(shù)控加工中心的應(yīng)用顯得十分重要。據(jù)詳實(shí)的資料統(tǒng)計(jì)，這些費(fèi)用占全部加工費(fèi)用的五分之一以上。而大規(guī)模的機(jī)械加工中，時(shí)間的節(jié)省越來越成為生產(chǎn)者和工程設(shè)計(jì)者（或者技術(shù)人員）的追求方

31、向，這也是未來工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)已被廣泛用于航空、航天以及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。我國目前研制的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置大多還是專用數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置。該裝置的結(jié)構(gòu)形式比較簡單，專用性強(qiáng)，僅附屬于某臺(tái)機(jī)床。雖然其有著通用換刀裝置無法比擬的批量大，對(duì)某些設(shè)備（或者機(jī)加零件）的加工精確性高的優(yōu)點(diǎn)，但就目前來看，專用換刀裝置存在著適應(yīng)性不強(qiáng)的弊端。這就要對(duì)其進(jìn)行必要的改造，使其適應(yīng)未來的工業(yè)發(fā)展的需要

32、。由于數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置改變工作程序較方便，特別適用于多品種、小批量的生產(chǎn)。換刀裝置在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用只有三十年的歷史，但這些裝置在國外得到相當(dāng)重視。所以設(shè)計(jì)生產(chǎn)使用數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心一類的較為高級(jí)的機(jī)加設(shè)備是迫在眉睫的。雖然目前我國的數(shù)控加工中心等大型設(shè)備還是依賴進(jìn)口，但相信不久的將來我國必然會(huì)設(shè)計(jì)研制出自己的設(shè)備，這需要我們所有人的不懈努力。</p><p>　　2. 數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)</p

33、><p>　　2.1.1 數(shù)控機(jī)床的定義</p><p>　　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，簡稱數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　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

34、較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。</p><p>　　2.1.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 </p><p>　　回顧數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段，六代的發(fā)展歷程。第一個(gè)階段叫做NC階段，經(jīng)歷了電子管、晶體管、和小規(guī)模集成電路三代。自1970年開始小型計(jì)算機(jī)開始用于數(shù)控系統(tǒng)就進(jìn)入了第二個(gè)階段，叫做CNC階段，成為第四代數(shù)控系統(tǒng)：從1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)即發(fā)展到第五代。經(jīng)過十多

35、年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)從性能到可靠性都得到了根本性的提高。實(shí)際上從20世紀(jì)末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專用封閉的系統(tǒng)，而第六代——開放式數(shù)控系統(tǒng)將代表著數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 </p><p>　　2.1.3我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況 </p><p>　　在對(duì)內(nèi)搞活，對(duì)外開放的方針指引下

36、，于1980年開始引進(jìn)日本就有70年代末期水平的微處理器數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服拖動(dòng)技術(shù)。并于1981年開始生產(chǎn)，到1988年又開始引進(jìn)美國的GE和DYNAPATH公司的數(shù)控系統(tǒng)和拖動(dòng)技術(shù)，在上海市機(jī)床研究所和遼寧精密儀器廠組織生產(chǎn)。1985年以后，我國的數(shù)控機(jī)床的可供品種已超過300種，其中數(shù)控機(jī)床占40%，加工中心占27% ，其它品種為重型機(jī)床、鏜銑床、電加工機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。目前我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家共有100多家，其中能批量生

37、產(chǎn)的企業(yè)有42家，平均年產(chǎn)量40~50臺(tái)，幾家重點(diǎn)企業(yè)年產(chǎn)量可以達(dá)到400~700臺(tái)；數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)約50家，但生產(chǎn)具有一定批量的只有8家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)共計(jì)300余家，產(chǎn)品品種包括八大類2000種以上。我國的數(shù)控系統(tǒng)分為三種類型，經(jīng)濟(jì)型、普及型、和高級(jí)型。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，我國具有很大優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前每年數(shù)千臺(tái)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床和電加工機(jī)床的市場(chǎng)上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)了絕大份額。在普及型數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)上，我們正在取得進(jìn)展。當(dāng)然，

38、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)在市場(chǎng)的開拓上仍要盡更大的力量。新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分</p><p>　　2.1.4數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) </p><p>　　國際上，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)正朝著高速度高精度化、高可靠性、多功能化、智能化、集成化、具有開放性、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)、并聯(lián)機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的方向發(fā)展。</p><p>　　2.2數(shù)控銑床的基本知識(shí)</p>

39、;<p>　　數(shù)控銑床大致按安放方式分為三類</p><p>　　2.2.1數(shù)控立式銑床</p><p>　　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

40、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)。</p><p>　　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

41、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。</p><p>　　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。</p><p>　　2.2.2數(shù)控臥式銑床</p><p>　　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

42、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”?？梢允∪ピS多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷丁?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。</p><p>　　2.2.3立式臥式兩用數(shù)控銑床</p><p

43、>　　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。</p><p>　　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、臥兩用數(shù)控銑床，其主軸頭可以任意轉(zhuǎn)換方

44、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。</p><p>　　2.3數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征</p><p>　　2.3.1數(shù)控銑床的主軸基本結(jié)構(gòu)特征</p><p>　　數(shù)控銑床的主軸開啟與停止，主軸

45、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)

46、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。</p><p>　　2.3.2控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)基本特征</p><p>　　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

47、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)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。</p><p>　　2.4數(shù)控銑床主要實(shí)現(xiàn)功能及加工對(duì)象</p><p>　　2.4.1數(shù)控銑床的功能</p>

48、<p>　　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?。如刀具長度補(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。</p><p>　　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

49、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(duì)象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。</p><p>　　2.4.2 ATC及其形式</p><p>　　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，

50、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(dòng)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(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)

51、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。可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少換刀時(shí)間，既提高了機(jī)</p><p>　　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

52、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：</p><p>　　1)回轉(zhuǎn)刀架換刀形式</p><p>　　數(shù)控車床使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種簡單的自動(dòng)換刀裝置。根據(jù)不同加工對(duì)象，可以設(shè)計(jì)成四方和六角刀架或其他等多種形式?；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

53、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)。</p><p>　　2)更換主軸頭換刀形式</p><p>　　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

54、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。</p><p>　　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

55、換刀通常只適用于工序較少，精度要求不太高的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控銑床。</p><p>　　3)帶刀庫的自動(dòng)換刀形式</p><p>　　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

56、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。</p><p>　　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型；按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為：普通刀庫(簡稱刀庫)和主軸箱刀庫。雖然刀庫有多種形式，但數(shù)控

57、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。</p><p>　　2.4.3自動(dòng)換刀裝置系統(tǒng)的基本要求</p><p>　　1）刀具換刀時(shí)間短。</p><p>　　2）刀具重復(fù)定位精度高。</p><p>

58、　　3）足夠的刀具儲(chǔ)存量。</p><p>　　4）刀庫占地面積小。</p><p><b>　　5）換刀安全可靠。</b></p><p>　　3. 數(shù)控銑床自動(dòng)換刀裝置的總體思路</p><p>　　依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，我們的任務(wù)是給數(shù)控立式銑床設(shè)計(jì)安裝合適的自動(dòng)換刀裝置。選定以XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床

59、為設(shè)計(jì)平臺(tái)，其主要技術(shù)參數(shù)為： </p><p>　　刀庫容量：4-6 </p><p>　　2）選刀方式：順序選刀 </p><p><b>　　3）重復(fù)精度：5"</b></p><p>　　XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主要由床身、升降臺(tái)、工作臺(tái)、立銑頭、主傳動(dòng)、主變速、拉

60、刀機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等部分組成。機(jī)床本身并不帶自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置作為一套獨(dú)立的、完整的機(jī)床部件，設(shè)計(jì)依據(jù)是該機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。</p><p>　　3.1XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床及其主要參數(shù)</p><p>　　XKA5032A型數(shù)控立式升降臺(tái)銑床是一種使用范圍廣泛的機(jī)床，根據(jù)用戶要求，配置國內(nèi)外（OSP-U10

61、M、SIEMENS802D、華中Ⅰ號(hào)）先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，可手動(dòng)或自動(dòng)操作。它可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸同時(shí)定位/直線插補(bǔ)，同時(shí)二軸圓弧插補(bǔ)。OPS全域絕對(duì)位置檢測(cè)。每次開機(jī)無須回零，簡化機(jī)床操作。尤其在發(fā)生停機(jī)、斷電、更換程序等情況后再啟動(dòng)時(shí)不用整機(jī)回零，可以直接開機(jī)，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?？刹捎弥鞒绦?、子程序進(jìn)行編程，最小單位可選0.001mm。具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系，絕對(duì)值、增量可并用。

62、各有50組刀具長度、半徑長度補(bǔ)償。彩色LCD中文顯示，具良好人機(jī)對(duì)話窗口，系統(tǒng)具有160m存儲(chǔ)容量，可進(jìn)行程序編輯、管理，可用RS-232C接口、1.44軟盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、輸出, 便于加工程序的管理?？梢詫?duì)程序進(jìn)行模擬加工，刀具軌跡跟蹤及動(dòng)畫仿真、圖形動(dòng)畫顯示，記錄運(yùn)行時(shí)間及作業(yè)信息。</p><p>　　XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床是北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)的帶有立銑頭的立式銑床，為機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，三坐標(biāo)聯(lián)

63、動(dòng)，是一種使用很廣的機(jī)床，它可以使用各種圓柱銑刀、角度銑刀及端面銑刀完成直線銑削，組成各種往復(fù)循環(huán)和框式循環(huán)或按坐標(biāo)位置加工孔，也可以銑削具有輪廓的零件，如凸輪、樣板、模具、葉片、弧形槽等；該機(jī)床適用于機(jī)械制造的各種類部門，也適用于軍工部門。</p><p>　　3.1.2XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　1)主傳動(dòng)系統(tǒng)為7.5Kw的交流電動(dòng)機(jī)通過彈性

64、連軸器驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)箱，主傳動(dòng)箱內(nèi)有三組滑移齒輪,液壓預(yù)選變速機(jī)構(gòu)推動(dòng)各滑移齒輪,組成18種轉(zhuǎn)速,再傳到銑頭上的主軸，主傳動(dòng)箱內(nèi)有電磁制動(dòng)器,主軸制動(dòng)迅速平穩(wěn)。</p><p>　　2)進(jìn)給系統(tǒng) X、Y、Z三個(gè)座標(biāo)的進(jìn)給，都是由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。電機(jī)通過同步齒形帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而使部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)。伺服電機(jī)及其相應(yīng)的速度控制單元和用于位置檢測(cè)的脈沖編碼器等均受控于數(shù)控系統(tǒng)；以完成各種進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p>

65、<p>　　同步齒形帶可張緊以減少傳動(dòng)間隙，噪聲亦可降低。</p><p>　　垂向電機(jī)是帶制動(dòng)器的，當(dāng)斷電時(shí)，垂向剎緊，以防止升降臺(tái)因自重而下滑。</p><p>　　3)銑頭上的立式主軸，有符合國際標(biāo)準(zhǔn)的(ISO)No.50錐孔，可安裝標(biāo)準(zhǔn)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。

66、</p><p>　　4)刀柄采用標(biāo)準(zhǔn)XT50形式，可與萬能銑床刀柄通用。</p><p><b>　　5)潤滑系統(tǒng)</b></p><p>　　自動(dòng)潤滑站配以遞進(jìn)式分油器，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌副、滾珠絲杠副及齒輪副等進(jìn)行自動(dòng)的定時(shí)定量潤滑，每次加油量和兩次間的時(shí)間間隔都是可調(diào)的，力求保證每個(gè)潤滑點(diǎn)的合理油量。</p><p>　

67、　6)機(jī)床采用側(cè)掛式電柜和吊掛式操縱站，機(jī)電一體，整體裝運(yùn)，安裝方便，集中操縱但能又多位置操作。</p><p>　　7)半自動(dòng)的裝卸刀機(jī)構(gòu),安裝在銑頭的上方，通過兩個(gè)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(huì)影響刀具的裝卸。</p><p>　　3.1.3XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表一 機(jī)床主要

68、規(guī)格及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　故該機(jī)床推薦使用的最大切削范圍如下：</p><p>　　銑切鋼：鋼的含碳量0.45%，抗拉強(qiáng)度600N/mm2。銑刀直徑100mm，齒數(shù)4；</p><p>　　銑切寬度50mm，銑切深度3 mm；主軸轉(zhuǎn)速750 r/min，進(jìn)給量750mm/min。</p><p>　　銑切灰鑄鐵：材料HT200，硬度

69、HB150～225。銑刀直徑250mm，齒數(shù)14；</p><p>　　銑切寬度150mm，銑切深度3.7 mm；主軸轉(zhuǎn)速47.5 r/min，進(jìn)給量300mm/min</p><p>　　3.2換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　在銑削輪廓時(shí)，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(shí)際的生產(chǎn)加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀

70、，因?yàn)榇笾睆姐姷秳傂院?，耐用度高。由XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當(dāng)銑切鋼時(shí)，銑刀直徑為100 mm。當(dāng)銑灰鑄鐵時(shí)，銑刀直徑達(dá)250mm。因此，為了滿足該機(jī)床的實(shí)際加工能力與生產(chǎn)情況，在設(shè)計(jì)其自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)的換刀裝置能交換250mm的刀具。</p><p>　　初估最大直徑刀具的重量為8kgf。</p><p>　　

71、3.3換刀裝置系統(tǒng)的形式</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機(jī)床的種類、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。</p><p>　　由于XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床是一種使用范圍較廣的機(jī)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(dòng)換刀形式。</p><p>　　帶刀庫的自

72、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，其整過換刀過程比較復(fù)雜。首先把加工過程中需要使用的全部刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，在機(jī)床外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式裝入刀庫。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。存放刀具的刀庫可具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為獨(dú)立部件安裝在機(jī)床以外。</p>

73、;<p>　　XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主軸箱上方?jīng)]有好的安裝位置，安裝在機(jī)床外又要增加刀具運(yùn)輸時(shí)間，降低效率，所以安裝在機(jī)床側(cè)面最合適，有些部件交錯(cuò)的地方，作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因?yàn)閄KA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床外形及其他性能參數(shù)等均與THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計(jì)成由由盤式刀庫和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。設(shè)計(jì)增加自動(dòng)換

74、刀裝置后的XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的外觀圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的外觀圖</p><p><b>　　4. 刀庫的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　刀庫是帶刀庫自動(dòng)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(duì)數(shù)控機(jī)床的性能有很大影響。</p>&

75、lt;p>　　4.1刀庫的容量設(shè)計(jì)</p><p>　　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)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

76、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4-1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

77、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14—40把刀具的刀庫就能夠滿足70％-95</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　4.2刀庫的形式設(shè)計(jì)</p><p>　　由以上考慮XKA5032A/C

78、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，這種刀庫結(jié)構(gòu)簡單且緊湊，但為了換刀時(shí)刀具與主軸同向，刀庫中的刀具需在換刀位置作90°翻轉(zhuǎn)。但需要考慮機(jī)械手的換刀動(dòng)作空間。</p><p>　　4.3刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　如刀庫裝配圖所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指

79、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。</p><p><b>　　圖4-2</b></p><p>　　4.4初估刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)</p><p>　　刀庫回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多數(shù)采用液壓馬達(dá)、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并沒有降速傳動(dòng)裝置。

80、 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)念法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　4.4.1 刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)思路</p><p>　　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)10kgf，刀庫回轉(zhuǎn)由最大扭矩為25N·m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

81、刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為T0=8N·m。</p><p>　　刀庫回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多數(shù)采用液壓馬達(dá)、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。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。由參考資料11 P1275表查選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90SZ03的SZ系列電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，功率為0.092 kw。4.4.2初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)

82、裝置</p><p>　　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

83、速器，其基本參數(shù)為：輸入功率0.092KW，輸出轉(zhuǎn)矩18N·m（《袖珍機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊(cè)》P1078-1079）。</p><p>　　4.4.3初步估刀算庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　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，

84、最大刀具重達(dá)10kgf，刀庫回轉(zhuǎn)由最大扭矩為25N·m的液壓馬達(dá)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動(dòng)?，F(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)矩)為T0=8N·m。</p><p>　　4.5刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　刀庫的主運(yùn)動(dòng)是圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖3-3所示,直流伺服電動(dòng)機(jī)1通過彈性柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動(dòng)減速器2聯(lián)接

85、減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿3,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)。</p><p>　　己知直流伺服電動(dòng)機(jī)1的功率為0.092KW,轉(zhuǎn)速為3000R/MIN,諧波傳動(dòng)減速器2的傳動(dòng)比為100.傳動(dòng)效率為80%,1經(jīng)2減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿3,蝸桿為主動(dòng),蝸輪為從動(dòng),要求傳動(dòng)此為6,單向旋轉(zhuǎn),單班工作制,預(yù)計(jì)壽命為5年.</p><p>　　1)選擇蝸桿傳動(dòng)類型</p>&l

86、t;p>　　根據(jù)GB10085—88的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）。</p><p><b>　　2)選擇材料</b></p><p>　　蝸桿采用45鋼，齒面淬火，硬度為45～50HRC；蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，=220 MPa，=220 MPa。</p><p><b>　　3)確定主要參數(shù)<

87、/b></p><p>　　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= Z1ⅹi= 6ⅹ6=36。</p><p>　　4)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　m2d1KT2 (mm3)</p><p>　　a)計(jì)算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2</p&

88、gt;<p>　　初估傳動(dòng)效率η=0.95,則</p><p>　　T2=9549=9549η=9549ⅹ0.95=133.53 N·m</p><p>　　其中n1 =3000/100=30(r/min)</p><p>　　b)載荷系數(shù)K=1.05</p><p><b>　　c)許用接觸應(yīng)力</b

89、></p><p>　　==220ⅹ0.9ⅹ1.48=293.04 MPa</p><p>　　式中, =220 MPa, </p><p>　　估計(jì)滑動(dòng)速度<5m/s，用浸沒潤滑,則由查得滑動(dòng)速度影響系數(shù)=0.9,=1.48（其中=60at=60ⅹ1ⅹⅹ5ⅹ300ⅹ8=3.6ⅹ）；</p><p>　　d)計(jì)算m2d1值,并選定

90、模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1</p><p>　　m2d1ⅹ1.05ⅹ133.53=283.46 mm3;</p><p>　　查得模數(shù)m=3.15(mm), d1=35.5 (mm)</p><p>　　(m2d1值應(yīng)大于計(jì)算值)</p><p><b>　　5)驗(yàn)算滑動(dòng)速度</b></p><p&g

91、t;<b>　　a)計(jì)算蝸桿速度</b></p><p>　　===0.0558 m/s</p><p><b>　　b)計(jì)算滑動(dòng)速度</b></p><p>　　=/=0.0558/=0.0632 m/s</p><p>　　其中===,則初估的值合適。</p><p>　

92、　6)驗(yàn)算蝸輪齒彎曲強(qiáng)度</p><p><b>　　驗(yàn)算公式為</b></p><p><b>　　a)使用系數(shù)=1</b></p><p>　　b)動(dòng)載荷系數(shù)=1.03</p><p>　　c)載荷分布系數(shù)=1</p><p>　　d1=35.5 mm，=m=3.1536

93、=113.4 mm,其中模數(shù)m=3.15(mm)。</p><p>　　d)蝸輪齒形系數(shù)=4.00</p><p>　　e)按蝸輪當(dāng)量齒數(shù)=/=36/=52.35。</p><p>　　f)導(dǎo)程角系數(shù)=1-/120°=1-/120=0.766</p><p><b>　　g)許用彎曲應(yīng)力</b></p&g

94、t;<p>　　==700.542=37.94 MPa</p><p><b>　　h)計(jì)算彎曲應(yīng)力</b></p><p><b>　　=22.132</b></p><p>　　由于<，故滿足蝸輪輪齒強(qiáng)度條件。</p><p>　　7)計(jì)算蝸桿蝸輪的主要參數(shù)</p>

95、;<p><b>　　a)分度圓直徑</b></p><p>　　=35.5，=m=3.1536=113.4mm</p><p><b>　　b)中心距a</b></p><p>　　a=(++2m)/2=[35.5+113.4+2(-0.1349)3.15]/2=74 mm</p><p

96、><b>　　c)蝸桿導(dǎo)程角 </b></p><p><b>　　8)計(jì)算其他尺寸</b></p><p>　　a)蝸桿齒頂圓直徑 =+2=35.5+23.15=41.8 mm，</p><p>　　其中為蝸桿齒頂高，且=m=3.15 mm；</p><p>　　b)蝸輪喉圓直徑

97、 =+2=113.4+20.86513.15=118.85 mm，</p><p>　　其中為蝸輪齒頂高，且=+=1-0.1349=0.8651 mm；</p><p>　　c)蝸輪外圓直徑=+m=118.85+3.15=122 mm；</p><p>　　d)蝸桿齒寬 由于=6，故按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取=64 mm</p><p>　

98、　e)蝸輪齒寬 0.67=0.6741.8 =28.006mm,取=28 mm；</p><p>　　f)蝸輪齒頂圓弧半徑 =-m=-3.15=14.6 mm</p><p>　　g)蝸輪齒根圓弧半徑 =+c=+0.2m=+0.23.15=21.53 mm；</p><p>　　h)蝸桿軸向齒厚 =/2==3.15/2=4.948

99、 mm,其中為蝸桿軸向齒距；</p><p>　　i)蝸桿法向齒厚 ==4.948=4.368 mm；</p><p>　　j)蝸輪分度圓齒厚 =0.5=0.53.15=4.948 mm。</p><p><b>　　9)熱平衡計(jì)算</b></p><p>　　蝸桿傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。

100、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)。</p><p>　　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</p><p>　　=1000（1-）W</p><p>

101、　　式中為蝸桿傳遞的功率（單位：kW）。</p><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</p><p><b>　　=kA(-)W</b></p><p>　　式中k——熱導(dǎo)率，一般取k=8.7～17.5W(),環(huán)境空氣流通較差時(shí)，取較小值，否則取較大值；</p><p>　　A——傳動(dòng)裝置

102、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（）；</p><p>　　——潤滑油的工作溫度，一般限制在60～70，最高不能超過80；</p><p>　　——周圍環(huán)境溫度，一般取室溫=20。</p><p>　　按熱平衡條件=，可求得在既定工作條件下的沒溫為</p><p><b>　　=+ </b&

103、gt;</p><p>　　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：</p><p>　　=0.09280=0.0736 kW</p><p>　　取=20,=0.95, k=10,并估算A=0. 006，則</p><p>　　=20+=81.33＞80</p><p>　　由于＞80,超過最高工作溫度，所以必須

104、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。</p><p>　　4.6刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核</p><p>　　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===120.3N·m＞T0=8N·m，其中=0.9為外花鍵帶動(dòng)刀盤回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)效率。由于T＞T0，所以，刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求。<

105、/p><p>　　4.7花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度</p><p>　　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><p>　　p=[p]MPa 式中:</p><p>　　T——轉(zhuǎn)距（N·mm），此

106、處T=120.3N·m=120.31000N·mm；</p><p>　　——各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常取=0.70.8，此處取=0.75；</p><p>　　z——齒數(shù)，此處z=6；</p><p>　　——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；</p><p>　　——齒的工作長

107、度（mm），此處=48mm；</p><p>　　——平均直徑（mm），對(duì)漸開線花鍵，此處=d=26mm。</p><p>　　于是，把數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，得p===28.6MPa</p><p>　　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，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)4070 MPa，p[p],故花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度滿足要求。</p>

108、<p>　　4.8夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核</p><p>　　刀套在刀座上的夾緊由插銷實(shí)現(xiàn)。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。</p><p>　　插銷材料為45鋼，[]=60MPa,直徑d=6mm。</p><p>　　剪切力由重力引起，估算P=100N。</p><p>　　可知該情況為雙剪切，且

109、由平衡方程易得Q=P/2,</p><p>　　于是，插銷橫截面上的剪切力為</p><p>　　= Q/A=(100)/[]=1.8MPa[]</p><p>　　故插銷滿足強(qiáng)度條件要求。</p><p>　　5. 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　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

110、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