螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì)

1、目 錄 題目 摘要及關(guān)鍵詞 1 前 言1 1.1 數(shù)控機(jī)床知識(shí)2 1.1.1 數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)3 1.1.2 數(shù)控機(jī)床劃分3 1.1.3 數(shù)控機(jī)床選擇原則4 1.2 數(shù)控銑床的分類4 1.2.1 數(shù)控立式銑床4 1.2.2 臥式數(shù)控銑床5 1.3 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征5 1.3.1 數(shù)控銑床的主軸特征5 1.3.2 控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)特征6 1.4 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象6 1.4.1 數(shù)控銑床的功能6 1.4.2 自動(dòng)換刀裝置（atc）及其形式6 1.4.3 自動(dòng)換刀裝置的基本要求7 2 總體方案的確定8 2.1 螺栓數(shù)控銑床及其主要參數(shù)8 2.1.1 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)8 2.1.2 主要規(guī)格及

2、技術(shù)參數(shù)10 2.2 初定其自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)11 2.3 確定其自動(dòng)換刀裝置的形式11 3 刀庫(kù)的設(shè)計(jì)12 3.1 刀庫(kù)容量分析12 3.2 確定刀庫(kù)容量13 3.3 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13 3.4 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)15 3.4.1 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置15 3.4.2 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩15 3.5 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)15 3.6 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核20 3.7 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核20 3.8 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核21 3.9 確定刀具的選擇方式21 3.10 刀庫(kù)的定位與刀具的松夾21 4 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)22 4.1 確定換刀機(jī)械手形式22 4.2

3、換刀機(jī)械手的工作原理24 4.3 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過(guò)程的動(dòng)作順序25 4.4 機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸 4 上的齒輪齒條設(shè)計(jì)26 4.5 自動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求26 4.5.1 主軸準(zhǔn)停裝置26 4.5.2 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試27 4.6 自動(dòng)換刀程序的編制27 5 自動(dòng)換刀裝置的控制原理29 5.1 自動(dòng)換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖29 5.2 自動(dòng)換刀裝置換刀動(dòng)作的順序控制過(guò)程29 參考文獻(xiàn)30 致 謝31 附 錄32 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) i 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 于春海 摘摘 要要: 本論文介紹的是螺栓數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)。刀庫(kù)式的自動(dòng)

4、換刀裝置是由刀庫(kù)和刀具 交換裝置（換刀機(jī)械手）組成。它是多工序數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的換刀裝置，其整 過(guò)換刀過(guò)程比較復(fù)雜。首先把加工過(guò)程中需要使用的全部刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上， 在機(jī)床外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式裝入刀庫(kù)。換刀時(shí)，先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀， 由機(jī)械手從刀庫(kù)和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊刀放回刀庫(kù)。 存放刀具的刀庫(kù)具有較大的容量，其容量為六把刀具,采用盤形結(jié)構(gòu),安裝在機(jī)床的左 側(cè)立柱上。根據(jù)螺栓數(shù)控銑床外形及其他性能參數(shù)本機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)采用 軸向放置的鼓盤式刀庫(kù)形式和回轉(zhuǎn)式單臂機(jī)械手組成。 兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動(dòng)作可靠，換好時(shí)間短

5、，缺 點(diǎn)是刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機(jī)械手離加工區(qū)較近。 一般來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械手用于刀庫(kù)刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫(kù)為徑向存取刀具 形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在螺栓數(shù)控銑床的換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；自動(dòng)換刀裝置；刀庫(kù)；換刀機(jī)械手 atc cnc milling machine bolt design name：liu hai bo major：machine design manufacture and automation tutor：yu chun hai abstract: described in this paper i

6、s the design of cnc milling machine bolts. tool automatic tool changer-style device is a library and tool from the tool exchange device (robot tool changing) components. it is the process of cnc machine tools on more than the most widely used tool changing device, the tool change the course of the e

7、ntire complex. first of all, the process need to use all the tool handle in the standard installation, in the machine outside the pre-set size, the way a certain knife into the treasury. atc, the first library in the 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) ii election knife knife, knife in hand by the mechanical axis on the b

8、ase and remove the tool, and then exchange the location of the new knife inserted into the spindle, the old knife blade back into the library. knife tool library stored with a larger capacity, its capacity of six tools, the use of disk-shaped structure, installed in the machine tool on the left colu

9、mn. cnc milling machine as the bolts and other performance parameters of shape, etc. cnc milling machine in accordance with bolt shape and other performance parameters of the machines automatic tool changing device to place the design of the drum axial disc cutter rotary base form and the compositio

10、n of manipulator arms。 hands with each other rotary vertical manipulator arm hands the advantage of being a reliable tool change action, good for a short time, the disadvantage of high precision tool holders, the structure of the complex, on-line adjustment of the relevant requirements of high preci

11、sion, mechanical processing zone from close hand. generally speaking, the mechanical hand for the knife blade treasury block, machine tool spindle axis and vertical axis, knife- access library for the radial form of automatic tool changer device, therefore, atc cnc milling machine vertical take-off

12、and landing for the automatic knife device can form such a manipulator keywords: cnc milling machine；automatic tool change mechanism ；tool storage；robot tool changers。 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 1 1 前 言 數(shù)字控制(numerical control)是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制 的一種控制方式. 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，是現(xiàn)代化工業(yè)生 產(chǎn)中的一門新型的，發(fā)展十分迅速的高新技

13、術(shù)1。 數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成 的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備；其技術(shù)范圍所覆蓋的領(lǐng)域有：機(jī)械制造技 術(shù)；微電子技術(shù)；信息處理、加工、傳輸技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；檢測(cè) 監(jiān)控技術(shù)、傳感器技術(shù)；軟件技術(shù)等2。 數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生 物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。在提高 生產(chǎn)率、降低成本、保證加工質(zhì)量及改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面，都有突出的優(yōu)點(diǎn)；特 別是在適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代、小批量、多品種生產(chǎn)方面，各類數(shù)控裝備是實(shí)現(xiàn) 先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵。數(shù)控機(jī)床是

14、采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng) 的機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床，是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定 的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床3。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、 鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn) 行多工序加工的加工中心、車削中心等。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化的性能、優(yōu) 異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體 化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。另一方面，通過(guò) 持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進(jìn)了數(shù)控

15、機(jī)床的進(jìn)一步提升。 當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高 效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó) 際市場(chǎng)上相互展開激烈競(jìng)爭(zhēng)，已形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的 進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在 20 世紀(jì) 80 年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為 四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 2 中國(guó)加入 wto 后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，今后如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù) 控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)。 進(jìn)入 21 世紀(jì),我國(guó)機(jī)床制造業(yè)既面臨著

16、提升機(jī)械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝 備發(fā)展的良機(jī),也遭遇到加入 wto 后激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力。從技術(shù)層面上來(lái)講,加速 推進(jìn)數(shù)控技術(shù)將是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。 未來(lái)數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來(lái)越多； 激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī) 床的自動(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加 便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。 為此，發(fā)展柔性結(jié)構(gòu)體系的數(shù)控制造裝備及制造系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)在快速多變的市場(chǎng)環(huán) 境中對(duì)用戶驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)需求做出靈活、快速響應(yīng)的關(guān)鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的 柔性化是指當(dāng)產(chǎn)

17、品的品種的需求發(fā)生變化時(shí)，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟(jì)性的前提下，實(shí)現(xiàn) 及時(shí)轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。同時(shí)，持續(xù)地提高經(jīng)濟(jì)加工精度也是適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的另一 個(gè)主要目標(biāo)4。 1.1 數(shù)控機(jī)床知識(shí) 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、 運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工 性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻 繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 數(shù)控機(jī)床較好的解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問(wèn)題，是一種靈活的、 高效能的自動(dòng)化

18、機(jī)床，尤其對(duì)于約占機(jī)械加工總量 80%的單件/小批量的零件的加工， 更顯示出其特有的靈活性5。 數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令 記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動(dòng)輸入。 數(shù)控機(jī)床與普通的機(jī)床相比，在結(jié)構(gòu)上改進(jìn)，在主傳動(dòng)裝置多采用無(wú)級(jí)變速或分 段無(wú)級(jí)變速方式，可利用程序控制主軸的變向和變速，組傳動(dòng)具有較寬的調(diào)速范圍。 在進(jìn)給傳動(dòng)裝置中廣泛的采用無(wú)間隙滾珠絲杠傳動(dòng)和無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)。 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 3 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)： (1)適合與負(fù)載的零件加工。 (2)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差。 (3)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件

19、可以實(shí)現(xiàn)精度補(bǔ)償和優(yōu)化控制。 (4) 加工中心，車削中心，磨削中心，電加工中心等具有刀庫(kù)和換刀功能，減少了裝夾 次數(shù),提高了加工精度。 (5)數(shù)控機(jī)床使機(jī)械加工設(shè)備增加了柔性化的特點(diǎn)。 柔性加工不僅適合于多品種，中小批量生產(chǎn)也適合于大批量生產(chǎn)，且能交替完成兩種 或更多種不同的零件的加工，增加了自動(dòng)變換工件的功能，可實(shí)現(xiàn)夜間無(wú)人看管的操 作。由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床(加工中心)組成的柔性制造系統(tǒng)(fms)具有更高的柔性的自動(dòng)化制 造系統(tǒng)，包括加工，裝配和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)6。 1.1.2 數(shù)控機(jī)床劃分 1.1.2.1 按工藝用途分類 （1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床 （2）金屬成型類數(shù)控機(jī)床 （3）數(shù)控特種加工及其他類型

20、數(shù)控機(jī)床 （4）數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床等 1.1.2.2 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類 （1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 （2）直線控制機(jī)床 （3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 1.1.2.3 按伺服系統(tǒng)的類型分類 （1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 （2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 （3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 4 1.1.2.4 按經(jīng)濟(jì)類型分類 （1）高檔型數(shù)控機(jī)床 （2）普及型數(shù)控機(jī)床 （3）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床7 1.1.3 數(shù)控機(jī)床選擇原則 (1)實(shí)用性:是指明確數(shù)控機(jī)床來(lái)解決生產(chǎn)中的哪一個(gè)或哪幾個(gè)問(wèn)題。 (2)經(jīng)濟(jì)性:是指所選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下，所制服的代價(jià)是最經(jīng)濟(jì)的 或者是較為合理的。

21、(3)可操作性:用戶選用的數(shù)控機(jī)床要與本企業(yè)的操作和維修水平相適應(yīng)。 (4)穩(wěn)定可靠性:是指機(jī)床本身的質(zhì)量，選擇名牌產(chǎn)品能保證數(shù)控機(jī)床工作時(shí)穩(wěn)定可靠8。 1.2 數(shù)控銑床的分類 1.2.1 數(shù)控立式銑床 數(shù)控立式銑床是數(shù)控銑床中數(shù)量最多的一種，應(yīng)用范圍也最為廣泛。小型數(shù)控銑 床一般都采用工作臺(tái)移動(dòng)、升降、及主軸不動(dòng)方式，與普通立式升降臺(tái)銑床相似；中 型數(shù)控立式銑床一般采用縱向和橫向工作臺(tái)移動(dòng)方式，且主軸沿垂直板上下運(yùn)動(dòng)；大 型數(shù)控立式銑床，因要考慮到擴(kuò)大行程，縮小占地面積及剛性等技術(shù)問(wèn)題，往往采用 龍門架移動(dòng)式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運(yùn)動(dòng)，而龍門架則沿床身作 縱向運(yùn)動(dòng)。 從機(jī)床數(shù)

22、控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來(lái)看，目前 3 坐標(biāo)數(shù)控立式銑床仍占大多數(shù)。一 般可進(jìn)行 3 坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，但也有部分機(jī)床只能進(jìn)行 3 坐標(biāo)中的任意二個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加 工。此外，還有機(jī)床主軸可以繞 x、y、z 坐標(biāo)軸中其中一個(gè)或兩個(gè)軸作數(shù)控?cái)[角運(yùn)動(dòng) 的 4 坐標(biāo)和 5 坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床控制的坐標(biāo)軸越多，特別是要求聯(lián) 動(dòng)的坐標(biāo)軸越多，機(jī)床的功能、加工范圍及可選擇的加工對(duì)象也越多。但隨之而來(lái)的 是機(jī)床的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設(shè)備的價(jià)格也更高。 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 5 數(shù)控立式銑床可以附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤，采用自動(dòng)交換臺(tái)，增加靠模裝置等來(lái)擴(kuò)大數(shù)控 立式銑床的功能，加工范圍和

23、加工對(duì)象，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。 1.2.2 臥式數(shù)控銑床 與通用臥式銑床相同，其主軸平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)大功能，臥 式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來(lái)實(shí)現(xiàn) 4、5 坐標(biāo)加工，這樣，不但 工件側(cè)面上的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓可以加工出來(lái)，而且可以實(shí)現(xiàn)在一次安裝中，通過(guò)轉(zhuǎn)盤改 變工位，進(jìn)行“四面加工” ?？梢允∪ピS多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷?。?duì)箱體類零 件或需要在一次安裝中改變工位的工件來(lái)說(shuō)，選擇帶數(shù)控轉(zhuǎn)盤的臥式銑床進(jìn)行的。加 工是非常合適 這類銑床目前正在逐漸增多，它的主軸方向可以更換，能達(dá)到在一臺(tái)機(jī)床上既可 以進(jìn)行立式加工，又可以進(jìn)行臥式加工，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工

24、的對(duì) 象和余地更大，給用戶帶來(lái)了很多方便，特別是當(dāng)生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立 臥兩種方式加工時(shí)，用戶只需買一臺(tái)這樣的機(jī)床就行了。 立、臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向的更換有手動(dòng)與自動(dòng)兩種，采用數(shù)控萬(wàn)能主軸頭 的立、臥兩用數(shù)控銑床，其主軸頭可以任意轉(zhuǎn)換方向，可以加工出與水平面呈各種不 同角度的工件表面。當(dāng)立、臥兩用數(shù)控銑床增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的 “五面加工” 。即出除了工件與轉(zhuǎn)盤貼合的定位面外，其它表面都可以在一次安裝中進(jìn) 行加工。因此，其加工性能非常優(yōu)越。 1.3 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征 1.3.1 數(shù)控銑床的主軸特征 數(shù)控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉(zhuǎn)與主軸變速等都可以按輸入介質(zhì)上編

25、入 的程序自動(dòng)執(zhí)行。不同的機(jī)床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻機(jī)組，固定幾 種轉(zhuǎn)速，可自選一種編入程序，但不能在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)改變。有的采用變頻器調(diào)整，將轉(zhuǎn)速 分為幾檔，編程時(shí)可任選一檔，在運(yùn)轉(zhuǎn)中可通過(guò)控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內(nèi)自 由調(diào)節(jié)；有的則不分檔,編程時(shí)可在整個(gè)范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。但是在實(shí)際操作中，調(diào)速不 能有大起大落的突變，只能在允許的范圍內(nèi)調(diào)高或調(diào)低，只能在允許的范圍內(nèi)一般都 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 6 設(shè)有自動(dòng)拉、退刀裝置，能在數(shù)秒內(nèi)完成裝刀與卸刀，換刀比較方便。此外，多坐標(biāo) 數(shù)控銑床的主軸可以繞 x、y 或 z 軸作數(shù)控?cái)[動(dòng)，擴(kuò)大了主軸自身的運(yùn)動(dòng)范圍，但是 主軸結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。 1.

26、3.2 控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)特征 為了要把工件上各種復(fù)雜的形狀輪廓連續(xù)加工出來(lái)，必須控制刀具沿平面上設(shè)定 的直線、圓弧或空間直線、圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)，因此，要求數(shù)控銑床的伺服拖動(dòng)系統(tǒng)能在 多坐標(biāo)方向同時(shí)協(xié)調(diào)動(dòng)作，并保持預(yù)定的相互關(guān)系，這就要求機(jī)床應(yīng)能實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián) 動(dòng)。數(shù)控銑床要控制的坐標(biāo)數(shù)最少是 3 坐標(biāo)中任意兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工直線 變斜角工件，應(yīng)實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。若要加工曲線變斜角工件，是要求實(shí)現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。 因此，數(shù)控銑床所配置的數(shù)控系統(tǒng)檔次，一般都比其它數(shù)控機(jī)床相應(yīng)更高一些。 1.4 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象 1.4.1 數(shù)控銑床的功能 數(shù)控銑床的功能分為一般功能和特殊功能。一般功能是

27、指各類數(shù)控銑床普遍所具 有的功能。如點(diǎn)位控制功能、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能、鏡象加工功能、 固定循環(huán)功能 等。特殊功能是指數(shù)控銑床在增加了某些特殊裝置或附件后，分別具有或兼?zhèn)涞囊恍?特殊功能。如刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能、靠模加工功能、自動(dòng)變換工作臺(tái)功能、自適應(yīng)功能、 數(shù)控采集功能等。 在使用數(shù)控銑床加工工件時(shí)，只要充分利用數(shù)控銑床的各種功能，就可以加工許 多普通銑床難加工的工件。數(shù)控銑床的主要加工對(duì)象有：平面類零件；變斜角類零件； 曲面類（立體類）零件。 1.4.2 自動(dòng)換刀裝置（atc）及其形式 數(shù)控機(jī)床為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，現(xiàn)代的機(jī)床逐步發(fā)展 為在一臺(tái)機(jī)床上在一次裝中完成多工序或

28、全部工序的加工。數(shù)控機(jī)床為了能在工件一 次裝夾中完成多個(gè)工步，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常帶有 自動(dòng)換刀系統(tǒng)。對(duì)工件的多工序加工而設(shè)置的存儲(chǔ)及更換刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 7 置(automatic tool changer，atc);自動(dòng)換刀（automatic tool change 簡(jiǎn)稱 atc）系統(tǒng) 由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成。在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，如果再配以刀具和自動(dòng)換刀系統(tǒng)， 就構(gòu)成加工中心（machining center 簡(jiǎn)稱 mc） 。在這類數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)換刀裝置 （atc）是必不可少的。例如加工中心機(jī)床又稱多工序自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，

29、它主要是 指具有自動(dòng)換刀及自動(dòng)改變工件加工位置功能的數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)換刀裝置是加工 中心機(jī)床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動(dòng)換裝置的功能，對(duì)整機(jī)的加工 效率有很大的影響。由于普通的數(shù)控立式銑床加工的一般是中小零件，其大多需要幾 把刀具加工（10 把刀具以內(nèi)， ）故增加自動(dòng)換刀裝置并同時(shí)自動(dòng)變換主軸轉(zhuǎn)速?？蓽p輕 勞動(dòng)強(qiáng)度，減少換刀時(shí)間，既提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此， 數(shù)控立式銑床作為數(shù)控銑床中數(shù)量最多、應(yīng)用范圍也最廣的一種，對(duì)其附加能夠快速、 準(zhǔn)確地?fù)Q刀的自動(dòng)換刀裝置是非常有必要的。 各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類 和數(shù)量等

30、。這種裝置主要可以分為以下幾種形式： （1) 回轉(zhuǎn)刀架換刀形式 （2) 更換主軸頭換刀形式 （3) 帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀形式 1.4.3 自動(dòng)換刀裝置的基本要求 （1）刀具換刀時(shí)間短 （2）刀具重復(fù)定位精度高 （3）足夠的刀具儲(chǔ)存量 （4）刀庫(kù)面積小 （5）換刀安全可靠 2 總體方案的確定 依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，我們的任務(wù)是給螺栓數(shù)控立式銑床設(shè)計(jì)安裝合適的自動(dòng)換刀裝 置。主要技術(shù)參數(shù)為： 1）刀庫(kù)容量： 6 2）選刀方式：順序選刀 3）重復(fù)精度：5 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 8 刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫(kù)的刀座中，使用時(shí)按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用 過(guò)的刀具放回原來(lái)的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀

31、座內(nèi)。該法不需要刀具 識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也比較簡(jiǎn)單，工作可靠。但刀庫(kù)中每一把刀具在不同工序中不能 重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫(kù)的容量，這就降低了刀具和 刀庫(kù)的利用率。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(kù)中，將會(huì)產(chǎn) 生嚴(yán)重的后果。順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入 刀庫(kù)的刀套中，順序不能有差錯(cuò)。加工時(shí)按順序調(diào)刀。適合加工批量較大、工件品種 數(shù)量較少的中、小型自動(dòng)換刀裝置?？芍獢?shù)控銑床用 4 把刀就可完成大多數(shù)的銑削加 工。所以這個(gè)容量為 6 把刀的刀庫(kù)，幾乎不存在加工過(guò)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

32、。 螺栓數(shù)控銑床主要由床身、升降臺(tái)、工作臺(tái)、立銑頭、主傳動(dòng)、主變速、拉刀機(jī) 構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等部分組成。6 機(jī)床本身并不 帶自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置作為一套獨(dú)立的、完整的機(jī)床部件，設(shè)計(jì)依據(jù)是該機(jī) 床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。 2.1 螺栓數(shù)控銑床及其主要參數(shù) 螺栓數(shù)控銑床是一種使用范圍廣泛的機(jī)床，根據(jù)用戶要求，配置國(guó)內(nèi)外（osp- u10m、siemens802d、華中號(hào)）先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，可手動(dòng)或自動(dòng)操作。它可以實(shí)現(xiàn) x、y、z 三軸同時(shí)定位/直線插補(bǔ)，同時(shí)二軸圓弧插補(bǔ)。ops 全域絕對(duì)位置檢測(cè)。每次 開機(jī)無(wú)須回零，簡(jiǎn)化機(jī)床操作。尤其在發(fā)生停機(jī)、斷電

33、、更換程序等情況后再啟動(dòng)時(shí) 不用整機(jī)回零，可以直接開機(jī)，方便操作。尤其方便不熟練操作工、繁忙操作工、電 力不良等情況下的使用?？刹捎弥鞒绦?、子程序進(jìn)行編程，最小單位可選 0.001mm。 具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系，絕對(duì)值、增量可并用。各有 50 組刀具長(zhǎng)度、半徑 長(zhǎng)度補(bǔ)償。彩色 lcd 中文顯示，具良好人機(jī)對(duì)話窗口，系統(tǒng)具有 160m 存儲(chǔ)容量，可 進(jìn)行程序編輯、管理，可用 rs-232c 接口、1.44 軟盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、輸出, 便于加工 程序的管理?？梢詫?duì)程序進(jìn)行模擬加工，刀具軌跡跟蹤及動(dòng)畫仿真、圖形動(dòng)畫顯示， 記錄運(yùn)行時(shí)間及作業(yè)信息。 2.1.1 其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 螺栓數(shù)控銑床換刀裝

34、置設(shè)計(jì) 9 1)主傳動(dòng)系統(tǒng)為 7.5kw 的交流電動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性連軸器驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)箱，主傳動(dòng)箱內(nèi) 有三組滑移齒輪,液壓預(yù)選變速機(jī)構(gòu)推動(dòng)各滑移齒輪,組成 18 種轉(zhuǎn)速,再傳到銑頭上的主 軸，主傳動(dòng)箱內(nèi)有電磁制動(dòng)器,主軸制動(dòng)迅速平穩(wěn)。 2)進(jìn)給系統(tǒng) x、y、z 三個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給，都是由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。電機(jī)通過(guò)同 步齒形帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而使部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)。伺服電機(jī)及其相應(yīng)的速度控制單元 和用于位置檢測(cè)的脈沖編碼器等均受控于數(shù)控系統(tǒng)；以完成各種進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 同步齒形帶可張緊以減少傳動(dòng)間隙，噪聲亦可降低。 垂向電機(jī)是帶制動(dòng)器的，當(dāng)斷電時(shí)，垂向剎緊，以防止升降臺(tái)因自重而下滑。 3)銑頭上的立式主軸，有符合國(guó)

35、際標(biāo)準(zhǔn)的(iso)no.50 錐孔，可安裝標(biāo)準(zhǔn)的銑刀或銑 夾頭。主軸的軸向位置可調(diào)整，連同套筒一起作軸向伸出。主軸也可以連同銑頭主體 一起，在左右各 45范圍內(nèi)調(diào)整成傾斜位置。 4)刀柄采用標(biāo)準(zhǔn) xt50 形式，可與萬(wàn)能銑床刀柄通用。 5)潤(rùn)滑系統(tǒng) 自動(dòng)潤(rùn)滑站配以遞進(jìn)式分油器，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌副、滾珠絲杠副及齒輪副等進(jìn)行自動(dòng) 的定時(shí)定量潤(rùn)滑，每次加油量和兩次間的時(shí)間間隔都是可調(diào)的，力求保證每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn) 的合理油量。 6)機(jī)床采用側(cè)掛式電柜和吊掛式操縱站，機(jī)電一體，整體裝運(yùn)，安裝方便，集中 操縱但能又能多位置操作。 7)半自動(dòng)的裝卸刀機(jī)構(gòu),安裝在銑頭的上方，通過(guò)兩個(gè)按鈕分別控制裝刀和卸刀，方 便而安全，

36、即使主軸向外伸出，也不會(huì)影響刀具的裝卸9。 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 10 2.1.2 其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù) 參數(shù)名稱單位數(shù)量 工作臺(tái)面尺寸（長(zhǎng) x 寬）mm320 x 1320 工作臺(tái)縱向（x）行程mm780 工作臺(tái)縱向（y）行程mm300 工作臺(tái)縱向（z）行程mm380 主軸孔徑mm29 主軸端面至工作臺(tái)面的距離mm70450 主軸中心線至床身導(dǎo)軌面距離mm350 定位精度及重復(fù)定位精度mm0.015、0.005 主軸端部錐度isono.50 立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度45 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)18 主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min301500 工作臺(tái)進(jìn)給級(jí)數(shù)無(wú)級(jí) 縱、橫向進(jìn)給范圍mm/min63200 垂向進(jìn)給范

37、圍mm/min31600 縱、橫向快進(jìn)速度mm/min6000 垂向快進(jìn)速度mm/min3000 主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率kw7.5 主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min1440 工作臺(tái)最大承載重量kg320 主軸最大扭矩nm1000 機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng) x 寬 x 高）mm1929 x 2055 x 2216 機(jī)床重量kg2800(3000) 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 11 該機(jī)床推薦使用的最大切削范圍如下： 銑切鋼： 鋼的含碳量 0.45%，抗拉強(qiáng)度 600n/mm2。銑刀直徑100mm，齒數(shù) 4； 銑切寬度 50mm，銑切深度 3 mm；主軸轉(zhuǎn)速 750 r/min，進(jìn)給量 750mm/min。 銑切灰鑄鐵

38、：材料 ht200，硬度 hb150225。銑刀直徑250mm，齒數(shù) 14； 銑切寬度 150mm，銑切深度 3.7 mm；主軸轉(zhuǎn)速 47.5 r/min，進(jìn)給量 300mm/min 2.2 初定其自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù) 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 12 在銑削輪廓時(shí)，為了保證一次連續(xù)地加工出全部表面，應(yīng)選用半徑小于工件最小 輪廓半徑的刀具，而在實(shí)際的生產(chǎn)加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因?yàn)榇笾睆?銑刀剛性好，耐用度高。由螺栓數(shù)控銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當(dāng)銑切鋼時(shí)， 銑刀直徑為100 mm。當(dāng)銑灰鑄鐵時(shí)，銑刀直徑達(dá)250mm。因此，為了滿足該機(jī)床 的實(shí)際加工能力與生產(chǎn)情況，在設(shè)計(jì)其自動(dòng)

39、換刀裝置時(shí)，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來(lái) 設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)的換刀裝置能交換250mm 的刀具。 初估最大直徑刀具的重量為 8kgf。 2.3 確定其自動(dòng)換刀裝置的形式 由于螺栓數(shù)控銑床是一種使用范圍較廣的機(jī)床，且其可加工零件的精度要求也較 高，比較上章介紹的幾種換刀形式，決定選用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀形式。 螺栓數(shù)控立式銑床主軸箱上方?jīng)]有好的安裝位置，安裝在機(jī)床外又要增加刀具運(yùn) 輸時(shí)間，降低效率，所以安裝在機(jī)床側(cè)面最合適。有些部件交錯(cuò)的地方，作適當(dāng)?shù)恼{(diào) 整。因?yàn)槁菟〝?shù)控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)

40、控鏜銑床換刀裝 置，設(shè)計(jì)成由由盤式刀庫(kù)和回轉(zhuǎn)式單臂機(jī)械手組成。設(shè)計(jì)增加自動(dòng)換刀裝置后的螺栓 數(shù)控銑床的外觀圖如圖 1-1 所示。 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 13 圖 1-1 xka5032 數(shù)控立式銑床的外觀圖 3 刀庫(kù)的設(shè)計(jì) 刀庫(kù)是帶刀庫(kù)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(duì)數(shù) 控機(jī)床的性能有很大影響。 3.1 刀庫(kù)容量分析 決定刀庫(kù)容量時(shí)，首先要考慮加工工藝的需要，同時(shí)還要調(diào)查分析同類型、相近 規(guī)格的自動(dòng)換刀機(jī)床的刀庫(kù)容量及其發(fā)展趨勢(shì)。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(lái)確定刀庫(kù)容量

41、。例如，對(duì)功能較為齊全的加工中心而言，它可承擔(dān) 多個(gè)工件的切削任務(wù)，因而要配備刀具的種類和規(guī)格較多。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。圖 3-1 為刀庫(kù)容量與機(jī) 床能加工工件的比率統(tǒng)計(jì)曲線。 刀庫(kù)儲(chǔ)存量過(guò)大，導(dǎo)致刀庫(kù)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(guò)小， 則不能滿足復(fù)雜零件的加工要求。 因此，刀庫(kù)容量應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，力圖將一組類似的零件所需的全部刀具 裝入刀庫(kù)，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時(shí)間。對(duì)自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床的刀庫(kù)容量，有關(guān) 資料曾對(duì) 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。4 把銑 刀可完成加工工件的 9

42、5左右的銑削工藝，10 把孔加工刀具可完成 70的鉆削工藝， 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 14 14 把刀的容量就可完成 70以上工件的鉆銑工藝，配有 1440 把刀具的刀庫(kù)就能夠 滿足 70-95工件的加工需要。因此，對(duì)螺栓數(shù)控銑床，從使用和經(jīng)濟(jì)效率角度來(lái)看， 容量為 6 的刀庫(kù)就可滿足要求了。 3.2 確定刀庫(kù)容量 由以上考慮螺栓數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)布局等原因，決定采用軸向放置的鼓盤式刀庫(kù)形 式。這種刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀具排列較為緊湊，在刀庫(kù)容理定為 6 的情況下體積不大， 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。 3.3 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如刀庫(kù)裝配圖所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電

43、動(dòng)機(jī)接通，其運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)十字聯(lián)軸器、波傳動(dòng)減速器、套筒式聯(lián)軸器、蝸桿、蝸輪后，再經(jīng)花鍵聯(lián)接傳到 刀盤上，刀盤帶動(dòng)刀座上的 6 個(gè)刀套轉(zhuǎn)動(dòng)，完成選刀動(dòng)作。 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 16 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 17 3.4 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī) 刀庫(kù)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(méi)有降速傳動(dòng)裝置10。 3.4.1 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置 刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于本刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且所需轉(zhuǎn)速小，所以決定采用直 流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(wú)級(jí)調(diào)速。采用型號(hào)為 90sz03 的 sz 系列電磁式直

44、流伺服電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)為：功率 0.092kw，轉(zhuǎn)速 3000r/min11。 3.4.2 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 由于刀庫(kù)容量 6，采用經(jīng)驗(yàn)法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。 thk6363 型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫(kù)也是采用軸向放置的鼓盤式刀庫(kù)形式，其 容量為 36 把刀具，最大刀具重達(dá) 10kgf，刀庫(kù)回轉(zhuǎn)由最大扭矩為 25nm 的液壓馬達(dá) 經(jīng)諧波減速器驅(qū)動(dòng)。14 現(xiàn)在由于設(shè)計(jì)的刀庫(kù)容量為 6 把刀具，可初估刀庫(kù)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=8nm。 3.5 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 刀庫(kù)的主運(yùn)動(dòng)是圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),如圖 3-3，直流伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性柱銷聯(lián)軸器與 諧波傳動(dòng)

45、減速器聯(lián)接減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿,設(shè)計(jì)刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng). 由刀庫(kù) 轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 己知直流伺服電動(dòng)機(jī) 1 的功率為 0.092kw,轉(zhuǎn)速為 3000r/min,諧波傳動(dòng)減速器 2 的傳動(dòng)比為 100.傳動(dòng)效率為 80%,1 經(jīng) 2 減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿 3,蝸桿為主動(dòng),蝸輪為從動(dòng),要求 傳動(dòng)此為 6,單向旋轉(zhuǎn),單班工作制,預(yù)計(jì)壽命為 5 年. 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 18 圖 3-3 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖 1)選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù) gb1008588 的推薦，采用漸開線蝸桿（zi）12。 2)選擇材料 蝸桿采用 45 鋼，齒面淬火，硬度為 4550hrc；蝸輪用鑄錫磷青銅 zcusn10

46、pb1，金 屬模鑄造，=220 mpa，=220 mpa。 2hp 2fp 3)確定主要參數(shù) 蝸桿蝸輪傳動(dòng)，以蝸桿為主動(dòng)，蝸輪為從動(dòng)。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。則 z2= z1i = 66=36。 4)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) m2d1kt2 (mm3) 2 22 15000 z hp a)計(jì)算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 t2 初估傳動(dòng)效率 =0.95,則 t2=9549=9549=95490.95=133.53 nm 1 2 p n 1 1/ p ni 0.092 80% 30/6 其中 n1 =3000/100=30(r/min) b)載荷系數(shù) k

47、=1.05 c)許用接觸應(yīng)力 2hp =2200.91.48=293.04 mpa 2hp 2hp vs z n z 式中, =220 mpa, 2hp 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 19 估計(jì)滑動(dòng)速度5m/s，用浸沒(méi)潤(rùn)滑,則查得滑動(dòng)速度影響系數(shù)=0.9,=1.48（其中 s v vs z n z =60at=60153008=3.6）13； l z 2 n 30 6 6 10 d)計(jì)算 m2d1值,并選定模數(shù) m 和蝸桿分度圓直徑 d1 m2d11.05133.53=283.46 mm3; 2 15000 36 293.04 查得模數(shù) m=3.15(mm), d1=35.5 (mm) (m2d1

48、值應(yīng)大于計(jì)算值) 5)驗(yàn)算滑動(dòng)速度 s v a)計(jì)算蝸桿速度 1 v =0.0558 m/s 1 v 11 60 1000 dn 35.5 30 60 1000 b)計(jì)算滑動(dòng)速度 s v =/=0.0558/=0.0632 m/s s v 1 vcos cos28148 其中=,則初估的值合適。 1 11 (/)tgz m d 1(6 3.15/35.5) tg 28148 s v 6)驗(yàn)算蝸輪齒彎曲強(qiáng)度 驗(yàn)算公式為 2 22 12 666 av ffsfp t k k k y y d d m a)使用系數(shù)=1 a k b)動(dòng)載荷系數(shù)=1.03 v k c)載荷分布系數(shù)=1k d1=35.5

49、mm，=m=3.15 36=113.4 mm,其中模數(shù) m=3.15(mm)。 2 d 2 z d)蝸輪齒形系數(shù)=4.00 fs y e)按蝸輪當(dāng)量齒數(shù)=/=36/=52.34。 2v z 2 z 3 cos 3 cos 28148 f)導(dǎo)程角系數(shù)=1-/120=1-/120 =0.766y 28148 g)許用彎曲應(yīng)力 2fp 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 20 =70 0.542=37.94 mpa 2fp 2fp n y h)計(jì)算彎曲應(yīng)力 =22.132 2 666 133.53 1 1.03 1 4.00 0.766 35.5 113.4 3.15 f 由于，故滿足蝸輪輪齒強(qiáng)度條件。 2f

50、 2hp 7)計(jì)算蝸桿蝸輪的主要參數(shù) a)分度圓直徑 =35.5，=m=3.15 36=113.4mm 1 d 2 d 2 z b)中心距 a a=(+2m)/2=35.5+113.4+2 (-0.1349) 3.15/2=74 mm 1 d 2 d 2 x c)蝸桿導(dǎo)程角 28148 8)計(jì)算其他尺寸 a)蝸桿齒頂圓直徑 =+2=35.5+2 3.15=41.8 mm， 1a d 1a d 1 d 1a h 其中為蝸桿齒頂高，且=m=3.15 mm； 1a h 1a h b)蝸輪喉圓直徑 =+2=113.4+2 0.8651 3.15=118.85 mm， 2a d 2a d 2 d 2a

51、h 其中為蝸輪齒頂高，且=+=1-0.1349=0.8651 mm； 2a h 2a h a h 2 x c)蝸輪外圓直徑=+m=118.85+3.15=122 mm； 2e d 2a d d)蝸桿齒寬 由于=6，故按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取=64 mm 1 b 1 z 1 b 1 b e)蝸輪齒寬 0.67=0.67 41.8 =28.006mm,取=28 mm； 2 b 2 b 1a d 2 b f)蝸輪齒頂圓弧半徑 =-m=-3.15=14.6 mm 2a r 2a r 1 2 d35.5 2 g)蝸輪齒根圓弧半徑 =+c=+0.2m=+0.2 3.15=21.53 mm； 2f r 2f r 1

52、2 a d 1 2 a d41.8 2 h)蝸桿軸向齒厚 =/2=3.15/2=4.948 mm,其中為蝸桿軸向齒 1x s 1x s x p/2m x p 距； i)蝸桿法向齒厚 =4.948=4.368 mm； 1n s 1n s 1x scos cos28148 j)蝸輪分度圓齒厚 =0.5=0.53.15=4.948 mm。 2 s 2 sm 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 21 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。在閉式傳動(dòng)中，如果產(chǎn)生的熱量不能及 時(shí)地散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂專瑥亩龃竽ゲ翐p失，甚至發(fā)生膠合。 所以必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時(shí)間內(nèi)的散

53、熱量的條件進(jìn)行熱功平衡計(jì) 1 h 2 h 算，以保證油溫穩(wěn)定規(guī)定的范圍內(nèi)14。 由于摩擦損耗的功率=（1-）kw,則產(chǎn)生的熱流量（單位為 1w=1j/s）為 f p 1 p =1000（1-）w 1 h 1 p 式中為蝸桿傳遞的功率（單位：kw） 。 1 p 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 =ka( -)w 2 h 1 t 0 t 式中 k熱導(dǎo)率，一般取 k=8.717.5w(),環(huán)境空氣流通較差時(shí)，取較小值， 2 mc : 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(méi)浸濺的，而外面又被空氣所能冷卻的的箱 殼面積（） ； 2 m 潤(rùn)滑油的工作溫度，一般限制在 6

54、070，最高不能超過(guò) 80； 1 tc c 周圍環(huán)境溫度，一般取室溫=20。 0 t 0 tc 按熱平衡條件=，可求得在既定工作條件下的沒(méi)溫為 1 h 2 h =+ 1 t 0 t 1 1000p 1- ka c 在繪制傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行熱平衡計(jì)算： =0.092 80=0.0736 kw 1 p 00 取=20,=0.95, k=10,并估算 a=0. 006，則 0 tc 2 m =20+=81.3380 1 t 1000 0.0736 1-0.95 10 0.006 c c 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 22 由于 80,超過(guò)最高工作溫度，所以必須采取一些散熱措施，以提高散熱能力，如

55、 1 tc 在傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。 3.6 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 蝸輪轉(zhuǎn)速=5r/min,所能傳遞的功率為 p=0.092 800.95=0.07 kw,此時(shí)刀庫(kù)的驅(qū) 2 n 00 動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：t=120.3nmt0=8nm，其中=0.9 為外9549 n n 0.07 95490.90 5 花鍵帶動(dòng)刀盤回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)效率。由于 tt0，所以，刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求15。 3.7 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 在刀庫(kù)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。已知所用的花鍵類型為漸開線花鍵 d=26mm,以下對(duì)其進(jìn)行必 要的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算公式如下： p=pmpa

56、式中: 2 ggm t zh l d t轉(zhuǎn)距（nmm） ，此處 t=120.3nm=120.3 1000nmm； 各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常取=0.70.8，此處取=0.75；: z齒數(shù)，此處 z=6； 齒的工作高度（mm） ，對(duì)漸開線花鍵，=m,此處 m 為模數(shù)，且取 g h g h m=1.5mm； 齒的工作長(zhǎng)度（mm） ，此處=48mm； g l g l 平均直徑（mm） ，對(duì)漸開線花鍵，此處=d=26mm。 m d m d 于是，把數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，得 p=28.6mpa 2 ggm t zh l d 2 120.3 1000 0.75 6 1.5 48 26 由于該花鍵聯(lián)接為不在載荷

57、作用下移動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接，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) 4070 mpa，pp,故花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度滿足要求。: 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 23 3.8 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核 刀套在刀座上的夾緊由插銷實(shí)現(xiàn)。插銷承受的主要是剪切力，以下對(duì)單個(gè)插銷進(jìn) 行剪切強(qiáng)度的校核。 插銷材料為 45 鋼，=60mpa,直徑 d=6mm。 剪切力由重力引起，估算 p=100n,插銷受力如圖所示。 由圖可知該情況為雙剪切，且由平衡方程易得 q=p/2, 于是，插銷橫截面上的剪切力為 = q/a=(100)/=1.8mpa 6 10 3 2 2(6 10 ) 4 故插銷滿足強(qiáng)度條件要求。 3.9 確

58、定刀具的選擇方式 按數(shù)控裝置的刀具指令，從刀庫(kù)中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動(dòng)選 刀。在刀庫(kù)中選擇刀具通常采用兩種方式：1)順序選擇刀具 2)任意選擇刀具16。 3.10 刀庫(kù)的定位與刀具的松夾 刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)定位是依靠簡(jiǎn)易定位裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其控制過(guò)程示意圖如下： 刀庫(kù)的定位是由接近開關(guān)使直流伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后由雙向液壓帶動(dòng)定位銷， 插入刀座上的定位孔，實(shí)現(xiàn)精確定位。在刀座的每一個(gè)刀位上都裝有如圖所示的彈簧、 導(dǎo)柱、鍵塊和銷所組成的刀具固定裝置。由此實(shí)現(xiàn)刀具在刀庫(kù)上的固定鎖緊。圖中所 示為刀具卡在刀座上的狀況。當(dāng)液壓缸通油后，將導(dǎo)柱拉出，使銷退出，此時(shí)刀具在 刀座上處于自由狀態(tài)，控制刀具

59、固定裝置的液壓缸有兩個(gè)，一個(gè)和定位銷在一起，自 動(dòng)換刀時(shí)用，另一個(gè)在靠近立柱方向，用于刀庫(kù)手動(dòng)裝卸刀。 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(kù)定位 停止 定位完畢 發(fā)出信號(hào) 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 24 刀庫(kù)定位示意圖 4 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(kù)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。刀具的交換方式通常分為兩種: 一種是采用機(jī)械手交換刀具, 另一種是 由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具交換即無(wú)機(jī)械手交換刀具。無(wú)機(jī)械手交換刀 具方式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，換刀的可靠性較高；刀庫(kù)因結(jié)構(gòu)所限容量不多。這種換 刀系統(tǒng)多為中、小型加工

60、中心采用。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的工作 效率和工作可靠性有直接的影響。由螺栓數(shù)控立式銑床的結(jié)構(gòu)特性決定難以實(shí)現(xiàn)由刀 庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式17。 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(kù)，并把下 一道工步的所需要的刀具從刀庫(kù)中取出并裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。對(duì)機(jī)械 手的具體要求是迅速可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。 4.1 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(jiàn)的有以下幾種。 1)兩手呈 180的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手； 螺栓數(shù)控銑床換刀裝置設(shè)計(jì) 25 圖 4-1 機(jī)械手臂和手爪 1.手爪