【正文】 ....................15 附錄 ...............................................................16江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校 05 屆高職畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 概述 引言 數(shù)控機(jī)床是一種高投入的高效自動(dòng)化機(jī)床，加工柔性好、精度高，由于其投資比普通機(jī)床高的多，因此降低數(shù)控機(jī)床故障率，縮短故障修復(fù)時(shí)間提高機(jī)床利用 率是十分重要的工作。 自從 20世紀(jì) 60年代世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)等各相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng) (FMS， CIMS等 )中不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的 “ 使用難、維修難 ” 問題，已經(jīng)是影響數(shù)控機(jī)床有效利用的首要問題。對比之下，我國目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致 “ 剛性 ” 強(qiáng) ,更新產(chǎn)品速度慢，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 而常見的電動(dòng)刀架中具有典型的結(jié)構(gòu)有TND360刀架和 LDB4刀架，這兩種刀架采用了不同的傳動(dòng)升降結(jié)構(gòu)、不同定位控制。主要用于數(shù)控車床，是數(shù)控車床中的一種專用的自動(dòng)化機(jī)械。在卸裝過程中要認(rèn)真分析它的轉(zhuǎn)位定位和夾緊等機(jī)構(gòu)的工作原理。在加工過程中進(jìn)行換刀時(shí)控制系統(tǒng)選定刀具后，刀庫必須把選定的刀具運(yùn)送到特定的位置準(zhǔn)備由機(jī)械手取刀具或機(jī)床的主軸直接取刀。就機(jī)械運(yùn)動(dòng)來講刀庫的結(jié)構(gòu)主要是由刀具的運(yùn)送和定位機(jī)構(gòu)組成，運(yùn)送速度要快，定位要準(zhǔn)。 機(jī)械手 加工中心換刀機(jī)構(gòu)的核心部件。通常有三個(gè)自由度，即抓刀與復(fù)位的是一個(gè)自由度；拔刀與裝刀 是一個(gè)自由度；新舊刀具位置交換是一個(gè)自由度。要求機(jī)械手動(dòng)動(dòng)作迅速平穩(wěn)可靠。機(jī)械手完成各個(gè)動(dòng)作是靠位置控制的，一個(gè)動(dòng)作結(jié)束后，必須發(fā)出一個(gè)回答信號(hào)給 PLC，以便啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。 常見 的換刀 類型 六角回轉(zhuǎn)刀架 刀架的全部動(dòng)作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥 和順序閥進(jìn)行控制，它的動(dòng)作分為 4 個(gè)步驟： (1)刀架抬起 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由 a 孔進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，活塞 1 上升，刀架體 2 抬起，使定位用的活動(dòng)插銷 10 與固定插銷 9 脫開。 (2)刀架轉(zhuǎn)位 當(dāng)?shù)都芴鸷?，壓力油?c 孔進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸左腔，活塞 6江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校 05 屆高職畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 向右移動(dòng)，通過聯(lián)接板帶動(dòng)齒條 8 移動(dòng)，使空套齒輪 5 作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)?；钊男谐虘?yīng)等于齒輪 5 分度圓周長的 1/6，并由限位開關(guān)控制。齒輪 3 的底盤上精確地安裝有 6 個(gè)帶斜楔的圓柱固定插銷 9，利用活動(dòng)插銷 10 消除定位銷與孔之間的間隙，實(shí)現(xiàn)反靠定位。這時(shí)，端齒離合器與空套齒輪 5 脫開。 如果定位和夾緊動(dòng)作正常，推桿 11 與相應(yīng)的觸頭 12 接觸，發(fā)出信號(hào)表 示換刀過程已經(jīng)結(jié)束，可以繼續(xù)進(jìn)行切削加工。 圖 1 數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架 1－活塞 2－刀架體 7－齒輪 4－齒圈 5－空套齒輪 6－活塞 8－ 齒條 9－ 固 定插 銷 11－推桿 12－ 觸頭 四方刀架 （ 1）刀架抬起 當(dāng)換刀指令發(fā)出后，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過蝸桿連軸器帶動(dòng)渦輪絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，刀架體內(nèi)孔有螺紋，與渦輪絲杠旋合。由于刀架底座和刀架體嚙合，且渦輪絲杠軸向固定，這時(shí)刀架抬起。轉(zhuǎn)位套用銷釘與渦輪絲杠連接，隨渦輪絲杠一同轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160176。 （ 3）刀架定位 刀架體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶 動(dòng)電刷座一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號(hào)時(shí)，定位銷在彈簧作用下進(jìn)入粗定位盤的槽中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷接觸導(dǎo)面使電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于粗定位槽的限制，刀架體不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在該位置垂直落下，刀架體和刀架底座上的端面齒嚙合實(shí)現(xiàn)精確定位。 更換主軸頭換刀 在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭是一種簡單換刀方式。在轉(zhuǎn)塔的各個(gè)主軸頭上，預(yù)先安裝有各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具。 圖 2 為臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時(shí)，先通過液壓撥叉將移動(dòng)齒輪 3 與齒輪 12 脫離嚙合，同時(shí)在中心液壓缸 14 的上腔通壓力油。然后壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸，推動(dòng)活塞齒條，再經(jīng)過中間齒輪使大齒輪 4與轉(zhuǎn)塔刀架體 18一起回轉(zhuǎn) 45186。轉(zhuǎn)位結(jié)束后，壓力油進(jìn)入中心液壓缸 14 的下腔，使轉(zhuǎn)塔頭下降，離合器 2 和 1 重新嚙合，實(shí)現(xiàn)了精確的定位。最后，通過液壓撥叉移動(dòng)齒輪 3，使它與新?lián)Q上的主軸齒輪 12 相嚙合。主軸前軸承 9采用錐孔雙列圓柱滾子軸承，調(diào)整 時(shí)，先卸下端蓋 6，然后擰緊螺母 8，使內(nèi)環(huán)做軸向移動(dòng)，以便消除軸承的徑向間隙。 轉(zhuǎn)塔主軸頭的轉(zhuǎn)位、定位和壓緊方式與鼠齒盤式分度工作臺(tái)極為相似，但因?yàn)樵谵D(zhuǎn)塔上分布著許多回轉(zhuǎn)主軸部件，使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。為了保證主軸的剛度，主軸數(shù)目必須加以限制，否則將會(huì)使結(jié)構(gòu)尺寸大為增加。從而提高了換刀的可靠性，并顯著地縮短了換江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校 05 屆高職畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 刀時(shí)間。 圖 2臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭 2一離合器 12一齒輪 5一套筒 6一端蓋 7一主軸 8一螺母 1 17一軸承10一螺釘 1l一推動(dòng)桿 13一操縱 桿 14一液壓缸 15一活塞 18一轉(zhuǎn)塔刀架體 帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng) 帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。換刀時(shí)先在刀庫中選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，在進(jìn)行交換刀具后，將新刀裝入主軸，把舊刀放回刀庫。 與轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置數(shù)控機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個(gè)主軸，設(shè)計(jì)主軸部件就有可能充分加強(qiáng)它的剛度，因而能滿足精密加工的要求。所以帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置特別適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床。 根據(jù)刀庫所需要的容量和取刀方式，可以將刀庫設(shè)計(jì)成多種樣式。單盤式刀庫，為適應(yīng)機(jī)床主軸的布局， 刀庫的刀具軸 線可以按不同的方向配置，刀具可做 90176。鼓輪彈倉式刀庫，其結(jié)構(gòu)十分緊湊，在相同的空間內(nèi)，它的容量較大，但取刀較復(fù)雜。當(dāng)鏈條較長時(shí)，可以增加支承鏈輪的數(shù)目，使鏈條折疊回繞，提高了空間利用率。為一龍門加工中心采用的鏈?zhǔn)降?， 為一立式加工中心的圓盤式刀庫。刀具的交換方式和它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)床的生產(chǎn)率和工作可靠性有直接影響。 采用機(jī)械手換刀的方式應(yīng)用最為 廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性而且可以減少換刀時(shí)間。這種方式能將刀具號(hào)和刀庫中的刀套位置對應(yīng)的記憶在數(shù)控系統(tǒng)的 PLC 中，不論刀具放在哪個(gè)刀套內(nèi)都始終記憶著它的軌跡。刀庫上愛設(shè)有機(jī)械原點(diǎn)使每次選刀時(shí)，就近選取，如對于盤式刀庫來說，每次選刀運(yùn)動(dòng)角度都不會(huì)超過 180176。刀盤的背面裝有端面齒盤，用于刀盤的定位。要實(shí)現(xiàn)刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)換刀，就要使刀盤的定位機(jī)構(gòu)脫開后，才能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，刀盤要定位并夾緊，才能進(jìn)行加工。刀盤在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，經(jīng) 1： 1 的齒輪副將運(yùn)動(dòng)傳遞給圓光柵，由圓光柵將轉(zhuǎn)位信號(hào)送可編程控制器進(jìn)行刀位計(jì)數(shù)。圓光柵將傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)，正常時(shí)用于刀盤上刀具刀位的計(jì)數(shù)；撞刀時(shí)用于產(chǎn)生刀架報(bào)警信號(hào)。 LDB4 電動(dòng)刀架的結(jié)構(gòu)與工作原理 屬于四工位刀架，由電動(dòng)機(jī)、蝸輪和蝸桿結(jié)構(gòu)、絲杠和螺母結(jié)構(gòu)、霍爾元件定位系統(tǒng)等組成，正轉(zhuǎn)時(shí)