【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （轉(zhuǎn)/分）～2250/45～4500主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī) （千瓦）（額定/30分鐘）快速移動(dòng)速度（X、Y軸） （米/分）15 （Z軸） （米/分）10進(jìn)給速度 （X、Y、Z軸） （毫米/分）1~4000進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī) （千瓦）刀庫(kù)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(kù)電機(jī) （千瓦）工作臺(tái)容許負(fù)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(dòng)換刀時(shí)）（毫米）φ80銑削能力 （厘米/分）100氣源 （巴）5～7（250升/分）機(jī)床重量 （公斤）6500占地面積 （毫米）27562695 TH5640D型立式加工中心自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)刀庫(kù)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(dòng)比為i=48，模數(shù)m=初步確定該立式加工中心刀庫(kù)的工作原理為：交流伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)撓性聯(lián)軸器帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，刀庫(kù)形式采用盤(pán)型刀庫(kù)，該刀庫(kù)裝在蝸輪上通過(guò)蝸輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀庫(kù)的旋轉(zhuǎn)，如圖21所示。另外，盤(pán)型刀庫(kù)裝在立柱左側(cè)，因此刀套應(yīng)該能向下轉(zhuǎn)動(dòng)90176。，便于換刀。圖31 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)原理圖機(jī)械手的形式暫時(shí)采用單臂雙手式機(jī)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(jì)所給的參數(shù)，確定了該加工中心刀庫(kù)基本的傳動(dòng)原理以及所選機(jī)械手的形式。21第4章 刀庫(kù)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 第4章 刀庫(kù)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 確定刀庫(kù)容量刀庫(kù)容量設(shè)為20把。刀庫(kù)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(pán)式刀庫(kù)。盤(pán)式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多。此換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，換刀可靠性較好。整個(gè)換刀過(guò)程時(shí)間大約為4秒。 初步估計(jì)刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足刀庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載扭矩和啟動(dòng)時(shí)的加速扭矩的要求。（1） 刀庫(kù)負(fù)載扭矩的計(jì)算圓盤(pán)式刀庫(kù)負(fù)載扭矩估算方法：這種刀庫(kù)的負(fù)載扭矩主要用來(lái)克服刀具質(zhì)量的不平衡，估算按如下兩種情況進(jìn)行：第一，用平均重量的刀具插滿(mǎn)圓盤(pán)的半個(gè)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(gè)刀具的（包括刀柄）平均重量，而其重心則設(shè)定為離刀庫(kù)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(kù)回轉(zhuǎn)中心半徑處。（2） 刀庫(kù)加速扭矩的計(jì)算式中 刀庫(kù)選刀時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；加速時(shí)間，通常取150~200ms；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量（），可查樣本；負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量（）（a）刀具插滿(mǎn)圓盤(pán)的半個(gè)圓 （b）三把最重的刀具插在一起圖41 刀庫(kù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法（3） 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩計(jì)算驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足刀庫(kù)負(fù)載扭矩和加速扭矩之和，將以上計(jì)算的刀庫(kù)負(fù)載扭矩和加速扭矩轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸上的輸出扭矩的公式為式中i電動(dòng)機(jī)軸至刀庫(kù)軸的速比；傳動(dòng)效率?？紤]到實(shí)際情況比計(jì)算時(shí)所設(shè)定的條件復(fù)雜，~。設(shè)定當(dāng)兩個(gè)最大刀具相鄰放置時(shí)，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(kù)負(fù)載扭矩的計(jì)算按方法二進(jìn)行估算，即將三把最重的刀放在一起，則負(fù)載扭矩===2） 加速扭矩的計(jì)算設(shè)刀具最大運(yùn)動(dòng)線(xiàn)速度為24m/min，則可確定刀庫(kù)選刀轉(zhuǎn)速為=，加速時(shí)間暫定為=200ms，電動(dòng)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(dòng)機(jī)軸上的慣量=則可求得=3） 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足刀庫(kù)負(fù)載扭矩和加速扭矩之和電動(dòng)機(jī)軸到刀庫(kù)軸的速比為i=48,蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率=,則可求得==電動(dòng)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(hào)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(shí)間常數(shù) 工作電壓 220V蝸桿頭數(shù)=1，初定傳動(dòng)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(dòng)，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(jì)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(jì)算機(jī)記憶式，可將刀具號(hào)和刀庫(kù)上存刀地址對(duì)應(yīng)地記憶在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)或可編程控制器內(nèi)。不論刀具放入那個(gè)地址，均可跟蹤記憶；利用刀庫(kù)上裝刀位置檢測(cè)裝置，可測(cè)得每一地址。這樣刀具可以任意存取，無(wú)需編碼元件，這種刀具任選方式使換刀控制大為簡(jiǎn)化。圓盤(pán)式刀庫(kù)由專(zhuān)用的交流伺服電機(jī)14經(jīng)撓性聯(lián)軸器1蝸桿2蝸輪25，帶動(dòng)刀盤(pán)和盤(pán)上的20個(gè)刀套旋轉(zhuǎn)，如圖42所示。刀座的滾子在不旋轉(zhuǎn)的刀盤(pán)的槽中受到限位，刀盤(pán)在最下端的換刀位置開(kāi)了一個(gè)缺口。刀座以鉸鏈形式與支撐板相連。平時(shí)，由彈簧將滾子銷(xiāo)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(kù)刀盤(pán)最下位置的刀套旋轉(zhuǎn)90176。，使刀頭朝下。實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作靠氣缸28。氣缸28的活塞桿帶動(dòng)撥叉59上升，由剖視圖中可以看到，最下面的一個(gè)刀套右尾部的滾子正好進(jìn)入撥叉59的缺口。撥叉上升使刀套連同刀具逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90176。，滾子銷(xiāo)退出支撐板的凹槽，刀座轉(zhuǎn)至垂直位置，等待機(jī)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(gè)球頭銷(xiāo)釘，后有彈簧用以?shī)A住刀具，故當(dāng)?shù)短仔D(zhuǎn)90176。后刀具不會(huì)下落。刀套頂部的滾子用以在刀套處于水平位置時(shí)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(guò)氣缸作用，與上述動(dòng)作相反，刀座帶動(dòng)刀具夾頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直到水平位置為止，此時(shí)滾子銷(xiāo)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(jìn)行刀庫(kù)電機(jī)的計(jì)算與選擇，以及刀庫(kù)傳動(dòng)時(shí)所用蝸輪蝸桿相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，確定了刀具的選擇方式。另外對(duì)刀庫(kù)工作原理進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。29第5章 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) 第5章 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)圖51 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖本機(jī)床上使用的換刀機(jī)械手為回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手。在自動(dòng)換刀過(guò)程中，機(jī)械手要完成抓刀、拔刀、交換主軸上和刀庫(kù)上的刀具位置、插刀、復(fù)位等動(dòng)作。單臂單手式機(jī)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(gè)手爪6組成。手爪6上握刀的圓弧部分有一個(gè)錐銷(xiāo)4，機(jī)械手抓刀時(shí)，該錐銷(xiāo)插入刀柄的鍵槽中。當(dāng)機(jī)械手由原位轉(zhuǎn)75176。抓住刀具時(shí)，兩手爪上的長(zhǎng)銷(xiāo)12分別被主軸前端面和刀庫(kù)上的擋塊壓下，使軸向開(kāi)有長(zhǎng)槽的活動(dòng)銷(xiāo)14在彈簧的作用下右移頂住刀具。機(jī)械手拔刀時(shí)，長(zhǎng)銷(xiāo)與擋塊脫離接觸，鎖緊銷(xiāo)被彈簧彈起，使活動(dòng)銷(xiāo)頂住刀具不能后退，這樣機(jī)械手在回轉(zhuǎn)180176。時(shí)，刀具不會(huì)被甩出。當(dāng)機(jī)械手上升插刀時(shí)，兩長(zhǎng)銷(xiāo)又分別被兩擋塊壓下，鎖緊銷(xiāo)從活動(dòng)銷(xiāo)孔中退出，松開(kāi)刀具，機(jī)械手便可反轉(zhuǎn)75176。復(fù)位。 機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如前述刀庫(kù)結(jié)構(gòu)，刀套向下轉(zhuǎn)90176。后，壓下行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出機(jī)械手抓刀信號(hào)。此時(shí)，機(jī)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(dòng)齒條17向左移動(dòng)帶動(dòng)齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)。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(jī)械手臂軸16。連接盤(pán)3與齒輪1用螺栓連接，它們空套在機(jī)械手臂軸2上，傳動(dòng)盤(pán)5與機(jī)械手臂軸2用花鍵連接，它上端的銷(xiāo)子4插入連接盤(pán)3的銷(xiāo)孔中，故齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)便帶動(dòng)機(jī)械手臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)械手回轉(zhuǎn)75176。抓刀。抓刀動(dòng)作結(jié)束時(shí)，齒條17上的擋環(huán)12壓下行程開(kāi)關(guān)14，發(fā)出拔刀信號(hào)，于是升降液壓缸15的上腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)機(jī)械手臂軸16下降拔刀。在軸16下降時(shí)，傳動(dòng)盤(pán)10隨之下降，其下端的銷(xiāo)子8插入連接盤(pán)5的銷(xiāo)孔中，連接盤(pán)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(dòng)作完成后，軸16上的擋環(huán)2壓下行程開(kāi)關(guān)1，發(fā)出換刀信號(hào)。這時(shí)轉(zhuǎn)位液壓缸20的右腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)齒條19向左移動(dòng)，帶動(dòng)齒輪和連接盤(pán)5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)銷(xiāo)子8，由傳動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)180176。，交換位于位于主軸和刀庫(kù)上的刀具位置。換刀動(dòng)作完成后，齒條19上的擋環(huán)6壓下行程開(kāi)關(guān)9，發(fā)出插刀信號(hào)，使升降液壓缸下腔通壓力油，活塞桿帶著機(jī)械手臂軸上升插刀，同時(shí)傳動(dòng)下面的銷(xiāo)子8從連接盤(pán)5的銷(xiāo)孔中移出。插刀動(dòng)作完成后，軸16上的擋環(huán)壓下行程開(kāi)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(dòng)復(fù)位，齒輪4空轉(zhuǎn)，機(jī)械手無(wú)動(dòng)作。齒條19復(fù)位后，其上擋環(huán)壓下行程開(kāi)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(dòng)，通過(guò)齒輪11使機(jī)械手反轉(zhuǎn)75176。復(fù)位。機(jī)械手復(fù)位后，齒條17上的擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān)13，發(fā)出換刀完成信號(hào)，使刀套向上翻轉(zhuǎn)90176。，為下次選刀做好準(zhǔn)備。注：圖52中的氣缸1機(jī)械手臂軸1齒輪1齒條1銷(xiāo)子、擋環(huán)2分別相當(dāng)于圖53中的氣缸3機(jī)械手臂軸齒輪4齒條3銷(xiāo)子4擋環(huán)51。 圖52 機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖圖53 機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 自動(dòng)換刀裝置的動(dòng)作順序自動(dòng)換刀的大致順序如圖54所示：第一， 見(jiàn)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(diǎn)準(zhǔn)備換刀，此時(shí)刀庫(kù)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(jī)械手抓取。第二， 見(jiàn)圖54（c），機(jī)械手由原始水平位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)75176。，機(jī)械手的兩夾爪同時(shí)抓住刀庫(kù)中的“新刀”與主軸中的“舊刀”。第三， 見(jiàn)圖54（d），機(jī)械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r(shí)從主軸及刀庫(kù)中拔出。第四， 見(jiàn)圖54（e），機(jī)械手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180176。，把“新刀”轉(zhuǎn)至主軸處，“舊刀”轉(zhuǎn)至刀庫(kù)換刀位置處。第五， 見(jiàn)圖54（f），機(jī)械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r(shí)裝入主軸及刀庫(kù)。第六， 見(jiàn)圖54（h），機(jī)械手順時(shí)針回轉(zhuǎn)75176。，恢復(fù)原始水平位置。第七， 見(jiàn)圖54（g），刀庫(kù)刀套向上旋轉(zhuǎn)90176。，等待下一次換刀。圖54自動(dòng)換刀的順序 主軸準(zhǔn)停裝置在加工中心上，當(dāng)自動(dòng)換刀裝置把刀具裝到主軸上時(shí)，刀柄上的鍵槽必須對(duì)準(zhǔn)主軸上的驅(qū)動(dòng)鍵(亦稱(chēng)定向鍵)。為此，主軸每次停轉(zhuǎn)必須準(zhǔn)確地停在某一固定位置上。這種使主軸準(zhǔn)確地停在某一固定位置上的裝置叫主軸準(zhǔn)停裝置。主軸準(zhǔn)停裝置分機(jī)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(zhǔn)確而順利進(jìn)人刀柄上的鍵槽。主軸必須停止在一定的位置上使之對(duì)準(zhǔn)，即主軸應(yīng)有旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)。主軸與刀柄靠7：24錐面定心，由兩個(gè)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(gè)缺口內(nèi)。自動(dòng)換刀時(shí)，必須保證端面鍵對(duì)準(zhǔn)缺口。為此，就要求主軸準(zhǔn)確地停在一定的周向位置上。主軸周向定位機(jī)構(gòu)的原理見(jiàn)圖55。塔輪1上安裝一個(gè)厚墊片4，上裝一個(gè)體積很小的永磁塊3。在主軸箱體的準(zhǔn)停位置上，裝一個(gè)磁傳感器2。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出主軸準(zhǔn)停信號(hào)后，主軸降速，以很低的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，至永磁塊對(duì)準(zhǔn)傳感器，傳感器2發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào)，經(jīng)放大器、定向電路使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。主軸停止的角度位置精度為177。1176。這種裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位迅速而準(zhǔn)確。 圖55主軸定位機(jī)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(dòng)換刀裝置中機(jī)械手的設(shè)計(jì)，機(jī)械手內(nèi)部的傳動(dòng)原理，自動(dòng)換刀的過(guò)程以及主軸的準(zhǔn)停裝置。37第6章 聯(lián)軸器的選用及計(jì)算 第6章 聯(lián)軸器的選用及計(jì)算聯(lián)軸器是連接兩軸或軸的回轉(zhuǎn)件，在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力過(guò)程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開(kāi)的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還可能具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移、緩沖和減震以及安全防護(hù)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(chēng)固定式聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器雖然不具有補(bǔ)償功能，但有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、不易維護(hù)、成本低等特點(diǎn)而仍有其應(yīng)用范圍；撓性聯(lián)軸器中又分為無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器(也稱(chēng)可移式剛性聯(lián)軸器)和帶彈性元件撓性聯(lián)軸器，前一類(lèi)只具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的能力，后一類(lèi)能產(chǎn)生較大環(huán)