【文章內(nèi)容簡介】 動機或電動機，如果需要還要有減速機構。刀庫的定為機構是用來保證更換的每一把刀具或刀套都能準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)進給系統(tǒng)的伺服位置控制，也可以采用電氣和機械相結合的銷定為方式，~。加工中心上普遍采用的刀庫是盤式刀庫和鏈式刀庫。1）盤式刀庫盤式刀庫結構簡單，應用較多，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）鏈式刀庫如圖22所示，鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可以根據(jù)機床的布局配置成各種形狀，也可將換刀位突出以利換刀。當鏈式刀庫需增加刀具容量時，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。這些特點也為系列刀庫的設計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，多采用鏈式刀庫。圖22本文所設計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構形式，以下是介紹本設計的換刀過程及刀庫結構設計 刀具自動換刀分析加工中心自動換刀裝置有兩種形式：有機械手換刀和無機械手換刀。加工中心的自動換刀裝置，大都采用有機械手換刀方式。它是由機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)點是換刀時間短，但其機械結構比較復雜。無機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。因無機械手，所以結構簡單。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行，所以換刀過程較為復雜，換到時間較長。但是刀庫回轉時是在工步與工步之間，即飛切削時進行的，因此可以免去刀庫回轉時的振動對加工精度的影響。無機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床?？紤]此機床為教學用品無須考慮換刀時間的長短，只針對小型加工中心進行設計，所以采用無機械手換刀方式。 無機械手換刀裝置刀庫的設計無機械手換刀方式中，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構相比較復雜，適用于刀庫容量較大的加工中心；圓盤形刀庫容量較小，刀庫結構簡單緊湊，刀庫轉位、換刀方便，易控制。且所設計的加工中心主要用來教學，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：刀庫置于立柱側面的橫梁上和置于工作臺上。由于采用的是標準的精密數(shù)控工作臺，所以選用刀庫置于立柱側面的橫梁上，此結構簡單，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，須增強立柱的剛度，以減小橫梁彎扭矩的影響。在橫梁上有導軌，導軌上安裝有滑座，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，由主軸來實現(xiàn)自動換刀。刀庫由刀盤部件、軸承、軸承套、電機、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)機教學實驗等，刀具的品種不宜過多，以免造成不必要的消費和刀庫尺寸過大，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）刀具最大運動線速度為22—30m∕min。 刀盤部分的設計 刀盤尺寸的確定 刀盤采用輪輻式結構，這樣既能滿足使用的要求，又能保證刀盤的強度。在整個設計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） 刀爪尺寸的設計 刀爪的外型尺寸根據(jù)30號刀柄設計。（2）夾塊的設計 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。 刀庫轉動定位機構的選擇目前圓盤式刀庫大多采用的是單頭雙導程蝸輪蝸桿傳動，此傳動機構在使用中可隨時調(diào)整蝸輪蝸桿的傳動間隙，實現(xiàn)準確的轉位分度輪和蝸桿的加工較困難。槽輪機構具有沖擊小，工作平穩(wěn)性較高，機械效率高，可以在較高的轉速下工作，且結構簡單，易制造等優(yōu)點，在目前生產(chǎn)的鼓輪式刀庫的加工中心機床上，通常采用槽輪機構來驅(qū)動刀庫的分度回轉運動。但此機構定位精度不夠高，為提高其定位精度可采用帶制動器的交流伺服電機，從而可保證較高的定位精度。3 動力裝置分析 初選電機刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)中，由于刀庫的驅(qū)動轉矩小，所以決定采用直流伺服電動機驅(qū)動。直流伺服電動機具有體積小、重量輕、伺服性好、力能指標高等優(yōu)點，且該電機可用信號電壓進行無極調(diào)速。采用電磁式交流伺服電動機，其基本參數(shù)為： W，額定轉速1500r/min，額定扭矩T= N/m；最大輸出扭矩T1= m；轉動慣量J=15Kg ㎝178。；刀盤轉速N=60r/min。 確定傳動裝置的傳動比由選定電動機的滿載轉速n1和刀庫主動軸轉速n，可得傳動裝置總傳動比 ： i1= （31）電機滿載轉速n1為1500r/min，則傳動比i2==25選取蝸輪蝸桿的標準傳動比i=，則因此刀庫輸出轉速 N= ==（r/min） 確定各軸轉速、轉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）將上述計算結果匯總列于下表中：軸序號功率P/kw轉速n/（r/min）轉矩T/（Nm）傳動形式傳動比效率η01500聯(lián)軸器1I1500Ⅱ蝸輪蝸桿傳動 電動機的校核 渦輪軸Ⅱ的設計計算（1） 選擇軸材料為45號鋼，正火處理，由《袖珍機械設計師手冊》P529表102查的：當d100mm時， δb=588MPa ，δr=294MPa δ1=238MPa，τ1=138MPa （2）初步估算軸端直徑，由《袖珍機械設計師手冊》P541表1012得： d2≥A0=150*= 取d2=44mm其中A0按《袖珍機械設計師手冊》P542表1013取A0=110 計算并校核伺服電機的扭矩 伺服電機必須的扭矩T： T=T1+T2 （33）其中 T1——傳動摩擦扭矩 T2——啟動扭矩（加速扭矩）（1） 計算傳動鏈摩擦扭矩T1： T1= （34） 式中：G刀庫的重量 R承——回轉半徑 μ——軸承摩擦系數(shù) i——總傳動比則由上式得： T1==（Nm）（2） 計算啟動扭矩T2： T2= （35）式中： J——刀庫轉動慣量 ε——啟動角加速度刀庫轉動慣量的估算：根據(jù)《袖珍機械設計師手冊》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） 計算伺服電機必須的扭矩T由式得伺服電機必須的扭矩： T=T1+T2=+=（Nm）因為=≤3，即所選用的伺服電機最大輸出扭矩在驅(qū)動刀庫刀盤分度所需最大扭矩的三倍以內(nèi)，符合計算目的，滿足使用要求。此外所選用的電機有足夠的扭矩儲備，可確保刀盤頻繁轉位時電機不發(fā)熱，能