【正文】 trol the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device. Key Words： Numerical control milling machines； Automatic tool changer； Tool storage；Tool changingmanipulator IV 目 錄 摘 要 I 第 1 章 設(shè)計(jì)說明書結(jié)構(gòu)及要求 2 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì) 4 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象 4 自動(dòng)換刀裝置（ ATC）及其形式 6 刀具重復(fù)定位精度高 6 足夠的刀具儲(chǔ)存 量 10 確定刀庫(kù)形式 18 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 20 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) 25 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試 29 VI 聯(lián)軸器的校核 30 結(jié) 論 32 參考文獻(xiàn) 35 吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) － 1 － 第 1 章 設(shè)計(jì)說明書 結(jié)構(gòu)及要求 設(shè)計(jì)說明書包括題目、中文摘要、外文摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、附錄和致謝等部分。換刀時(shí)，先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀，由機(jī)械手從刀庫(kù)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(kù)。用過的刀具放回原來(lái)的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。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(kù)的刀套中，順序不能有差錯(cuò)。所以這個(gè)容量為 6 把刀的刀庫(kù)，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。含有： 摘要（中、外文） 正文章、節(jié)題目要求編寫到第 3 級(jí)標(biāo)題，即 □.□.□ 致謝 參考文獻(xiàn) 附錄 設(shè)計(jì)說明書 正文 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床知識(shí) 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(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體組成。 數(shù)控銑床的分類 數(shù)控立式銑床 數(shù)控立式銑床是數(shù)控銑床中數(shù)量最 多的一種，應(yīng)用范圍也最為廣泛。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。 臥式數(shù)控銑床 與通用臥式銑床相同，其主軸級(jí)平行于水平面。 立、臥式兩用數(shù)控銑床 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(lái)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。因此，其加工性能非常優(yōu)越。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(wú)級(jí)調(diào)速。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)。 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象 數(shù)控銑床的功能 數(shù)控銑床的功能分為一般功能和特殊功能。如刀具長(zhǎng)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。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，通常帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)。在這類數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)換刀裝置（ ATC）是必不可少的。可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少換刀時(shí)間，既提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 回轉(zhuǎn)刀架換刀形式 數(shù)控車床使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。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)。 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。帶刀庫(kù)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。雖然刀庫(kù)有多種形式，但數(shù)控機(jī)床上常用的主要是圓盤式和鏈?zhǔn)絻煞N。主要技術(shù)參數(shù)為： 1）刀庫(kù)容量： 46 2）選刀方式：順序選刀 3）重復(fù)精度： ? 5 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、拉刀機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等部分組成。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)。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。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 RS232C 接口、 軟盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、輸出 , 便于加工程序的管理。 8 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 。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。范圍內(nèi)調(diào)整成傾斜位置。 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。 、177。 寬 179。銑刀直徑 ? 100mm，齒數(shù) 4； 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。當(dāng)銑灰鑄鐵時(shí)，銑刀直徑達(dá) ? 250mm。 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(kù)的自動(dòng)換刀形式。換刀時(shí)，先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀，由機(jī)械手從刀庫(kù)和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀 10 插入主軸，舊刀放回刀庫(kù)。設(shè)計(jì)增加自動(dòng)換刀裝置后的 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的外觀圖如圖 11 所示。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)工件的切削任吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) － 11 － 務(wù)，因而要配備刀具的種類和規(guī)格較多。因此，刀庫(kù)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(kù)，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時(shí)間。 確定刀庫(kù)形式 由以上考慮 XKA5032A/C 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(kù)形式。 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置 刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中， 由于本刀庫(kù)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)。 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 由于刀庫(kù)容量 6，下面就以 THK6363 型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫(kù)為設(shè)計(jì)參考（查參考資料 14），采用經(jīng)驗(yàn)法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。m。 2HP? =220 MPa， 39。則 Z2= Z1179。2215000ZHP???????KT2 (mm3) a)計(jì)算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 T2 吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) － 15 － 初估傳動(dòng)效率 η=,則 T2=9549 12Pn =9549 11/Pniη=9549 80%30/6? 179。 179。 5179。 179。28148 ,則初估的 SV 值合適。 f)導(dǎo)程角系數(shù) Y? =1? /120176。 7)計(jì)算蝸桿蝸輪的主要參數(shù) a)分度圓直徑 1d =， 2d =m2z =? 36= b)中心距 a a=( 1d + 2d +2 2x m)/2=[++2? ()? ]/2=74 mm c)蝸桿導(dǎo)程角 39。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。 18 按熱平衡條件 1H = 2H ，可求得在既定工作條件下的沒溫為 1t = 0t + ? ?11000P 1 kA ? C 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： 1P =? 8000 = kW 取 0t =20 C ,? =, k=10,并估算 A=0. 006 2m ，則 1t =20+ ? ?1 0 0 0 0 .0 7 3 6 1 0 .9 5 1 0 0 .0 0 6? ? = C ＞ 80 C 由于 1t ＞ 80C ,超過最高工作溫度，所以必須采取一些散熱措施，以提高散熱能力，如在傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。由于 T＞ T0，所以，刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求。 mm），此處 T=178。 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核 刀套在刀座上的夾緊由插銷實(shí)現(xiàn)（見刀庫(kù)裝配圖）。 由圖可知該情況為雙剪切，且由平衡方程易得 Q=P/2, 于是，插銷橫截面上的剪切力為 ? = Q/A=(100 610?? )/[ 322 (6 10 )4? ?? ? ? ]=? [? ] 故插銷滿足強(qiáng)度條件要求。用過的刀具放回原來(lái)的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。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(kù)的刀套中，順序不能有差錯(cuò)。刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識(shí)別的編碼條，刀具（或刀座）編碼這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫(kù)中不必按照工件加工順序排列，可以任意存放。因此，刀具數(shù)量比較順序選擇法少一些 ,刀庫(kù)也相應(yīng)地簡(jiǎn)單些。該法不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也比較簡(jiǎn)單，工作可靠。由此實(shí)現(xiàn)刀具在刀庫(kù)上的固定鎖緊。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(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具交換即無(wú)機(jī)械手交換刀具。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(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式。 1)兩手呈 180176。 這種機(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。機(jī)械手由機(jī)械手臂與 45176。角，安裝在殼體 3 上， 5 為手臂托，可由液壓缸帶動(dòng)（圖中未標(biāo)出），機(jī)械手有伸縮、回轉(zhuǎn)、抓刀、松刀等動(dòng)作。的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在活動(dòng)爪中有兩個(gè)銷子11，當(dāng)夾緊刀具時(shí)，插入刀柄凸緣的孔內(nèi)，確保安全、可靠。即主軸停止回轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確停止在一個(gè)固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個(gè)固定的方 位，使刀柄上的鍵槽能恰好對(duì)正端面鍵。交換刀具位置， 6)將更換后的刀具裝入主軸和刀庫(kù) 7)分別夾緊主軸和刀庫(kù)上的刀具 8)機(jī)械手松開主軸和刀庫(kù)上的刀具 9)當(dāng)機(jī)械手松開具后，限位開關(guān)發(fā)出“換刀完畢”的信號(hào)，主軸自由，可以開始加工或其他程序動(dòng)作。初取齒數(shù) z=30 3)下表為齒輪幾何尺寸設(shè)計(jì)的基本參數(shù)： 名稱 代號(hào) 計(jì)算公式 模數(shù) m 壓力角 ? 20o 分度圓直徑 d D=mz=? 30=45 齒頂高 ah aah h 1 1 .5 1 .5m?? ? ? ? 齒根高 fh fah ( h ) ( 1 0. 25 ) 1. 5 1. 87 5cm??? ? ? ? ? ? 齒全高 h afh h h 75 75? ? ? ? ? 齒頂圓直徑 ad ad (