數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)設(shè)計機械部分樣本

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目：小型數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)設(shè)計所屬系部：航空制造工程學(xué)院指引教師：職稱：學(xué)生姓名：班級、學(xué)號：專業(yè)：西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制11月西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目：小型數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)設(shè)計（機械某些）任務(wù)與規(guī)定：小型數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)規(guī)定針對圓盤式刀庫8把刀具，以準停位置為基準通過PLC控制刀盤順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)運用氣動裝置從而實現(xiàn)換刀，自動換刀過程和自動換刀各某些構(gòu)成,換刀時間2s，刀盤轉(zhuǎn)速為60r/min。時間：11月18日至1月10日共8周所屬系部：航空制造工程學(xué)院學(xué)生姓名： 學(xué)號：專業(yè)：指引單位或教研室：指引教師： 職稱：西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制11月畢業(yè)設(shè)計(論文)進度籌劃表日期工作內(nèi)容執(zhí)行情況指引教師

簽字第一周通過對課本知識所學(xué)和同窗之間互相探討以及自己在圖書館及網(wǎng)上查閱有關(guān)資料后，理解了本次題目重要內(nèi)容第二周向指引教師報告前段準備狀況，并開始著手整頓有關(guān)資料第三周依照整頓有關(guān)資料，初步建立起論文基本框架，并和指引教師討論與否適當(dāng)，修改完善第四周對所掌握資料進行合理篩選后，初步形成論文草稿，并發(fā)送給指引教師，接受教師指引第五周就指引教師對草稿指出有關(guān)問題，特別是論文格式問題，進行及時修改，并對論電子稿再次發(fā)給教師第六周就指引教師對第二稿稿指出有關(guān)問題，并對論文所涉及到理論問題進行了認真審查，修改后，將電子稿再次發(fā)給教師第七周就指引教師再次提出有關(guān)問題進行修改，并通過多次討論，形成滿足學(xué)校規(guī)定論文接受教師最后修改，打印提交教師對進度籌劃實行狀況總評簽名年月日本表作評估學(xué)生平時成績根據(jù)之一。目錄【摘要】 -1-1緒論 -2-1.1加工中心簡介 -3-1.1.1加工中心發(fā)展簡史 -3-1.2加工中心發(fā)展趨勢 -4-2總體方案擬定 -6-2.1加工中心構(gòu)造構(gòu)成 -6-2.2刀庫類型 -7-2.3刀具自動換刀分析 -8-2.4無機械手換刀裝置刀庫設(shè)計 -8-2.4.1刀庫重要參數(shù) -10-2.4.2刀盤某些設(shè)計 -10-2.4.3刀盤尺寸擬定 -11-2.4.4刀庫轉(zhuǎn)動定位機構(gòu)選取 -11-3動力裝置分析 -11-3.1初選電機 -11-3.1.1擬定傳動裝置傳動比 -11-3.1.2擬定各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率 -12-3.2電動機校核 -13-3.2.1渦輪軸Ⅱ設(shè)計計算 -13-3.2.2計算并校核伺服電機扭矩 -13-3.3刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)普通圓柱蝸桿傳動設(shè)計 -15-3.3.1選取蝸桿傳動類型 -15-3.4蝸輪軸校核 -19-4總結(jié) -22-致謝 -23-參照文獻 -24-數(shù)控加工中心刀具庫自動換刀系統(tǒng)【摘要】本設(shè)計簡介了加工中心自動換刀裝置機械某些設(shè)計，最后實現(xiàn)自動換刀動作，簡介了當(dāng)前加工中心慣用刀庫，及其在加工中心上應(yīng)用狀況，從而可以看出在數(shù)控方面發(fā)展趨勢。換刀裝置作為加工中心重要構(gòu)成某些，其重要作用在于減少加工過程中非切削時間，提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)成本，進而提高機床乃至整個生產(chǎn)線生產(chǎn)力。加工中心自動換刀裝置是實現(xiàn)多工序持續(xù)加工重要裝置，其構(gòu)造設(shè)計及其控制是實現(xiàn)加工中心設(shè)計制造核心。加工中心換刀過程較為復(fù)雜，動作多，動作間互相協(xié)調(diào)多，進而自動換刀系統(tǒng)好壞直接影響加工效率高低。帶有自動換刀系統(tǒng)數(shù)控加工中心在當(dāng)代先進制造業(yè)中起著越來越重要作用，它能縮短產(chǎn)品制造周期，提高產(chǎn)品加工精度，適合柔性加工。加工中心是數(shù)控中較為復(fù)雜加工設(shè)備，由于其具備各種加工能力而得到廣泛應(yīng)用，其強大加工能力和效率得益于其配備自動換刀裝置。核心字：數(shù)控加工中心，無機械手自動換刀，刀庫Abstract:Thisdesignintroducedthedesignofmechanicalpartsofautomatictoolchangerformachinecenter，realizetheautomatictoolchangeaction，introducesthemachiningcentertoollibrary，anditsapplicationsinthemachiningcenter，whichcanbeseeninthedevelopmenttrendofnc.Asanimportantpartofthemachiningcentertoolchangedevice，itsmainroleisnoncuttingtime，reducethemachiningprocesstoimproveproductivity，reduceproductioncosts，andenhancetheproductivityofmachinetoolsandthewholeproductionline.Machiningcenterautomatictoolchangedeviceisanimportantdevicetorealizethemultiprocesscontinuousprocess，thestructuredesignandcontrolisthekeyofmanufacturingprocessingcenter.Toolchangingprocessofmachiningcenterismorecomplex，action，coordinatedactionamongmany，andhasautomatictoolchangingsystemdirectlyaffectsthemachiningefficiency.WithNCmachiningcenterautomatictoolchangingsystemplaysamoreandmoreimportantroleinmodernadvancedmanufacturingindustry，itcanshortenthemanufacturingcycle，improveproductprocessingprecision，suitableforflexibleprocessing.MachiningcenterisacomplicatedmachiningCNCequipment，becauseithasmanykindsofprocessingcapacityandwiderangeofapplications，automatictoolchangingdeviceforitspowerfulprocessingcapacityandefficiencyduetoitsconfiguration.Keywords：CNCmachiningcenter，Automatictoolchangewithoutmechanicalhand，Theknife1緒論

1952年世界上浮現(xiàn)了第一臺數(shù)控機床，使多品種、中小批量機械加工設(shè)備在柔性、自動化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。1958年第一臺加工中心問世，它將多工序（銑、鉆、鏜、鉸、攻絲等）加工集于一身；適應(yīng)加工多品種和大批量工件；增長機床功能（自動換刀、自動換工件、自動檢測等），使自動化限度和加工效率上了一種新臺階；使無人化（或長時間無人操作）加工成為現(xiàn)實。加工中心已成為柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)和自動化工廠基本單元。

加工中心是數(shù)控機床代表，是高新技術(shù)集成度高典型機電一體化機械加工設(shè)備，受到世界各工業(yè)發(fā)達國家高度注重，技術(shù)迅速發(fā)展，品種和數(shù)量大幅度增長，成為當(dāng)今世界機械加工設(shè)備中最引人注目一類產(chǎn)品。1.1加工中心簡介

1.1.1加工中心發(fā)展簡史

1952年世界上浮現(xiàn)第一臺數(shù)控機床，使多品種、中小批量機械加工設(shè)備在柔性、自動化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。它用易于修改數(shù)控加工程序進行控制，因而比大批量生產(chǎn)重使用組合機床生產(chǎn)線和凸輪、開關(guān)控制專用機床有更大柔性，容易適應(yīng)加工件品種變化，進行多品種加工。它用數(shù)控系統(tǒng)對機床工藝功能、幾何圖形運動功能和輔助功能實行全自動數(shù)字控制，由于有更高自動化限度和加工效率，大大變化了中小批量生產(chǎn)中普通機床占整個機械加工狀況。數(shù)控機床能實現(xiàn)兩坐標以上聯(lián)動功能，其效率和精度比用手工和樣板控制加工復(fù)雜零件要高得多。1958年第一臺加工中心在美國卡尼、特雷克（Kearney&Trecker）公司問世。當(dāng)代加工中心內(nèi)容是什么？第一，它是在數(shù)控鏜床或數(shù)控銑床基本上增長自動換刀裝置，可使工件在一次裝卡中，可以自動更換刀具，自動完畢工件上銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等工序數(shù)控機床。第二，加工中心上如果帶有自動分度回轉(zhuǎn)工作臺或自動轉(zhuǎn)角度主軸箱，可使工件在一次裝卡中，自動完畢各種平面和各種角度位置多工序加工。第三，加工中心上如果帶有互換工作臺，工件在工作位置工作臺上進行加工同步，此外工件在裝卸位置工作臺上進行裝卸，不影響加工進行。由上述可知，加工重心在加工柔性、自動化限度和加工效率上，在普通數(shù)控機床基本上又上了一種新臺階，又是一次新變革。加工中心定義是什么？當(dāng)前世界上并無原則定義，但當(dāng)前普遍以為是指：在工件一次裝卡中，可以實現(xiàn)自動銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等多工序數(shù)控機床。更為明確說法是：加工中心就是自動換刀數(shù)控鏜銑床。這就把加工中心與自動換刀數(shù)控車床或車削中心區(qū)別開來。1.2加工中心發(fā)展趨勢立式加工中心重要顧客層面為,以看好汽車零部件行業(yè)為首，尚有模具、飛機、醫(yī)療設(shè)備、IT、光學(xué)設(shè)備等行業(yè)。在飛機制造業(yè)因絕大多數(shù)加工件為多品種、小批量產(chǎn)品，因而五軸加工機為主立式加工中心有潛在需求。此后電子零部件、精密機枝零部件、半導(dǎo)體模具等行業(yè)也具備需求潛力。

各生產(chǎn)廠家面對預(yù)期需求擴大飛機、模具、半導(dǎo)體等行業(yè)，正在抓緊開發(fā)五軸加工機。和幾年前以生產(chǎn)普通零部件為主立式加工中心形成鮮明對比，突出以加工模具為主設(shè)備方案不斷從廠家浮現(xiàn)，由此可明顯地看出對高速、高效、高品位加工需求正在增長。

針對高精度加工，某些廠家比較注重研制對不易切削材質(zhì)搞重切削加工機型。同步，以減少工件更換時間和集中工序為目復(fù)合化加工技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。為進一步提高效率，有些廠家正在嘗試在立式加工中心控制軸方面再加上l~2個軸，形成五軸控制，樣對于形狀復(fù)雜工件和自由曲面等工件都可完畢一次裝卡加工。

在產(chǎn)品開發(fā)方面，由于顧客規(guī)定更加嚴格，不得不在保持低價位同步不斷追求高性能技術(shù)。由于正在加快適應(yīng)環(huán)保規(guī)定新技術(shù)開發(fā)，因而，更加需要可以調(diào)節(jié)品種、數(shù)量可形成柔性線構(gòu)造設(shè)備。當(dāng)前干式切削也在研制之中，如已經(jīng)浮現(xiàn)使用高純度氮氣干式加工系統(tǒng)，以氧化來控制精度變化。同步為改進作業(yè)環(huán)境、提高經(jīng)濟效率，對于切屑解決也采用了易于回收方式。臥式加工中心

臥式加工中心因其加工面是垂直，切屑易脫落，比較適應(yīng)時間無操作。又因是模塊構(gòu)造，可以短時間內(nèi)導(dǎo)入最恰當(dāng)規(guī)模系統(tǒng)。因其無人操作時間較長，在成本費用方面與單機相比效果更好。

從顧客需求來看，對臥式加工中心規(guī)定更加趨向于適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)，規(guī)定加工設(shè)備可以靈活地適應(yīng)工序集中導(dǎo)致生產(chǎn)型加工件變化。當(dāng)前由于汽車廠家設(shè)備投資呈上升趨勢，需求可望進一步擴大。此外，因?qū)τ诋a(chǎn)品制造結(jié)識和對生產(chǎn)體系看法正在發(fā)生主線轉(zhuǎn)變，由此而派生新生產(chǎn)體系也許對能形成柔性線小型機種產(chǎn)生需求。著手生產(chǎn)以上機型廠家在追求高速、高精度同步，還在如何使機體小型化及成本控制方面下功夫。也就是說此類產(chǎn)品開發(fā)重點在于機體小型化、適應(yīng)形成柔性線體系方面。

從技術(shù)開發(fā)動向來看，是謀求提高主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、提高精密度、并將相應(yīng)熱變位、模塊化等集中體現(xiàn)出來。其中，作為機床基本課題高速化研究也不斷獲得成果。

由于提高進給速度直接關(guān)系到產(chǎn)品加工時間，以利提高生產(chǎn)效率，因而在高速進給技術(shù)方面，驅(qū)動裝置采用直線電機機型正在增多。同步也有廠家在開發(fā)不使用直線電機，采用進給軸以大導(dǎo)程滾珠絲杠為驅(qū)動，進給加速度1.5G~

2G、迅速進給速度120mm／min高速臥式加工中心。并在主軸上采用雙面約束刀具、主軸轉(zhuǎn)速為2萬r/min、迅速進給速度為60m/min、以盡量縮短重復(fù)定位、刀至刀等非切削時間。為解決速度提高帶來熱變位影響，防止精度下降，普通都采用獨自補正裝置或主軸冷卻構(gòu)造、冷卻裝置等。數(shù)控立式車床適合于加工大直徑、大噸位外圓型工件立式車床，也被各行業(yè)采用。由于其市場局限性，產(chǎn)品在很大限度上反映了顧客意向，諸多是以專用機形式交貨投付使用，

這也是顧客和廠家形成密切聯(lián)系因素。近來，對中出口看好建設(shè)機械廠家對立式車床需求令人矚目，造船行業(yè)訂貨則似乎暫告一段落。從去年起，數(shù)控車床生產(chǎn)廠家期待著在飛機、高性能發(fā)電機、風(fēng)力發(fā)電機等方面設(shè)備投資比較活躍重電機行業(yè)訂貨。

由于市場在交貨期、質(zhì)量、價格方面規(guī)定越來越高，某些中小規(guī)模設(shè)備顧客為縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，更青睞一次裝卡、可搞各種加工復(fù)合型加工機。

考慮到環(huán)保規(guī)定而采用半干式加工需求也在增長，依照此類顧客規(guī)定，OM制作因此產(chǎn)學(xué)協(xié)作方式開發(fā)出采用氣化熱半干式加工技術(shù)，并加強了節(jié)約能源辦法，控制了電力使用。

當(dāng)前，市場對于提高了通用性、低價位小型數(shù)控立式車床需求仍在擴大，同步，和臥式數(shù)控車床同樣，帶有加工中心意識功能型復(fù)合機開發(fā)研制比較活躍。例如，隨著對復(fù)雜形狀工件成品加工規(guī)定提高，也在研制將立式車床功能加上鉆、攻絲、鏜等旋轉(zhuǎn)方面加工功能。因配備了C軸，不同復(fù)合加工也可通過一次裝卡進行。此外，在以切削為主同步，加上采用單刀具雙面約束ATC方式后，在銑加工功能方面也見到不少可進行重切加工工序集約型產(chǎn)品。2總體方案擬定2.1加工中心構(gòu)造構(gòu)成加工中心構(gòu)成因機床類別、功能、參數(shù)不同而有所區(qū)別。機床自身分基本部件和選取部件，數(shù)控系統(tǒng)有基本功能和選用功能，機床參數(shù)有主參數(shù)和其他參數(shù)。

機床制造廠可依照顧客提出規(guī)定進行生產(chǎn)，但在同類機床基本功能和部件構(gòu)成普通差別不大。從總體上看，加工中心基本上由如下幾大某些構(gòu)成。1、基本部件重要由床身、立柱和工作臺等大件構(gòu)成。它們是加工中心基本構(gòu)造，要承受加工中心靜載荷以及在加工時切削負載，因而必要是剛性很高部件。這些大件可以是鑄鐵件也可以是焊接剛構(gòu)造件，是加工中心中重量和體積最大部件。2、主軸系統(tǒng)重要由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零部件構(gòu)成。主軸啟動、停止和變轉(zhuǎn)速等動作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上刀具參加切削運動，是切削加工功率輸出部件。主軸系統(tǒng)是加工中心核心部件，其構(gòu)造好壞，對加工中心性能有很大影響。3、數(shù)控系統(tǒng)

重要由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動裝置以及電動機等某些構(gòu)成，它們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完畢加工過程控制中心。4、自動換刀系統(tǒng)

重要由刀庫、自動換刀裝置等部件構(gòu)成。刀庫是存儲加工過程所要使用所有刀具裝置。當(dāng)需要換刀時，依照數(shù)控系統(tǒng)指令，由機械手（或通過別方式）將刀具從刀庫取出裝入主軸孔中。刀庫有盤式、鏈式和鼓式等各種形式，容量從幾把到幾百把。機械手構(gòu)造依照刀庫與主軸相對位置幾構(gòu)造不痛也有各種形式。如單臂式、雙臂式?；剞D(zhuǎn)式和軌道式等等。有加工中心運用主軸箱或刀庫移動來實現(xiàn)換刀。5、輔助系統(tǒng)

涉及潤滑、冷卻、排屑防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等某些。輔助系統(tǒng)雖不直接參加切削運動。但對加工中心加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因而也是加工中心中不可缺少某些。此外，為進一步縮短非切削時間，有加工中心還配備了自動托盤互換系統(tǒng)。例如，配有兩個自動互換工件托盤加工中心，一種安裝工件在工作臺上加工，另一種則位于工作臺外進行工件裝卸。當(dāng)完畢一種托盤上工件加工后，便自動互換托盤，進行新零件加工，這樣可以減少輔助時間，提高加工效率。2.2刀庫類型刀庫是自動換刀裝置中最重要部件之一，其容量、布局以及詳細構(gòu)造對加工中心設(shè)計有很大影響。刀庫是用來儲存加工刀具及輔助工具地方。由于多數(shù)加工中心取送刀位置都是在刀庫中某一固定刀位，因而刀庫還需要有使刀具運動及定為機構(gòu)來保證換刀可靠。其動力可采用液動機或電動機，如果需要還要有減速機構(gòu)。刀庫定為機構(gòu)是用來保證更換每一把刀具或刀套都能精確地停在換到位置上。其控制某些可以采用簡易位置控制器或類似半閉環(huán)進給系統(tǒng)伺服位置控制，也可以采用電氣和機械相結(jié)合銷定為方式，普通規(guī)定綜合定為精度達到0.1~0.5mm。加工中心上普遍采用刀庫是盤式刀庫和鏈式刀庫。1）盤式刀庫

盤式刀庫構(gòu)造簡樸，應(yīng)用較多，如圖2-1所示。由于刀具環(huán)形排列，空間運用率低。因而浮現(xiàn)了將刀具在盤中采用雙環(huán)或多環(huán)排列，以增長空間運用率。但這樣一來使刀庫外徑過大，轉(zhuǎn)動慣量也很大，選刀時間也較長。因而，盤式刀庫普通合用于刀具容量較少刀庫。圖2-1a）徑向取刀形式

b）軸向取刀形式

c）刀具徑向安裝

d）刀具斜向安裝（2）鏈式刀庫

如圖2-2所示，鏈式刀庫構(gòu)造緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)形狀可以依照機床布局配備成各種形狀，也可將換刀位突出以利換刀。當(dāng)鏈式刀庫需增長刀具容量時，只需增長鏈條長度和支承鏈輪數(shù)目，在一定范疇內(nèi)，無需變更線速度及慣量。這些特點也為系列刀庫設(shè)計與制造帶來了很大以便，可以滿足不同使用條件。普通刀具數(shù)量在30~120把時，多采用鏈式刀庫。圖2-2本文所設(shè)計刀庫

由于是使用在小型加工中心上，因此采用是圓盤刀庫構(gòu)造形式，如下是簡介本設(shè)計換刀過程及刀庫構(gòu)造設(shè)計2.3刀具自動換刀分析加工中心自動換刀裝置有兩種形式：有機械手換刀和無機械手換刀。加工中心自動換刀裝置，大都采用有機械手換刀方式。它是由機械手將刀庫上刀具送到主軸上，再把主軸上已用過刀具返送到刀庫上。其長處是換刀時間短，但其機械構(gòu)造比較復(fù)雜。無機械手換刀方式是直接在刀庫與主軸（或刀架）之間換刀自動換刀方式。因無機械手，因此構(gòu)造簡樸。換刀時必要先將用過刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不能同步進行，因此換刀過程較為復(fù)雜，換屆時間較長。但是刀庫回轉(zhuǎn)時是在工步與工步之間，即飛切削時進行，因而可以免除刀庫回轉(zhuǎn)時振動對加工精度影響。無機械手換刀方式合用于40號如下小型加工中心或換刀次數(shù)少用重型刀具重型機床?？紤]此機床為教學(xué)用品不必考慮換刀時間長短，只針對小型加工中心進行設(shè)計，因此采用無機械手換刀方式。2.4無機械手換刀裝置刀庫設(shè)計1.刀庫形式選用無機械手換刀方式中，刀庫可以是圓盤形、直線排列式、也可以是格子箱式等。直線排列式和格子箱式刀庫構(gòu)造相比較復(fù)雜，合用于刀庫容量較大加工中心；圓盤形刀庫容量較小，刀庫構(gòu)造簡樸緊湊，刀庫轉(zhuǎn)位、換刀以便，易控制。且所設(shè)計加工中心重要用來教學(xué)，不必再刀庫里放太多刀具，因而選用圓盤式刀庫。2.刀庫放置立式加工中心無機械手換刀方式圓盤形刀庫放置有兩種形式：刀庫置于立柱側(cè)面橫梁上和置于工作臺上。由于采用是原則精密數(shù)控工作臺，因此選用刀庫置于立柱側(cè)面橫梁上，此構(gòu)造簡樸，且不會發(fā)生刀庫和主軸干涉現(xiàn)象，但刀庫支承剛性較差，須增強立柱剛度，以減小橫梁彎扭矩影響。在橫梁上有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有滑座，將刀庫安裝在滑座上，通過氣動方式將刀庫沿橫梁移動到主軸端，由主軸來實現(xiàn)自動換刀。3.刀庫構(gòu)成刀庫由刀盤部件、軸承、軸承套、電機、撥銷、槽輪、蝸輪蝸桿、氣缸等構(gòu)成。2.4.1刀庫重要參數(shù)（1）刀庫容量本加工中心重要用來加工小型零件或多孔零件和小平面，因此刀庫上重要安裝某些孔加工刀具（如鉆頭、擴孔鉆等）和加工小平面用立銑刀及小直徑面銑刀;同步又考慮到所選用電主軸軸端尺寸及刀盤直徑等限制；再考慮到重要用于中小批生產(chǎn)機教學(xué)實驗等，刀具品種不適當(dāng)過多，以免導(dǎo)致不必要消費和刀庫尺寸過大，采用8把刀。（2）刀具最大直徑和長度立銑刀最大直徑為40mm，鉆頭最大直徑定為10mm，最大工作某些長度定為150mm。（3）刀具最大重量為1kg。（4）刀具最大運動線速度為22—30m∕min。2.4.2刀盤某些設(shè)計2.4.3刀盤尺寸擬定刀盤采用輪輻式構(gòu)造，這樣既能滿足使用規(guī)定，又能保證刀盤強度。在整個設(shè)計過程中要保證各個尺寸在換刀過程中不發(fā)生干涉即可，刀盤直徑為210mm。（1）刀爪尺寸設(shè)計刀爪外型尺寸依照30號刀柄設(shè)計。（2）夾塊設(shè)計夾塊在刀爪抓刀時插入到鍵下半部中，以及刀具在刀庫中夾塊始終插在鍵中，起準擬定位作用。因而，夾塊寬度尺寸精度規(guī)定很高。夾塊寬度尺寸重要由鍵寬度決定。2.4.4刀庫轉(zhuǎn)動定位機構(gòu)選取當(dāng)前圓盤式刀庫大多采用是單頭雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動，此傳動機構(gòu)在使用中可隨時調(diào)節(jié)蝸輪蝸桿傳動間隙，實現(xiàn)精確轉(zhuǎn)位分度輪和蝸桿加工較困難。槽輪機構(gòu)具備沖擊小，工作平穩(wěn)性較高，機械效率高，可以在較高轉(zhuǎn)速下工作，且構(gòu)造簡樸，易制造等長處，在當(dāng)前生產(chǎn)鼓輪式刀庫加工中心機床上，普通采用槽輪機構(gòu)來驅(qū)動刀庫分度回轉(zhuǎn)運動。但此機構(gòu)定位精度不夠高，為提高其定位精度可采用帶制動器交流伺服電機，從而可保證較高定位精度。3動力裝置分析3.1初選電機刀庫驅(qū)動系統(tǒng)中，由于刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩小，因此決定采用直流伺服電動機驅(qū)動。直流伺服電動機具備體積小、重量輕、伺服性好、力能指標高等長處，且該電機可用信號電壓進行無極調(diào)速。采用電磁式交流伺服電動機，其基本參數(shù)為：功率1.5KW，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，額定扭矩T=6.4N/m；最大輸出扭矩T1=19.2N·m；轉(zhuǎn)動慣量J=15Kg·㎝2；刀盤轉(zhuǎn)速N=60r/min。3.1.1擬定傳動裝置傳動比由選定電動機滿載轉(zhuǎn)速n1和刀庫積極軸轉(zhuǎn)速n，可得傳動裝置總傳動比：i1=（3-1）電機滿載轉(zhuǎn)速n1為1500r/min，則傳動比i2==25選用蝸輪蝸桿原則傳動比i=20.5，則因而刀庫輸出轉(zhuǎn)速N===73.17（r/min）3.1.2擬定各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率傳動裝置總效率η=η聯(lián)η2承η齒（3-2）蝸輪蝸桿傳動效率η齒=0.98（齒輪精度為8級）聯(lián)軸器效率η聯(lián)=0.99 滾動軸承效率η承=0.99則得傳動總效率η=0.99*0.992*0.98=0.95i——軸m至n傳動比；（如電動機軸至I軸之間采用聯(lián)軸器聯(lián)接，則i01=1）η——軸m至軸n傳動效率。0軸：0軸即電動機軸P0=Pd=1.5Kwn0=n1=1500r/minT0=Td=6.4N·mI軸：I軸即蝸桿軸P1=P0η聯(lián)=1.5*0.99=1.485（Kw）T0=Td=6.4N·mⅠ軸：Ⅰ軸即蝸桿軸P1=P0η聯(lián)=1.5*0.99=1.485（kw）n1==1500（r/min）T1=T0i01η01=T0i聯(lián)η聯(lián)=6.4*1*0.99=6.336（N·m）Ⅱ軸：Ⅱ軸即蝸輪軸P2=P1η12=P1η承η齒=1.485*0.99*0.98=1.44Kwn2===73.17（r/min）T2=T0iη聯(lián)η齒η聯(lián)=6.4*20.5*0.99=126.02（N·m）將上述計算成果匯總列于下表中：軸序號功率P/kw轉(zhuǎn)速n/（r/min）轉(zhuǎn)矩T/（N·m）傳動形式傳動比效率η01.515006.4聯(lián)軸器10.99I1.48515006.336Ⅱ1.4473.17126.02蝸輪蝸桿傳動20.50.963.2電動機校核3.2.1渦輪軸Ⅱ設(shè)計計算選取軸材料為45號鋼，正火解決，由《袖珍機械設(shè)計師手冊》P529表10-2查：當(dāng)d<100mm時，δb=588MPa，δr=294MPaδ-1=238MPa，τ-1=138MPa（2）初步估算軸端直徑，由《袖珍機械設(shè)計師手冊》P541表10-12得：d2≥A0=150*EQ\R(,3)=40.5mm取d2=44mm其中A0按《袖珍機械設(shè)計師手冊》P542表10-13取A0=1103.2.2計算并校核伺服電機扭矩伺服電機必要扭矩T：T=T1+T2（3-3）其中T1——傳動摩擦扭矩T2——啟動扭矩（加速扭矩）計算傳動鏈摩擦扭矩T1：T1=（3-4）式中：G-刀庫重量R承——回轉(zhuǎn)半徑μ——軸承摩擦系數(shù)i——總傳動比則由上式得：T1==0.0045（N·m）計算啟動扭矩T2：T2=（3-5）式中：J——刀庫轉(zhuǎn)動慣量ε——啟動角加速度刀庫轉(zhuǎn)動慣量估算：依照《袖珍機械設(shè)計師手冊》P42表2-12得Jy=m刀庫R2則J=Jy=*287.5*（）2=11.27（kg·m2）刀庫啟動加速時間Δt=0.3s則角加速度ε===≈20.9則由式啟動扭矩T2==11.4899（N·m）計算伺服電機必要扭矩T由式得伺服電機必要扭矩：T=T1+T2=0.0045+11.4899=11.4944（N·m）由于=1.67≤3，即所選用伺服電機最大輸出扭矩在驅(qū)動刀庫刀盤分度所需最大扭矩三倍以內(nèi)，符共計算目，滿足使用規(guī)定。此外所選用電機有足夠扭矩儲備，可保證刀盤頻繁轉(zhuǎn)位時電機不發(fā)熱，能長期、穩(wěn)定、安全地使用，此外也有進一步提高刀盤分度轉(zhuǎn)位速度余地。采用交流伺服電機長處：（1）交流伺服電機無電刷和換向器，因而工作可靠，對維護和保養(yǎng)規(guī)定低。因而采用交流伺服電機驅(qū)動刀庫傳動，大幅度簡化了構(gòu)造，提高了機械某些易維修性和可靠性；（2）由于伺服電機速度通過參數(shù)設(shè)定，可人為控制分度啟動時加速曲線特性和停止時減速曲線，使分度速度提高同步，動作更平滑、穩(wěn)定、刀盤定位精度更高；（3）由于伺服電機具備優(yōu)良過載特性，在刀具重量大或者刀具安裝偏載極端狀況下也能勝任，正常工作；（4）交流伺服電機慣量小，易于提高系統(tǒng)迅速性；（5）交流伺服電機同功率下有較小體積和重量，因而減輕了系統(tǒng)質(zhì)量。3.3刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)普通圓柱蝸桿傳動設(shè)計刀庫主運動是圓周回轉(zhuǎn)運動，如圖所示，交流伺服電動機通過彈性柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動減速器連接減速后驅(qū)動蝸桿，設(shè)計刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)普通圓柱蝸桿傳動，由刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)實現(xiàn)。已知直流伺服電動機功率0.092KW，轉(zhuǎn)速為3000R/MIN，諧波傳動減速器傳動比為100，傳動效率為80%，直流伺服電動機經(jīng)諧波傳動減速器減速后驅(qū)動蝸桿，蝸桿為積極，蝸輪為從動。3.3.1選取蝸桿傳動類型依照GB10085-88推薦，采用漸開線蝸桿。㈠選取材料蝸桿采用45號鋼，齒面淬火，硬度為45-50HRC；蝸輪采用鑄錫磷青銅ZCuSn10Pb1，金屬模鍛造。擬定重要參數(shù)蝸桿蝸輪傳動，以蝸桿為主傳動，蝸輪為從傳動。依照《袖珍機械設(shè)計師手冊》P985表18-4，由于i=20.5則Z=2，預(yù)測工作壽命為5年，則Zl=5*20.5=41按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算m2d1≥（）2KT2（mm3）蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2=126.02N·m載荷系數(shù)K=1.1許用接觸應(yīng)力σHP2：σHP2=σHPZvsZn（3-6）式中①σHP=220MPa；②估算滑動速度v<5m/s，噴油潤滑，由《袖珍機械設(shè)計師手冊》P995圖18-2查得Zvs=0.96；③NL=60an2t=60*1*73.17*5*300*8=5.3*，按《袖珍機械設(shè)計師手冊》P997圖18-3查得ZN=0.8則許用接觸應(yīng)力σHP2=220*0.96*0.8=168.96（MPa）計算m2d1值并選定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1m2d1≥（）2*1.1*126.02=647（mm3）按《袖珍機械設(shè)計師手冊》P984表18-3查得m=5mm，d1=50mm（m2d1值應(yīng)不不大于計算值）。驗算滑動速度v計算蝸桿速度v1V1==3.925（m/s）計算滑動速度vsvs=（3-6）其中y=arctan（）=arctan（）=11°18′36″則由式得滑動速度vs==4（m/s）則初估vs值適當(dāng)驗算蝸輪輪齒彎曲強度驗算公式為σF2=YFSYβ≤σFP2（3-7）由《袖珍機械設(shè)計師手冊》P995表18-12取如下參數(shù)：動載荷系數(shù)Kv蝸輪速度v2===0.785（m/s）則蝸輪速度v2=0.785m/s＜3m/s，Kv=1~1.取Kv=1.03載荷分布系數(shù)KB載荷平穩(wěn)，取KB=1蝸輪齒形系數(shù)YFS蝸輪當(dāng)量齒數(shù)Zv2===43.48按蝸輪當(dāng)量齒數(shù)Zv2，查《袖珍機械設(shè)計師手冊》P911圖17-2，取蝸輪齒形系數(shù)YFS=4.01導(dǎo)程角系數(shù)YBYB=1-=1-=0.906許用彎曲應(yīng)力σFP2系數(shù)YN由《袖珍機械設(shè)計師手冊》P997圖18-3查取，YN=0.8，則許用彎曲應(yīng)力σFP2=σFP2YN=70*0.8=56（MPa）。⑥計算彎曲應(yīng)力σF2式中d=50mm,d2=mZ2=5*41=205(mm)，m=5mm，則由式（3-7）得σF2==6.74（MPa）則σF2＜σFP2，滿足蝸輪輪齒強度條件。計算蝸輪蝸桿重要參數(shù)分度圓直徑d1d2d1=50mmd2=mZ2=5*41=205（mm）中心距aa=（3-8）-蝸輪變位系數(shù)，取=-0.5；則代入式（3-8）中得中心距a==125（mm）。（按《袖珍機械設(shè)計師手冊》P987表18-7進行匹配）蝸桿導(dǎo)程角γγ=arctan（）=arctan（）=11°18′36″(8)計算其她尺寸（按《袖珍機械設(shè)計師手冊》P985表18-5進行計算）蝸桿齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=d1+2m=50+2*5=60(mm)蝸輪齒頂圓直徑da2=d2+2ha2=d2+2m(ha+x2)=205+2*5*（1-0.5）=210（mm）其中ha=1蝸輪外圓直徑de2≤da2+1.5m=210+1.5*5=217.5(mm),則取de2=215mm。蝸桿齒寬b1：由《袖珍機械設(shè)計師手冊》P986表18-6得b1≥（8+0.06Z2）m=(8+0.06*41)*5=52.3(mm),取b1=55mm。蝸輪寬度b2：b2≤0.75da1=0.75*60=45（mm），取b2=40mm。蝸桿齒根高hf1：hf1=m+cm=5+0.2*5=6(mm),其中c=0.2蝸輪齒根高hf2：hf2=（ha+c-）m=(1+0.2+0.5)*5=8.5(mm)蝸桿齒根圓直徑df1：df1=d1-2hf1=50-2*6=38(mm)蝸輪齒根圓直徑df2：df2=d2-2hf2=205-2*8.5=188（mm）蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2：Ra2=a-=125-=20(mm)蝸輪齒根圓弧半徑Rf2:Rf2==+0.2*5=31(mm)蝸桿軸向齒厚sx1:sx1==7.85(mm)蝸桿法向sn1:sn1=sx1cosγ=7.85*cos11°18′36″=7.7（mm）蝸輪分度圓齒厚s2:s2=(0.5π+2tanα)m（3-9）其中變位系數(shù)=-0.5，ZA型α=20°，則由式得蝸輪分度圓齒厚：s2=(0.5*3.14-2*0.5*tan20°)*5=6.03（mm）蝸桿齒頂高ha2：ha2=m=5mm3.4蝸輪軸校核蝸輪軸外形圖如圖所示，總長為287mm，從左至右直徑尺寸為40mm，44mm，50mm，44mm，40mm。其上鍵選取為平鍵，尺寸為b*h=12*8，t=5；花鍵為開線花鍵，尺寸為8*36*40*7。軸兩端采用6208型深溝球軸承，重要尺寸參數(shù)為d=40，D=80，B=18。按彎扭合成強度條件校核軸畫出受力簡圖并求支反力、扭矩圖中(如圖3-1)：刀庫上壓軸力G刀庫=2875（N）蝸輪重量估算G蝸輪=Vρg（3-10）體積V=（）h=（）*40=1.4*10（mm3）45鋼密度ρ=7.85g/cm3則代入（3-10）式中得G蝸輪=1.4*10*7.85*10*10*10=110（N）③軸承支撐力R1、R2218G刀庫+59G蝸輪-121R1=0得R1==5233（N）97G刀庫-62G蝸輪+121R2=0得R2=2248（N）扭矩T刀庫，T蝸輪T刀庫=T蝸輪=126N·m=126000N·mm求軸彎矩M，并畫彎矩圖(如圖3-1)M1=G刀庫*97=2875*97=278875（N·mm）M2=R2*59=2248*132632（N·mm）求扭矩T，并畫出扭矩圖(如圖3-1)T1=-T刀庫=-126000（N·mm）T2=T蝸輪=126000（N·mm）計算彎矩Mca，并畫出彎矩圖(如圖3-1)彎矩Mca=（3-11）取α=0.6，則由（3-11）式得：Mca0=(N·mm)Mca1=≈288940（N·mm）Mca2=≈152665（N·mm）Mca3==75600（N·mm）圖3-14總結(jié)在機械加工行業(yè)里,由于數(shù)控機床有許多長處,已逐漸代替普通車床成為主導(dǎo)機床。按工藝用途它可以分為普通數(shù)控機床和數(shù)控加工中心兩大類,而后者因帶有由刀庫和機械手構(gòu)成自動換刀裝置,能使工件在一次裝夾中完畢大某些甚至所有工序。依照數(shù)控系統(tǒng)選刀指令,從刀庫中將所需要刀具轉(zhuǎn)到取刀位置,稱為自動選刀。本次設(shè)計題目是小型數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)設(shè)計，在設(shè)計過程中遇到了諸多困難，最重要就是構(gòu)造設(shè)計。這其中涉及了：蝸輪，蝸桿設(shè)計，蝸輪，蝸桿軸校核等。隨著機械加工業(yè)發(fā)展，制造行業(yè)對于帶有自動換刀系統(tǒng)高效高性能加工中心需求量越來越大。在既有各種類型加工中心中，老式構(gòu)造自動換刀系統(tǒng)造價在機床整機造價中總是占著很大比重，這是加工中心價格居高不下、應(yīng)用不普遍重要因素。如果把自動換刀系統(tǒng)設(shè)計制造從既有加工中心制造模式中分離出來，把它作為加工中心原則件或附件組織專門化生產(chǎn)，同步由于該項技術(shù)應(yīng)用簡化了機床主軸構(gòu)造、采用彈簧夾頭和外驅(qū)動機械手等核心技術(shù)、采用圓柱柄刀具和輔具，這不但使數(shù)控機床工作性能有所提高，并且使得由它配套構(gòu)成加工中心總體造價大幅度下降。低造價高性能加工中心將會被中小廠廣泛接受，這樣必將給自動換刀系統(tǒng)生產(chǎn)廠商和加工中心制造廠商帶來巨大經(jīng)濟效益。在這次設(shè)計中得到了很大收獲，提高了自己自學(xué)能力和獨自解決問題能力，也豐富了自己理論知識，這為咱們后來工作打下了堅定基本。致謝在論文寫作過程中，我遇到了無數(shù)困難和障礙，都在同窗和教師以及工友協(xié)助下度過了，特別要強烈感謝我論文指引教師張教師，張教師傾注了大量心血和汗水，無論是在論文選題、構(gòu)思和資料收集方面，還是在論文研究辦法以及成文定稿論文修改和改進方面，我都得到了張教師悉心細致教誨和無私協(xié)助，特別是她廣博學(xué)識、深厚學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴謹治學(xué)精神和一絲不茍工作作風(fēng)使我終身受益。此外，在校圖書館以及公司圖書館查找資料時候，圖書館管理員也給我提供了諸多方面支持與協(xié)助。在此向幫我所有人表達由衷感謝，感謝我同窗和朋友，在我寫論文過程中提供熱情協(xié)助。由于我學(xué)習(xí)水平有限，所寫論文難免有局限性之處，懇請教師批評指正。最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯各位教師。參照文獻[1]毛謙德《袖珍機械設(shè)計師手冊》機械工業(yè)出版社[2]夏田《數(shù)控加工中心設(shè)計》化學(xué)工業(yè)出版社[3]胡育輝《數(shù)控銑床加工中心》遼寧科學(xué)技術(shù)出版社[4]聞邦椿《機械設(shè)計手冊》機械工業(yè)出版社[5]RobertO.Parmley.P.E.（鄒平·譯）《機械設(shè)計零件與實用裝置圖冊》機械工業(yè)出版社西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）審查意見書指引教師對學(xué)生所完畢題目為小型數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）進行狀況、完畢質(zhì)量審查意見：成績：指引教師：