【正文】 ，等到上一道工序加工完成，轉(zhuǎn)塔頭旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)交換主軸（即換刀），這種換刀方式，換刀時間和機械加工時間大部分重合，只消耗轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位的時間，故換刀所需時間少，轉(zhuǎn)塔頭上的主軸數(shù)目少，有利于提高主軸的結(jié)構(gòu)剛度，刀庫中刀具的數(shù)目也可增加，對多工序連續(xù)加工加工有利。存在較多因素影響換刀工作可靠性。然而使用這種自動換刀系統(tǒng)，需要添加刀具自動夾緊、放松機構(gòu)、刀庫運動和定位機構(gòu)，同時也需要設(shè)置清潔刀柄及刀孔、刀座的裝置，導致結(jié)構(gòu)較復雜。刀庫中刀具可根據(jù)加工需要和機床結(jié)構(gòu)布局來選用，刀具數(shù)目可多可少，來實現(xiàn)復雜加工面的多工序加工，從而增強了機床的適應性和提高切削效率。換刀時根據(jù)發(fā)出的選刀程序在刀庫里選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，進行拉刀和松刀，然后將下道工序所需的刀具裝入主軸，將加工完成的刀具放回刀庫。刀庫機械手自動換刀系統(tǒng)，換刀流程非常復雜。這種換刀形式，特別有利于箱體類零件的加工，提高生產(chǎn)效率。推桿機構(gòu)把下道工序所需的主軸箱裝到小車上，同時把用過的主軸箱從小車上卸下并放入主軸箱庫里面的空位中。同時，又將另一個待用主軸箱推到機床動力頭上，同時定位并夾緊。依照根據(jù)加工需要，選定所需的主軸箱，等到兩小車運行到所需主軸箱的地方時，把主軸箱推到小車上，兩只小車同時運動到機床動力頭兩邊互換位置。主軸箱庫里懸掛備用主軸箱。所以這種換刀方式普遍適用于工序較少、精度要求不高的機床，如數(shù)控鉆、銑床等。這種換刀方式受到空間位置的制約，主軸部件結(jié)構(gòu)尺寸一般較小，在一定程度上影響了主軸系統(tǒng)的剛性。在轉(zhuǎn)塔的每一個主軸上，提前安裝有每道加工所需要的刀具，發(fā)出換刀指令后，每個主軸頭按照程序指令依次旋轉(zhuǎn)到加工位，并聯(lián)通主運動，讓對應的主軸帶著刀具旋轉(zhuǎn)，其他在不加工位置上的主軸都不會接通主運動。 至于更換主軸換刀則是攜帶旋轉(zhuǎn)刀具的加工中心的一種常用的換刀方式。由于刀尖位置將對加工精度有很大影響，故于數(shù)控車床而言，進行加工時刀具位置將不會人工調(diào)整，所以說確定完善的定位方案以及合理的定位結(jié)構(gòu)是必須的，用來確保回轉(zhuǎn)刀架每次轉(zhuǎn)位之后，具有比較高的重復定位精度。這些回轉(zhuǎn)刀架上也就儲存著相同數(shù)量的的刀具，并根據(jù)數(shù)控裝置的程序換刀。 回轉(zhuǎn)刀架換刀作為一種比較簡便實用的自動換刀方式，在數(shù)控機床的設(shè)計中使用廣泛。它應當滿足換刀時間短、精確定位、儲存所需全部刀具、結(jié)構(gòu)緊湊等要求。 加工中心作為數(shù)控機床和自動換刀裝置融合的產(chǎn)物，能一次完成零件裝夾中的銑、鏜、鉆、擴等多道工序，更是成為數(shù)控機床發(fā)展的重中之重，直接影響著現(xiàn)代高新制造業(yè)的發(fā)展。s processing center is not high, most precision machining centers still need to narrow the gap with the developed countries as soon as possible, we should place the development of precision machining centers on priority strategic research main on tool changer system without horizontal machining center manipulator disc the column, spindle, magazine design and research the three ponents as well as some important functions ponent. deepen understanding and enhance machining center structure the actual design capacity.Keywords: CNC machine tools, machining centers, ATC systems, ponents, design and research.基于無機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)的研究與設(shè)計指導老師的科研項目 制造業(yè)是一個國家綜合實力的最直接表現(xiàn)，而機床作為機械制造行業(yè)中的主要設(shè)備，尤其是具有高精度加工能力的數(shù)控機床在我國重點發(fā)展的能源、汽車制造業(yè)、航天制造業(yè)等領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床、加工中心、換刀系統(tǒng)、部件設(shè)計與研究 Abstractmachining center is one of the CNC machine appears after normal CNC machine which integrate the automatic tool changer with CNC machine tools to improve processing efficiency, reduce noncutting time. Its development much attention around the world, and its development is an important indicator of a country39。本課題主要研究無機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)。加工中心在我國各行各業(yè)中都起著重要作用，但是我國的加工中心發(fā)展水平并不高，大部分精密加工中心依然需要進口?；跓o機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)的研究作者：日期：目錄…………………………………………………………………… 1…………………………………………………………………… 1 ………………………………………………………………………… 1 ………………………………………………………………1 ………………………………………1 ………………………………………………………10…………………………………………………………………11 ……………………………………………………11 …………………………………………………………………11 ………………………………………………………………12 ……………………………………………………12…………………………………………………………………15 ………………………………………………………………15 ……………………………………………16 …………………………………………………18…………………………………………………………33 ………………………………………………………………33 ……………………………………………………………33…………………………………………………………45………………………………………………………………46………………………………………………………………48 ……………………………………………………………48 ……………………………………………………………49 ………………………………………………………………5010. 致謝…………………………………………………………………………51………………………………………………………………… 52附錄1……………………………………………………………………………………………56附錄2……………………………………………………………………………………………56附錄3……………………………………………………………………………………………57 基于無機械手圓盤式刀庫的臥式加工中心換刀系統(tǒng)的研究 與設(shè)計 學 生：XXXX XXXX機電與建筑工程學院 教導教師：XXX XXXX機電與建筑工程學院 摘 要加工中心是數(shù)控機床出現(xiàn)之后，為提高加工效率，減少非切削時間，將自動換刀裝置與數(shù)控機床集成而形成的具有高自動化程度和高效率的數(shù)控機床。它的發(fā)展備受世界各國關(guān)注，其發(fā)展狀況是一個國家制造業(yè)發(fā)展水平的重要標志。為努力達到發(fā)達國家的技術(shù)水平，應將發(fā)展精密加工中心置于優(yōu)先戰(zhàn)略地位。通過對立柱、主軸、刀庫三個部件設(shè)計與研究以及其中重要功能零、部件的設(shè)計、選型和計算，加深對加工中心結(jié)構(gòu)了解并增強實際設(shè)計能力。s level of development of manufacturing industry. Processing center plays an important role in all walks of life in our country , but the level of development of China39。近年來隨著高科技技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)控機床也開始呈現(xiàn)出高速度、高精度、高效率、柔性制造等發(fā)展趨勢。自動換刀系統(tǒng)作為加工中心的重要組成部件，是保證加工中心能完成多道加工工序的基本條件，其性能的好壞對加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，自動換刀系統(tǒng)主要由刀庫、主軸和立柱組成。本課題就是要對加工中心中無機械手圓盤式刀庫換刀的自動換刀系統(tǒng)的研究與設(shè)計。根據(jù)不同的需求，它可以相應的設(shè)計成四方刀架或者六角刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上應能保持較高的剛度和強度，能抵抗粗加工時的切削抗力?；剞D(zhuǎn)刀架按照工作原理的不同分為若干不同種類。 主軸頭分為臥式和立式兩種形式，采取旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)塔頭的方式來更換主軸頭，達到自動換刀的目的。 轉(zhuǎn)塔頭每次轉(zhuǎn)位包括下列動作：①脫離開主傳動；②轉(zhuǎn)塔頭脫開；③轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位；④轉(zhuǎn)塔頭定位壓緊；⑤聯(lián)通主軸傳動；這種換刀方式，精簡了自動松夾、卸刀、裝刀以及刀具運輸?shù)仍S多的操作步驟，從而減少了換刀時間，提高換刀效率，同時也增加了換刀的穩(wěn)定性。為了確保主軸的剛性，必須對主軸的數(shù)目進行限制。有的加工中心和組合機床一樣，選用具有多個主軸的主軸箱，通過更換主軸箱來實現(xiàn)換刀的目的。在主軸箱兩端的導軌上，安裝同步運動的小車，通過它們進行對主軸箱庫與機床動力頭之間主軸箱的運送。等上一道工序加工完成后，動力頭攜帶使用完后的主軸箱上升到更換位置，夾緊機構(gòu)松開這只主軸箱，在定位孔中拔出定位銷，推桿機構(gòu)會把使用完的主軸箱推上小車。然后，兩小車同時返回主軸箱庫，停在下道工序所需的主軸箱旁。機械手也可以用于刀庫和主軸箱之間進行刀具交換。帶刀庫的換刀系統(tǒng)由刀庫、選刀機構(gòu)、刀具自動裝卸裝置和刀具交換機構(gòu)等部分組成，在以上幾種換刀方式中采用最多。開始要把加工過程中所需的每一把刀具安裝裝在各自相應規(guī)格刀柄上，在未插進刀庫之前進行尺寸預調(diào)整，然后放入刀庫中。這種換刀裝置和之前幾種換刀方式相比，機床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以提高主軸的剛性，適合用于精密加工和切削。此外，刀庫應放置在遠離加工區(qū)的地方，消除刀庫對工件加工產(chǎn)生干擾的可能性。有換刀過程繁多、時間長的缺點。為減少換刀時間，可選擇帶刀庫的雙主軸或多主軸換刀系統(tǒng)。但這種換刀方式不易保持較高主軸精度來進行精鏜加工。 自動換刀系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù) 滾動導軌具有較長的歷史，伴隨著數(shù)控機床朝著高速化趨勢不斷發(fā)展而被應用得愈發(fā)廣泛。而且滾動導軌在安裝過程中施加了一定的負荷，阻尼特性較好，但這種阻尼特性相比于傳統(tǒng)滑動導軌的阻尼特性存在一定差距。 根據(jù)滾子在導軌與滑塊之間的接觸形式，滾動導軌可以分為歌德式牙型滾動導軌和圓弧式牙型滾動導軌。而歌德式牙型其接觸角能保持不變，剛性亦較穩(wěn)定。其主要的受力摩擦點都在滾道的45176。存在以下幾大特點：（1）高效率：利用滾動摩擦，所以靜態(tài)和動態(tài)的摩擦系數(shù)都很小，一般是在0．003—0．005。與滑動摩擦的梯形絲杠相比，效率提高1一3倍。在正常的機械上工作8—10年，精度可以基本不變，磨損量不到0．01mm。 （3）高精度：精密滾珠絲杠經(jīng)過淬硬和精密螺紋磨削及研磨或珩磨后，能達到很高的精度，可以作為長度基準，用于數(shù)控機床及其他機械。滾珠絲杠兩螺母副通過平鍵與外套相聯(lián)，用兩個鎖緊螺母調(diào)整絲杠螺母的預緊量。 （2）通過改變墊片厚度，使?jié)L珠絲杠的左右螺母無相對旋轉(zhuǎn)，作軸向位移，實現(xiàn)預緊。加工過程中需卸調(diào)整墊片進行修磨，為易于實現(xiàn)，調(diào)整墊片做成半環(huán)。在左右螺母的的端部做成外齒輪，齒數(shù)Z1比Z2少一個。內(nèi)齒圈固定在螺母座上，預緊時脫開內(nèi)齒圈，兩螺母向同一方向進給一樣的齒數(shù)，合上內(nèi)齒圈，兩螺母的軸向位置發(fā)生變化達到調(diào)整間隙和施加預緊力的目的。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加調(diào)整墊片可以實現(xiàn)對絲杠的準確預拉伸，以提高絲杠剛性和消除部分熱變形誤差。電機作為驅(qū)動裝置，需要為整個系統(tǒng)提供動力，所以電機的選擇至關(guān)重要，電機的動力需要靠連接裝置來將動力傳動到主軸上，所以連接裝置的選擇也同樣重要。步進電機也成脈沖電動機或電脈沖馬達。脈沖數(shù)增加，位移量隨之增加；脈沖頻率增高，則位移變化的速度增高。由于其沒有積累誤差( 精度為100%) 的特點, 它被廣泛應用于各種開環(huán)控制。(2)伺服電機伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W 三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。 數(shù)控機床進給驅(qū)動對位置精度、快速響應特性、調(diào)速范圍等有較高要求。因此，齒輪傳動副常采用消隙措施來盡量減小齒輪側(cè)隙，但此措施結(jié)構(gòu)較復雜。同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但只適合低轉(zhuǎn)矩特性要求的場合。（3）電機通過聯(lián)軸器直接與絲杠連接電動機軸與絲杠