【文章內(nèi)容簡介】 動機(jī)或電動機(jī)，如果需要還要有減速機(jī)構(gòu)。刀庫的定為機(jī)構(gòu)是用來保證更換的每一把刀具或刀套都能準(zhǔn)確地停在換到位置上。其控制部分可以采用簡易位置控制器或類似半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的伺服位置控制，也可以采用電氣和機(jī)械相結(jié)合的銷定為方式，~。加工中心上普遍采用的刀庫是盤式刀庫和鏈?zhǔn)降稁臁?）盤式刀庫盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多，如圖21所示。由于刀具環(huán)形排列，空間利用率低。因此出現(xiàn)了將刀具在盤中采用雙環(huán)或多環(huán)排列，以增加空間的利用率。但這樣一來使刀庫的外徑過大，轉(zhuǎn)動慣量也很大，選刀時間也較長。因此，盤式刀庫一般適用于刀具容量較少的刀庫。圖21a）徑向取刀形式b）軸向取刀形式c）刀具徑向安裝d）刀具斜向安裝（2）鏈?zhǔn)降稁烊鐖D22所示，鏈?zhǔn)降稁斓慕Y(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可以根據(jù)機(jī)床的布局配置成各種形狀，也可將換刀位突出以利換刀。當(dāng)鏈?zhǔn)降稁煨柙黾拥毒呷萘繒r，只需增加鏈條的長度和支承鏈輪的數(shù)目，在一定范圍內(nèi)，無需變更線速度及慣量。這些特點(diǎn)也為系列刀庫的設(shè)計(jì)與制造帶來了很大的方便，可以滿足不同使用條件。一般刀具數(shù)量在30~120把時，多采用鏈?zhǔn)降稁?。圖22本文所設(shè)計(jì)的刀庫由于是使用在小型加工中心上，所以采用的是圓盤刀庫的結(jié)構(gòu)形式，以下是介紹本設(shè)計(jì)的換刀過程及刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 刀具自動換刀分析加工中心自動換刀裝置有兩種形式：有機(jī)械手換刀和無機(jī)械手換刀。加工中心的自動換刀裝置，大都采用有機(jī)械手換刀方式。它是由機(jī)械手將刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返送到刀庫上。其優(yōu)點(diǎn)是換刀時間短，但其機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。無機(jī)械手換刀方式是直接在刀庫與主軸（或刀架）之間換刀的自動換刀方式。因無機(jī)械手，所以結(jié)構(gòu)簡單。換刀時必須先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不能同時進(jìn)行，所以換刀過程較為復(fù)雜，換到時間較長。但是刀庫回轉(zhuǎn)時是在工步與工步之間，即飛切削時進(jìn)行的，因此可以免去刀庫回轉(zhuǎn)時的振動對加工精度的影響。無機(jī)械手換刀方式適用于40號以下的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機(jī)床?？紤]此機(jī)床為教學(xué)用品無須考慮換刀時間的長短，只針對小型加工中心進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以采用無機(jī)械手換刀方式。 無機(jī)械手換刀裝置刀庫的設(shè)計(jì)無機(jī)械手換刀方式中，刀庫可以是圓盤形、直線排列式、也可以是格子箱式等。直線排列式和格子箱式刀庫結(jié)構(gòu)相比較復(fù)雜，適用于刀庫容量較大的加工中心；圓盤形刀庫容量較小，刀庫結(jié)構(gòu)簡單緊湊，刀庫轉(zhuǎn)位、換刀方便，易控制。且所設(shè)計(jì)的加工中心主要用來教學(xué)，不必再刀庫里放太多的刀具，因此選用圓盤式刀庫。立式加工中心無機(jī)械手換刀方式的圓盤形刀庫的放置有兩種形式：刀庫置于立柱側(cè)面的橫梁上和置于工作臺上。由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)的精密數(shù)控工作臺，所以選用刀庫置于立柱側(cè)面的橫梁上，此結(jié)構(gòu)簡單，且不會發(fā)生刀庫和主軸的干涉現(xiàn)象，但刀庫的支承剛性較差，須增強(qiáng)立柱的剛度，以減小橫梁彎扭矩的影響。在橫梁上有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有滑座，將刀庫安裝在滑座上，通過氣動方式將刀庫沿橫梁移動到主軸端，由主軸來實(shí)現(xiàn)自動換刀。刀庫由刀盤部件、軸承、軸承套、電機(jī)、撥銷、槽輪、蝸輪蝸桿、氣缸等組成。 刀庫主要參數(shù)（1）刀庫容量本加工中心主要用來加工小型零件或多孔零件和小平面，所以刀庫上主要安裝一些孔加工刀具（如鉆頭、擴(kuò)孔鉆等）和加工小平面用的立銑刀及小直徑的面銑刀。同時又考慮到所選用電主軸軸端的尺寸及刀盤直徑等的限制；再考慮到主要用于中小批生產(chǎn)機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)等，刀具的品種不宜過多，以免造成不必要的消費(fèi)和刀庫尺寸過大，采用8把刀。（2）刀具最大直徑和長度立銑刀的最大直徑為40mm，鉆頭的最大直徑定為10mm，最大工作部分長度定為150mm。（3）刀具最大重量為1kg。（4）刀具最大運(yùn)動線速度為22—30m∕min。 刀盤部分的設(shè)計(jì) 刀盤尺寸的確定 刀盤采用輪輻式結(jié)構(gòu)，這樣既能滿足使用的要求，又能保證刀盤的強(qiáng)度。在整個設(shè)計(jì)的過程中要保證各個尺寸在換刀過程中不發(fā)生干涉即可，刀盤直徑為210mm。（1） 刀爪尺寸的設(shè)計(jì) 刀爪的外型尺寸根據(jù)30號刀柄設(shè)計(jì)。（2）夾塊的設(shè)計(jì) 夾塊在刀爪抓刀時插入到鍵下半部中，以及刀具在刀庫中的夾塊一直插在鍵中，起準(zhǔn)確定位的作用。因此，夾塊的寬度尺寸精度要求很高。夾塊寬度的尺寸主要由鍵的寬度決定。 刀庫轉(zhuǎn)動定位機(jī)構(gòu)的選擇目前圓盤式刀庫大多采用的是單頭雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動，此傳動機(jī)構(gòu)在使用中可隨時調(diào)整蝸輪蝸桿的傳動間隙，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)位分度輪和蝸桿的加工較困難。槽輪機(jī)構(gòu)具有沖擊小，工作平穩(wěn)性較高，機(jī)械效率高，可以在較高的轉(zhuǎn)速下工作，且結(jié)構(gòu)簡單，易制造等優(yōu)點(diǎn)，在目前生產(chǎn)的鼓輪式刀庫的加工中心機(jī)床上，通常采用槽輪機(jī)構(gòu)來驅(qū)動刀庫的分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動。但此機(jī)構(gòu)定位精度不夠高，為提高其定位精度可采用帶制動器的交流伺服電機(jī)，從而可保證較高的定位精度。3 動力裝置分析 初選電機(jī)刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)中，由于刀庫的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩小，所以決定采用直流伺服電動機(jī)驅(qū)動。直流伺服電動機(jī)具有體積小、重量輕、伺服性好、力能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)，且該電機(jī)可用信號電壓進(jìn)行無極調(diào)速。采用電磁式交流伺服電動機(jī)，其基本參數(shù)為： W，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，額定扭矩T= N/m；最大輸出扭矩T1= m；轉(zhuǎn)動慣量J=15Kg ㎝178。；刀盤轉(zhuǎn)速N=60r/min。 確定傳動裝置的傳動比由選定電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速n1和刀庫主動軸轉(zhuǎn)速n，可得傳動裝置總傳動比 ： i1= （31）電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n1為1500r/min，則傳動比i2==25選取蝸輪蝸桿的標(biāo)準(zhǔn)傳動比i=，則因此刀庫輸出轉(zhuǎn)速 N= ==（r/min） 確定各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率傳動裝置總效率 η=η聯(lián)η178。承η齒 （32）蝸輪蝸桿傳動效率η齒=（齒輪精度為8級）聯(lián)軸器效率η聯(lián)= 滾動軸承效率η承=則得傳動總效率η=*178。*=i——軸m至n的傳動比；（如電動機(jī)軸至I軸之間采用聯(lián)軸器聯(lián)接，則i01=1）η——軸m至軸n的傳動效率。0軸：0軸即電動機(jī)軸P0=Pd= Kwn0=n1=1500r/minT0=Td=mI軸：I軸即蝸桿軸P1=P0η聯(lián)=*=（Kw）T0=Td=mⅠ軸：Ⅰ軸即蝸桿軸P1=P0η聯(lián)=*=（kw）n1==1500（r/min）T1=T0i01η01=T0i聯(lián)η聯(lián)=*1*=（Nm）Ⅱ軸：Ⅱ軸即蝸輪軸P2=P1η12=P1η承η齒=**=n2===（r/min）T2=T0iη聯(lián)η齒η聯(lián)=**=（Nm）將上述計(jì)算結(jié)果匯總列于下表中：軸序號功率P/kw轉(zhuǎn)速n/（r/min）轉(zhuǎn)矩T/（Nm）傳動形式傳動比效率η01500聯(lián)軸器1I1500Ⅱ蝸輪蝸桿傳動 電動機(jī)的校核 渦輪軸Ⅱ的設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 選擇軸材料為45號鋼，正火處理，由《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》P529表102查的：當(dāng)d100mm時， δb=588MPa ，δr=294MPa δ1=238MPa，τ1=138MPa （2）初步估算軸端直徑，由《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》P541表1012得： d2≥A0=150*= 取d2=44mm其中A0按《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》P542表1013取A0=110 計(jì)算并校核伺服電機(jī)的扭矩 伺服電機(jī)必須的扭矩T： T=T1+T2 （33）其中 T1——傳動摩擦扭矩 T2——啟動扭矩（加速扭矩）（1） 計(jì)算傳動鏈摩擦扭矩T1： T1= （34） 式中：G刀庫的重量 R承——回轉(zhuǎn)半徑 μ——軸承摩擦系數(shù) i——總傳動比則由上式得： T1==（Nm）（2） 計(jì)算啟動扭矩T2： T2= （35）式中： J——刀庫轉(zhuǎn)動慣量 ε——啟動角加速度刀庫轉(zhuǎn)動慣量的估算：根據(jù)《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》P42表212得 Jy= m刀庫R178。 則 J=Jy=**（）178。=（kgm178。）刀庫啟動加速時間Δt= s則角加速度 ε= = =≈則由式的啟動扭矩T2==（Nm）（3） 計(jì)算伺服電機(jī)必須的扭矩T由式得伺服電機(jī)必須的扭矩： T=T1+T2=+=（Nm）因?yàn)?≤3，即所選用的伺服電機(jī)最大輸出扭矩在驅(qū)動刀庫刀盤分度所需最大扭矩的三倍以內(nèi)，符合計(jì)算目的，滿足使用要求。此外所選用的電機(jī)有足夠的扭矩儲備，可確保刀盤頻繁轉(zhuǎn)位時電機(jī)不發(fā)熱，能