【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的刀具任意地直接交換，即隨機(jī)換刀。主軸上換來(lái)的新刀號(hào)及還回刀庫(kù)的刀具號(hào)，均在Pc內(nèi)部相應(yīng)地存儲(chǔ)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(kù)的數(shù)據(jù)表，其長(zhǎng)度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫(kù)的位置數(shù)和刀具號(hào)相對(duì)應(yīng)。這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了內(nèi)于識(shí)刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來(lái)的選刀失誤。①ATC(自動(dòng)換刀)控制和刀號(hào)數(shù)據(jù)表 如圖2—9所示，刀庫(kù)有8個(gè)刀座，可存放8把刀具。刀座固定位置編號(hào)為方框內(nèi)1號(hào)—8號(hào)，0為主軸刀位置號(hào)，由于刀具本身不附帶編碼環(huán)，故刀具編號(hào)可任意沒(méi)定，如圖2—94中(10)—(18)的刀號(hào)。一旦給某刀編號(hào)后．該編號(hào)不應(yīng)隨意改變。為了使用方使．刀號(hào)也采用BCD碼編寫(xiě)。在PC內(nèi)部建立一個(gè)模擬刀庫(kù)的刀號(hào)數(shù)據(jù)表，如圖210所示。數(shù)據(jù)表的表序號(hào)與刀庫(kù)刀座編號(hào)相對(duì)應(yīng)，每個(gè)表序號(hào)中的內(nèi)容就是對(duì)應(yīng)刀座中所插入的刀具號(hào)。圖中刀號(hào)表首地址TAB單元固定存放主軸上的刀具號(hào)數(shù)，TAB+1—TAR+8存放刀庫(kù)上的刀具號(hào)。由于刀號(hào)數(shù)據(jù)表實(shí)際上是刀庫(kù)中存放刀具位置的一種映像，所以刀號(hào)表與刀庫(kù)中刀具的位置應(yīng)始終保持一致。 圖29刀庫(kù)中刀具位置編號(hào) 圖210刀庫(kù)的刀號(hào)數(shù)據(jù)表②刀具的識(shí)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(hào)數(shù)據(jù)表始終與刀具在刀庫(kù)中的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，所以對(duì)刀具的識(shí)別實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)刀庫(kù)位置的識(shí)別。當(dāng)?shù)稁?kù)旋轉(zhuǎn)，每個(gè)刀座通過(guò)換刀位置(基準(zhǔn)位置)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)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(kù)位置計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)稁?kù)正轉(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?kù)反轉(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(guò)換刀位置時(shí)的計(jì)數(shù)值(當(dāng)前值)總是指示刀庫(kù)的現(xiàn)在位置。當(dāng)PC接到新刀具的指令(TXX)后，在模擬刀庫(kù)的刀號(hào)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(hào)，將該刀具號(hào)所在數(shù)據(jù)表中的表號(hào)數(shù)存放在一個(gè)緩沖存儲(chǔ)單元中，這個(gè)表序號(hào)數(shù)就是新刀具在刀庫(kù)中的目標(biāo)位置。刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)后，測(cè)得刀庫(kù)的實(shí)際位置與要求的刀庫(kù)目標(biāo)位置一致時(shí)，即識(shí)別了所要尋找的新刀具。刀庫(kù)停轉(zhuǎn)并定位，等待換刀。識(shí)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(hào)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(guò)的舊刀和刀庫(kù)上選好的新刀進(jìn)行交換。與此同時(shí)，應(yīng)通過(guò)軟件修改PC內(nèi)部的刀號(hào)數(shù)據(jù)表，使相應(yīng)的刀號(hào)表單元中的刀號(hào)與交換后的刀號(hào)相對(duì)應(yīng)。圖211 識(shí)別刀具的PC程序流程框圖實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間裝卸和傳遞刀具的裝置稱(chēng)為刀具交換裝置。交換裝置的形式和具體結(jié)構(gòu)對(duì)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(lèi)。① 由刀庫(kù)和主軸的相對(duì)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(guò)的刀具送回刀庫(kù)，再?gòu)牡稁?kù)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(hào)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(jiǎn)單；刀庫(kù)回轉(zhuǎn)是在工步與工步之間，故換刀時(shí)間長(zhǎng)，換刀動(dòng)作也較多，但卻免去了刀庫(kù)回轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)對(duì)加工精度的影響。在這種換刀方式中，刀庫(kù)可以是圓盤(pán)型、直線(xiàn)排列式、也可以是格子箱式等。圓盤(pán)式刀庫(kù)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(xiàn)排列式刀庫(kù)可設(shè)在工作臺(tái)上方，也可設(shè)在工作臺(tái)的一端或兩端。格子箱式刀庫(kù)可設(shè)在雙工作臺(tái)的中間。② 由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換 由于刀庫(kù)及刀具交換方式不同，換刀機(jī)械手種類(lèi)繁多。機(jī)械手的類(lèi)型如表22所示。表22 換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)類(lèi)型形式應(yīng)用特點(diǎn)單臂單手式機(jī)械手作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)用于刀具主軸與刀庫(kù)刀座軸線(xiàn)平行的場(chǎng)合結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間較長(zhǎng)機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)，其軸線(xiàn)與刀具主軸平行用于刀庫(kù)刀座軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)平行的場(chǎng)合機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)，其軸線(xiàn)與刀具主軸垂直用于刀庫(kù)刀座軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)垂直的場(chǎng)合單臂雙手式固定雙手式用于刀庫(kù)刀座軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)平行的場(chǎng)合，廣泛用于加工中心可同時(shí)抓住主軸和刀庫(kù)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(shí)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(shū)，我們的任務(wù)是給XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)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(kù)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(tái)銑床主要由床身、升降臺(tái)、工作臺(tái)、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(rùn)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(lèi)和數(shù)量等。 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床及其主要參數(shù) XKA5032A型數(shù)控立式升降臺(tái)銑床是一種使用范圍廣泛的機(jī)床，根據(jù)用戶(hù)要求，配置國(guó)內(nèi)外（OSPU10M、SIEMENS802D、華中Ⅰ號(hào)）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(xiàn)插補(bǔ)，同時(shí)二軸圓弧插補(bǔ)。OPS全域絕對(duì)位置檢測(cè)。每次開(kāi)機(jī)無(wú)須回零，簡(jiǎn)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(kāi)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。可采用主程序、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(duì)值、增量可并用。各有50組刀具長(zhǎng)度、半徑長(zhǎng)度補(bǔ)償。彩色LCD中文顯示，具良好人機(jī)對(duì)話(huà)窗口，系統(tǒng)具有160m存儲(chǔ)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?duì)程序進(jìn)行模擬加工，刀具軌跡跟蹤及動(dòng)畫(huà)仿真、圖形動(dòng)畫(huà)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(guò)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(cè)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(tái)因自重而下滑。 3)銑頭上的立式主軸，有符合國(guó)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(wàn)能銑床刀柄通用。 5)潤(rùn)滑系統(tǒng) 自動(dòng)潤(rùn)滑站配以遞進(jìn)式分油器，對(duì)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(rùn)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(rùn)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(guò)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(chēng)單位數(shù)量工作臺(tái)面尺寸（長(zhǎng)X寬）mm320 X 1320工作臺(tái)縱向（X）行程mm780工作臺(tái)縱向（Y）行程mm300工作臺(tái)縱向（Z）行程mm380主軸孔徑mm29主軸端面至工作臺(tái)面的距離mm70～450主軸中心線(xiàn)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(jí)數(shù)18主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min30～1500工作臺(tái)進(jìn)給級(jí)數(shù)無(wú)級(jí)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(tái)最大承載重量kg320主軸最大扭矩Nm1000機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng)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(tái)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(mǎn)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(lái)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(tái)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(kù)的自動(dòng)換刀形式。XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)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(tái)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(pán)式刀庫(kù)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(tái)銑床的外觀(guān)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(kù)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(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 決定刀庫(kù)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(lèi)型、相近規(guī)格的自動(dòng)換刀機(jī)床的刀庫(kù)容量及其發(fā)展趨勢(shì)。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(lái)確定刀庫(kù)容量。例如，對(duì)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(lèi)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(kù)容量與機(jī)床能加工工件的比率統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)。 刀庫(kù)儲(chǔ)存量過(guò)大，導(dǎo)致刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜,影響機(jī)床總體布局；儲(chǔ)存量過(guò)小，則不能滿(mǎn)足復(fù)雜零件的加工要求。因此，刀庫(kù)容量應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，力圖將一組類(lèi)似的零件所需的全部刀具裝入刀庫(kù)，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時(shí)間。對(duì)自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床的刀庫(kù)容量，有關(guān)資料曾對(duì)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(kù)就能夠滿(mǎn)足70％95％工件的加工需要。因此，對(duì)XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床，從使用和經(jīng)濟(jì)效率角度來(lái)看，容量為6的刀庫(kù)就可滿(mǎn)足要求了。由以上考慮XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的結(jié)構(gòu)布局等原因，決定采用軸向放置的鼓盤(pán)式刀庫(kù)形式。這種刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀具排列較為緊湊，在刀庫(kù)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(kù)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(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)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(méi)有降速傳動(dòng)裝置。刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于本刀庫(kù)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(hào)電壓進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。采用型號(hào)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(cè)》P1275）；降速傳動(dòng)裝置型號(hào)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)