【文章內(nèi)容簡介】 的刀具任意地直接交換，即隨機(jī)換刀。主軸上換來的新刀號及還回刀庫的刀具號，均在Pc內(nèi)部相應(yīng)地存儲單元記憶。隨機(jī)換刀控制方式需要在Pc內(nèi)部設(shè)量一個(gè)模擬刀庫的數(shù)據(jù)表，其長度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫的位置數(shù)和刀具號相對應(yīng)。這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了內(nèi)于識刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來的選刀失誤。①ATC(自動(dòng)換刀)控制和刀號數(shù)據(jù)表 如圖2—9所示，刀庫有8個(gè)刀座，可存放8把刀具。刀座固定位置編號為方框內(nèi)1號—8號，0為主軸刀位置號，由于刀具本身不附帶編碼環(huán)，故刀具編號可任意沒定，如圖2—94中(10)—(18)的刀號。一旦給某刀編號后．該編號不應(yīng)隨意改變。為了使用方使．刀號也采用BCD碼編寫。在PC內(nèi)部建立一個(gè)模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表，如圖210所示。數(shù)據(jù)表的表序號與刀庫刀座編號相對應(yīng)，每個(gè)表序號中的內(nèi)容就是對應(yīng)刀座中所插入的刀具號。圖中刀號表首地址TAB單元固定存放主軸上的刀具號數(shù)，TAB+1—TAR+8存放刀庫上的刀具號。由于刀號數(shù)據(jù)表實(shí)際上是刀庫中存放刀具位置的一種映像，所以刀號表與刀庫中刀具的位置應(yīng)始終保持一致。 圖29刀庫中刀具位置編號 圖210刀庫的刀號數(shù)據(jù)表②刀具的識別 雖然刀具不附帶任何編碼裝置，且采用任意換刀方式，但是，由于在PC內(nèi)部設(shè)置的刀號數(shù)據(jù)表始終與刀具在刀庫中的實(shí)際位置相對應(yīng)，所以對刀具的識別實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ稁煳恢玫淖R別。當(dāng)?shù)稁煨D(zhuǎn)，每個(gè)刀座通過換刀位置(基準(zhǔn)位置)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號送至PC，作為計(jì)數(shù)脈沖。同時(shí)．在PC內(nèi)部設(shè)置一個(gè)刀庫位置計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)稁煺D(zhuǎn)(cw)時(shí)，每發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，使該計(jì)數(shù)器遞增計(jì)數(shù)；當(dāng)?shù)稁旆崔D(zhuǎn)(ccw)時(shí)．每發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，則計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)。于是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值始終在1—8之間循環(huán)，而通過換刀位置時(shí)的計(jì)數(shù)值(當(dāng)前值)總是指示刀庫的現(xiàn)在位置。當(dāng)PC接到新刀具的指令(TXX)后，在模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表中進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，檢索到T代碼給定的刀號，將該刀具號所在數(shù)據(jù)表中的表號數(shù)存放在一個(gè)緩沖存儲單元中，這個(gè)表序號數(shù)就是新刀具在刀庫中的目標(biāo)位置。刀庫旋轉(zhuǎn)后，測得刀庫的實(shí)際位置與要求的刀庫目標(biāo)位置一致時(shí)，即識別了所要尋找的新刀具。刀庫停轉(zhuǎn)并定位，等待換刀。識別刀具的PC程序流程團(tuán)如圖211所示。③刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改 當(dāng)前一工序加工結(jié)束后需要更換新刀加工時(shí)，NC系統(tǒng)發(fā)出自動(dòng)換刀指令M06控制機(jī)床主軸準(zhǔn)停。機(jī)械手執(zhí)行換刀動(dòng)作，將主軸上用過的舊刀和刀庫上選好的新刀進(jìn)行交換。與此同時(shí)，應(yīng)通過軟件修改PC內(nèi)部的刀號數(shù)據(jù)表，使相應(yīng)的刀號表單元中的刀號與交換后的刀號相對應(yīng)。圖211 識別刀具的PC程序流程框圖實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間裝卸和傳遞刀具的裝置稱為刀具交換裝置。交換裝置的形式和具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的整體布局、生產(chǎn)率和工作可靠性都有直接影響。交換裝置的形式很多，一般可分為兩大類。① 由刀庫和主軸的相對運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換 用這種形式交換刀具時(shí)，必須將主軸上用過的刀具送回刀庫，再從刀庫取出新刀，但兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行。它適用采用40號以下刀柄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。這種換刀方式?jīng)]有機(jī)械手，因而結(jié)構(gòu)簡單；刀庫回轉(zhuǎn)是在工步與工步之間，故換刀時(shí)間長，換刀動(dòng)作也較多，但卻免去了刀庫回轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)對加工精度的影響。在這種換刀方式中，刀庫可以是圓盤型、直線排列式、也可以是格子箱式等。圓盤式刀庫可設(shè)在立柱頂上、立柱主軸箱的側(cè)面，也可以設(shè)在橫梁一端。直線排列式刀庫可設(shè)在工作臺上方，也可設(shè)在工作臺的一端或兩端。格子箱式刀庫可設(shè)在雙工作臺的中間。② 由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換 由于刀庫及刀具交換方式不同，換刀機(jī)械手種類繁多。機(jī)械手的類型如表22所示。表22 換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)類型形式應(yīng)用特點(diǎn)單臂單手式機(jī)械手作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)用于刀具主軸與刀庫刀座軸線平行的場合結(jié)構(gòu)較簡單，換刀時(shí)間較長機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)，其軸線與刀具主軸平行用于刀庫刀座軸線與主軸軸線平行的場合機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)，其軸線與刀具主軸垂直用于刀庫刀座軸線與主軸軸線垂直的場合單臂雙手式固定雙手式用于刀庫刀座軸線與主軸軸線平行的場合，廣泛用于加工中心可同時(shí)抓住主軸和刀庫中的刀具，并進(jìn)行拔出、插入，換刀時(shí)間短可伸縮雙手式剪式雙手式雙手不成180176。雙手式雙手平行式這種機(jī)械手還起運(yùn)輸作用換到時(shí)間較短，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜雙手交叉式雙手有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)本章主要介紹了加工中心自動(dòng)換刀裝置（ATC）形式、特點(diǎn)及各自應(yīng)用范圍，另外介紹了加工中心中刀具識別與選擇的各種方式，最后介紹了換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。11第3章 總體方案設(shè)計(jì) 第3章 總體方案設(shè)計(jì) XKA5032A/C型立式加工中心及其主要參數(shù)依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，我們的任務(wù)是給XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床設(shè)計(jì)安裝合適的自動(dòng)換刀裝置。主要技術(shù)參數(shù)為： 1）刀庫容量：46 2）選刀方式：順序選刀 3）重復(fù)精度：5XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床主要由床身、升降臺、工作臺、立銑頭、主傳動(dòng)、主變速、拉刀機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等部分組成。機(jī)床本身并不帶自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置作為一套獨(dú)立的、完整的機(jī)床部件，設(shè)計(jì)依據(jù)是該機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床及其主要參數(shù) XKA5032A型數(shù)控立式升降臺銑床是一種使用范圍廣泛的機(jī)床，根據(jù)用戶要求，配置國內(nèi)外（OSPU10M、SIEMENS802D、華中Ⅰ號）先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，可手動(dòng)或自動(dòng)操作。它可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸同時(shí)定位/直線插補(bǔ)，同時(shí)二軸圓弧插補(bǔ)。OPS全域絕對位置檢測。每次開機(jī)無須回零，簡化機(jī)床操作。尤其在發(fā)生停機(jī)、斷電、更換程序等情況后再啟動(dòng)時(shí)不用整機(jī)回零，可以直接開機(jī)，方便操作。尤其方便不熟練操作工、繁忙操作工、電力不良等情況下的使用?？刹捎弥鞒绦?、子程序進(jìn)行編程。具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系，絕對值、增量可并用。各有50組刀具長度、半徑長度補(bǔ)償。彩色LCD中文顯示，具良好人機(jī)對話窗口，系統(tǒng)具有160m存儲容量，可進(jìn)行程序編輯、管理，可用RS232C接口、輸出, 便于加工程序的管理?？梢詫Τ绦蜻M(jìn)行模擬加工，刀具軌跡跟蹤及動(dòng)畫仿真、圖形動(dòng)畫顯示，記錄運(yùn)行時(shí)間及作業(yè)信息。 1)，主傳動(dòng)箱內(nèi)有三組滑移齒輪,液壓預(yù)選變速機(jī)構(gòu)推動(dòng)各滑移齒輪,組成18種轉(zhuǎn)速,再傳到銑頭上的主軸，主傳動(dòng)箱內(nèi)有電磁制動(dòng)器,主軸制動(dòng)迅速平穩(wěn)。 2)進(jìn)給系統(tǒng) X、Y、Z三個(gè)座標(biāo)的進(jìn)給，都是由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。電機(jī)通過同步齒形帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而使部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)。伺服電機(jī)及其相應(yīng)的速度控制單元和用于位置檢測的脈沖編碼器等均受控于數(shù)控系統(tǒng)；以完成各種進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。同步齒形帶可張緊以減少傳動(dòng)間隙，噪聲亦可降低。垂向電機(jī)是帶制動(dòng)器的，當(dāng)斷電時(shí)，垂向剎緊，以防止升降臺因自重而下滑。 3)銑頭上的立式主軸，有符合國際標(biāo)準(zhǔn)的(ISO)，可安裝標(biāo)準(zhǔn)的銑刀或銑夾頭。主軸的軸向位置可調(diào)整，連同套筒一起作軸向伸出。主軸也可以連同銑頭主體一起，在左右各45176。范圍內(nèi)調(diào)整成傾斜位置。 4)刀柄采用標(biāo)準(zhǔn)XT50形式，可與萬能銑床刀柄通用。 5)潤滑系統(tǒng) 自動(dòng)潤滑站配以遞進(jìn)式分油器，對機(jī)床導(dǎo)軌副、滾珠絲杠副及齒輪副等進(jìn)行自動(dòng)的定時(shí)定量潤滑，每次加油量和兩次間的時(shí)間間隔都是可調(diào)的，力求保證每個(gè)潤滑點(diǎn)的合理油量。 6)機(jī)床采用側(cè)掛式電柜和吊掛式操縱站，機(jī)電一體，整體裝運(yùn)，安裝方便，集中操縱但能又多位置操作。 7)半自動(dòng)的裝卸刀機(jī)構(gòu),安裝在銑頭的上方，通過兩個(gè)按鈕分別控制裝刀和卸刀，方便而安全，即使主軸向外伸出，也不會(huì)影響刀具的裝卸。其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)參數(shù)名稱單位數(shù)量工作臺面尺寸（長X寬）mm320 X 1320工作臺縱向（X）行程mm780工作臺縱向（Y）行程mm300工作臺縱向（Z）行程mm380主軸孔徑mm29主軸端面至工作臺面的距離mm70～450主軸中心線至床身導(dǎo)軌面距離mm350定位精度及重復(fù)定位精度mm177。、177。主軸端部錐度ISO立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度45176。主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)18主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min30～1500工作臺進(jìn)給級數(shù)無級縱、橫向進(jìn)給范圍mm/min6～3200垂向進(jìn)給范圍mm/min3～1600縱、橫向快進(jìn)速度mm/min6000垂向快進(jìn)速度mm/min3000主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率kw主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min1440工作臺最大承載重量kg320主軸最大扭矩Nm1000機(jī)床外形尺寸（長X寬X高）mm1929 X 2055 X 2216機(jī)床重量kg2800(3000)該機(jī)床推薦使用的最大切削范圍如下：銑切鋼：%，抗拉強(qiáng)度600N/mm2。銑刀直徑100mm，齒數(shù)4；銑切寬度50mm，銑切深度3 mm；主軸轉(zhuǎn)速750 r/min，進(jìn)給量750mm/min。銑切灰鑄鐵：材料HT200，硬度HB150～225。銑刀直徑250mm，齒數(shù)14；銑切寬度150mm， mm； r/min，進(jìn)給量300mm/min在銑削輪廓時(shí)，為了保證一次連續(xù)地加工出全部表面，應(yīng)選用半徑小于工件最小輪廓半徑的刀具，而在實(shí)際的生產(chǎn)加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因?yàn)榇笾睆姐姷秳傂院?，耐用度高。由XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當(dāng)銑切鋼時(shí)，銑刀直徑為100 mm。當(dāng)銑灰鑄鐵時(shí)，銑刀直徑達(dá)250mm。因此，為了滿足該機(jī)床的實(shí)際加工能力與生產(chǎn)情況，在設(shè)計(jì)其自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)的換刀裝置能交換250mm的刀具。初估最大直徑刀具的重量為8kgf。由于XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床是一種使用范圍較廣的機(jī)床，且其可加工零件的精度要求也較高，比較上章介紹的幾種換刀形式，決定選用帶刀庫的自動(dòng)換刀形式。XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床主軸箱上方?jīng)]有好的安裝位置，安裝在機(jī)床外又要增加刀具運(yùn)輸時(shí)間，降低效率，所以安裝在機(jī)床側(cè)面最合適，有些部件交錯(cuò)的地方，作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因?yàn)閄KA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床外形及其他性能參數(shù)等均與THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效THK6363型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計(jì)成由由盤式刀庫和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。設(shè)計(jì)增加自動(dòng)換刀裝置后的XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床的外觀圖如圖11所示。本章主要介紹了XKA5032A/C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基本的傳動(dòng)原理以及所選機(jī)械手的形式。25第4章 刀庫的設(shè)計(jì)及計(jì)算 第4章 刀庫的設(shè)計(jì)及計(jì)算 確定刀庫容量 決定刀庫容量時(shí)，首先要考慮加工工藝的需要，同時(shí)還要調(diào)查分析同類型、相近規(guī)格的自動(dòng)換刀機(jī)床的刀庫容量及其發(fā)展趨勢。由于帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主要是在多品種、單件小批生產(chǎn)時(shí)使用，因而應(yīng)根據(jù)廣泛的工藝統(tǒng)計(jì)，依大多數(shù)工件加工時(shí)需要的刀具數(shù)來確定刀庫容量。例如，對功能較為齊全的加工中心而言，它可承擔(dān)多個(gè)工件的切削任務(wù)，因而要配備刀具的種類和規(guī)格較多。通常，配備的刀具越多，機(jī)床能加工工件的比率也越高，但它們并不是成正比例關(guān)系。圖31為刀庫容量與機(jī)床能加工工件的比率統(tǒng)計(jì)曲線。 刀庫儲存量過大，導(dǎo)致刀庫的結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜,影響機(jī)床總體布局；儲存量過小，則不能滿足復(fù)雜零件的加工要求。因此，刀庫容量應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，力圖將一組類似的零件所需的全部刀具裝入刀庫，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時(shí)間。對自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床的刀庫容量，有關(guān)資料曾對15000個(gè)零件進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)，指出不同工序加工時(shí)必須的刀具數(shù)不同，如圖31所示。由圖可知，4把銑刀可完成加工工件的95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝， 14把刀的容量就可完成70％以上工件的鉆銑工藝，配有14—40把刀具的刀庫就能夠滿足70％95％工件的加工需要。因此，對XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床，從使用和經(jīng)濟(jì)效率角度來看，容量為6的刀庫就可滿足要求了。由以上考慮XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床的結(jié)構(gòu)布局等原因，決定采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式。這種刀庫結(jié)構(gòu)簡單，刀具排列較為緊湊，在刀庫容理定為6的情況下體種不大，且取刀也較為方便，但需要考慮機(jī)械手的換刀動(dòng)作空間。刀庫容量為6,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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，換刀可靠性較好。整個(gè)換刀過程時(shí)間大約為4秒。 初步估計(jì)刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)刀庫回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多數(shù)采用液壓馬達(dá)、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并沒有降速傳動(dòng)裝置。刀庫的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于本刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且所需轉(zhuǎn)速小，所以決定采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電動(dòng)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)行無級調(diào)速。采用型號為90SZ03的SZ系列電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)為：，轉(zhuǎn)速3000R/MIN（《袖珍機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊》P1275）；降速傳動(dòng)裝置型號為XB350100A的扁平式諧波傳動(dòng)減速器，其基本參數(shù)為：，輸出轉(zhuǎn)矩18Nm（《袖珍機(jī)械師設(shè)計(jì)