【正文】 桿軸向齒距極限偏差px=177。 確定刀庫形式 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。 2)機(jī)械手抓住主軸和刀庫 上的刀具。的斜殼體組成。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。與此同時，應(yīng)通過軟件修改 PC 內(nèi)部的刀號數(shù)據(jù)表，使相應(yīng)的刀號表單元中 的刀號與交換后的刀號相對應(yīng)。圖中刀號表首地址 TAB 單元固定存放主軸上的刀具號數(shù)， TAB+1— TAR+8 存放刀庫上的刀具號。光導(dǎo)纖維可任意彎曲，這給機(jī)械設(shè)計、光源及光電轉(zhuǎn)換元件的安裝都帶來很大的方便。圖中刀柄 1 上裝有非導(dǎo)磁材料編碼環(huán) 4 和導(dǎo)磁材料編碼環(huán) 與編碼環(huán)對應(yīng)的有一組檢測線圈 6 組成非接觸式識別裝置3。 以上選刀方式都結(jié)換刀系統(tǒng)帶來很多不便，所以近年來在加工中心應(yīng)用得很少。刀座編碼又分永久性編碼和臨時性編碼，前者刀座號是固定不變的；后者又稱編碼鑰匙，即采用一種專用的編碼鑰匙”這種入法是 按加工順序要求事先給各刀具都縛上一“把表示法刀具號的編碼鑰匙，當(dāng)把各刀具存放到刀庫的刀座中時，將編碼鑰匙插進(jìn)刀座旁邊的鑰匙孔中。 直線式刀庫 刀庫容量少，一般在十幾把左右，多用于自動換刀數(shù)控車床，鉆床上也有采用。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。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?。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，通過換刀方式實現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。立式數(shù)控銑床一般為三坐標(biāo) （ X 、 Y 、 Z ）聯(lián)動 , 其各坐標(biāo)的控制方式主要有以下兩種： 1 ）工作臺縱、橫向移 3 動并升降，主軸只完成主運動。 主要技術(shù)參數(shù)為： 工作范圍 X軸行程 1050mm Y 軸行程 650mm Z 軸行程 500mm 立柱最前端至主軸中心 650mm 工作臺加工面積（長 寬） 1400 320mm 工作臺承載重量 800kg 主軸最高轉(zhuǎn)速 8000rpm 快速進(jìn)給速度 X軸 5m/min 快速進(jìn)給速度 Y軸 5m/min 快速進(jìn)給速度 Z軸 5m/min 刀 庫刀具數(shù) 20 把 定位精度 177。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。 （ 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。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。當(dāng)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。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(fù)位，以便寄存下一個刀號。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。 2 ） 工作臺縱、橫向移動，主軸升降。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。所以各種數(shù)控機(jī)床所使用的換刀機(jī)械手也不盡相同。碟形彈簧及拉桿、杠桿、活動爪來實現(xiàn)。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術(shù)要求稱為主軸準(zhǔn)停。 考慮到實際情況比計算時所設(shè)定的條件復(fù)雜，電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩ST應(yīng)為負(fù)載扭矩DT的 ~ 倍。使刀頭朝下。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低。 ⑥ 右移完成后，機(jī)械手開始右轉(zhuǎn)，直到右轉(zhuǎn)限位開關(guān)檢測到信號。在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)數(shù)查閱大量的設(shè)計手冊了。我們是工程師，一切都要有據(jù)可依 .有 理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計。 ⑧ 運行到最低位置后，機(jī)械手把工件松開，一直到放松限位開關(guān)檢測到信號。編程方法的多樣性使編程簡單、應(yīng)用而拓展。氣缸 28 的活塞桿帶動撥叉 59 上升，由剖視圖中可以看到，最下面的一個刀套右尾部的滾子正好進(jìn)入撥叉 59 的缺口。 可知刀 套放置 半徑為 85 ??? ?Rmm，圓整為 245mm。因此， 21 可在主軸上安裝電氣控制的主軸準(zhǔn)停裝置以實現(xiàn)主軸準(zhǔn)停功能。在活動爪中有兩個銷子，當(dāng)夾緊刀具時，插入刀柄凸緣的孔內(nèi)，確保安全、可靠。 這種機(jī)械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換好時間短，缺點是刀柄精度要求高，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。 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。刀庫旋轉(zhuǎn)后，測得刀庫的實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。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— 10 中 (10)— (18)的刀號。用靠近的兩束光導(dǎo)纖維來閱 12 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。 (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。其缺點是使刀具長度增加，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。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。 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。 加工精度 主軸錐孔 BT40 刀具最大直徑 ∮ 80mm 換刀時間（刀對刀） 4 秒 最大進(jìn)給速度 5000m/min 確定其自動換刀裝置的形式 由于 LTCNC1000 數(shù)控立式升降臺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換刀形式。 2 ） 工作臺縱、橫向移動，主軸升降。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(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)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(jī)床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機(jī)床。一般功能是指各類數(shù)控銑床普遍所具有的功能。設(shè)計增加自動換刀裝置后的 LTCNC1000數(shù)控立式升降臺銑床的外觀圖如圖 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。 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) 9 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。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。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”。閱讀頭的端面如圖 29(a)所示，共用的投光射出面為一矩形框，中間嵌進(jìn)一排共 9 個圓形受光入射面、當(dāng)閱讀頭端面正對刀具編碼部位，沿箭頭方向相對運動時，在同步信號作用下，可將刀具編碼讀入，并與給定的刀具號進(jìn)行比較而選刀。 在 PC 內(nèi)部建立一個模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表，如圖 211 所示。 ③刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改 當(dāng)前一工序加工結(jié)束后需要更換新刀加工時， NC 系統(tǒng)發(fā)出自動換刀指令 M06 控制機(jī)床主軸準(zhǔn)停。 雙手 式 雙手平行式 這種機(jī)械手還起運輸作用 換到時間較短，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 雙手交叉式 雙手有回轉(zhuǎn)運動 17 第 3 章 換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置中 ,實現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。 該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起運動。 換刀動作的大致過程為： 1)主軸箱回到最高處（ z坐標(biāo)零點），同時實現(xiàn)“主軸準(zhǔn)?！?。安裝最大重量刀具時，要進(jìn)行多次刀庫到主軸位置的自動交換，使機(jī)械手換刀時做到準(zhǔn)確無誤，無撞擊。蝸輪材料選用 ZCuAl10Fe3，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度 Ra≤ m。 刀套的構(gòu)造錐孔尾部有兩個球頭銷釘，后有彈簧用以夾住刀具， 25 故當(dāng)?shù)短仔D(zhuǎn) 90176。 27 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)限位開關(guān)的布局示意圖 圖 41 限位開關(guān)的布局示意圖 機(jī)械手自動換 刀系統(tǒng)的工作流程 機(jī)械手移動刀具的單個工作流程由復(fù)位到初始位置、將機(jī)械手移動到刀庫處、夾緊刀具、將刀具移動到目標(biāo)位置、放下刀具和移動到初始位置 6 個過程組成。 該系統(tǒng)進(jìn)行自動連續(xù)循環(huán)工作。 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細(xì)致 。 作為一名 機(jī)械電子工程專業(yè) 的學(xué)生，我覺得能做類似的課程設(shè)計是十分有意義，而且是十分必要的。 ③ 到達(dá)最下端后，機(jī)械手開始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止，時間由定時器控制，定時為 秒。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短，采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進(jìn)行設(shè)計，如：冗余的設(shè)計、斷電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等。刀座以鉸鏈形式與支撐板相連。第二，把三把最重的刀具放在一起，如圖 33（ b）所示。初取齒數(shù) z=30 3)下表為齒輪幾何尺寸設(shè)計的基本參數(shù)： 名稱 代號 計算公式 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 ?? ? ? ? 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 ( z 2 ) ( 30 2 1 ) 1. 5 48ahm?? ? ? ? ? ? ? 齒根圓直徑 fd fad ( 2 h 2 ) 4 1 .2 5z c m??? ? ? ? 齒距 p ??? 齒厚 s / 2 ??? 頂隙 c c m?? ? ? ? 4)齒條的基本尺寸，按外齒輪幾何尺寸的計算公式進(jìn)行計算 自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求 主軸準(zhǔn)停裝置 為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當(dāng)?shù)毒叩侗b入錐孔時，刀柄上的鍵槽位置必須與該鍵對準(zhǔn)才能裝入。從而實現(xiàn)手臂正向和反向 180176。 確定換刀機(jī)械手形式 在自動換刀數(shù)控機(jī)床中，換刀機(jī)械手的形式是多種多樣的，