【正文】 in，則可確定刀庫選刀轉(zhuǎn)速為=，加速時間暫定為=200ms，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量可查相關(guān)樣本=，負(fù)載慣量折算到電動機(jī)軸上的慣量=則可求得=3） 驅(qū)動電動機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時滿足刀庫負(fù)載扭矩和加速扭矩之和電動機(jī)軸到刀庫軸的速比為i=48,蝸輪蝸桿的傳動效率=,則可求得==電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩(~) =(~) 而所選電機(jī)轉(zhuǎn)矩為10確定伺服電機(jī)型號為SM13010N1500，其主要技術(shù)參數(shù)為：額定功率 額定轉(zhuǎn)速 1500r/min額定電流 6A轉(zhuǎn)子慣量 機(jī)械時間常數(shù) 工作電壓 220V蝸桿頭數(shù)=1，初定傳動比為i=48，則蝸輪齒數(shù)=i=48，模數(shù)m=，蝸桿分度圓直徑=48mm，蝸輪分度圓直徑=m=中心距a=(+)/2=,圓整中心距取=100mm，蝸輪變位系數(shù)=（a）/m=，屬于1=x=1的要求蝸輪齒頂高=() =蝸輪齒根高=(1++) =蝸輪齒根圓直徑==蝸輪齒頂圓直徑=+=蝸桿齒頂圓直徑=48+=蝸桿齒根圓直徑=(1+)=考慮到傳遞的功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用ZA蝸桿傳動，精度為5fGB100891988。（2） 刀庫加速扭矩的計算式中 刀庫選刀時的電動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；加速時間，通常取150~200ms；電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量（），可查樣本；負(fù)載慣量折算到電動機(jī)軸上的慣量（）（a）刀具插滿圓盤的半個圓 （b）三把最重的刀具插在一起圖41 刀庫負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算方法（3） 驅(qū)動電動機(jī)輸出扭矩計算驅(qū)動電動機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時滿足刀庫負(fù)載扭矩和加速扭矩之和，將以上計算的刀庫負(fù)載扭矩和加速扭矩轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電動機(jī)軸上的輸出扭矩的公式為式中i電動機(jī)軸至刀庫軸的速比；傳動效率。 初步估計刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)刀庫驅(qū)動電動機(jī)的選擇應(yīng)同時滿足刀庫運(yùn)轉(zhuǎn)時的負(fù)載扭矩和啟動時的加速扭矩的要求。刀庫容量為20,容量不大，并且用于小型立式加工中心，因此決定采用盤式刀庫。圖31 刀庫驅(qū)動原理圖機(jī)械手的形式暫時采用單臂雙手式機(jī)械手。19第3章 總體方案設(shè)計 第3章 總體方案設(shè)計 TH5640D型立式加工中心及其主要參數(shù)TH5640D是一臺小型立式加工中心，工件在一次裝夾后可自動連續(xù)地完成銑、鉆、鏜、鉸、锪、攻絲等多種工序的加工，該機(jī)床適用于小型板件、盤件、殼體等復(fù)雜零件的多品種中小批量加工。② 由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換 由于刀庫及刀具交換方式不同，換刀機(jī)械手種類繁多。在這種換刀方式中，刀庫可以是圓盤型、直線排列式、也可以是格子箱式等。交換裝置的形式很多，一般可分為兩大類。機(jī)械手執(zhí)行換刀動作，將主軸上用過的舊刀和刀庫上選好的新刀進(jìn)行交換。刀庫旋轉(zhuǎn)后，測得刀庫的實(shí)際位置與要求的刀庫目標(biāo)位置一致時，即識別了所要尋找的新刀具。當(dāng)?shù)稁煨D(zhuǎn)，每個刀座通過換刀位置(基準(zhǔn)位置)時，產(chǎn)生一個脈沖信號送至PC，作為計數(shù)脈沖。數(shù)據(jù)表的表序號與刀庫刀座編號相對應(yīng)，每個表序號中的內(nèi)容就是對應(yīng)刀座中所插入的刀具號。刀座固定位置編號為方框內(nèi)1號—8號，0為主軸刀位置號，由于刀具本身不附帶編碼環(huán)，故刀具編號可任意沒定，如圖2—94中(10)—(18)的刀號。主軸上換來的新刀號及還回刀庫的刀具號，均在Pc內(nèi)部相應(yīng)地存儲單元記憶。選刀時，數(shù)控指令T所指的刀具在刀具識別位置出現(xiàn)圖形時，便與記憶裝置中的圖形進(jìn)行比較，選中時發(fā)出選刀符合信號，刀具便停在換刀位置上。在光導(dǎo)纖維中傳播的光信號比在導(dǎo)體中傳播的電信號具有更高的抗干擾能力。用靠近的兩束光導(dǎo)纖維來閱讀二進(jìn)制碼的一位時，其中一束將光源投射到能反光或不能反光(被涂黑)的金屬表面，另一束光導(dǎo)纖維將反射光送至光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，以判斷正對這兩束光導(dǎo)纖維的金屬表面有無反射光，有反射時(表面光亮)為“1”，無反射時(表面涂黑)為“0”．如圖28 (b)所示。若與給定的T代碼不一樣，則刀庫仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到識刀器讀出的刀具或刀座編碼與T代碼一致時，發(fā)出選刀符合信號，說明已選中刀具；此時刀庫減速、定位、停止，所選刀具停在等待換刀位置。利用感應(yīng)電壓的強(qiáng)弱，就能識別刀具的號碼。圖26所示為一種用于刀具編碼的磁性識別裝置。 (2)非接觸式刀具識別裝置 非接觸式刀具識別裝置無機(jī)械接觸、無磨損、無噪聲、壽命長、反應(yīng)速度快，適應(yīng)于高速且換刀頻繁的工作場合。在刀柄1上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)，規(guī)定大直徑的環(huán)表示二進(jìn)制的“1”，小直徑的環(huán)為“0”，圖中有5個編碼環(huán)4，在刀庫附近固定一刀具識別裝置2，從中伸出幾個觸針3，觸針數(shù)量與刀柄上的編碼環(huán)個數(shù)相等。這樣刀具可以任意取、存，無需編碼元件，這種刀具任選方式使換刀控制大為簡化。當(dāng)帶編碼附件的刀具插人刀庫中某一刀座時，該刀座便具有編碼附件指定的編碼。其缺點(diǎn)是使刀具長度增加，制造田難，剛度降低，同時使機(jī)械手和刀庫的結(jié)構(gòu)也復(fù)雜化。②刀具編碼式 這種萬式是直接對每把刀具進(jìn)行編碼，由換刀裝置識別刀具上的編碼進(jìn)行選刀，出于每把刀只都有自己的代碼，故可存放于刀庫的任一刀座中。鑰匙沿著水平方向的鑰匙縫插人鑰匙孔座，然后順時針方向旋轉(zhuǎn)90176。換刀時刀庫旋轉(zhuǎn)，使各個刀座依次經(jīng)過刀具識別器，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫即刻停止旋轉(zhuǎn)。當(dāng)某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該把刀具被選中，刀庫將選中的刀具送至換刀位置，等待機(jī)械手來抓取。一般用于刀具較少的中小型加工中心、加工批量較大但工件品種較少的加工中心、刀庫與主抽之間直接換刀的加工中心、有自動換刀庫的數(shù)控機(jī)床(當(dāng)加工小批量零件時)。從刀庫中選擇刀具通常采用下述方式：（1）順序選擇方式 順序選擇方式是按零件加工的預(yù)定工序要求依次將所用刀具存入刀庫的刀座中，使用時按順序?qū)⑵滢D(zhuǎn)到取刀位置。如圖23所示。（2） 鏈?zhǔn)降稁? 此刀庫結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機(jī)床的布局制成各種形狀，也可將換刀位突出以便于換刀，能充分利用機(jī)床的占地空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，造價也較高。根據(jù)刀庫的容量和存取刀具的方式，刀庫可設(shè)計成多種形式。由于加工中心上自動換刀次數(shù)比較頻繁，故對自動換刀裝置的技術(shù)要求十分嚴(yán)格．如要求定位精度高．動作平穩(wěn)，工作可靠以及精度保持性等。五面加工中心 這種加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個面的加工，這種加工方式可以使工件的形狀誤差降到最低；省去二次裝夾工件，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。它與立式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、質(zhì)量大、價格亦高。臥式加工中心 是指主軸軸線水平設(shè)置的加工中心。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。5μm ；精密級加工中心的加工精度則從177。高速主軸單元(電主軸，轉(zhuǎn)速15000～100000r/min)、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動部件(快移速度60～120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min)、高效率的自動換刀裝置、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)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水平。(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。(4) 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)MTBF( 平均無故障時間)大都超過1 萬小時，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。國產(chǎn)加工中心大多數(shù)產(chǎn)品的檔次屬于此范疇。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。 Lewis公司RAM500型、RAM630型臥式加工中心和美國Ingersoll銑床公司HVM600型臥式加工中心等等。換刀時間(刀刀)～，～；托板交換時間普遍在6～8s。除此以外，還有整機(jī)防護(hù)與密封、外觀粗糙、整體造型不盡如意等缺陷，在一定程度上影響了國產(chǎn)加工中心的市場競爭力。進(jìn)入80 年代后，由于引進(jìn)了日本FANUC、德國SIEMENS 等公司的數(shù)控系統(tǒng)、直流進(jìn)給伺服電機(jī)和主軸電機(jī)及其伺服單元之后，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。韓國是全球加工中心主要生產(chǎn)國家之一。代表性機(jī)種為臥式加工中心，年生產(chǎn)量約1,500～2,000臺。目前全球加工中心年生產(chǎn)量為50,000～55,000臺左右，并且以日本、歐盟、美國及中國臺灣、韓國等為最具代表性的生產(chǎn)基地。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，推動了模具制造業(yè)、機(jī)械加工業(yè)的巨大發(fā)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化程度得到廣泛應(yīng)用。該產(chǎn)品出現(xiàn)后，銷路驚人，引起了日、德、美、英、法、意等先進(jìn)工業(yè)國家的高度重視，競相開發(fā)生產(chǎn)，不斷擴(kuò)大和完善機(jī)床的功能，成為數(shù)控機(jī)床中發(fā)展最快、需求量最大的商品之一。立式加工中心自動換刀裝置設(shè)計畢業(yè)論文第1章 緒論加工中心（Machining Center,MC）是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機(jī)床，它是綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)軟件技術(shù)、拖動技術(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。Trecker）公司首次把銑、鉆、鏜等多種工序集中于一臺數(shù)控機(jī)床上，通過換刀方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機(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，已有很大發(fā)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)發(fā)展的需要。由于加工中心在機(jī)械加工中的重要作用，各個工業(yè)發(fā)達(dá)國家都極為重視，在技術(shù)和產(chǎn)量上都發(fā)展很快。德國生產(chǎn)最佳品質(zhì)與高加工效益的加工中心，近年來生產(chǎn)量每年約在4,000～5,000臺左右。臺灣是全球加工中心生產(chǎn)量最大的供貨基地，年生產(chǎn)量可達(dá)到16,000～18,000臺，其中有部分是空機(jī)臺，未加裝微機(jī)控制器等，平均單價有偏低的情形。20世紀(jì)70年代我國研制的加工中心，多數(shù)因配套件和設(shè)計、制造的缺陷而不能正常使用。當(dāng)前，國產(chǎn)加工中心的可靠性與國外同類產(chǎn)品相比依然不高。坐標(biāo)軸的加工進(jìn)給最高速度：30～60m/min，快速移動速度高達(dá)70～80m/min。目前世界上比較有名的加工中心有：德國EXCELLO GMBH公司XHC240臥式加工中心、德國Chiron Werke公司FZ12W立式加工中心、日本Mazak公司產(chǎn)品、日本新瀉鐵工所SPN50、SPN40加工中心、美國Giddings amp。其規(guī)格(是指工作臺寬度，單位：mm) 一般為300、400、500、630 和800。所謂高檔數(shù)控機(jī)床是指高速度、高精度、五軸聯(lián)動和工藝高度復(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、鉆床和銑床，其精度和速度都不高；其他數(shù)控機(jī)床則屬于中檔數(shù)控機(jī)床，也就是人們常說的通用普及型數(shù)控機(jī)床。(3) 產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，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)模生產(chǎn)；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。(6) 位置精度，特別是重復(fù)定位精度還有待于進(jìn)一步提高。20世紀(jì)90年代以來，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)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)床高速化發(fā)展步伐。10μm 提高到177。（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)床制造廠家十分注重和追求的目標(biāo)。按主軸加工時的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。臥式加工中心一般具有3個—5個運(yùn)動坐標(biāo)軸，常見的是三個直線運(yùn)動坐標(biāo)軸和一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動坐標(biāo)軸(回轉(zhuǎn)工作臺)．它能在工件一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工，最適合加工箱體類工件。 大型龍門式加工中心 主軸多為垂直設(shè)置，尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，像航空、航天工業(yè)及大型汽輪機(jī)上的某些零件的加工都需要用這類多坐標(biāo)龍門式加工中心。加工中心上所需更換的刀具較多，從十幾把到幾十把．甚至上百把，故通常采用刀庫形式，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，自動換刀裝置種類繁多。所以說它是自動換刀裝置中主要部件之一。如圖21所示。布局不靈活，通常刀庫安裝在工作臺上，應(yīng)用者較少。 圖21 盤式刀庫 圖22 鏈?zhǔn)降稁? 圖23 格子箱式刀庫 圖24 直線式刀庫在自動換刀裝置換刀時，按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具準(zhǔn)確地自動地選出，并轉(zhuǎn)換到取刀位置．稱為自動選刀。即工藝相同的不同工序，也要重新安排刀具，故增加了刀具數(shù)量和刀庫容量。每把刀具(或刀座)都編上代碼．自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具(或刀座)都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。①刀座編碼式 這種編碼方式是對刀庫中的每個刀座都預(yù)先進(jìn)行編碼，刀具也編號，并將與刀座編碼對應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中，根據(jù)刀座編碼選刀。識別器可通過識別鑰匙上的號碼來選取該鑰匙旁邊刀座中的刀具；編碼鑰匙中除導(dǎo)向凸起外，共右16個凸起和凹下的位置，故有65535凹凸組合，可區(qū)別65535把刀具。當(dāng)取出刀具時，鑰匙也隨之取出，刀座碼立即消失，調(diào)換鑰匙可任意改變刀具編碼，使用具有更大的靈活性。它還可直接在刀庫與刀具主軸之間進(jìn)行換刀而不致增加換刀時間。只利用一種帶有編碼附件(如鑰匙、卡片、編碼桿、編碼盤)與刀具合在—起，這樣刀具就具有與編碼附件相同的編號。不論刀具放入哪個地址，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。 (1)接觸式刀具識別裝置 接觸式刀具識別裝置應(yīng)用廣泛，特別適應(yīng)于空間位置較小的刀具編碼，其原理如圖2—5所示。接觸式刀具識別裝置結(jié)構(gòu)簡單，但由于使用中觸針有磨損，故壽命較短，可靠性較差，且難于快速換刀。編碼環(huán)的直徑相等，分別由導(dǎo)磁材料(如軟鋼)和非導(dǎo)磁材料(如黃銅、塑料等)制成，規(guī)定前者編碼為“1”，后者編碼為“0”。如編碼環(huán)為非導(dǎo)磁材料，則磁感應(yīng)較弱，在二次線圈中感應(yīng)的電壓