【正文】 1 0 3 0 . 4 8 03FT g N m? ? ? ? ? ? ? 其中重力加速度 g取 210 /ms 圓盤式刀庫負(fù)載扭矩 FT 按下面模型估算，將平均重力的刀具放置于半個刀盤，重心定在刀盤回轉(zhuǎn)中心 2/3處。 選擇電動機(jī)的 刀庫扭矩 要合理選擇電機(jī)，既不能有功率和扭矩的浪費(fèi)，也不能功率和扭矩不足 .因此要對刀庫負(fù)載扭矩 FT 的進(jìn)行估算。 9 圖 刀庫外形圖 三、刀庫的 總體設(shè)計(jì) 刀庫主要參數(shù) 載刀量： 24把 主軸鼻端：刀具形式 BT40 刀具直徑： ? 80mm 平均重量： 7Kg 初選刀庫直徑： ? 660mm 刀盤最低轉(zhuǎn)速： 60r/min 由于刀具形式為 BT40， 其刀具直徑為 ? 80mm， 按初選的刀庫直徑 ? 660mm 來排列可知每把刀之間的間隔約為 6mm， 符合安裝要求。整個換刀過程如圖 。刀 庫向右退開。即卡爪參與換刀動作。 如圖 圖 直線式刀庫： 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，刀庫容量較小，一般用于數(shù)控車床，數(shù)控鉆床，個別加工中心也有采用。 7 圖 刀庫布局形式 格子箱式刀庫（也稱陣列式刀庫）： 刀庫容量大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫安放于工作臺上。在增加存儲刀具數(shù)目時(shí)，可增加鏈條的長度，而不增加鏈輪直徑，因此，鏈輪的圓周速度不會增加，且刀庫的運(yùn)動慣量不像鼓輪式刀庫增加的那么多，基于這些優(yōu)點(diǎn)，鏈?zhǔn)降稁煸诩庸ぶ行膽?yīng)用非常廣泛。如圖 所示的加工中心采用的就是輪轂式刀庫。這種刀庫的結(jié)構(gòu)緊湊，但因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，大容量刀庫的外徑較大，轉(zhuǎn)動慣量大，選刀時(shí)運(yùn)動間長。 轂輪式刀庫（也稱盤式刀庫）： 應(yīng)用較廣，它包括刀具軸線與鼓輪式平行或垂直，或成銳角。 （ 3） 機(jī)械手刀庫換刀時(shí)間一般為 4秒（從 一次切削到另一次切削）。數(shù)控系統(tǒng)對刀套號及刀具號的記憶是永久的，關(guān)機(jī)后再開機(jī)刀庫不用 “ 回零 ” 即可恢復(fù)關(guān)機(jī)前的狀態(tài)。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(dāng)主軸上T1在加工時(shí)， T2刀即準(zhǔn)備好，換刀后， T1換進(jìn) 2號刀套，同理，在 T3加工時(shí)， T2就裝在3號刀套里。它有 兩欄。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。 （ 2） 刀號的計(jì)數(shù)原理。刀庫有一個個刀套鏈?zhǔn)浇M合起來，機(jī)械手換刀的動作有凸輪機(jī)構(gòu)控制，零件的加工比較復(fù)雜。每個刀套上無編號，它最大的優(yōu)點(diǎn)是換刀迅速、可靠。 （ 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(jī)床也有把圓盤轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，刀具數(shù)量多達(dá) 60把。機(jī)床關(guān)機(jī)后刀具記憶清零。刀具更換時(shí)，一般按最近距離旋轉(zhuǎn)原則，刀號編號按逆時(shí)針方向，如果刀庫數(shù)量是 18，當(dāng)前刀號位 8，要換 6號刀，按最近距離換刀原則，刀庫是逆時(shí)針轉(zhuǎn)。并以此為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)， “ 馬氏機(jī)構(gòu) ” 轉(zhuǎn)過幾次，當(dāng)前就是幾號刀。一般在換刀位安裝一個無觸點(diǎn)開關(guān)， 1 號刀位上安裝擋板。一般機(jī)床制造廠家都能自制。主要部件是刀庫體及分度盤，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可，運(yùn)動部件中刀庫的分度使用的是非常經(jīng)典的 “ 馬氏機(jī)構(gòu) ” ，前后、上下運(yùn)動主要選用氣 5 缸。操作者把一把刀具安裝進(jìn)某一刀位后，不管該刀具更換多少次，總是在該刀位內(nèi)。 二 、 刀庫的形式 與方案選擇 刀庫的形式 加工中心使用的刀庫最常見的形式是圓盤式刀庫和機(jī)械手換刀刀庫。 以眾環(huán)、亞星、高金為代表的大陸刀庫廠家與臺灣地區(qū)及發(fā)達(dá)國家出品的刀庫在外觀、性能、材質(zhì)、產(chǎn)品的多樣性、核心技術(shù)的掌握等方面仍有很大差距。為了縮短非切削時(shí)間，往往采用 “ 工序集中 ” 的原則， 60 年代末出現(xiàn)了帶有自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，即 “ 加工中心 ” 機(jī)床。如車、鉆、銑等。未來的發(fā)展將朝向：快速而多功能的換刀系統(tǒng)（預(yù)期 BT40 型式可達(dá)到 1s 以內(nèi)； BT50型式輕刀可達(dá)到 ） 、擴(kuò)充式及高儲刀效能的刀庫架構(gòu)（可容納 240/300/360把以上刀具）、倉儲式刀庫架構(gòu)以及更輕更量化快速及成本 低廉的刀庫架構(gòu)，必將成為未來發(fā)展最受期待的焦點(diǎn)。刀庫業(yè)界必須展現(xiàn)全新的思維，方能在未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中扮演稱職的角色。 ⑹ 大型及高容量刀庫的發(fā)展 在機(jī)床多功能的趨勢演化下，大量的刀具被使用在同一臺機(jī)床上，刀庫的架構(gòu)必須兼顧換刀的效率及儲刀效能，多變的刀庫型體（可容納 120/180/200把以上刀具）及多樣精密的換刀系統(tǒng)（如各種立式、臥式、立臥單點(diǎn)及多點(diǎn)式換刀系統(tǒng)），是其主要的特色。為了縮短換刀時(shí)間，多點(diǎn)式或任意點(diǎn)式的換刀系統(tǒng)是有必要的。 4 ⑶ 多型式刀具容載刀庫的發(fā)展 發(fā)展出同時(shí)可容納多種型式刀具（如 IS050及 IS060）的刀鏈系統(tǒng)，也被視為是必須時(shí)常變換使用多種主軸的加工中心的必備裝置。在此概念的基礎(chǔ)下，刀庫產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)況為： ⑴ 超重刀具負(fù)荷的刀 庫的發(fā)展 發(fā)展出刀鏈系統(tǒng)能承載重量 70kg以上的超重刀具，擁有強(qiáng)力鎖刀裝置的穩(wěn)固刀鏈架構(gòu)，可防止重型刀具于運(yùn)轉(zhuǎn)中墜落。近年來刀庫產(chǎn)品之發(fā)展趨勢為： ① 高效能的產(chǎn)品：發(fā)展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀庫產(chǎn)品。 對于全球機(jī)床產(chǎn)業(yè)朝向全方位、高效率、高速化、多功能機(jī)床的發(fā)展趨勢以及降低生產(chǎn)成本架構(gòu)的發(fā)展需求，我有深刻的體會。以其多樣化產(chǎn)品的功能，左右了綜合切削加工機(jī)床在生產(chǎn)效能及產(chǎn)品精度的表現(xiàn)。5 μm 較多，可稱精密級 。 （ 2）高精度加工中心 高精度加工中心，分辨率為 ，最大進(jìn)給速度為 15～ 100m/min，定位精度為 2μm 左右。按加工中心立柱的數(shù)量分；有單柱式和雙柱式 （ 龍門式 ） 。 加工中心常按主軸在空間所處的狀態(tài)分為立式加工中心和臥式加工中心，加工中心的主軸在空間處于垂直狀態(tài)的稱為立式加工中心，主軸在空間處于水平狀態(tài)的稱為臥式加工中心。 （ 2） 機(jī)械手的加工中心 這種加工中心的換刀通過刀庫和主軸箱配合動 作來完成換刀過程。在萬能加工中心安裝工件避免了由于二次裝夾帶來的安裝誤差，所以效率和精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)也高 。 （ 4） 萬能加工中心 萬能加工中心也稱五面加工中心小工件裝夾能完成除安 裝面外的所有面的加工；具有立式和臥式加工中心的功能。立式加工中心具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。立式加工中心一般具 3 有三個直線運(yùn)動坐標(biāo)，工作臺具有分度和旋轉(zhuǎn)功能，可在工作臺上安裝 — 個水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺用以加工螺旋線零件。但臥式加工中心占地面積大，重量大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。常見的有三個直線運(yùn)動坐標(biāo) (沿 X、 Y、 Z軸方向 )加一個回轉(zhuǎn)坐標(biāo) (工作臺 )，它能夠使工件一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工。 數(shù)控加工中心的分類 按照機(jī)床形態(tài)分類 （ 1） 臥式加工中心 指主軸軸線為水平狀態(tài)設(shè)置的加工中心。實(shí)際上從 20世紀(jì)末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。自 1970年開始小型計(jì)算機(jī)開始用于數(shù)控系統(tǒng)就進(jìn)入了第二個階段，叫做 CNC 階段，成為第四代數(shù)控系統(tǒng)：從 1974 年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)即發(fā)展到第五代。 關(guān)鍵詞 ： 加工中心 ； 刀庫； 數(shù)控加工 一、 引言 回顧數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩個階段，六代的發(fā)展歷程。 刀庫容量為 20把刀具；能完成自動換刀；自動交換刀具時(shí)，應(yīng)保證交換前后都處于正確的位置；刀庫、換刀機(jī)構(gòu)都應(yīng)有足夠的剛度，可靠性高；換刀時(shí)間盡可能短操作安全方便；刀具管理方便 。刀庫作為加工中心最重要的部分之一，它的發(fā)展也直接決定了加工中心的發(fā)展。 1 加工中心刀庫技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 目 錄 摘要 ??????????????????????????? 1 1 引言 ?????????????????????????? 1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 ?????????????????? 1 數(shù)控加工中心的分類 ?????????????????? 1 刀庫的發(fā)展前景 ???????????????????? 2 刀庫的意義 ?????????????????????? 3 2 刀庫的形式 與方案選擇 ?????????????????? 3 刀庫的 形式 ?????????????????????? 3 刀庫方案比較 ????????????????????? 4 3 刀庫的 總體 方案 設(shè)計(jì) ??????????????????? 8 刀庫主要參數(shù) ????????????????????? 8 電動機(jī)的初選 ????????????????????? 8 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 ??? ?? ? ? ?? 10 4 刀具交換裝置 ????????? ?? ?????????? 11 刀具交換裝置 簡介 ??????? ?? ????????? 11 換刀 簡介 ???????????? ?????????? 11 換刀過程 ????? ????????????????? 11 總 結(jié) ? ? ‥ ?????? ???????????? ? ??? 13 參考文獻(xiàn) ???????????????????????? 13 2 致 謝 ????????????????????????? 14 摘要 ： 90年代以來，數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及及發(fā)展，高速加工中心作為新時(shí)代數(shù)控機(jī)床的代表，已在機(jī)床領(lǐng)域廣泛使用。自動換刀刀庫的發(fā)展儼然已超越其為數(shù)控加工中心配套的角色，在其特有 的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合機(jī)床高精度、高效率、高可靠度及多任務(wù)復(fù)合等概念的獨(dú)特產(chǎn)品。本論文完成的是 刀庫的 總體設(shè)計(jì)、傳動設(shè)計(jì) 以及 傳動部分的運(yùn)動和動力設(shè)計(jì) 。 刀庫系統(tǒng)必將向一 .精密和簡易的兩極化并存 ； 二 .個性化和低成本 ； 三 .常規(guī)刀庫的高速化、輕量化 ； 四 .低碳、環(huán)保、智能、安全 這 4 個方向發(fā)展。第一個階段叫做 NC階段，經(jīng)歷了電子管、晶體管、和小規(guī)模集成電路三代。經(jīng)過十多年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)從性能到可靠性都得到了根本性的提高。 但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專用封閉的系統(tǒng)，而第六代 —— 開放式數(shù)控系統(tǒng)將代表著數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。臥式加工中心一般具有35個運(yùn)動坐標(biāo)。臥式加工中心較立式加工中心應(yīng)用范圍廣，適宜復(fù)雜的箱體類零件、泵體、閥體等零 件的加工。 （ 2） 立式加工中心 指主軸軸心線為垂直狀態(tài)設(shè)置的加工中心。立式加工中心多用于加工筒單箱體、箱蓋、板類零件和平面凸輪的加工。 （ 3） 龍門加工中心 與龍門銑床類似，適應(yīng)于大型或形狀復(fù)雜的工件加工。常見的萬能加工中心有兩種形式：一種是主軸可以旋轉(zhuǎn) 900既可象立式加工中心一樣，也可象臥式加工中心一樣；另一種是主軸不改變方向，而工作臺帶著工件旋轉(zhuǎn) 900完成對工件五個面的加工。 按換刀形式分類 （ 1） 帶刀庫機(jī)械手的加工中心 加工中心換刀裝置由刀庫、機(jī)械手級組成，換刀動作由機(jī)械手完成。 （ 3） 轉(zhuǎn)塔刀庫式加工中心 一般應(yīng)用于小型加工中心，主要以加工孔為主。主軸可作垂直和水平轉(zhuǎn)換的，稱為立臥式加工中心或五面加工中心，也稱復(fù)合加工中心。 （ 1）普通加工中心 普通加工中心，分辨率為 1μm ，最大進(jìn)給速度 15～ 25m/min，定位精度 l0 μm 左右。介于 2～ l0 μm 之間的，以 177。 刀庫的發(fā)展前景 近年來自動換刀刀庫的發(fā)展儼然已超越其為綜合切削加工機(jī)床配套的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展符合機(jī)床高精度、高效能、高可靠度及多任務(wù)復(fù)合等概念的獨(dú)特產(chǎn)品。多年來吉輔企業(yè)有限公司早已成為全球機(jī)床廠最主要的刀庫供貨商以及產(chǎn)品開發(fā)伙伴， 以其優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品營銷全球 22余國，獲得全球 100余廠家的肯定，同時(shí)也大幅提升了機(jī)床的性能與附加價(jià)值。在機(jī)床制造商的高效率及降低制造成本的要求下，吉輔公司致力于發(fā)展符合市場需求的產(chǎn)品。 ② 輕量化、低成本的產(chǎn)品：發(fā)展符合重量輕、成本低概念的刀庫產(chǎn)品。 ⑵ 高效率且定位精確的驅(qū)動及選刀系統(tǒng)的發(fā)展 發(fā)展出高精度系統(tǒng)配置高質(zhì)量、高定位精度的伺服電動機(jī)及減速機(jī)，以符合選刀迅速、換刀精確的主要性能要求。 ⑷ 不同型式刀具及任意點(diǎn)的換刀系統(tǒng)的發(fā)展可以同時(shí)夾取不同型式刀具如 IS050 及IS060，因應(yīng)需求必須有不同的刀具。 ⑸ 輕量化、低成本架構(gòu)的刀庫的發(fā)展 發(fā)展出輕量化的塑鋼射出刀套架構(gòu)，整體重量較傳統(tǒng)刀庫減輕 100kg以上，成本大幅降低的刀庫。 無庸置疑，未來刀庫的演進(jìn)及發(fā)展 簡直難以想象，新時(shí)代刀庫被賦予能符合未來全方位綜合切削加工機(jī)床及多任務(wù)復(fù)合加工機(jī)床需求的使命。吉輔公司積極參與從事全新功能概念刀庫的研發(fā)工作，在多功能式架構(gòu)的刀庫領(lǐng)域及高效率換刀系統(tǒng)的領(lǐng)域，長期投入與發(fā)展的態(tài)度一直不變。 刀庫的意義 一個零件往往需要多工序的加工，而單功能的數(shù)控機(jī)床只能完成單工序的加工。因此，在制造一個零件的過程中，大量的時(shí)間用于更換刀具，裝卸零件，測量和搬運(yùn)零件等非切削時(shí)間上，切削加工時(shí)間僅占整個工時(shí)中較小的比列。 刀庫系統(tǒng)作為自動化加工過程中所需的儲刀及換刀需求的一種裝置，為數(shù)控機(jī)床縮短機(jī)床非切削時(shí)間，降低勞動強(qiáng)度提供了 必要條件，是數(shù)控機(jī)床的 重要功能部件 。例如，在產(chǎn)品的多樣性方面，大陸刀庫廠家的品種僅集中在斗笠、圓盤機(jī)械手、凸輪鏈?zhǔn)竭@三個系列，很難滿足用戶的個性化需求，而國外的高端刀庫往往是專門針對某種機(jī)型特定的，在適應(yīng)性和安裝合理性上都優(yōu)于常規(guī)刀庫。 圓盤式刀庫 圓盤式刀 庫應(yīng)該稱之為固定地址換刀刀庫，即每個刀位上都有編號，一般從 1編到 11 24 等，即為刀號地址。