【正文】 數(shù)控系統(tǒng)制造廠家和數(shù)控機床制造廠家達成的共識。3～5μm 提高到177。（2）高精度追求加工中心的高精度，一直是世界各工業(yè)發(fā)達國家努力的方向。加工中心未來發(fā)展趨勢有：（1）高速度、高效率眾所周知，機床向高速化方向發(fā)展，不但可以大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。國產(chǎn)加工中心MTBF 雖有少數(shù)廠達500 小時，但國外加工中心的先進水平已達800 小時。國產(chǎn)加工中心目前存在的問題有：(1) 技術(shù)水平上，與國外同類產(chǎn)品的先進水平相比大約落后10～15 年，在高精尖技術(shù)方面則更大。目前，國產(chǎn)立式加工中心擁有的規(guī)格基本上覆蓋了中小型立式加工中心的規(guī)格范圍。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。綜上所述，高速加工中心的出現(xiàn)使得單軸加工中心的效率趕上了多軸的組合機床或?qū)Ｓ脵C床。目前國內(nèi)生產(chǎn)加工中心的有沈陽機床廠、大連機床廠、上海祥裕等廠家。但就整機而言，可靠性還不夠高。其加工中心主要用于韓國汽車工業(yè)、模具工業(yè)及機械工業(yè)，年生產(chǎn)加工中心在4,000～5,000臺左右。其他加工中心年生產(chǎn)量約2,000～3,000臺左右，德國生產(chǎn)加工中心的廠家有西門子、MAKA、GEISS、科恩等公司。日本市場消費能力強，年生產(chǎn)量超過10,000臺。然而，目前市場上生產(chǎn)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，而機械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學校等對小型加工中心存在著大量的需求。如今，世界上出現(xiàn)了立式、臥式、龍門式、落地式等各種加工中心，據(jù)不完全統(tǒng)計，大約有1000多個品種規(guī)格。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床3倍～4倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。1958年，美國卡尼，特雷克（Kearneyamp。未來加工中心的發(fā)展動向是高速化、進一步提高精度和愈發(fā)完善的機能。為加速我國加工中心的發(fā)展，需進一步加強對加工中心的研究、設(shè)計、制造和應用。主要機種為立式加工中心，年產(chǎn)量約5,000～6,000臺，而且不斷研發(fā)高速、高精密、五面加工、五軸聯(lián)動加工等技術(shù)，滿足特殊與復雜曲面加工工件的要求，日本生產(chǎn)加工中心的廠家有MAZAK、大隈、莊田、三菱等公司。美國是全球機床生產(chǎn)代表性國家之一，但近年來由于其國內(nèi)消費能力不足，再加上出口也面臨市場競爭，導致其生產(chǎn)有逐漸下滑的趨勢，年生產(chǎn)加工中心僅約為5,000～6,000臺左右，生產(chǎn)廠家有哈挺、MAG、Hurco等公司。未來加工中心的生產(chǎn)基地則有可能是大陸，特別是日本、美國、德國、中國臺灣、韓國已競相到大陸設(shè)廠生產(chǎn)加工中心，再加上大陸本身的企業(yè)研發(fā)與制造，未來技術(shù)成熟、品質(zhì)穩(wěn)定、成本降低后，必將會成為全球重要供應基地之一。20世紀90年代中期以來，隨著加工中心技術(shù)的進步和配套的完善，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)注意到了采用標準功能部件來取代產(chǎn)品的某些部件，同時優(yōu)先選擇世界知名公司的名牌產(chǎn)品(如：數(shù)控系統(tǒng)、滾動直線導軌、滾珠絲杠、軸承、ATC 裝置、液壓氣動元件、電氣元件和檢測元件等)作為配套，提高了國產(chǎn)加工中心的檔次和可靠性，在一定程度上縮短了與國外同類產(chǎn)品的差距。研究主要成果如下：90年代以來，國外一些機床廠家先后開發(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：一般為12000～15000r/min，有的高達40000～60000r/min。因此，高效高柔性的加工中心已開始在汽車工業(yè)中應用，并成為重要的工藝裝備。為市場提供的產(chǎn)品主要是立式加工中心。在我國，人們習慣上把數(shù)控機床按其技術(shù)水平的高低分為高、中、低三個檔次。(2) 產(chǎn)品開發(fā)能力上，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)缺乏對產(chǎn)品競爭前的數(shù)控技術(shù)的深入研究與開發(fā)，特別是對加工中心應用領(lǐng)域的拓展力度不強。(5) 刀庫和機械手的可靠性還比較低，近年來雖有改進，但用戶仍然不放心。是進入新世紀以來國內(nèi)外機床技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。當前，在機械加工高精度的要求下，普通級數(shù)控機床的加工精度已由177。1～ ，甚至更高。當前，國外先進數(shù)控系統(tǒng)的MTBF 值已達8萬小時以上。固定立柱式的臥式加工中心的立柱不動，其主軸箱在立柱上做上下移動，而工作臺可在兩個水平方向移動；固定工作臺式的臥式加工中心的三個坐標方向的運動由立柱和主軸箱的移動來定位，安裝工件的工作臺是固定不動的(指直線運動)。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格低，配備各種附件后，可進行大部分工件的加工。7第2章 加工中心自動換刀裝置概述 第2章 加工中心自動換刀裝置概述（ATC）形式、特點及各自應用范圍由刀庫和機械手組成的自動換刀裝置(Automatic Tool Changer,ATC)是加工中心的重要組成部分。表21 加工中心上的換刀裝置形式類別特點應用范圍轉(zhuǎn)塔式垂直轉(zhuǎn)塔頭1. 根據(jù)驅(qū)動方式不同，可分為順序選刀或任意選刀2. 結(jié)構(gòu)緊湊簡單3. 容納刀具數(shù)目少用于鉆削中心水平轉(zhuǎn)塔頭刀庫式無機械手換刀1. 利用刀庫運動與主軸直接換刀，省去機械手2. 結(jié)構(gòu)緊湊3. 刀庫運動較多小型加工中心機械手換刀1. 刀庫只做選刀運動，機械手換刀2. 布局靈活，換刀速度快各種加工中心機械手和刀具運送器1. 刀庫距機床主軸較遠時，用刀具運送器將刀具送至機械手2. 結(jié)構(gòu)復雜大型加工中心成套更換方式更換轉(zhuǎn)塔1. 利用更換轉(zhuǎn)塔頭，增加換刀數(shù)目2. 換刀時間基本不變擴大加工工藝的鉆削中心更換主軸箱1. 利用更換主軸箱，擴大組合機床加工工藝范圍2. 結(jié)構(gòu)比較復雜擴大柔性的組合機床更換刀庫1. 擴大加工工藝，更換刀庫，另有刀庫存儲器2. 充分提高機床利用率和自動化程度3. 擴大加工中心的加工工藝范圍加工復雜零件，需刀具很多的加工中心或組成高度自動化的生產(chǎn)系統(tǒng)刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并按程序指令，把即將要用的刀具迅速、準確地送到換刀位置，并接受從主軸送回的已用刀具。此換刀裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，換刀可靠性較好，缺點是換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心上采用。（3） 格子箱式刀庫 結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫空間利用率高，換刀時間較長。如圖24所示。這種方法不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也較簡單，工作可靠，但刀具不能重復使用。（2）任意選擇刀具方式 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的加工順序排列，可任意存放。相同的刀具可重復使用，故刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應小一些。這樣就把鑰匙的號碼轉(zhuǎn)記到刀座中，給刀座編上了號碼。由于鑰匙上每個凸凹部分旁邊均有相應的碳刷，故可將鑰匙各個凸凹部分均識別出來，即識別出相應的刀具。避免了因刀具存放在刀庫中的順序差錯而造成的事故；同時也縮短了刀庫的運轉(zhuǎn)時間，簡化了自動換刀控制線路。刀庫的刀座與刀具均無需編碼。④計算機記憶式 高檔的數(shù)控加工中心，可將刀具號和刀庫上存刀地址對應地記憶在計算機存儲器內(nèi)或可編程控制器內(nèi)。(刀座)識別裝置刀具(刀座)識別裝置是自動換刀系統(tǒng)中的重要組成部分，常用的有下列幾種。當各繼電器讀出的數(shù)碼與所需刀具的編碼一致時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉(zhuǎn)，等待換刀。①非接觸式磁性識別法 磁性識別法是利用磁性材料和非磁性材料磁感應強弱不同，通過感應線圈讀取代碼。在檢測線圈6的一次線圈5中輸入交流電壓時，如編碼環(huán)為導磁材料，則磁感應較強，在二次線圈7中產(chǎn)生較大的感應電壓。刀具編碼的識別裝置原理如圖27所示。每讀完一次編碼，延時清零電路經(jīng)一定延時發(fā)出一次消零信號，使刀號寄存器清零復位，以便寄存下一個刀號。正當中的一小塊反光部分用來發(fā)出同步信號。因此，這種識別方法很有發(fā)展前途。圖28 光學纖維刀具識別裝置(3)利用Pc實現(xiàn)隨機換刀 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，利用軟件選刀以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編碼環(huán)和識刀器。這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了內(nèi)于識刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來的選刀失誤。為了使用方使．刀號也采用BCD碼編寫。由于刀號數(shù)據(jù)表實際上是刀庫中存放刀具位置的一種映像，所以刀號表與刀庫中刀具的位置應始終保持一致。于是計數(shù)器的計數(shù)值始終在1—8之間循環(huán)，而通過換刀位置時的計數(shù)值(當前值)總是指示刀庫的現(xiàn)在位置。識別刀具的PC程序流程團如圖211所示。圖211 識別刀具的PC程序流程框圖實現(xiàn)刀庫與機床主軸之間裝卸和傳遞刀具的裝置稱為刀具交換裝置。它適用采用40號以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機床。直線排列式刀庫可設(shè)在工作臺上方，也可設(shè)在工作臺的一端或兩端。表22 換刀機械手的結(jié)構(gòu)及特點類型形式應用特點單臂單手式機械手作往復直線運動用于刀具主軸與刀庫刀座軸線平行的場合結(jié)構(gòu)較簡單，換刀時間較長機械手擺動，其軸線與刀具主軸平行用于刀庫刀座軸線與主軸軸線平行的場合機械手擺動，其軸線與刀具主軸垂直用于刀庫刀座軸線與主軸軸線垂直的場合單臂雙手式固定雙手式用于刀庫刀座軸線與主軸軸線平行的場合，廣泛用于加工中心可同時抓住主軸和刀庫中的刀具，并進行拔出、插入，換刀時間短可伸縮雙手式剪式雙手式雙手不成180176。另外，盤型刀庫裝在立柱左側(cè)，因此刀套應該能向下轉(zhuǎn)動90176。另外介紹了本次畢業(yè)設(shè)計所給的參數(shù)，確定了該加工中心刀庫基本的傳動原理以及所選機械手的形式。此換刀裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，換刀可靠性較好。第二，把三把最重的刀具放在一起，如圖41（b）所示。設(shè)定當兩個最大刀具相鄰放置時，其間距為5毫米，則相鄰刀套中心距為85毫米，夾角為20度。蝸輪材料選用ZCuAl10Fe3，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度Ra≤。不論刀具放入那個地址，均可跟蹤記憶；利用刀庫上裝刀位置檢測裝置，可測得每一地址。刀座以鉸鏈形式與支撐板相連。實現(xiàn)這個動作靠氣缸28。圖42圖43刀套的構(gòu)造如圖44所示，由圖中可以看到錐孔尾部有兩個球頭銷釘，后有彈簧用以夾住刀具，故當?shù)短仔D(zhuǎn)90176。通過氣缸作用，與上述動作相反，刀座帶動刀具夾頭順時針轉(zhuǎn)動，直到水平位置為止，此時滾子銷重新處于支撐板的凹槽中。在自動換刀過程中，機械手要完成抓刀、拔刀、交換主軸上和刀庫上的刀具位置、插刀、復位等動作。抓住刀具時，兩手爪上的長銷12分別被主軸前端面和刀庫上的擋塊壓下，使軸向開有長槽的活動銷14在彈簧的作用下右移頂住刀具。復位。圖中52所示，8為升降液壓缸的活塞桿，齒輪齒條7和軸2為圖43中的齒輪1齒條17和機械手臂軸16。在軸16下降時，傳動盤10隨之下降，其下端的銷子8插入連接盤5的銷孔中，連接盤5和其下面的齒輪4也是用螺栓連接的，它們空套在軸16上。換刀動作完成后，齒條19上的擋環(huán)6壓下行程開關(guān)9，發(fā)出插刀信號，使升降液壓缸下腔通壓力油，活塞桿帶著機械手臂軸上升插刀，同時傳動下面的銷子8從連接盤5的銷孔中移出。機械手復位后，齒條17上的擋環(huán)壓下行程開關(guān)13，發(fā)出換刀完成信號，使刀套向上翻轉(zhuǎn)90176。),等待機械手抓取。第四， 見圖54（e），機械手順時針旋轉(zhuǎn)180176?；謴驮妓轿恢?。為此，主軸每次停轉(zhuǎn)必須準確地停在某一固定位置上。為使主軸上的端面鍵能準確而順利進人刀柄上的鍵槽。自動換刀時，必須保證端面鍵對準缺口。在主軸箱體的準停位置上，裝一個磁傳感器2。這種裝置的機械結(jié)構(gòu)簡單，定位迅速而準確。按照聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的類型應根據(jù)使用要求和工作條件，如承載能力、轉(zhuǎn)速、兩軸相對位移、緩沖吸震以及裝拆、維修更換易損元件等綜合分析來確定。這將直接影響聯(lián)軸器類型的選擇，是選擇的首要依據(jù)之一。(3)工作機的轉(zhuǎn)速高低，對于需高速運轉(zhuǎn)的兩軸聯(lián)接，應考慮選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平衡精度特性，以消除離心力而產(chǎn)生的振動和噪聲，增加相關(guān)元件的磨損和發(fā)熱而降低傳動質(zhì)量和使用壽命。同時還需計及機械工作時有關(guān)零件因受載和溫升產(chǎn)生變形及零件相對滑動而產(chǎn)生磨損，從而使兩軸產(chǎn)生附加的相對位移。高溫和有油類、酸堿及其他腐蝕性介質(zhì)的場所、或有光輻射存在應盡量不用含有橡膠彈性元件的聯(lián)軸器。此外還應考慮機組對聯(lián)軸器主、從動軸轉(zhuǎn)速的同步性（包括轉(zhuǎn)速波動和彈性回差）是否有要求。由于傳動軸系載荷變化性質(zhì)不同以及聯(lián)軸器本身的結(jié)構(gòu)特點和性能不同，聯(lián)軸器實際傳遞的轉(zhuǎn)矩不等于傳動軸系理論上需傳遞的轉(zhuǎn)矩T，通常式中T——理論轉(zhuǎn)矩（），在有制動器的傳動系統(tǒng)，當制動器的理論轉(zhuǎn)矩大于動力機的理論轉(zhuǎn)矩時，應按前者計算聯(lián)軸器；、n——分別為驅(qū)動功率（kw）和轉(zhuǎn)速（r/min）；K——工作情況系數(shù)；——動力機系數(shù)；——啟動系數(shù)；——溫度系數(shù)。該聯(lián)軸器的外形如圖61所示：圖61 撓性聯(lián)軸器該撓性聯(lián)軸器使用的脹緊聯(lián)接套（錐環(huán)）是一種現(xiàn)代先進聯(lián)接的機械基礎(chǔ)件，是一種新型聯(lián)接方式，它是靠擰緊高強度螺栓使脹套與軸間包容面間產(chǎn)生壓力、繼而產(chǎn)生摩擦力實現(xiàn)負載傳遞的一種無鍵聯(lián)接裝置。并且調(diào)整方便，可以將傳動件很方便地調(diào)整到所需位置。脹套結(jié)構(gòu)可做成多種樣式，為適應安裝負荷要求。脹套在脹緊后，接觸面緊密貼合，不易產(chǎn)生銹蝕。所針對的機床是TH5640D型立式加工中心。另外刀庫裝在加工中心的立柱的側(cè)面，因此機械手在進行換刀時，刀套必須向下旋轉(zhuǎn)90176。雖然本次畢業(yè)設(shè)計已基本完成，但自己