【文章內(nèi)容簡介】 （轉(zhuǎn)/分）～2250/45～4500主軸驅(qū)動電機 （千瓦）（額定/30分鐘）快速移動速度（X、Y軸） （米/分）15 （Z軸） （米/分）10進給速度 （X、Y、Z軸） （毫米/分）1~4000進給驅(qū)動電機 （千瓦）刀庫容量 20選刀方式 任選最大刀具尺寸 （毫米）φ80300最大刀具重量 （公斤）8刀庫電機 （千瓦）工作臺容許負載 （公斤）500滾珠絲杠尺寸（X、Y、Z軸） （毫米）φ4010鉆孔能力 （毫米）φ32攻絲能力 M24鏜孔能力 （自動換刀時）（毫米）φ80銑削能力 （厘米/分）100氣源 （巴）5～7（250升/分）機床重量 （公斤）6500占地面積 （毫米）27562695 TH5640D型立式加工中心自動換刀裝置的設(shè)計參數(shù)刀庫容量 20選刀方式 任選刀套尺寸 （毫米）φ60120最大刀具重量 （公斤）8相鄰刀套中心距離為85毫米刀柄為BT40刀柄蝸桿頭數(shù)=1，初定傳動比為i=48，模數(shù)m=初步確定該立式加工中心刀庫的工作原理為：交流伺服電動機通過撓性聯(lián)軸器帶動蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動，刀庫形式采用盤型刀庫，該刀庫裝在蝸輪上通過蝸輪的旋轉(zhuǎn)帶動刀庫的旋轉(zhuǎn)，如圖21所示。另外，盤型刀庫裝在立柱左側(cè)，因此刀套應(yīng)該能向下轉(zhuǎn)動90176。，便于換刀。圖31 刀庫驅(qū)動原理圖機械手的形式暫時采用單臂雙手式機械手。本章主要介紹了TH5640D型立式加工中心及其主要參數(shù)。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。21第4章 刀庫的設(shè)計及計算 第4章 刀庫的設(shè)計及計算 確定刀庫容量刀庫容量設(shè)為20把。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。盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多。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。整個換刀過程時間大約為4秒。 初步估計刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機刀庫驅(qū)動電動機的選擇應(yīng)同時滿足刀庫運轉(zhuǎn)時的負載扭矩和啟動時的加速扭矩的要求。（1） 刀庫負載扭矩的計算圓盤式刀庫負載扭矩估算方法：這種刀庫的負載扭矩主要用來克服刀具質(zhì)量的不平衡，估算按如下兩種情況進行：第一，用平均重量的刀具插滿圓盤的半個圓，如圖41（a）所示，根據(jù)工藝要求所需的各種刀具，確定每個刀具的（包括刀柄）平均重量，而其重心則設(shè)定為離刀庫回轉(zhuǎn)中心2/3半徑處。第二，把三把最重的刀具放在一起，如圖41（b）所示。按加工中心規(guī)格規(guī)定的最大刀具質(zhì)量算，而其重心則設(shè)定為離刀庫回轉(zhuǎn)中心半徑處。（2） 刀庫加速扭矩的計算式中 刀庫選刀時的電動機轉(zhuǎn)速（r/min）；加速時間，通常取150~200ms；電動機轉(zhuǎn)子慣量（），可查樣本；負載慣量折算到電動機軸上的慣量（）（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 刀庫負載轉(zhuǎn)矩計算方法（3） 驅(qū)動電動機輸出扭矩計算驅(qū)動電動機的輸出扭矩應(yīng)同時滿足刀庫負載扭矩和加速扭矩之和，將以上計算的刀庫負載扭矩和加速扭矩轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電動機軸上的輸出扭矩的公式為式中i電動機軸至刀庫軸的速比；傳動效率?？紤]到實際情況比計算時所設(shè)定的條件復(fù)雜，~。設(shè)定當(dāng)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?？芍短追胖冒霃綖閙m，圓整為245mm。1） 刀庫負載扭矩的計算按方法二進行估算，即將三把最重的刀放在一起，則負載扭矩===2） 加速扭矩的計算設(shè)刀具最大運動線速度為24m/min，則可確定刀庫選刀轉(zhuǎn)速為=，加速時間暫定為=200ms，電動機的轉(zhuǎn)子慣量可查相關(guān)樣本=，負載慣量折算到電動機軸上的慣量=則可求得=3） 驅(qū)動電動機的輸出扭矩應(yīng)同時滿足刀庫負載扭矩和加速扭矩之和電動機軸到刀庫軸的速比為i=48,蝸輪蝸桿的傳動效率=,則可求得==電動機的額定轉(zhuǎn)矩(~) =(~) 而所選電機轉(zhuǎn)矩為10確定伺服電機型號為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。蝸桿材料選用35CrMo，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度Ra≤。蝸輪材料選用ZCuAl10Fe3，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度Ra≤。蝸輪蝸桿其他計算參數(shù)：蝸桿導(dǎo)程角r=arctan蝸桿齒形角為20176。蝸桿軸向齒距積累誤差=蝸桿軸向齒距極限偏差=177。蝸輪齒形誤差=刀具的選擇方式為任意選擇方式中的計算機記憶式，可將刀具號和刀庫上存刀地址對應(yīng)地記憶在計算機存儲器內(nèi)或可編程控制器內(nèi)。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。這樣刀具可以任意存取，無需編碼元件，這種刀具任選方式使換刀控制大為簡化。圓盤式刀庫由專用的交流伺服電機14經(jīng)撓性聯(lián)軸器1蝸桿2蝸輪25，帶動刀盤和盤上的20個刀套旋轉(zhuǎn)，如圖42所示。刀座的滾子在不旋轉(zhuǎn)的刀盤的槽中受到限位，刀盤在最下端的換刀位置開了一個缺口。刀座以鉸鏈形式與支撐板相連。平時，由彈簧將滾子銷壓在刀套的凹槽中，使刀座定位在水平位置。由于主軸是立式的，故應(yīng)將處于刀庫刀盤最下位置的刀套旋轉(zhuǎn)90176。，使刀頭朝下。實現(xiàn)這個動作靠氣缸28。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入撥叉59的缺口。撥叉上升使刀套連同刀具逆時針方向旋轉(zhuǎn)90176。，滾子銷退出支撐板的凹槽，刀座轉(zhuǎn)至垂直位置，等待機械手換刀。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(dāng)?shù)短仔D(zhuǎn)90176。后刀具不會下落。刀套頂部的滾子用以在刀套處于水平位置時支撐刀套。當(dāng)?shù)毒吒鼡Q完畢，該刀座插入從主軸換下的刀具夾頭。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。圖44 刀套結(jié)構(gòu)圖本章主要是根據(jù)所給參數(shù)進行刀庫電機的計算與選擇，以及刀庫傳動時所用蝸輪蝸桿相關(guān)參數(shù)的計算，確定了刀具的選擇方式。另外對刀庫工作原理進行了總體設(shè)計。29第5章 刀具交換裝置的設(shè)計 第5章 刀具交換裝置的設(shè)計圖51 機械手結(jié)構(gòu)圖本機床上使用的換刀機械手為回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手。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(fù)位等動作。單臂單手式機械手主要由手臂9和固定于其兩端的結(jié)構(gòu)完全相同的兩個手爪6組成。手爪6上握刀的圓弧部分有一個錐銷4，機械手抓刀時，該錐銷插入刀柄的鍵槽中。當(dāng)機械手由原位轉(zhuǎn)75176。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。機械手拔刀時，長銷與擋塊脫離接觸，鎖緊銷被彈簧彈起，使活動銷頂住刀具不能后退，這樣機械手在回轉(zhuǎn)180176。時，刀具不會被甩出。當(dāng)機械手上升插刀時，兩長銷又分別被兩擋塊壓下，鎖緊銷從活動銷孔中退出，松開刀具，機械手便可反轉(zhuǎn)75176。復(fù)位。 機械手傳動結(jié)構(gòu)如前述刀庫結(jié)構(gòu)，刀套向下轉(zhuǎn)90176。后，壓下行程開關(guān)，發(fā)出機械手抓刀信號。此時，機械手21正處在圖中所示的上面位置，液壓缸18右腔通壓力油，活塞桿推動齒條17向左移動帶動齒輪11轉(zhuǎn)動。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。連接盤3與齒輪1用螺栓連接，它們空套在機械手臂軸2上，傳動盤5與機械手臂軸2用花鍵連接，它上端的銷子4插入連接盤3的銷孔中，故齒輪轉(zhuǎn)動時便帶動機械手臂軸轉(zhuǎn)動，使機械手回轉(zhuǎn)75176。抓刀。抓刀動作結(jié)束時，齒條17上的擋環(huán)12壓下行程開關(guān)14，發(fā)出拔刀信號，于是升降液壓缸15的上腔通壓力油，活塞桿推動機械手臂軸16下降拔刀。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。當(dāng)拔刀動作完成后，軸16上的擋環(huán)2壓下行程開關(guān)1，發(fā)出換刀信號。這時轉(zhuǎn)位液壓缸20的右腔通壓力油，活塞桿推動齒條19向左移動，帶動齒輪和連接盤5轉(zhuǎn)動，通過銷子8，由傳動盤帶動機械手轉(zhuǎn)180176。，交換位于位于主軸和刀庫上的刀具位置。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。插刀動作完成后，軸16上的擋環(huán)壓下行程開關(guān)3，使轉(zhuǎn)位油缸20的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條19向右移動復(fù)位，齒輪4空轉(zhuǎn)，機械手無動作。齒條19復(fù)位后，其上擋環(huán)壓下行程開關(guān)7，使液壓缸18的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條17向右移動，通過齒輪11使機械手反轉(zhuǎn)75176。復(fù)位。機械手復(fù)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。，為下次選刀做好準備。注：圖52中的氣缸1機械手臂軸1齒輪1齒條1銷子、擋環(huán)2分別相當(dāng)于圖53中的氣缸3機械手臂軸齒輪4齒條3銷子4擋環(huán)51。 圖52 機械手傳動結(jié)構(gòu)示意圖圖53 機械手傳動結(jié)構(gòu) 自動換刀裝置的動作順序自動換刀的大致順序如圖54所示：第一， 見圖54（b），工件上某一表面加工完畢后，主軸停轉(zhuǎn)，主軸箱返回原點準備換刀，此時刀庫早已根據(jù)指令將“新刀”轉(zhuǎn)到換刀位置上(即向下旋轉(zhuǎn)90176。),等待機械手抓取。第二， 見圖54（c），機械手由原始水平位置逆時針旋轉(zhuǎn)75176。，機械手的兩夾爪同時抓住刀庫中的“新刀”與主軸中的“舊刀”。第三， 見圖54（d），機械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r從主軸及刀庫中拔出。第四， 見圖54（e），機械手順時針旋轉(zhuǎn)180176。，把“新刀”轉(zhuǎn)至主軸處，“舊刀”轉(zhuǎn)至刀庫換刀位置處。第五， 見圖54（f），機械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r裝入主軸及刀庫。第六， 見圖54（h），機械手順時針回轉(zhuǎn)75176。，恢復(fù)原始水平位置。第七， 見圖54（g），刀庫刀套向上旋轉(zhuǎn)90176。，等待下一次換刀。圖54自動換刀的順序 主軸準停裝置在加工中心上，當(dāng)自動換刀裝置把刀具裝到主軸上時，刀柄上的鍵槽必須對準主軸上的驅(qū)動鍵(亦稱定向鍵)。為此，主軸每次停轉(zhuǎn)必須準確地停在某一固定位置上。這種使主軸準確地停在某一固定位置上的裝置叫主軸準停裝置。主軸準停裝置分機械控制和電氣控制兩種形式。本加工中心用到的是電氣控制方式。為使主軸上的端面鍵能準確而順利進人刀柄上的鍵槽。主軸必須停止在一定的位置上使之對準，即主軸應(yīng)有旋轉(zhuǎn)定位機構(gòu)。主軸與刀柄靠7：24錐面定心，由兩個端面鍵傳遞轉(zhuǎn)矩。端面鍵用螺釘固定在主軸前端面上，嵌入刀柄周向的兩個缺口內(nèi)。自動換刀時，必須保證端面鍵對準缺口。為此，就要求主軸準確地停在一定的周向位置上。主軸周向定位機構(gòu)的原理見圖55。塔輪1上安裝一個厚墊片4，上裝一個體積很小的永磁塊3。在主軸箱體的準停位置上，裝一個磁傳感器2。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出主軸準停信號后，主軸降速，以很低的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，至永磁塊對準傳感器，傳感器2發(fā)出準停信號，經(jīng)放大器、定向電路使電動機制動。主軸停止的角度位置精度為177。1176。這種裝置的機械結(jié)構(gòu)簡單，定位迅速而準確。 圖55主軸定位機構(gòu)工作原理1 塔輪；2磁傳感器；3永磁塊；4墊片本章主要介紹了自動換刀裝置中機械手的設(shè)計，機械手內(nèi)部的傳動原理，自動換刀的過程以及主軸的準停裝置。37第6章 聯(lián)軸器的選用及計算 第6章 聯(lián)軸器的選用及計算聯(lián)軸器是連接兩軸或軸的回轉(zhuǎn)件，在傳遞運動和動力過程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還可能具有補償兩軸相對位移、緩沖和減震以及安全防護等功能。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。剛性聯(lián)軸器或稱固定式聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器雖然不具有補償功能，但有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、不易維護、成本低等特點而仍有其應(yīng)用范圍；撓性聯(lián)軸器中又分為無彈性元件撓性聯(lián)軸器(也稱可移式剛性聯(lián)軸器)和帶彈性元件撓性聯(lián)軸器，前一類只具有補償兩軸相對位移的能力，后一類能產(chǎn)生較大環(huán)