【正文】 ........................................21一、摘 要隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動刀庫方向發(fā)展。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等.本設計采用電氣組合驅(qū)動，主要完成了八工位臥式刀架的機械結構設計和利用三菱FX2N可編程控制器（PLC）對自動換刀系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進行設計。其自動換刀的形式為無機械手換刀，換刀過程中刀盤需要橫向移動到合適的位置，使機床主軸便于與刀庫交換刀具。刀庫的選刀方式為任意選刀，換刀過程中，刀盤需要轉(zhuǎn)動從而進行選刀，這就需要刀庫分度裝置對裝有刀具的刀盤進行分度，并且利用接觸傳感器對刀具進行計數(shù)，并把所得的電信號傳遞給數(shù)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)刀具的快速準確選擇。在本設計中，刀庫橫移裝置的設計利用的是氣壓傳動機構來實現(xiàn)刀庫的橫移運動；而刀庫分度裝置的設計利用的是槽輪機構對刀盤進行分度。機械設計主要包括分度機構及定位機構的選擇和刀架主軸，電機的選擇，工作臺和絲桿，氣缸等設計?？刂撇糠譃樽詣訐Q刀工作方式。關鍵詞：數(shù)控刀架，PLC控制，電機，橫移裝置，分度裝置，刀庫二、自動換刀系統(tǒng)機械設計 數(shù)控臥式銑床的結構 數(shù)控立臥式銑床主要由機床床身、機床數(shù)控系統(tǒng)，刀庫裝置，進給電機，單氣缸等零部件組成。從數(shù)字控制技術特點看．由于效控機床采用了伺服電機，應用數(shù)字技術實現(xiàn)了對機床執(zhí)行部件工作順序和運動位移的直接控制，傳統(tǒng)機床的變速箱結構被取消或部分取消了，因而機械結構也大大簡化了。數(shù)字控制還要求機械系統(tǒng)有較高的傳動剛度和無傳動間隙，以確保控制指令的執(zhí)行和控制品質(zhì)的實現(xiàn)。同時．由于計算機水平和控制能力的不斷提高，同一臺機床上允許更多功能部件同時執(zhí)行所需要的各種輔助功能已成為可能，因而數(shù)控機床的機械結掏比傳統(tǒng)機床具有更高的集成化功能要求。 利用氣壓傳動機構。氣缸類型為雙作用氣缸，氣壓缸固定安裝在刀庫介面支架上，活塞桿則與刀庫固定連接。通過氣源的供給，可以使刀庫沿著導軌軸作往復橫向移動。這種方案比較直接，而且氣缸所占用的空間要比使用電機要小許多，而且通過磁環(huán)開關的控制，能夠較為精準地控制刀庫的橫向移動。通過圓錐齒輪機構來實現(xiàn)。其工作原理如下：刀盤與錐齒輪同軸固定連接，電動機通過聯(lián)軸器與錐齒輪固定連接，這樣就可以通過錐齒輪機構的傳動來實現(xiàn)刀盤的旋轉(zhuǎn)運動，完成選刀工作。這種機構可以較好的實現(xiàn)選到工作，錐齒輪機構可以將電動機的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成刀盤的低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)運動。本設計的自動換刀裝置，其刀庫橫移裝置采用氣壓傳動，而刀庫分度裝置則采用槽輪機構來實現(xiàn)。 最終設計最優(yōu)方案如下效果圖： 圖1 整體效果圖：刀庫結構組成如下圖所示：圖2 結構圖 刀庫裝置主要技術參數(shù)刀庫裝置技術參數(shù)表主軸鼻端BT40刀庫規(guī)格BT40T10刀具容量10馬達規(guī)格M6IK200A刀具換刀時間8Sec氣缸規(guī)格Φ63290行程氣壓管線Φ8氣動壓力~刀具最大長度250mm刀具最大重量8Kg刀具最大外徑Φ90mm（滿刀狀態(tài))。φ150（臨空刀狀態(tài)) 刀庫容量的確定在確定刀庫容量時，要進行大量的分析調(diào)查，同時要考慮工藝需要及使用場合。一般來說，需要承擔多個工件的切削任務時，需要配備的刀庫容量較大。換句話來說，配備的刀具愈多，機床能加工工件的比率也越高，但它們并不是成正比例關系。 圖3 刀具數(shù)量統(tǒng)計 刀庫的刀具并不是越多越好，太大的容量會增和占地面積和刀庫的尺寸，使選刀時間增長；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。對圖31進行分析可知，5把刀可完成加工工件的95％左右的銑削工藝，15把孔加工刀具可完成80％的鉆削工藝， 20把刀的容量就可完成90％以上工件的鉆銑工藝。本文設計的刀庫如需能達到加工90％以上的工件要求，那刀庫就需要有20把刀具的容量，故可將本刀庫的容量設定為10。 刀庫分傳動設計及計算下圖為刀庫效果圖： 圖4 刀庫實物效果圖刀庫在換刀前，首先需要選刀。選刀的過程，就是使刀庫輪轂滿足一個周向間歇運動，也就是分度盤在分度過程中，轉(zhuǎn)位開始與轉(zhuǎn)位結束位置上的瞬時角速度ω=0。，為了使圓柱滾子能順利進入和脫出分度盤上的徑向槽，在槽口的瞬時位置時，必須使轉(zhuǎn)臂中心線PQ與分度槽的中心線OQ相垂直，即∠OQP=90176。在圓柱滾子從進入至脫離徑向槽的過程中，這位法蘭的轉(zhuǎn)動角度為162176。，而刀盤轉(zhuǎn)動的角度則為18176。設電機負載時，法蘭盤上的滾子以ω1的角速度轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n1，此時分度盤以ω3的角速度轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n3；而電機空轉(zhuǎn)時以n2=，在滾子撥動分度盤一次的一個周期內(nèi)的分度時間為t1，間歇時間為t2。圖5 刀庫分度裝置運動分析簡圖 t1 =162176。60／(360176。n1) ； t2 = 198176。60／(360176。n2 )； t總 = t1 + t2 ；本設計刀庫最大刀容量為10，分度槽數(shù)量亦為10，選刀時分度盤按最近原則選刀，選到最遠處刀具所需的時間為T2 (令T2為3秒）則：T2 = 10 t總 = 3 Sec ；綜合以上各式并代入數(shù)據(jù)可得： n1 = 178 r／min，t 1 = ； ω1 = 2πn1／60= rad／s ；圓柱滾子從進入至脫離徑向槽這個過程，定位法蘭的轉(zhuǎn)角為2φ1=162176。，分度盤的轉(zhuǎn)角為2φ3=2π/z=18176。，（z為分度盤的槽數(shù)）。在直角三角形PQO中，根據(jù)正切函數(shù)，φ3=arctanλsinφ1／(1λcosφ1) ，式中λ=R1／a=sinφ3。分度機構在轉(zhuǎn)位過程中，定位法蘭以勻角速度ω1轉(zhuǎn)動，分度盤以角速度反向轉(zhuǎn)動，分度盤每次分度轉(zhuǎn)過的角度與槽數(shù)z有嚴格的對應關系（2φ3=2π/z），分度盤的角速度ω3為φ3對時間的導數(shù)：