【文章內容簡介】 2）刀號的計數(shù)原理。一般在換刀位安裝一個無觸點開關， 1 號刀位上安裝擋板。每次機床開機后刀庫必須 “回零 ”，刀庫在旋轉時，只要擋 板靠近（距離為 左右）無觸點開關，數(shù)控系統(tǒng)就默認為 1 號刀。并以此為計數(shù)基準， “馬氏機構 ”轉過幾次，當前就是幾號刀。只要機床不關機，當前刀號就被記憶。刀具更換時，一般按最近距離旋轉原則，刀號編號按逆時針方向，如果刀庫數(shù)量是18，當前刀號位 8，要換 6 號刀，按最近距離換刀原則，刀庫是逆時針轉。如要換 10 號刀，刀庫是順時針轉。機床關機后刀具記憶清零。 （ 3）固定地址換刀刀庫換刀時間比較長國內的機床一般要 8 秒以上（從一次切削到另一次切削）。 （ 4）圓盤式刀庫的總刀具數(shù)量受限制，不宜過多，一般 40刀柄的不超過24 把， 50的不超過 20 把，大型龍門機床也有把圓盤轉變?yōu)殒準浇Y構，刀具數(shù)量多達 60 把。 機械手刀庫 機械手刀庫換刀是隨機地址換刀。每個刀套上無編號，它最大的優(yōu)點是換刀迅速、可靠。 （ 1）制造成本高。刀庫有一個個刀套鏈式組合起來，機械手換刀的動作有凸輪機構控制，零件的加工比較復雜。裝配調試也比較復雜，一般由專業(yè)廠家生產，機床制造商一般不自制。 （ 2）刀號的計數(shù)原理。與固定地址選刀一樣，它也有基準刀號： 1 號刀。但我們只能理解為 1 號刀套，而不是零件程序中的 1 號刀： T1。系統(tǒng)中有一張刀具表。它有兩欄。一 欄是刀套號，一欄是對應刀套號的當前程序刀號。假如我們編一個三把刀具的加工程序，刀具的放置起始是 1 號刀套裝 T1（ 1 號刀）， 2號刀套裝 T2， 3 號刀套裝 T3，我們知道當主軸上 T1 在加工時， T2 刀即準備好，換刀后， T1 換進 2 號刀套，同理，在 T3 加工時， T2 就裝在 3 號刀套里。一個循環(huán)后，前一把刀具就安裝到后一把刀具的刀套里。數(shù)控系統(tǒng)對刀套號及刀具號的記憶是永久的，關機后再開機刀庫不用 “回零 ”即可恢復關機前的狀態(tài)。如果 “回零 ”，那必須在刀具表中修改刀套號中相對應的刀具號。 13 （ 3）機械手刀庫換刀時間一般為 4 秒（從一次切削 到另一次切削）。 （ 4）刀具數(shù)量一般比圓盤刀庫多，常規(guī)有 1 60 等 （ 5）刀庫的凸輪箱要定期更換起潤滑、冷卻作用的齒輪油。 換刀裝置的形式 換刀裝置的形式有回轉刀架換刀、更換主軸換刀、更換主軸箱換刀、帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)。 14 第二章 刀杯轉位機構方案設計 1 刀杯轉位機構和刀庫概述 刀杯轉位機構的具體結構方案受到刀具庫結構方案的影響，轉位機構與刀具庫回轉機構共同完成刀具庫的功能要求。此外這兩部分與換刀機械手根據(jù)總 體設計的要求，這幾部分共同安裝在支架上，再將支架安裝在機床立柱上。因此需要對刀具庫的結構方案進行分析，進而分析刀杯轉位機構實現(xiàn)刀杯轉位的方案以及轉位機構相對于刀具庫和支架的相對位置。 2 刀具庫在加工中心上的配置方案設計 根據(jù)《現(xiàn)代數(shù)控機床》的有關理論，對刀具庫在加工中心上的配置方案進行設計。如圖 1 所示，刀具庫在加工中心上的配置方案有如下幾種： 圖 1 刀具庫在加工中心上的配置方案 在設計刀庫的配置方案時，需要考慮刀庫的的形式。如圖 2 和圖 3 所示，刀 15 庫安裝的形式以及各種刀庫的結構圖有如下幾種： 圖 2 刀庫的形式示意圖 16 圖 3 鼓輪式刀庫的結構圖 17 圖 4 鏈式刀庫換刀換刀裝置 根據(jù)上述研究，了解立式加工中心刀具庫配置的各種基本形式。由此確定，本設計中刀具庫相對加工中心主軸箱、立柱及換刀機械手各部件的相對運動和相對位置關系，進而可以確定刀具庫相對機床的總體布局，如下文所述。 3 刀庫支承架的形式與布局確定 刀具庫的整體結構通過支承架如圖 5所示，支架 3固定在加工中心的立柱上，為了減少設計和制造難度，結構設計上需要有調整環(huán)節(jié)如圖 5 所示，調整螺釘 1用于整個刀具庫的 Y 向距離的精確 調整，調整螺釘 8 用于刀具庫整體安裝在 X方向的精確調整。刀具庫回轉驅動機構由驅凸輪箱 10 作為組件通過螺釘 9 安裝在刀具庫支架上，回轉盤安裝在心軸 11 上，并通過法蘭盤裝在刀具庫支架上。刀杯轉位后的位置如圖中件 12 所示，轉位驅動初步采用油缸驅動，驅動油缸 14為直動油缸安裝通過螺釘 13 在刀庫支架上。換刀機械手部件通過固定螺釘 15安裝在刀庫支架上。為了便于制造，刀庫支架也設計為兩部分通過螺釘 4 固定在一起。 刀杯轉位機構要完成刀杯在刀具庫上的刀杯軸線水平位置到刀杯軸線處于 18 垂直位置的轉位。 圖 5 刀具庫的布局示意圖 4 刀杯轉位方案設計 刀杯繞支座轉動，可以通過多種方案實現(xiàn)，考慮到結構簡單緊湊采用油缸驅動如圖 6 所示，刀杯（也稱刀座）支承固定在刀庫回轉盤上，滑塊在直動油缸驅動下拉動刀杯尾釘帶動刀杯轉動，由于刀庫在回轉時，刀杯通過導向輥在導向槽（圖中未畫出）中滾動，以保持刀杯的刀柄軸線為水平位置，所以，刀杯轉位前后都應當有精確的定位，結構上可以通過調整環(huán)節(jié)實現(xiàn)。 滑塊在導軌上滑動，導軌可以與支架設計成整體，也可以作為單獨的零件通過螺釘固定在刀庫支架上。 圖 6 刀杯轉位結構原理圖 19 5 刀杯轉位機構在刀庫支架上的布局方案設 計 刀具庫支架由于要承載多個部件，因此支架的結構比較復雜?？紤]到換刀時選中刀杯應當處于刀庫中垂線的底部如圖 7 所示，為了結構簡單，設計上采用轉位機構相對刀庫中垂線為對稱的布局方式，這樣需要刀庫支架采用到 U 型的結構，帶法蘭的刀庫心軸通過螺釘固定在倒 U 型支架的左部，滑塊及滑塊導軌位于倒 U 型的支架右下部；驅動油缸 17 通過固定螺釘 18 安置在支架的頂部。 圖 7 刀杯轉位機構布局結構示意圖 6 刀具庫主要參數(shù)和尺寸參數(shù)的分析 由設計任務書以及根據(jù)調研分析，根據(jù)對機床總體設計的要求，刀具庫相關 20 參數(shù)如下： 1) 旋轉工作盤的直徑 D=1200，圓周裝夾刀具。 2) 刀座數(shù)量： 24 工位（即工作盤轉一周的工位數(shù)為 24）。 3) 轉位時間： ～ 2 秒。 4) 定位精度： 5) 控制方式：主軸凸輪蝸桿控制輪盤和定位銷，來完成轉位和定位。 6）單只刀具最大重量（含刀柄重量）： 6 公斤 7）最大刀具尺寸： Ф100mm*300mm 8）配置標準刀具的刀座孔號確定： ISO 40 7 刀杯轉位驅動負載分析 主要負載形式及影響因素分析 刀杯轉位裝置驅動負載有：刀杯的的轉動慣性力、刀杯的重力、滑軌的摩擦力、滑塊的重力等。 刀杯轉位驅動力的初步確定 根據(jù)設計對換刀速度的要求，初定刀具庫轉盤旋轉速度為每分鐘 1 轉，則分度凸輪轉速為 24r/min?？紤]到總體換 刀時間的要求，初步確定刀杯轉位所需時間為 ~1 秒。 21 第三章 刀杯轉位機構驅動力計算和零部件校核 1 刀杯轉位驅動力計算 刀杯所受的力如下圖 1 所示：圖中 F1 為滑塊作用在刀杯端輥中心的作用力，F(xiàn)2 為刀杯重力， F3 為刀具重力， F4 為擺動中心 O 點的支撐心軸對刀杯的作用力。 圖 1 刀杯 結構 受力圖 圖 1 刀杯受力 分析 簡圖 F2 、 F3 均為已知量，根據(jù)力的平衡原理可以得到以下方程： F4=F1+F2+F3 將所有力對 O 點取矩， 可以求得 F1： F1 F2 F3 F4 L3 L2 L1 O 22 根據(jù)上述分析，即可求得 F F4。 不妨設 F2=650N， F3=800N， L1=300mm， L2=750mm， L3=1000mm，代入上式即可求得： ? ?4 1 2 3 11 1 2 2 3 2 3 1F F F F 6 5 0 N 8 0 0 N FF L F L F L L = F 3 0 0 = 6 5 0 7 5 0 + 8 0 0 7 5 0 + 1 0 0 0? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? （ ） 解得： 14F 365F 920NN??? ?? 2 主要零件的校核計算 刀杯尾部心軸 7 校核計算 ， 本處可以僅按照刀杯被下壓到呈水平位置時的受力進行計算，即按照圖 1 求解出的作用力 F1 進行校核計算 ，如圖 2 所示，為刀杯心軸的受力分析圖 。 圖 2 刀杯心軸的受力分析圖 根據(jù)受力分析圖，可求得下式： 1 5 65 4 6 3F F +FF +F 0LL??? ?? 將數(shù)據(jù)代入上式： 56F + F = 3 6 5F 7 5 0 + F 1 0 0 0 0N?? ? ? ?? 即可解得： F6 F5 F1 L4 L3