【正文】 寸 mm通常取β=～。主軸結(jié)構(gòu)要保證各零件定位可靠、工藝性好等要求。主要影響因素是材料熱處理、軸承類型和潤滑方式。溫度和熱變形 溫升會(huì)引起機(jī)床部件熱變形，使主軸旋轉(zhuǎn)中心的相對(duì)位置發(fā)生變化，影響加工精度?？拐裥? 指主軸組件在切削過程中抵抗強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。惡化傳動(dòng)件和軸承的工作條件。（a）小齒輪 （b）大齒輪圖34 輸出軸齒輪 剛度 指主軸組件在外力的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。 齒輪的受力分析，齒輪受Fn、Ft、Fr 主軸及組件的設(shè)計(jì)計(jì)算 主軸組件的設(shè)計(jì)要求主軸組件應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)基本要求：旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)度 指機(jī)床在空載低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動(dòng)值滿足要求。（13）由表137，按失效概率，查取，因有資料可參照，～。（11）按表面粗糙度，查取=1。（9）按長期工作， ，查取。（7）由圖138， 按，查取。（5）由表135，按按Ⅱ公差組7級(jí)，未經(jīng)表面淬火的直齒輪，查取。（3）由圖135，按Ⅱ公差組7級(jí)，直齒輪，查取。查取Aa=453；K由表133，按原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，工作載荷有中等沖擊，查取K=～，取K=；Ψa=～，取Ψa=；，由圖132，按齒輪材料、調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度260HBS，查取=710MPa，=520MPa，確定選擇齒輪傳動(dòng)的參數(shù)和尺寸由于，選 由式（32）得 mm 由表32查取。 強(qiáng)度的計(jì)算由于大小動(dòng)齒輪齒面硬度均小于350HBS，所以為閉式軟齒面的齒輪傳動(dòng)。小齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩。 （37） （38）圖32 主動(dòng)齒輪圖33 受力圖 （39）式中：—小齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩；—嚙合角。 齒輪的受力分析一對(duì)漸開線齒輪嚙合，若不計(jì)摩擦力，則輪齒之間相互作用的法向力Fn的方向始終沿嚙合線。，主從動(dòng)齒輪均采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。（13）由表137，按失效概率，查取，因有資料可參照，～。（11）按表面粗糙度，查取。（9）按長期工作， ，查取。（7）圖，按，查取。（5）由表135，按按Ⅱ公差組7級(jí)，未經(jīng)表面淬火的直齒輪，查取。（3）由圖135，按Ⅱ公差組7級(jí)，直齒輪，查取。查取Aa=453；K由參考材料10中表133，按原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，工作載荷有中等沖擊，查取K=～，取K=；，取； ，由圖132，按齒輪材料、調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度260HBS，查取=710 MPa確定選擇齒輪傳動(dòng)的參數(shù)和尺寸由于選 （32） 由表32查取。 強(qiáng)度的計(jì)算由于主從動(dòng)齒輪齒面硬度均小于350HRS，所以為閉式軟齒面的齒輪傳動(dòng)。輪輻式結(jié)構(gòu)適用于齒頂圓直徑mm的齒輪。齒輪零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括輪體和齒圈（漸開線齒廓）兩部分，圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)類型分為：實(shí)心式、齒輪軸式、腹板式和輪輻式等。選擇電動(dòng)機(jī)的容量任務(wù)書給出電動(dòng)機(jī)的功率為：=15kW電動(dòng)機(jī)功率的選擇主軸轉(zhuǎn)速為： n=6000r/min軸Ⅰ與軸Ⅱ齒輪傳動(dòng)比為2，軸Ⅱ與軸Ⅲ的齒輪傳動(dòng)比為1，則電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為：由以上數(shù)據(jù)可選出電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y160M22，其滿載轉(zhuǎn)速為2930r/min。第3章 主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書要求，主軸電機(jī)功率15kW、主軸轉(zhuǎn)速3000r/min、刀柄錐度號(hào)為40。同時(shí)確定了主要零部件的主要作用，從而設(shè)計(jì)各個(gè)部分的具體的形狀和尺寸。刀庫選取伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手由凸輪聯(lián)動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)。這些密集型刀庫雖占地面積小，但由于結(jié)構(gòu)限制，基本上不用于單機(jī)加工中心，多用于FMS的集中供刀系統(tǒng)。另外，還有一些密集型的鼓輪式。組合刀庫一般是轉(zhuǎn)塔式刀庫的組合。直線式刀庫和組合刀庫直線式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，刀具單行排列，刀庫容量小。一般適用于刀具數(shù)在30～120把。刀具呈多環(huán)排列的刀庫的空間利用率高，但必然使得取刀機(jī)構(gòu)復(fù)雜，適用于機(jī)床空間受限制而刀庫容量又較大的場(chǎng)合；雙盤式結(jié)構(gòu)是兩個(gè)較小容量的刀庫分置于主軸兩側(cè)，布局較緊湊，儲(chǔ)刀數(shù)量也相應(yīng)增大，適用于中小型加工中心。若增加刀庫容量必須使刀庫的外徑增大，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也相應(yīng)增大，選刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間長。盤式刀庫刀庫呈盤狀，其特點(diǎn)：刀具沿盤面垂直排列（包括徑向取刀和軸向取刀）。常見于車削中心和鉆削中心。 1，2中心液壓缸 3活塞桿齒輪條 4小齒輪 5定位銷 6大齒輪 7軸 8轉(zhuǎn)塔體 圖22 主軸轉(zhuǎn)位裝置 刀庫及換刀裝置刀庫是存儲(chǔ)刀具的裝置,常見的刀庫主要有以下幾種形式:轉(zhuǎn)塔式刀庫包括水平轉(zhuǎn)塔頭和垂直轉(zhuǎn)塔頭兩種，其特點(diǎn)為：所有刀具固定在同一轉(zhuǎn)塔上,無換刀臂，儲(chǔ)刀數(shù)量有限，通常為6～8把。當(dāng)推動(dòng)轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位液壓缸活塞移動(dòng)時(shí)，活塞桿齒條3經(jīng)齒輪軸8，使轉(zhuǎn)塔頭實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位180176。刀夾拉緊后行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)。與此同時(shí)，壓縮空氣管接頭2經(jīng)活塞和拉桿的中心通孔吹入主軸裝刀孔內(nèi)，把切削或臟物清除干凈，以保證刀具的安裝精度。換刀前需將刀夾松開時(shí)，壓力油進(jìn)入液壓缸右腔，活塞6推動(dòng)拉桿9向左移動(dòng)，碟形彈簧8被壓縮；當(dāng)鋼球14隨拉桿9一起左移至進(jìn)入主軸孔直徑較大的d1處時(shí)，它就不再能約束拉釘11的頭部，緊接著拉桿9前端內(nèi)孔的臺(tái)肩端面碰到拉釘11，把刀頂松。夾緊刀夾時(shí)，液壓缸5右腔接通回油，彈簧6推活塞4右移，拉釘11在碟形彈簧8作用下向右移動(dòng)，由于此時(shí)裝在拉桿9前端徑向孔中的四個(gè)鋼球14進(jìn)入主軸孔中直徑較小的d2處，被迫徑向收攏而卡進(jìn)拉釘11的環(huán)型槽內(nèi)，因而刀桿被拉桿5拉緊，依靠摩擦力緊固在主軸上。切削軸進(jìn)行切削加工，另一個(gè)軸在此間換刀。然后壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸，使轉(zhuǎn)塔體轉(zhuǎn)位180176。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時(shí)，通過液壓撥叉（圖中未畫出）將滑移齒輪15與大齒輪7脫離嚙合。雙主軸用轉(zhuǎn)塔頭的方式實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)交換。兩個(gè)主軸交替將刀送到工作位置，一個(gè)主軸用于加工，另一個(gè)主軸在此期間更換刀具。選擇了如圖11所示的布局方案。研究內(nèi)容：總體方案設(shè)計(jì)、主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，輸出軸齒輪的設(shè)計(jì)，主軸的設(shè)計(jì)，花鍵軸的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)位裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，刀庫的設(shè)計(jì)計(jì)算，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。同時(shí)機(jī)械手的手臂回轉(zhuǎn)和插刀、拔刀的動(dòng)作式聯(lián)動(dòng)的，部分時(shí)間常數(shù)可重疊，從而大大縮短了換刀時(shí)間。刀具有一套識(shí)別裝置來控制電機(jī)的停止和轉(zhuǎn)動(dòng)。用液壓缸來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)塔體的抬起動(dòng)作，利用活塞的行程來實(shí)現(xiàn)抬起的高度，同時(shí)用定位銷來保證轉(zhuǎn)塔體的定位，用活塞桿齒條和齒輪的嚙合使轉(zhuǎn)塔體實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位。采用全封閉結(jié)構(gòu)，具有空氣強(qiáng)冷，可保證高轉(zhuǎn)速和超載能力，有很寬的調(diào)速范圍。 設(shè)計(jì)構(gòu)想主軸交換裝置由于交流電動(dòng)機(jī)一般為鼠籠式感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)，其體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。；2；刀柄錐度為40度，機(jī)械手拔刀行程為84mm；機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)抓刀、180176。本文主要是對(duì)雙主軸換刀進(jìn)行研究。德國 CHIRON 公司生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)的機(jī)床。這種方式如果要實(shí)現(xiàn)任意換刀，則換刀時(shí)間將隨所選刀在刀庫的位置不同而長短不等，最遠(yuǎn)的刀可能換刀時(shí)間較長，因此，這種方式作為高速自動(dòng)換刀裝置最好采用順序選刀的方式。由于有兩個(gè)主軸，這種機(jī)床的刀庫和換刀機(jī)械手可以是一套，也可以是兩套，如德國 Alfing—Kessler 公司生產(chǎn)的加工中心采用雙主軸系統(tǒng)，使用一套刀庫和換刀機(jī)械手；而德國 Hornsbeng — Lamb 公司生產(chǎn)的 HSC—500 、 HSC—630 和HFC— 630 加工中心有兩個(gè)主軸和兩套換刀系統(tǒng)，兩個(gè)主軸可以用 1 . 0 — 1 . 5s的時(shí)間移動(dòng)到加工位置并啟動(dòng)加速到加工的最大速度，具體的交換時(shí)間取決于機(jī)床的尺寸。由于兩個(gè)過程可以同時(shí)進(jìn)行，換刀時(shí)間實(shí)際就是已經(jīng)裝好刀具的兩個(gè)主軸的換位時(shí)間，使輔助時(shí)間減少到最少，也即機(jī)床切屑對(duì)切屑換刀時(shí)間達(dá)到最短，這樣每個(gè)主軸換刀時(shí)間的長短對(duì)加工幾乎沒有影響。兩個(gè)主軸交替將刀送到工作位置，一個(gè)主軸用于加工，另一個(gè)主軸在此期間更換刀具。這種結(jié)構(gòu)的機(jī)床和通常的加工中心結(jié)構(gòu)已大不相同，不僅可以用于需要快速換刀的加工，而且可以多軸同時(shí)加工，適合在高效率生產(chǎn)線上使用。由夾具快速移動(dòng)完成換刀，省去了復(fù)雜的換刀機(jī)構(gòu)。換刀時(shí)不是主軸上的刀具交換，而是安裝在夾具上的工件快速從一個(gè)主軸的加工位置移動(dòng)到另一個(gè)裝有不同刀具的主軸，實(shí)現(xiàn)換刀并立即加工。下面介紹幾種常用加工中心的換刀方法:多主軸換刀這種機(jī)床沒有傳統(tǒng)的刀庫和換刀裝置，而是采用多個(gè)主軸并排固定在主軸架上，一般為 3~18 個(gè)?？焖贀Q刀技術(shù)是減少加工輔助時(shí)間重要手段，而且正在處于發(fā)展階段。在這種模式中，機(jī)床主軸常采用空心的帶有長拉桿、碟形彈簧組的結(jié)構(gòu)形式，由液壓或氣動(dòng)裝置提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)夾緊放松刀柄的動(dòng)作。1983年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國際標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)換刀系統(tǒng)便形成了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式。1967年出現(xiàn)了FMS（柔性制造系統(tǒng)）。1958年美國Kamp。自動(dòng)換刀裝置作為加工中心的重要組成部分其主要的作用在于減少加工過程中的非切削時(shí)間，以提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提升機(jī)床及至整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)率，所以自動(dòng)換刀裝置在交工中心中扮演著重要角色。關(guān)鍵詞　高速切削；刀庫；交換主軸；換刀裝置；換刀時(shí)間Design Of Automatic Tool Change On Tool Magazine AbstractCutting is developing which has the characteristic of highspeed cutting. The highspeed cutting has lead the rapid improvement of efficiency of cutting, then the technology which will further reduce machining assistant time is developing as the highspeed cutting. ATC（Tool changer）technology is one of the most important methods to reduce the assistant time in cutting. The tool magazine and exchange spindle are the integration of turret head and ATC. First, all the cuttingtool which is needed are installed on the standard cuttingtool handle, and then select a tool in tool magazine, and take the tool by exchange device in tool magazine, install it onto the nonework spindle. During tool changing, turret head is rotated 180176。這樣就可以使切削加工和主軸換刀同時(shí)進(jìn)行，由此可知換刀時(shí)間實(shí)際就是已經(jīng)裝好刀具的兩個(gè)主軸的換位時(shí)間，使輔助時(shí)間減少到最少，即機(jī)床切屑對(duì)切屑時(shí)間達(dá)到最短。換刀時(shí)間通過轉(zhuǎn)塔頭交換裝置旋轉(zhuǎn)180176。刀庫和交換主軸換刀裝置是轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置和刀庫式換刀裝置的結(jié)合。加工中心刀庫自動(dòng)換刀裝置摘要切削加工正在進(jìn)入以高速切削為特征的發(fā)展階段,因高速切削而切削效率飛速提高， 進(jìn)一步減少機(jī)床加工輔助時(shí)間的技術(shù)也伴隨高速切削的發(fā)展而不斷發(fā)展?？焖贀Q刀技術(shù)是減少加工輔助時(shí)間重要手段。首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在刀庫中進(jìn)行選刀，并由刀具交換裝置從刀庫中取出刀具，把刀具安裝在非工作主軸上。交換主軸。同時(shí)，刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具，因而能夠進(jìn)行復(fù)雜的多工序加工，這樣就明顯提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。to change the main spindle. That will enable cutting and exchanging tool of spindle simultaneous, it means the time of cuttingtool places. Thus assistant time is least.