加工中心小型鏈?zhǔn)降稁?kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械 畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要數(shù)控機(jī)床是在傳統(tǒng)機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的機(jī)械裝備，能用來(lái)加工不同形狀的零件。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多企業(yè)開(kāi)始選用數(shù)控設(shè)備。加工中心是一類具有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，能對(duì)零件進(jìn)行車、銑、鏜等多工序的高速、高精度的加工。自動(dòng)換刀裝置包括換刀裝置和刀庫(kù)，換刀裝置主要指換刀機(jī)械手，起交換刀具的作用；刀庫(kù)是用來(lái)存儲(chǔ)刀具的，刀庫(kù)中存儲(chǔ)的多種刀具能使加工中心單獨(dú)加工出外形復(fù)雜的零件。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)加工中心小型鏈?zhǔn)降稁?kù)系統(tǒng)。刀庫(kù)系統(tǒng)是加工中心必不可少的部件，是加工中心完成其功能的保證。加工中心的刀庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是集電、機(jī)、氣等為一體的綜合設(shè)計(jì)，能使我們對(duì)自動(dòng)化加工設(shè)備有深入的了解，能在鞏固已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上提高我們自己的實(shí)踐能力關(guān)鍵字:加工中心;鏈?zhǔn)降稁?kù)；設(shè)計(jì)目錄第一章概論 11.1加工中心介紹 11.1.1加工中心的發(fā)展 11.1.2加工中心的組成 11.1.3加工中心的分類 11.1.4加工中心的特點(diǎn)及其發(fā)展方向 31.2加工中心刀庫(kù)介紹 31.2.1刀庫(kù)簡(jiǎn)述 31.2.2刀庫(kù)形式 41.2.3刀庫(kù)的選刀方式 51.2.4刀庫(kù)刀具交換形式 61.2.5刀庫(kù)的發(fā)展方向 71.3設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 71.3.1設(shè)計(jì)任務(wù) 71.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量 81.3.3進(jìn)度安排 8第二章總體方案確定 92.1刀庫(kù)設(shè)計(jì)考慮因素 92.2刀庫(kù)總體方案的確定 92.2.1鏈?zhǔn)降稁?kù)的刀庫(kù)形式 92.2.2刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)形式 102.2.3刀庫(kù)傳動(dòng)形式 102.2.4刀庫(kù)夾爪形式 10第三章鏈?zhǔn)降稁?kù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 113.1鏈?zhǔn)降稁?kù)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 113.1.1鏈傳動(dòng)簡(jiǎn)述 113.1.2鏈傳動(dòng)鏈節(jié)型號(hào)選擇 113.1.3鏈傳動(dòng)計(jì)算 113.2伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 123.2.1伺服電動(dòng)機(jī)介紹 123.2.2伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 133.2.3伺服電動(dòng)機(jī)的校核 133.2.4伺服電動(dòng)機(jī)的安裝 133.3聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 143.4蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算 153.4.1蝸輪蝸桿計(jì)算 153.4.2蝸桿支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 173.4.3蝸輪軸設(shè)計(jì) 183.4.4蝸輪支撐軸部分彎扭強(qiáng)度校核 193.5刀庫(kù)準(zhǔn)停裝置設(shè)計(jì) 213.6鏈傳動(dòng)張緊方法的設(shè)計(jì) 223.7刀庫(kù)夾爪設(shè)計(jì) 243.7.1刀庫(kù)夾爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 243.7.2夾爪夾緊力大小計(jì)算 263.8刀庫(kù)附件 26第四章刀庫(kù)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述 284.1刀庫(kù)控制過(guò)程簡(jiǎn)述 284.2刀庫(kù)選刀方式 28結(jié)論 32致謝 33參考文獻(xiàn) 34附錄Ⅰ 35附錄Ⅱ 36第一章概論1.1加工中心介紹1.1.1加工中心的發(fā)展1952年世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，使多品種、變批量的機(jī)械加工在自動(dòng)化程度和加工效率上得到了大大的提高。第一臺(tái)加工中心于1958年在美國(guó)問(wèn)世，加工中心是能在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)銑削、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻絲等工序且具有自動(dòng)換刀裝置和刀庫(kù)的數(shù)控機(jī)床。加工中心使機(jī)械加工的柔性、加工效率和自動(dòng)化程度又提升了一個(gè)層次。1.1.2加工中心的組成加工中心的組成隨機(jī)床的類型不同而有一定的區(qū)別，但從總體上來(lái)看主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）、基礎(chǔ)部件主要由床身、工作臺(tái)、立柱等組成，承受加工中心的載荷。（2）、主軸部件主要由主軸箱、主軸等組成，是加工中心的關(guān)鍵部件。（3）、數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、PLC、電機(jī)等組成，是加工中心的控制中心，根據(jù)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出給執(zhí)行件，控制執(zhí)行件的動(dòng)作。（4）、伺服系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)控制單元、機(jī)床、執(zhí)行單元和反饋檢測(cè)元件等組成，是聯(lián)系數(shù)控裝置與機(jī)床的重要環(huán)節(jié)。（5）、刀庫(kù)刀庫(kù)中存儲(chǔ)加工中心加工過(guò)程中所需的刀具。（6）、換刀裝置主要由機(jī)械手組成，能根據(jù)數(shù)控指令將刀庫(kù)中刀具與主軸上刀具進(jìn)行交換，完成工件的加工。（7）、輔助裝置主要由冷卻、潤(rùn)滑、保護(hù)、排屑、液壓等組成，對(duì)加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起重要的保障作用。1.1.3加工中心的分類按加工中心的結(jié)構(gòu)形式，可將加工中心分為以下幾類：（1）、臥式加工中心臥式加工中心是指主軸軸線為水平設(shè)置的加工中心，如圖1-1。圖1-1臥式加工中心主軸頭2-刀庫(kù)

3-立柱

4-立柱底座

5-工作臺(tái)6-工作臺(tái)底座（2）、立式加工中心立式加工中心是指主軸軸線為豎直設(shè)置的加工中心，如圖1-2。圖1-2立式加工中心1-X軸的直流伺服電動(dòng)機(jī)2-換刀機(jī)械手3-數(shù)控柜4-盤(pán)式刀庫(kù)5-主軸箱6-操作面板7-驅(qū)動(dòng)電源柜8-工作臺(tái)9-滑座10-床身（3）、萬(wàn)能加工中心即立臥式加工中心，在一次裝夾中，能對(duì)工件的除安裝面外的其余表面進(jìn)行加工，如圖1-3.圖1-3萬(wàn)能加工中心1.1.4加工中心的特點(diǎn)及其發(fā)展方向加工中心能提高加工質(zhì)量、縮短加工準(zhǔn)備時(shí)間、減少在制品、減少刀具費(fèi)用，能實(shí)現(xiàn)最少的直接勞務(wù)費(fèi)用和最少的間接勞務(wù)費(fèi)用，提高了設(shè)備的利用率。目前加工中心正朝著以下幾個(gè)方面快速發(fā)展：（1）、高精度、高速高效、高可靠性使加工效率、工件精度和工件的可靠性提高。（2）、模塊化、柔性化、智能化能適應(yīng)多品種、變批量的生產(chǎn)。（3）、復(fù)合化將工件加工時(shí)的工序復(fù)合在一起，提高了生產(chǎn)效率。（4）、開(kāi)放性體系結(jié)構(gòu)使加工中心能適應(yīng)數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展。（5）、網(wǎng)絡(luò)化能是加工中心滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)和企業(yè)對(duì)信息的需求。（6）、行業(yè)化能形成專門(mén)生產(chǎn)加工中心各個(gè)主要部件的廠商及相應(yīng)的系列產(chǎn)品。1.2加工中心刀庫(kù)介紹1.2.1刀庫(kù)簡(jiǎn)述刀庫(kù)是在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的加工中心的一個(gè)關(guān)鍵部件。在數(shù)控機(jī)床剛出現(xiàn)的一段時(shí)間內(nèi)，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍十分廣泛。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，所要求加工零件也變得越來(lái)越復(fù)雜。對(duì)于某些形狀復(fù)雜具有自由曲面的零件，一般的數(shù)控機(jī)床（具有的刀具數(shù)量不多）已不能加工或需要花費(fèi)很多時(shí)間才能加工出來(lái)。數(shù)控機(jī)床上需要帶有的刀具數(shù)量也隨著零件復(fù)雜而變多，這樣就出現(xiàn)了加工中心，刀庫(kù)的概念也隨著加工中心的出現(xiàn)而產(chǎn)生。刀庫(kù)中存儲(chǔ)的刀具能保證加工中心完成其相應(yīng)的加工過(guò)程。逐漸地，刀庫(kù)系統(tǒng)在加工中心中起著越來(lái)越重要的作用?，F(xiàn)在有些廠家已經(jīng)將刀庫(kù)當(dāng)做一個(gè)部件來(lái)看待，也漸漸的出現(xiàn)了專門(mén)生產(chǎn)刀庫(kù)的廠家，如德大機(jī)械、吉輔公司、臻賞工業(yè)等刀庫(kù)的主要功能是存儲(chǔ)加工工件所需的各種刀具（如車刀、銑刀、鏜刀、麻花鉆等），根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)給定的程序指令，把下一工序要用的刀具準(zhǔn)確的送到換刀位置，與主軸進(jìn)行換刀，完成工件的加工。1.2.2刀庫(kù)形式現(xiàn)在的刀庫(kù)按結(jié)構(gòu)形式可分為以下幾類：（1）、轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)如圖1-4，這種刀庫(kù)刀具容量小，主要用于小型立式加工中心。圖1-4轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)（2）、圓盤(pán)式刀庫(kù)如圖1-5，這種刀庫(kù)刀具容量小，一般不多于30把刀，換刀時(shí)間較長(zhǎng)，制造成本低，但適用于各種形式小型加工中心。圖1-5圓盤(pán)式刀庫(kù)（3）、鏈?zhǔn)降稁?kù)如圖1-6，這種刀庫(kù)刀具容量較大，一般在20把刀以上，結(jié)構(gòu)緊湊，布局方便，換刀時(shí)間短，適用于各種加工中心。圖1-6鏈?zhǔn)降稁?kù)（4）、格子式刀庫(kù)如圖1-7，這種刀庫(kù)刀具容量大，可單獨(dú)安置于機(jī)床外，但刀庫(kù)選刀與取刀的動(dòng)作較復(fù)雜，應(yīng)用較少。圖1-7格子式刀庫(kù)按設(shè)置部位可以分為以下兩類：（1）、設(shè)置在機(jī)床上的刀庫(kù)如上面所述的轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)、圓盤(pán)式刀庫(kù)和部分鏈?zhǔn)降稁?kù)。這些刀庫(kù)結(jié)構(gòu)小，可直接安裝在機(jī)床側(cè)面或上面。（2）、設(shè)置在機(jī)床外的刀庫(kù)（落地式刀庫(kù)）如上面所述的部分鏈?zhǔn)降稁?kù)(主要是大型鏈?zhǔn)降稁?kù))和格子式刀庫(kù)。這些刀庫(kù)刀具容量大，結(jié)構(gòu)尺寸比較大且整體較重，安置在地面上可以將刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)與機(jī)床隔離開(kāi)，而且刀庫(kù)的重量主要由地面來(lái)承受。1.2.3刀庫(kù)的選刀方式目前刀庫(kù)的選刀方式主要有以下兩種：（1）、順序選刀刀具按指定工序的先后順序依次存入刀庫(kù)中。換刀時(shí)，按工序順序依次換刀。該方法不需要刀具識(shí)別裝置，控制簡(jiǎn)單，但由于同一刀具在不同工序中不能使用，這降低了刀具的使用效率。（2）、隨機(jī)選刀刀具在刀庫(kù)中隨機(jī)存放，根據(jù)指令程序選擇所需的刀具。該方法需要刀具識(shí)別裝置。換刀時(shí)，刀具先經(jīng)過(guò)刀具識(shí)別裝置識(shí)別，當(dāng)?shù)毒叽a與程序的代碼相同時(shí)，將該刀具送到換到位置進(jìn)行交換。由于刀具能重復(fù)使用，大大的提高了刀具的使用效率。1.2.4刀庫(kù)刀具交換形式加工中心刀庫(kù)刀具的交換一般有以下兩種形式：（1）、無(wú)機(jī)械手換刀這種方式是利用機(jī)床主軸與刀庫(kù)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的交換。具體過(guò)程如圖1-8。（a）:執(zhí)行換刀命令時(shí)，主軸先實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停止，再按要求運(yùn)動(dòng)到換刀位置，等待換刀。（b）：主軸停在換刀位置時(shí)，主軸上刀具進(jìn)入刀庫(kù)的空刀位置，等刀庫(kù)夾爪將刀具夾緊后，主軸放開(kāi)刀具。（c）：刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)將刀具從主軸孔中取出。（d）：刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)將下工步需要的刀具送到主軸位置。（e）：刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)將新刀具插入主軸孔中，同時(shí)主軸通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)將刀具夾緊。（f）：主軸運(yùn)動(dòng)至正常位置進(jìn)行下一步的加工，同時(shí)刀庫(kù)也回到初始位置。圖1-8無(wú)機(jī)械手換刀過(guò)程（2）、機(jī)械手換刀這種方式是采用機(jī)械手來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的交換。具體過(guò)程如圖1-9圖1-9機(jī)械手換刀過(guò)程1.2.5刀庫(kù)的發(fā)展方向目前刀庫(kù)系統(tǒng)正朝著以下幾方面發(fā)展：1、能承受超重刀具的刀庫(kù)系統(tǒng)研究能承受重量70KG以上的刀具的鏈?zhǔn)降稁?kù)，該刀庫(kù)同時(shí)帶有強(qiáng)力鎖刀結(jié)構(gòu)的刀架結(jié)構(gòu)，以防止重型刀具在換刀過(guò)程中掉落。2、高效率、高精度的刀庫(kù)系統(tǒng)的研究研究能實(shí)現(xiàn)刀具高精度定位且換到時(shí)間小的刀庫(kù)系統(tǒng)，換刀的快慢直接影響到了加工中輔助時(shí)間的多少，換刀速度越快，輔助時(shí)間越短，生產(chǎn)效率越高