【正文】 5。 在自動(dòng)換刀的整個(gè)過程中，各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)均由限位開關(guān)控制，只有前一個(gè)動(dòng)作完成后，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，從而 保證了運(yùn)動(dòng)的可靠性。 3)把卡緊在主軸和發(fā)庫上的刀具松開 24 4)活塞桿推動(dòng)機(jī)械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具 5)機(jī)械手回轉(zhuǎn) 180176。 2)機(jī)械手抓住主軸和刀庫上的刀具。 換刀動(dòng)作的大致過程為： 1)主軸箱回到最高處（ z坐標(biāo)零點(diǎn)），同時(shí)實(shí)現(xiàn)“主軸準(zhǔn)?！薄? 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過程的動(dòng)作順序 （ a） （ b） （ c） （ d） 圖 29 換刀機(jī)械手的換刀過程 自動(dòng)換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。碟形彈簧實(shí)現(xiàn)夾緊，液壓缸實(shí)現(xiàn)松開。 抓刀、松刀動(dòng)作：機(jī)械手對刀具的夾緊和松開是通過液壓缸 6。從而實(shí)現(xiàn)手臂正向和反向 180176。 伸縮動(dòng)作：液壓缸（圖中未標(biāo)出）帶動(dòng)手臂托架 5 沿主軸軸向移動(dòng)。固定在回轉(zhuǎn)軸 4 上，回轉(zhuǎn)軸與主軸成 45176。的斜殼體組成。 吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) － 23 － 該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起運(yùn)動(dòng)。 一般來說，這種機(jī)械手用于刀庫刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降銑床的自動(dòng)換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。 上圖是兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手； 圖 27 機(jī)械手臂和手爪 2)兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手 ； 22 圖 28 單臂雙手機(jī)械手 3)兩手平行的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手； 4)雙手交叉式機(jī)械手； 由于不同的數(shù)控機(jī)床（加工中心）的刀庫與主軸的相對位置不同。 確定換刀機(jī)械手形式 在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī) 床中，換刀機(jī)械手的形式是多種多樣的，常見的有以下幾種。 機(jī)械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一道工步的所需要的刀具從刀庫中取出并裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。無機(jī)械手交換刀具方式：結(jié)構(gòu)簡單，成本低， 換刀的可靠性較高；刀庫因結(jié)構(gòu)所限容量不多。 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中 ,實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。 圖 26 刀庫的定位 發(fā)出選刀 信號(hào) 牙嵌離合器脫離嚙合 從動(dòng)軸慣性慢轉(zhuǎn) 刀庫定位停止 定位完畢發(fā)出信號(hào) 吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) － 21 － 圖中所示為刀具卡在刀座上的狀況。在刀座 5 的每一個(gè)刀位上都裝有如圖所示的彈簧、導(dǎo)柱 鍵塊 1 和銷 2 所組成的刀具固定裝置。 刀庫的定位與刀具的松夾 刀庫旋轉(zhuǎn)定位是依靠簡易定位裝置來實(shí)現(xiàn)的。所以 這個(gè)容量為 6 把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程中需要重復(fù)利用刀具的情況，所以刀具的選擇方式確定為順序選擇刀具。 刀庫選刀方式一般采用就近移動(dòng)原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據(jù)程序指令把下工序要用的刀具移到換刀位置時(shí)，都要向距離換刀最近的方向移動(dòng)，以節(jié)省選刀時(shí)間。任意選擇刀具法的優(yōu)點(diǎn)是刀庫中刀具的排列順序與工作加工順序無關(guān)，刀具可重復(fù)使用。每把刀具（或刀座）都編上代碼，自動(dòng)換刀時(shí)，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具（ 或刀座）都經(jīng)過“刀具識(shí)別裝置”接受識(shí)別。 2)任意選擇刀具 任意選擇刀具的換刀主要有三種編碼方式：刀套 (刀座 )編碼、刀具編碼、記憶編碼附件等方式。加工時(shí)按順序調(diào)刀。此外，裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果 。該法不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也比較簡單，工作可靠。 1)順序選擇刀具 刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時(shí)按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。 確定刀具的選擇 方式 按數(shù)控裝置的刀具指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動(dòng)選刀。 剪切力由重力引起，估算 P=100N,插銷受力如圖所示。插銷承受的主要是剪切力，以下對單個(gè)插銷進(jìn)行剪切強(qiáng)度的校核。 吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) － 19 － 于是，把數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，得 p= 2g g mTzh LD? = 2 1 2 0 .3 1 0 0 00 .7 5 6 1 .5 4 8 2 6??? ? ? ?= 由于該花鍵聯(lián) 接為不在載荷作用下移動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接，查表 913 可知，若齒面經(jīng)熱處理且使用和制造情況為良好時(shí)， [p]可達(dá) 40 70 MPa， p? [p],故花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度滿足要求。 m=? 1000N178。計(jì)算公式如下： p= 2g g mTzh LD? ? [p]MPa 式中 : T—— 轉(zhuǎn)距（ N178。 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 在刀庫的傳動(dòng)系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯(lián)接帶動(dòng)刀座上的刀套轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動(dòng)聯(lián)接。m，其中 ? = 為外花鍵帶動(dòng)刀 盤回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)效率。 刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 蝸輪轉(zhuǎn)速 2n =5r/min,所能傳遞的功率為 P=? 8000 ? = Kw,此時(shí)刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： T=9549Nn ?? = ? = 以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為 2H =kA( 1t 0t )W 式中 k—— 熱導(dǎo)率，一般取 k=～ ( 2m C ),環(huán)境空氣流通較差時(shí)，取較小值，否則取較大值； A—— 傳動(dòng)裝置散熱的計(jì)算面積，即內(nèi)面被沒浸濺的，而外面又被空氣所能冷卻的的箱殼面積（ 2m ）； 1t —— 潤滑油的工作溫度，一般限制在 60～ 70 C ，最高不能超過 80 C ； 0t —— 周圍環(huán)境溫度，一般取室溫 0t =20C 。所以必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量 1H 等于同 時(shí)間內(nèi)的散熱量 2H 的條件進(jìn)行熱功平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內(nèi)。 9)熱平衡計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。28148? ? 8)計(jì)算其他尺寸 a)蝸桿齒頂圓直徑 1ad 1ad = 1d +2 1ah =+2? = mm， 其中 1ah 為蝸桿齒頂高，且 1ah =m= mm； b)蝸輪喉圓直徑 2ad 2ad = 2d +2 2ah =+2? ? = mm， 其中 2ah 為蝸輪齒頂高，且 2ah =ah? + 2x == mm； c)蝸輪外圓直徑 2ed = 2ad +m=+=122 mm； 吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) － 17 － d)蝸桿齒寬 1b 由于 1Z =6，故 1b 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取 1b =64 mm e)蝸輪齒寬 2b 2b ? 1ad =? =,取 2b =28 mm； f)蝸輪齒頂圓弧半徑 2aR 2aR = 12dm= 2= mm g)蝸輪齒根圓弧半徑 2fR 2fR = 12ad+c= 12ad+=2+? = mm； h)蝸桿軸向齒厚 1xs 1xs = xp /2= /2m? =? ? ,其中 xp 為蝸桿軸向齒距； i)蝸桿法向齒厚 1ns 1ns = 1xs cos? = 39。 2FP? NY =70? = MPa h)計(jì)算彎曲應(yīng)力 2 6 6 6 1 3 3 . 5 3 1 1 . 0 3 1 4 . 0 0 0 . 7 6 63 5 . 5 1 1 3 . 4 3 . 1 5F? ? ? ? ?? ? ???= 由于 2F? 2HP? ，故滿足蝸輪輪齒強(qiáng)度條件。=1 39。 cos 28148 =,由圖 17— 2 查得。 6)驗(yàn)算蝸輪齒彎曲強(qiáng)度 驗(yàn)算公式為 22212666 AVF F S F PT K K K YYd d m ? ????? 16 a)使用系數(shù) AK =1 b)動(dòng)載荷系數(shù) VK = c)載荷分布系數(shù) K?=1 d1= mm， 2d =m 2Z =? 36= mm,其中模數(shù) m=(mm)。cos28148 = m/s 其中 ? = 1 11( / )tg Z m d? = 1 (6 / )tg ? ? = 39。 = mm3。 610 ,按圖 18— 3查得）； d)計(jì)算 m2d1值 ,并選定模數(shù) m和蝸桿分度圓直徑 d1 m2d1? 21500036 ???????179。 300179。 306 179。 = MPa 式中 , 39。 2HP? VSZ NZ =220179。 = N 4)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) m2d1? 239。 i= 6179。為了提高傳動(dòng)效率，取 Z1=6，傳動(dòng)比取6，單向旋轉(zhuǎn)，單工作制，預(yù)計(jì)壽命為 5 年。 2FP? =220 MPa。 2)選擇材料 蝸桿采用 45 鋼，齒面淬火，硬度為 45～ 50HRC；蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造， 39。 刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 刀庫的主運(yùn)動(dòng)是圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 如圖 25 所示 ,直流伺服電動(dòng)機(jī) 1 通過彈性柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動(dòng)減速器 2聯(lián)接減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿 3,設(shè)計(jì)刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng) . 由刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在由于設(shè)計(jì)的刀庫容量為 6 把刀具，可初估刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (主要是指直接驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩 )為 T0=8N 14 THK6363 型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫也是采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式，其容量為 36 把刀具 ，最大刀具重達(dá) 10kgf，刀庫回轉(zhuǎn)由最大扭矩為 25N m（《袖珍機(jī)械師設(shè)計(jì)手冊》 P10781079）。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)行無級(jí)調(diào)速。 12 圖 23 刀庫裝備圖 a 吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) － 13 － 圖 24 刀庫裝配圖 b 初估刀庫驅(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。 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。因此，對 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床，從使用和經(jīng)濟(jì)效率角度來看，容量為 6 的刀庫就可滿足要求了。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。 圖 22 刀具數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖 刀庫儲(chǔ)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(chǔ)存量過小，則不能滿足復(fù)雜零件的加工要求。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。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。 圖 21 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的外觀圖 刀庫的設(shè)計(jì) 刀庫是帶刀庫自動(dòng)換刀裝置的主要部件之一，其容量形式、布局及具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的性能有很大影響。因?yàn)?XKA5032A/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