【文章內(nèi)容簡介】 速、主軸啟動旋轉(zhuǎn)并快速趨近加工位置，用更新的新刀具開始下一工序的加工。由于這種自動換刀裝置是用于多工序零件加工，換刀頻繁，如果每一次的“自動換刀過程時間”稍長一點，多次換刀所積累的結(jié)果就會相當可觀，就不能顯著提高生產(chǎn)效率，因此，在設(shè)計條件允許的情況下，應(yīng)盡可能縮短“自動換刀過程時間”。中型機床，每次換刀時間一般在10秒左右，當然，在自動換刀過程的各個動作中，有些動作如刀具快速退離和快速接近工件所需時間，尚與工件加工面具體位置有關(guān)，不完全決定于設(shè)計者。但有些動作如進行新舊刀具交換所需要的“換刀時間”，則可基本上由機床設(shè)計者所決定。這種“換刀時間”，一般約為5秒。、鏈式刀庫鏈式刀庫包括單環(huán)鏈和多環(huán)鏈 , 鏈環(huán)形式可有多種變化，如圖2—1（a）、（b）、（c） （a） （b） （c） 圖2—1 圖2—2是方形刀庫的典型結(jié)構(gòu)示意圖。主動鏈輪由伺服電動機通過蝸輪減速裝置驅(qū)動（根據(jù)需要，還可以經(jīng)過齒輪副傳動）。這種傳動方式，不僅在鏈式刀庫中采用，在其他形式的刀庫傳動中，也多采用。圖2—2 方形鏈式刀庫示意圖導(dǎo)向輪一般做成光輪，圓周表面硬化處理。兼起張緊輪作用的左側(cè)兩個導(dǎo)論，其輪座必須帶有導(dǎo)向槽（或?qū)蜴I），以免松開安裝螺釘時，輪座位置歪扭，對張緊調(diào)節(jié)帶來麻煩?；亓阕矇K可以裝在鏈條的任意位置上，而回零開關(guān)則安裝在便于調(diào)整的位置上。這時處于機械手抓刀位置的刀套，編號為1好，然后依次編上其他刀號。刀庫回零時，只能從一個方向回零，至于是順時針回轉(zhuǎn)回零，還是逆時針回轉(zhuǎn)回零，可由機電設(shè)計人員商定。如果刀套不能準確地停在換刀位置上，將會使換刀機械手抓刀不準，以致在換刀時容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此，刀套的準停問題將是影響換刀動作可靠性的重要因素之一。為了確保刀套準確地停在換刀位置上，需要采取如下措施：（1） 定位盤準停方式，由液壓缸推動的定位銷插入定位盤的定位槽內(nèi)，以實現(xiàn)刀套的準停，或采取定位塊進行快速定位。刀位盤上的每個定位槽（或定位孔），對應(yīng)于一個相應(yīng)的刀套，而且定位槽（或定位孔）的節(jié)距要一致。這種準停方式的優(yōu)點是能有效地消除傳動鏈反向間隙的影響，保護傳動鏈，使其免受換刀撞擊力，驅(qū)動電動機可不用制動自鎖裝置。（2） 鏈式刀庫要選用節(jié)距精確度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，而且在把套筒裝在鏈條上時，要用專用夾具來定位，以保證刀套節(jié)距一致。（3） 傳動時要消除傳動間隙。消除反向間隙方法有以下幾種：電氣系統(tǒng)自動補償方式，在鏈輪軸上安裝編碼器，單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動方式，使刀套單方向運行、單方向定位以及使刀套雙向運行、單向定位方式等。鏈式刀庫有如下特點：適用于刀庫容量較大的場合，所占的空間小。一般適用于刀具數(shù)在30～120把的刀庫。僅增加鏈條長度即可增加刀具數(shù)，可以不增加圓周速度，其轉(zhuǎn)動慣量不像盤式刀庫增加的那樣大。、盤式刀庫在盤式刀庫結(jié)構(gòu)中，刀具可以沿主軸徑向、軸向、斜向安放，如圖2—3（a）、（b）、（c）。刀具軸向安裝的結(jié)構(gòu)最為緊湊，但為了換刀時刀具與主軸同向，有的刀庫中的刀具需要在換刀位置作翻轉(zhuǎn)。在刀庫容量較大時，為在存取方便的同時保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采取彈倉式結(jié)構(gòu)，但是較其他形式復(fù)雜。目前大量的刀庫安裝在機床立柱的頂面或側(cè)面。在刀庫容量較大時，也有安裝在單獨的地基上的，以隔離刀庫轉(zhuǎn)動造成的振動。盤式刀庫的刀具軸線也圓盤軸線平行，刀具環(huán)形排列，分徑向、軸向兩種取刀方式，其刀座結(jié)構(gòu)不同。這種盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多，適用于刀庫容量較小的情況。為增加刀庫空間利用率，可采用雙環(huán)或多環(huán)排列刀具的形式，但圓盤直徑增大，轉(zhuǎn)動慣量就增加，選刀時間也較長。 （a） （b） （c）圖 2—3其他的刀庫形式還有格子盒式刀庫，由于篇幅的限制這里就不再詳細介紹了。經(jīng)過對上述兩種刀庫形式的比較，以及結(jié)合的實際情況，在本設(shè)計中采用盤式刀庫這種結(jié)構(gòu)。換刀機械手方案的確定采用機械手進行刀具交換的方式應(yīng)用的最為廣泛，這是因為機械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時間。、機械手的種類加工中心換刀機械手的種類繁多，可以說每個廠家都推出自己的獨特的換刀機械手，在加工中心的自動換刀系統(tǒng)中，是機械手具體執(zhí)行刀具的自動更換，對其要求是迅速可靠、準確協(xié)調(diào)。由于加工中心機床的刀庫和主軸，其相對位置距離不同，相應(yīng)的換刀機械手的運動過程也不盡相同，它們由各種形式的機械手來完成。常見的機械手有：（1） 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手機械手擺動的軸線與刀具主軸平行，機械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來進行自動換刀，換刀具的所花費的時間長，用于刀庫換刀位置的刀座的軸線相平行的場合。如圖2—4所示：圖2—4 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手（2） 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手圖2—5 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手的手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪有所分工，一個卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務(wù)，另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機械手要短，如圖2—5所示。（3） 雙臂回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手的兩臂各有一個卡爪，可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，在回轉(zhuǎn)180176。之后有同時將刀具歸回刀庫及裝入主軸，是目前加工中心機床上最為常用的一種形式，換刀時間要比前兩種都短，如圖2—6所示：圖2—6 雙臂回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手在有的設(shè)計中還采用了可伸縮的手臂，如圖2—7所示：圖2—7 雙臂回轉(zhuǎn)式機械手（手臂可伸縮式）（4） 雙機械手這種機械手相當與兩個單臂單爪機械手，相互配合起來進行自動換刀。其中一個機械手執(zhí)行拔“舊刀”歸回刀庫，另一個機械手執(zhí)行從刀庫取“新刀”插入機床主軸上，如圖2—8所示：圖2—8 雙機械手（5） 雙臂往復(fù)交叉式機械手這種機械手兩臂可往復(fù)運動，并交叉成一定角度。兩個手臂分別稱作裝刀手和卸刀手。卸刀手完成往主軸上取下“舊刀”歸回刀庫，裝刀機械手執(zhí)行從刀庫取出“新刀”裝入主軸。整個機械手可沿導(dǎo)軌或絲杠作直線移動或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)刀庫與主軸之間的運送刀具工作，如圖2—9所示：圖2—9 雙臂往復(fù)交叉式機械手（6） 雙臂端面夾緊式機械手這種機械手只是在夾緊部位上和前幾種不同，上述幾種機械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來抓住刀具，而此種機械手則是夾緊刀柄的兩個端面，如圖2—10所示：圖2—10 雙臂端面夾緊式機械手由于雙臂回轉(zhuǎn)式機械手的動作比較簡單，而且能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫上的刀具，換刀時間較短，故我們選用雙臂回轉(zhuǎn)式機械手。如果我們采用不能伸縮的機械手，由于機械手回轉(zhuǎn)時其手部回轉(zhuǎn)半徑較大，如刀庫中刀具排得較密，可能碰撞刀具，且用這種類型的機械手直接在刀庫與主軸之間換刀，只宜采用順序換刀或刀具編碼式任意選刀，不然，換刀時間將增加。故我們采用手臂可伸縮式的雙臂回轉(zhuǎn)式機械手。、手爪的選擇機械手的手爪，大都采用機械鎖刀方式，有些大型加工中心，亦有采用機械加液壓鎖刀方式，以保證大而重的刀具在換刀中不被甩出?，F(xiàn)有的手爪形式可分為以下幾種：（1） 機械鎖刀手爪——彈簧銷式手爪。使用這種形式的抓持機構(gòu)，手爪不需要設(shè)置專門的傳遞裝置，因而結(jié)構(gòu)簡單，使用廣泛。但在機械手有旋轉(zhuǎn)運動時，為避免刀具甩脫，手爪就必須有自鎖機構(gòu)。（2） 鉗形機械手手爪。這種手爪的張合需要動力傳遞裝置，傳動較復(fù)雜，但手爪的結(jié)構(gòu)可較簡單，使用也較普遍。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2—11所示。（3） 虎鉗形指。在手爪中設(shè)有定位銷，使刀具在手爪中定位。用這種形式的夾持機構(gòu)時，刀具需經(jīng)特殊補充加工，不能使用標準刀具，所以使用者較少。圖2—11鉗形機械手手爪1— 手臂；2—鎖銷；3—止退銷；4—彈簧5—支點軸；6—手爪；7—鍵；8—螺釘經(jīng)對比分析，在本設(shè)計中采用第一種手爪形式。至此，本設(shè)計中的刀庫、機械手以及手爪形式都已確定。，即刀庫采用盤式刀庫，機械手采用手臂可伸縮式的雙臂回轉(zhuǎn)式機械手，手爪形式采用彈簧銷式手爪。第三章 刀庫的設(shè)計本章將具體設(shè)計本設(shè)計中有關(guān)刀庫部分的具體內(nèi)容，包括刀庫的容量、轉(zhuǎn)位、夾刀機構(gòu)等。第一節(jié)、刀庫容量的確定 刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。例如，立式加工中心的主要工藝為鉆、銑。有資料顯示，在統(tǒng)計了15000種工件，按成組技術(shù)分析，各種加工所必需的刀具數(shù)的結(jié)果是：4把銑刀可完成工件95%左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70%的鉆削工藝，因此，14把刀的容量就可完成70%以上的工件鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計，所得結(jié)果是80%的工件（中等尺寸，復(fù)雜程度一般）完成全部加工任務(wù)所需的刀具數(shù)在四十種一下，所以一般的中、小型立式加工中心配有14～30把刀具的刀庫就能夠滿足70%～95%的工件加工需要。根據(jù)以上分析，結(jié)合本設(shè)計的要求，在本設(shè)計方案中設(shè)定刀庫的容