換刀機械手設計帶CAD圖

換刀機械手設計帶CAD圖,機械手,設計,CAD XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計1目錄目錄目錄1中文摘要 3Abstract 3第 1 章 緒論41.1 數(shù)控銑床的分類4 1.1.1 數(shù)控立式銑床41.1.2 數(shù)控臥式銑床41.1.3 數(shù)控立、臥式兩用銑床41.2 數(shù)控銑床的結(jié)構特征41.2.1 數(shù)控銑床的主軸特征41.2.2 控制機床運動的坐標特征51.3 數(shù)控銑床的主要功能及加工對象51.3.1 數(shù)控銑床的功能51.3.2 自動換刀裝置（ATC）及其形式51.3.3 自動換刀裝置應當滿足的基本要求6第 2 章 總體方案的設計 62.1 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床及其主要參數(shù)62.2 初定 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置的設計參數(shù)72.3 確定 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置的形式7第 3 章 刀庫的設計83.1 確定刀庫容量83.2 確定刀庫形式83.3 刀庫結(jié)構設計10 3.4 初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機103.5 刀庫轉(zhuǎn)位機構的普通圓柱蝸桿傳動的設計103.6 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核143.7 確定刀具的選擇方式14第 4 章 刀具交換裝置的設計154.1 換刀機械手抓刀部分結(jié)構154.2 機械手傳動結(jié)構154.3 自動換刀過程的動作順序164.4 自動換刀裝置的相關技術要求174.4.1 主軸準停裝置17XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計24.4.2 換刀機械手的安裝與調(diào)試17第 5 章 自動換刀裝置的控制原理 175.1 刀庫的控制175.2 機械手的控制18第 6 章 典型零件的設計186.1 聯(lián)軸器186.1.1 聯(lián)軸器的選用186.1.1 聯(lián)軸器的校核186.2 托架的設計18鳴 謝20參考文獻21XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計3中文摘要本論文介紹的是 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置的設計.該自動換刀裝置由刀庫和換刀機械手組成.刀庫采用盤形結(jié)構,安裝在機床的左側(cè)立柱上.刀庫容量為六把,采用順序選刀方式.機械手選用回轉(zhuǎn)式雙臂機械手.關鍵詞: : 數(shù)控銑床 自動換刀裝置 刀庫 換刀機械手 A AbstractbstractThis paper introduces the design of automatic tool changer of XKA5032A/C numerical control vertical-knee milling machines. The automatic tool changer is composed of tool storage and a tool changing-manipulator. The tool storage which adopts bat batch shape structure is mounted on the vertical post of XKA5032A/C numerical control vertical-knee milling machines. The capacity of the tool storage is six and the method of Choose knife is Alignment. The tool changing-manipulator adopts the two arms manipulator of turn-over type. KeyKey words:words: numerical control milling machines Automatic tool changer Tool storage tool changing-manipulatorXKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計4XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置第 1 章 緒論11 數(shù)控銑床的分類111 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，應用范圍也最為廣泛。小型數(shù)控銑床一般都采用工作臺移動、升降、及主軸不動方式，與普通立式升降臺銑床相似；中型數(shù)控立式銑床一般采用縱向和橫向工作臺移動方式，且主軸沿垂直溜板上下運動；大型數(shù)控立式銑床，因要考慮到擴大行程，縮小占地面積及剛性等技術問題，往往采用龍門架移動式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運動，而龍門架則沿床身作縱向運動。 從機床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標數(shù)量來看，目前 3 坐標數(shù)控立式銑床仍占大多數(shù)。一般可進行3 坐標聯(lián)動加工，但也有部分機床只能進行 3 坐標中的任意二個坐標聯(lián)動加工。此外，還有機床主軸可以繞 X、Y、Z 坐標軸中其中一個或兩個軸作數(shù)控擺角運動的 4 坐標和 5 坐標數(shù)控立式銑床。一般來說，機床控制的坐標軸越多，特別是要求聯(lián)動的坐標軸越多，機床的功能、加工范圍及可選擇的加工對象也越多。但隨之而來的是機床的結(jié)構更復雜，對數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設備的價格也更高。 數(shù)控立式銑床可以附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤，采用自動交換臺，增加靠模裝置等來擴大數(shù)控立式銑床的功能，加工范圍和加工對象，進一步提高生產(chǎn)效率。112 臥式數(shù)控銑床 與通用臥式銑床相同，其主軸級平行于水平面。為了擴大加工范圍和擴大功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn) 4、5 坐標加工，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，而且可以實現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進行“四面加工” ?？梢允∪ピS多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷丁ο潴w類零件或需要在一次安裝中改變工位的工件來說，選擇帶數(shù)控轉(zhuǎn)盤的臥式銑床進行加工是非常合適的。113 立、臥式兩用數(shù)控銑床 這類銑床目前正在逐漸增多，它的主軸方向可以更換，能達到在一臺機床上既可以進行立式加工，又可以進行臥式加工，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工的對象和余地更大，給用戶帶來了很多方便，特別是當生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立臥兩種方式加工時，用戶只需買一臺這樣的機床就行了。 立、臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向的更換有手動與自動兩種，采用數(shù)控萬能主軸頭的立、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。當立、臥兩用數(shù)控銑床增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤后，就可以實現(xiàn)對工件的“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行加工。因此，其加工性能非常優(yōu)越。XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計512 數(shù)控銑床的結(jié)構特征121 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)上編入的程序自動執(zhí)行。不同的機床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻機組，固定幾種轉(zhuǎn)速，可自選一種編入程序，但不能在運轉(zhuǎn)時改變。有的采用變頻器調(diào)整，將轉(zhuǎn)速分為幾檔，編程時可任選一檔，在運轉(zhuǎn)中可通過控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)；有的則不分檔,編程時可在整個范圍內(nèi)無級調(diào)速。但是在實際操作中，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)一般都設有自動拉、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，多坐標數(shù)控銑床的主軸可以繞 X、Y 或 Z 軸作數(shù)控擺動，擴大了主軸自身的運動范圍，但是主軸結(jié)構更加復雜。122 控制機床運動的坐標特征 為了要把工件上各種復雜的形狀輪廓連續(xù)加工出來，必須控制刀具沿平面上設定的直線、圓弧或空間直線、圓弧軌跡運動，因此，要求數(shù)控銑床的伺服拖動系統(tǒng)能在多坐標方向同時協(xié)調(diào)動作，并保持預定的相互關系，這就要求機床應能實現(xiàn)多坐標聯(lián)動。數(shù)控銑床要控制的坐標數(shù)最少是 3 坐標中任意兩坐標聯(lián)動。要實現(xiàn)連續(xù)加工直線變斜角工件，應實現(xiàn)四坐標聯(lián)動。若要加工曲線變斜角工件，是要求實現(xiàn)五坐標聯(lián)動。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)控機床相應更高一些。13 數(shù)控銑床的主要功能及加工對象 131 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。一般功能是指各類數(shù)控銑床普遍所具有的功能。如點位控制功能、刀具半徑自動補償功能、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┨厥夤δ堋Ｈ绲毒唛L度補償功能、靠模加工功能、自動變換工作臺功能、自適應功能、數(shù)控采集功能等。 在使用數(shù)控銑床加工工件時，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象有：1、平面類零件。2、變斜角類零件。3、曲面類（立體類）零件。132 自動換刀裝置（ATC）及其形式 數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多個工步，以縮減輔助時間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動換刀系統(tǒng)。自動換刀（Automatic Tool Change 簡稱 ATC）系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成。在數(shù)控銑床的基礎上，如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng)，就構成加工中心（Machining center 簡稱 MC） 。 各類數(shù)控機床的自動換刀裝置的結(jié)構取決于機床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。這種裝置主要可以分為以下幾種形式： （一）回轉(zhuǎn)刀架換刀形式 數(shù)控車床使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種簡單的自動換刀裝置。根據(jù)不同加工對象，可以設計成四方和六角刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令轉(zhuǎn)位換刀。（二）更換主軸頭換刀形式在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機床中，更換主軸頭換刀是一種簡單的換刀方式。主軸頭通有臥式XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計6和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭以實現(xiàn)自動換刀。各個主軸頭上預先裝有各工序加工所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當收到換刀指令時,各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運動使相應的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點是省去了自動松夾、卸刀裝刀、夾緊以及刀具搬運等一系列復雜的操作，從而顯著地減少了換刀時間，提高了換刀的可靠性，但是由于結(jié)構上的原因和空間位置的限制，主軸的數(shù)目不可能很多。因此轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀通常只適用于工序較少，精度要求不太高的數(shù)控機床，如數(shù)控銑床。（三）帶刀庫的自動換刀形式 帶刀庫的自動換到形式主要是由刀庫和刀具交換裝置組成。目前這種換刀方法在數(shù)控機床上的應用最為廣泛。帶刀庫的自動換刀裝置的數(shù)控機床主軸箱和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于主軸箱內(nèi)只有一個主軸，所以主軸部件具有足夠剛度，因而能夠滿足各種精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量較多的刀具，可進行復雜零件的多工序加工，可明顯提高數(shù)控機床的適應性和加工效率。這種帶刀庫的自動換刀裝置特別適用于數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床和數(shù)控鏜床。刀庫有多種形式，數(shù)控機床上常用的有盤式和鏈式兩種。交換裝置的機械手形式也多樣，目前在數(shù)控機床上用得最多的是回轉(zhuǎn)式雙臂機械手。其他形式還有擺動式單臂雙爪機械手、單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手、雙機械手等等。133 自動換刀裝置應當滿足的基本要求1) 換刀時間短。2）刀具重復精度高。3）刀具儲存足夠。4）刀庫占地面積小。5）安全可靠。第 2 章 總體方案的確定 依據(jù)設計任務書，我們的任務是給 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床設計安裝合適的自動換刀裝置。主要技術參數(shù)為： 1）刀庫容量：4-6 2）選刀方式：順序選刀 3）重復精度：5 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床主要由床身、升降臺、工作臺、立銑頭、主傳動、主變速、拉刀機構、液壓系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吊掛、電柜等部分組成。機床本身并不帶自動換刀裝置。自動換刀裝置作為一套獨立的、完整的機床部件，設計依據(jù)是該機床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。21 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床及其主要參數(shù) XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床是北京第一機床廠生產(chǎn)的帶有立銑頭的立式銑床，為機電一體化結(jié)構，三坐標聯(lián)動，是一種使用很廣的機床，它可以使用各種圓柱銑刀、角度銑刀及端面銑刀完成直線銑削，組成各種往復循環(huán)和框式循環(huán)或按坐標位置加工孔，也可以銑削具有輪廓的零件，如凸輪、樣板、模具、葉片、弧形槽等。該機床適用于機械制造的各種類部門，也適用于軍工部門。其主要規(guī)格及技術參數(shù)如下表：表一 機床主要規(guī)格及技術參數(shù)XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計7參數(shù)名稱單位數(shù)量工作臺面尺寸（長 X 寬）mm320 X 1320工作臺縱向（X）行程mm780工作臺縱向（Y）行程mm300續(xù)表一工作臺縱向（Z）行程mm380主軸孔徑mm29立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度45主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)18主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min30-1500工作臺進給級數(shù)無級主傳動電動機功率 kw7.5主傳動電動機轉(zhuǎn)速r/min1440工作臺最大承載重量kg320主軸最大扭矩Nm1000機床外形尺寸（長 X 寬 X 高）mm1929 X 2055 X 2216機床重量kg2800 該機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，進給量 750mm/min。 銑切灰鑄鐵：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，進給量 300mm/min22 初定 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置的設計參數(shù)在銑削輪廓時，為了保證一次連續(xù)地加工出全部表面，應選用半徑小于工件最小輪廓半徑的刀具，而在實際的生產(chǎn)加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因為大直徑銑刀剛性好，耐用度高。由 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當銑切鋼時，銑刀直徑為100 mm。當銑灰鑄鐵時，銑刀直徑達250mm。因此，為了滿足該機床的實際加工能力與生產(chǎn)情況，在設計其自動換刀裝置時，應該根據(jù)最大的刀具直徑來設計，即設計的換刀裝置能交換250mm 的刀具。初估最大直徑刀具的重量為 8kgf。23 確定 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置的形式 數(shù)控機床的自動換刀裝置的結(jié)構形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機床的種類、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。 由于 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床是一種使用范圍較廣的機床，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，決定選用帶刀庫的自動換刀形式。 帶刀庫的自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置（換刀機械手）組成。它是多工序數(shù)控機床上應用最廣泛的換刀裝置，其整過換刀過程比較復雜。首先把加工過程中需要使用的全部刀具安裝在標準的刀柄上，在機床外進行尺寸預調(diào)后，按一定的方式裝入刀庫。換刀時，先在刀XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計8庫中進行選刀，由機械手從刀庫和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊刀放回刀庫。存放刀具的刀庫可具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為獨立部件安裝在機床以外。 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床主軸箱上方?jīng)]有好的安裝位置，安裝在機床外又要增加刀具運輸時間，降低效率，所以安裝在機床側(cè)面最合適，有些部件交錯的地方，作適當?shù)恼{(diào)整。因為 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床外形及其他性能參數(shù)等均與 JCS018A 數(shù)控立式鏜銑床相似，所以本機床的自動換刀裝置的設計將仿效 JCS018A 數(shù)控立式鏜銑床換刀裝置，設計成由由盤式刀庫和回轉(zhuǎn)式雙臂機械手組成。設計增加自動換刀裝置后的 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的外觀圖如圖 1-1 所示。圖 1-1 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的外觀圖第 3 章 刀庫的設計 刀庫是帶刀庫自動換刀裝置的主要部件之一，其容量形式、布局及具體結(jié)構對數(shù)控機床的性能有很大影響。31 確定刀庫容量刀庫儲存量過大，導致刀庫的結(jié)構龐大而復雜,影響機床總體布局；儲存量過小，則不能滿足復雜零件的加工要求。因此，刀庫容量應在經(jīng)濟合理的條件下，力圖將一組類似的零件所需的全部刀具裝入刀庫，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時間。對自動換刀數(shù)控機床的刀庫容量，有關資料曾對15000 個零件進行分組統(tǒng)計，指出不同工序加工時必須的刀具數(shù)不同，如圖 3-1 所示。由圖可知，銑削 90%的加工量由XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計94 把銑刀即可完成。因此，對 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床，容量為 6 的刀庫就可滿足要求了。 32 確定刀庫形式 由以上考慮 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的結(jié)構布局等原因，決定刀庫采用盤形結(jié)構，沿刀庫主軸軸向安裝。這種刀庫結(jié)構簡單且緊湊，但為了換刀時刀具與主軸同向，刀庫中的刀具需在換刀位置作 90翻轉(zhuǎn)。33 刀庫結(jié)構設計 刀庫的外形如圖 3-2 所示。圓盤式刀庫（圖 a）由專用的直流伺服電動機 1 經(jīng)套筒聯(lián)軸器2、XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計10蝸桿 4、蝸輪 3，帶動刀盤 14 和盤上的 6 個刀套 13 旋轉(zhuǎn)。刀座的滾子 11 在不旋轉(zhuǎn)的導盤 14 的槽中受到限位，導盤 14 在最下端的換刀位置開了一個缺口。刀座以鉸鏈形式與支承板 16 相連（圖 b） 。平時，由彈簧 18 將滾子銷 19 壓在刀套 13 的凹槽中，使刀座定位在水平位置。由于主軸是立式的，故應將處于刀庫刀盤 14 最下位置的刀套旋轉(zhuǎn) 90，使刀頭朝下。實現(xiàn)這個動作靠氣缸 5。氣缸 5 的活塞桿 6 帶動撥叉 7 上升。由 AA 剖視圖中可以看到，最下面的一個刀套 13右尾部的滾子 11 正好進入撥叉 7 的缺口。撥叉 7 上升使刀套連同刀具逆時針旋轉(zhuǎn) 90，滾子銷19 退出支承板 16 的凹槽，刀座轉(zhuǎn)到垂直位置，等待機械手換刀。 刀套的構造如圖 b 所示。由圖中可以看到錐孔尾部有兩個球頭銷釘 17，后有彈簧用以夾住刀具，故當?shù)短仔D(zhuǎn) 90后刀具不會下落。刀套頂部的滾子 15 用以在刀套處于水平位置時支承刀套。當?shù)毒吒鼡Q完畢，該刀座插入從主軸換下的刀具平頭。通過氣缸作用，與上述動作相反，刀座帶著刀具夾頭順時針轉(zhuǎn)動，直到水平位置為止，此時，滾子銷 19 重新處于支承板 16 的凹槽中。34 初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機 以 THK6363 型自動換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫為設計參考（查參考資料 14） ，采用經(jīng)念法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。 THK6363 型自動換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫也是采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式，其容量為 36把刀具，最大刀具重達 10kgf，刀庫回轉(zhuǎn)由最大扭矩為 25Nm 的液壓馬達經(jīng)諧波減速器驅(qū)動?，F(xiàn)在由于設計的刀庫容量為 6 把刀具，可初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為 T0=8Nm。 刀庫回轉(zhuǎn)運動多數(shù)采用液壓馬達、直流電動機驅(qū)動。由于本刀庫的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩小，且所需轉(zhuǎn)速小，所以決定采用直流伺服電動機驅(qū)動。直流伺服電動機具有體積小，重量輕、伺服性好、力能指標高等優(yōu)點，且該電機可用信號電壓進行無級調(diào)速。由參考資料 11 P1275 表查選電動機型號為 90SZ03 的 SZ 系列電磁式直流伺服電動機，功率為 0.092 kw。35 刀庫轉(zhuǎn)位機構的普通圓柱蝸桿傳動的設計 刀庫的主運動是圓周回轉(zhuǎn)運動，由刀庫轉(zhuǎn)位機構實現(xiàn)。調(diào)定換刀信號電壓，使電動機轉(zhuǎn)速調(diào)定為 30 r/min。這樣電動機通過聯(lián)軸器、蝸桿、蝸輪驅(qū)動刀庫轉(zhuǎn)動，如圖 3-3 所示：XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計111選擇蝸桿傳動類型根據(jù) GB1008588 的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI） 。2選擇材料 蝸桿采用 45 鋼，齒面淬火，硬度為 4550HRC；蝸輪用鑄錫磷青鋼 ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，=220 MPa。2HP3確定主要參數(shù) 蝸桿蝸輪傳動，以蝸桿為主動，蝸輪為從動。為了提高傳動效率，取 Z1=6，傳動比取 6，單向旋轉(zhuǎn)，單工作制，預計壽命為 5 年。則 Z2= Z16=36。4按齒面接觸疲勞強度設計 m2d1KT2 (mm3)22215000ZHP （1）計算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 T2 初估傳動效率 =0.95,則T2=9594=9594=95940.95=166.92 Nm12Pn11/Pni0.09230/6 (2) 載荷系數(shù) K=1.05 (3) 許用接觸應力2HP =2200.91.48=293.04 MPa2HP2HPVSZNZ 式中, =220 MPa, =70 MPa2HP2FP 估計滑動速度5m/s，用浸沒潤滑,則由參考文獻 11 P972 圖 182 查得滑動速度影SV響系數(shù)=0.9,=1.48（其中=60at=60153008=3.6,按圖 183VSZNZLZ2n306610查得） ；（4）計算 m2d1值,并選定模數(shù) m 和蝸桿分度圓直徑 d1XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計12m2d11.05166.92=354.34 mm3;21500036 293.04按表 183 查得模數(shù) m=3.15(mm), d1=45 (mm)5. 驗算滑動速度SV (1)計算蝸桿速度1V =0.07065 m/s1V1160 1000dn45 3060 1000 (2)計算滑動速度SV =/=0.07065/=0.0836 m/sSV1Vcoscos22.78 其中=22.78,則初估的值合適。111(/)tgZ m d1(6 3.15/45)tgSV6驗算蝸輪齒彎曲強度 驗算公式為22212666AVFFSFPT K K KY Yd d m（1）使用系數(shù)=1AK（2）動載荷系數(shù)=1.03VK（3）載荷分布系數(shù)=1K（4）d1=45 mm，=m=3.1536=113.4 mm,其中模數(shù) m=3.15(mm)。2d2Z（5）蝸輪齒形系數(shù)=3.92FSY按蝸輪當量齒數(shù)=/=36/=45.93,由圖 172 查得。2VZ2Z3cos3cos 22.78（6）導程角系數(shù)=1-/120=1-/120 =0.81Y22.78（7）許用彎曲應力2HP=700.542=37.94 MPa2HP2HPNY (8)計算彎曲應力 =22.6182666 166.92 1 1.03 13.92 0.8145 113.4 3.15F 由于，幫滿足蝸輪輪齒強度條件。2F2HPXKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計137計算蝸桿蝸輪的主要參數(shù) （1 分度圓直徑 =45，=m=3.1536=113.4mm1d2d2z (2)中心距 a a=(+2m)/2=45+113.4+2(-0.1349)3.15/2=79 mm1d2d2x (3)蝸桿導程角 22.788計算其他尺寸 （1）蝸桿齒頂圓直徑 =+2=45+23.15=51.3 mm，1ad1ad1d1ah 其中為蝸桿齒頂高，且=m=3.15 mm；1ah1ah （2）蝸輪喉圓直徑 =+2=113.4+20.86513.15=118.85 mm，2ad2ad2d2ah 其中為蝸輪齒頂高，且=+=1-0.1349=0.8651 mm；2ah2ahah2x （3）蝸輪外圓直徑=+m=118.5+3.15=122 mm；2ed2ad （4）蝸桿齒寬 由于=6，故按結(jié)構設計，取=64 mm1b1Z1b1b （5）蝸輪齒寬 0。67=0.6751.3 =34.371mm,取=34 mm；2b2b 1ad2b （6）蝸輪齒頂圓弧半徑 =-m=-3.15=19.35 mm2aR2aR12d452 （7）蝸輪齒根圓弧半徑 =+c=+0.2m=+0.23.15=26.28 mm；2fR2fR12ad12ad51.32 （8）蝸桿軸向齒厚 =/2=3.15/2=4.948 mm,其中為蝸桿軸向齒1xs1xsxp/2mxp距； （9）蝸桿法向齒厚 =4.948=4.562 mm；1ns1ns1xscoscos22.78 （10）蝸輪分度圓齒厚 =0.5=0.53.15=4.948 mm。2s2sm9熱平衡計算 蝸桿傳動由于效率低，所以工作時發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時地散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大磨擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以必須根據(jù)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時間內(nèi)的散熱量的條件進行熱功平衡計算，以保證1H2H油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內(nèi)。 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fP1PXKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計14 =1000（1-） W1H1P 式中 為蝸桿傳遞的功率（單位：kW） 。1P 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(-) w2H1t0t 式中 k熱導率，一般取 k=8。717.5W(),環(huán)境空氣流通較差時，取較小值，2mC否則取較大值； A傳動裝置散熱的計算面積，即內(nèi)面被沒浸濺的，而外面又被空氣所能冷卻的的箱殼面積（） ；2m 潤滑油的工作溫度，一般限制在 6070，最高不能超過 80；1tCC 周圍環(huán)境溫度，一般取室溫=20。0t0tC 按熱平衡條件=，可求得在既定工作條件下的沒溫為1H2H =+ 1t0t11000P 1- kAC 在繪制傳動裝置結(jié)構圖的基礎上進行熱平衡計算： =0.09280=0.0736 kW1P00 取=0.95, k=10,并估算 A=0. 006，則2m =20+=81.33801t1000 0.0736 1-0.95 10 0.006CC 由于超過最高工作溫度，所以必須采取一些散熱措施，以提高散熱能力，如在裝循環(huán)冷卻1t管路。36 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核蝸輪轉(zhuǎn)速=5r/min,所能傳遞的功率為 P=0.092800.95=0.07 Kw,此時刀庫的驅(qū)動轉(zhuǎn)2n00矩為：T=120.3NmT0=8Nm，其中=0.9 為普通平鍵帶動刀9549Nn0.0795490.905盤回轉(zhuǎn)的傳動效率。所以，刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩滿足要求。37 確定刀具的選擇方式按數(shù)控裝置的刀具指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動選刀。在刀XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計15庫中選擇刀具通常采用兩種方式。（一）順序選擇刀具刀具按預定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個刀座內(nèi)。該法不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也比較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同工序中不能重復使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)生嚴重的后果。（二）任意選擇刀具這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件加工順序排列，可以任意存放。每把刀具（或刀座）都編上代碼，自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具（或刀座）都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。當某把刀具（或刀座）的代碼與數(shù)控指令相符合時，該把刀具被選中，刀庫將刀具送到換到位置，等待機械手來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與工作加工順序無關，刀具可重復使用。因此，刀具數(shù)量比較順序選擇法少一些。刀庫也相應地簡單些。任意選擇法主要有三種編碼方式：刀具編碼方式、刀座編碼方式和編碼附件方式。在以上確定刀庫容量時已經(jīng)討論可知數(shù)控銑床用 4 把刀就可完成大多數(shù)的銑削加工。所以這個容量為 6 把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程中需要重復利用刀具的情況，所以刀具的選擇方式確定為順序選擇刀具。該法不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也比較簡單，工作可靠。第 4 章 刀具交換裝置的設計數(shù)控機床的自動換刀裝置中,實現(xiàn)刀庫與機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: 一種是采用機械手交換刀具, 另一種是由刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換即無機械手交換刀具。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構對機床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的結(jié)構特性決定難以實現(xiàn)由刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換，故采用機械手交換刀具的方式。 機械手是當主軸上的刀具完成一個工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一道工步的所需的刀具從刀庫中取出并裝入主軸繼續(xù)加工的功能部件。對機械手的具體要求是迅速可靠，準確協(xié)調(diào)。41 換刀機械手抓刀部分結(jié)構 如圖 4-1 所示機械手抓刀部分結(jié)構。它主要由手臂 1 和固定于其兩端的結(jié)構完全相同的兩個手爪 1 組成。手爪上握刀的圓弧部分有一錐銷 2，機械手抓刀時，該銷插入刀柄的鍵槽中。XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計16當機械手由原位轉(zhuǎn) 75抓住刀具時，兩手爪上的長銷 7 分別被主軸前端面和刀庫上的擋塊壓下，使軸向開有長槽的活動銷 6 在彈簧 4 的作用下右移頂住刀具。機械手拔刀時，長銷 7 與擋塊脫離接觸，鎖緊銷 8 被彈簧 5 彈起，使活動銷頂住刀具不能后退，這樣機械手在回轉(zhuǎn) 180時，刀具不會被甩出。當機械手上升插刀時，兩長銷 7 又分別被兩擋塊壓下，鎖緊銷從活動銷孔中退出，松開刀具，機械手便可反轉(zhuǎn) 75復位。42 機械手傳動結(jié)構下圖為本設計刀庫所用采用的機械手結(jié)構示意圖。如前述刀庫結(jié)構，刀套向下轉(zhuǎn)90后，壓下行程開關，發(fā)出機械手抓刀信號。此時，機械手 21 正處在圖中所示的上面位置，液壓缸 18 右腔通壓力油，活塞桿推動齒條 17 向左移動，帶動齒輪 11 轉(zhuǎn)動（連接盤與齒輪 11 用螺栓連接，它們空套在機械手臂軸 16 上，傳動盤 10 與機械手臂軸 16 用花鍵連接） ，使機械手回轉(zhuǎn) 75抓刀。抓刀動作結(jié)束進，齒條 17 上的擋環(huán) 12 壓下行程開關 14，發(fā)出拔刀信號，于是升降液壓缸 15的上腔通壓力油，活塞桿推機械手臂軸 16 下降拔刀。在軸 16 下降進，傳動盤 10 隨之下降，其下端的銷子 8 插入連接盤 5 的銷孔中，連接盤 5 和下面的齒輪 4 也是用螺栓連接的，它們空套軸 16 上。當拔刀動作完成后，軸16 上的擋環(huán) 2 壓下行程開關 1，發(fā)出換刀信號。這時轉(zhuǎn)位液壓缸 20 的右腔通壓力油，活塞桿推動齒條 19向左移動，帶動齒輪和連接盤 5 轉(zhuǎn)動，通過銷子 8，由傳動盤帶動機械XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計17手轉(zhuǎn) 180，交換主軸上和刀庫上的刀具位置。換刀動作完成后，齒條 19 上的擋環(huán) 6 壓下位置開關 9，發(fā)出插刀信號，使升降油缸下腔通壓力油，活塞桿帶著機械手臂軸上升插刀，同時傳動盤下面的銷子 8 從連接盤 5 的銷孔中移出。插刀動作完成后，軸 16 上的擋環(huán)壓下行程開關 3，使轉(zhuǎn)位油缸 20 的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條 19 向右復位，齒輪 4 空轉(zhuǎn)，機械手無動作。齒條 19 復位后其上擋環(huán)壓下行程開關 7，使液壓缸 18 的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條 17 向右移動，通過齒輪 11 使機械手反轉(zhuǎn) 75復位。機械手復位后，齒條 17 上的擋環(huán)壓下行程開關13，發(fā)出換刀完成信號，使刀套向上翻轉(zhuǎn) 90，為下次選刀做好準備。同時機床繼續(xù)執(zhí)行后面的操作，換刀過程亦可見本設計的動畫演示。43 自動換刀過程的動作順序 機械手將刀具從刀庫中取出送至機床主軸上，然后將用過的舊刀送回刀庫。其動作過程簡述如下（結(jié)合如下?lián)Q刀過程示意圖 4-3）：（1） 、刀套下轉(zhuǎn) 90 如上圖 a 所示刀庫位于立柱左側(cè)，刀具軸線在刀庫中的安裝方向與主軸垂直。換刀前，刀庫將待換刀具送到換刀位置，然后刀套連同刀具翻轉(zhuǎn) 90，使刀具軸線與主軸軸線平行，如圖 b 所示。（2） 、機械手轉(zhuǎn) 75 如圖 c 所示，換刀機械手逆時針旋轉(zhuǎn) 75，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸上的刀柄。（3） 、機械手拔刀 待主軸上自動夾緊機構松開刀具后，機械手下降，同時拔出主軸上和刀庫上的刀具，如圖d 所示。（4） 、刀具位置交換 如圖 e 所示，機械手逆時針轉(zhuǎn) 180，使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。（5） 、機械手插刀 機械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫刀套中,如圖 f 所示。（6）機械手順時針轉(zhuǎn) 75 如圖 g 所示,待主軸上自動夾緊機構夾緊刀具后，機械手順時針轉(zhuǎn) 75，回到原始位置。（7）刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉(zhuǎn) 90，準備下一次選刀,如圖 h 所示。XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計1844 自動換刀裝置的相關技術要求441 主軸準停裝置 為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當?shù)毒叩侗b入錐孔時，刀柄上的鍵槽位置必須與該鍵對準才能裝入。當機械手從刀庫取刀時，為了確保刀具其后能順利地裝入主軸錐孔中，必須使主軸準確地停在刀具交換位置上。同時，由于工藝上的需要，也必須使主軸準停在固定位置上。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術要求稱為主軸準停。可在主軸上安裝電氣控制的主軸準停裝置以實現(xiàn)主軸準停功能。442 換刀機械手的安裝與調(diào)試 A：換刀機械手安裝在主軸箱的左側(cè)面，加工零件時，換刀機械手隨主軸箱一起上下運動；B：當初裝上換刀機械手后，必須進行調(diào)試：用手動操縱主式調(diào)整換刀機械手相對于主軸的位置，使用調(diào)整心棒，有誤差時可調(diào)整機械手行程、刀庫位置、機械手支座、修正主軸坐標原點等。安裝最大重量刀具時，要進行多次刀庫到主軸位置的自動交換，使機械手換刀時做到準確無誤，無撞擊。 第 5 章 自動換刀裝置的控制原理5.1 刀庫的控制 刀庫的轉(zhuǎn)動由電機帶動，轉(zhuǎn)速由控制信號電壓調(diào)定。刀庫刀盤最下位置的刀套旋轉(zhuǎn) 90，使刀頭朝下，等待機械手來換刀，是由氣缸實現(xiàn)的。當 PLC 控制系統(tǒng)發(fā)出換刀信號時，氣缸的活塞桿帶動撥叉上升，最下面的一個刀套右尾部的滾子正好進入撥叉的缺口，撥叉 7 上升使刀套連同刀具逆時針旋轉(zhuǎn) 90，使刀頭與主軸平行，便與換刀。當機械手完成換刀后，發(fā)出換刀結(jié)束信號，開始下一道工序。同時刀庫旋轉(zhuǎn) 60，把下一道工序刀具轉(zhuǎn)到刀庫最下端的換刀位置，做好下一次換刀準備，這也縮短了輔助時間。52 機械手的控制機械手的換刀動作由液壓控制。機械手的換刀動作分別由三個液壓缸控制，如圖 5-1 所示。XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計19 具體控制過程上一章 42 機械手傳動結(jié)構已經(jīng)說明。該控制的優(yōu)點是換刀平穩(wěn)，快捷。第 6 章 典型零件的設計6.1 聯(lián)軸器本設計只用到一個聯(lián)軸器，那就是刀庫的驅(qū)動電機主軸與蝸桿軸的聯(lián)接處。6.1.1 聯(lián)軸器的選用由上述可知,本設計的刀庫容量僅為 6 把刀具，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不大于 T0=8Nm。由于本刀庫的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩小，且所需轉(zhuǎn)速小，所以決定采用較普通的套筒聯(lián)軸器。查參考資料 12 表 16-4,選用 d=16mm,型套筒聯(lián)軸器，如圖 6-1 所示。其主要參數(shù)為=28Nm。pM6.1.2 聯(lián)軸器的校核校核公式為cPMKMM其中聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩（Nm）M 聯(lián)軸器的施用轉(zhuǎn)矩（Nm）PM 工作情況因數(shù)，查參考資料 12 表 16-4,得=1.5KK于是，所以所選的聯(lián)軸器合適。1.5 81228cPMKMN mMN m62 托架的設計 本設計所需托架有電機、刀庫及機械手的安裝托架。托架的設計應根據(jù)電機、刀庫及機械手的尺寸重量大小和安裝部位的形狀尺寸等等。由于本設計的篇幅所限，具體的設計就給予省略。設計總結(jié)及鳴謝畢業(yè)設計是完成教學計劃達到專業(yè)培養(yǎng)目標的一個重要的教學環(huán)節(jié)；是教學計劃中綜合性最強的實踐性教學環(huán)節(jié)，它在培養(yǎng)和提高我們綜合運用專業(yè)知識分析和解決實際問題的能力，并進行工程技術人員所必須具備的基本素質(zhì)的訓練等方面具有很重要的意義。畢業(yè)設計能使我XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計20們在以下幾個方面有較大提高。1通過閱讀有關資料對當前先進的機械制造業(yè)的發(fā)展有進一步的了解。2融匯、貫通幾年里所學習的專業(yè)基礎知識和專業(yè)理論知識。3綜合運用所學專業(yè)理論知識和技能提高獨立分析問題和解決實際問題的能力。4培養(yǎng)和提高與設計群體合作、相互配合的工作能力。歷時二個多月的畢業(yè)設計接近尾聲了，我的設計也基本上圓滿完成了。此時回想過去設計的日子，體會多多，感慨也不少。我基本上按照我初定的三階段計劃認真做我的畢業(yè)設計的。設計過程也如我所料，遇到不少的問題。在查閱資料學習階段，我不但認真閱讀了從工程訓練中心借來的 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的說明書，重新溫習了我們以前所學過的數(shù)控機床 、 液壓傳動與氣壓傳動 ，還常去圖書館，翻閱了幾乎所有有關數(shù)控機床、自動換刀、加工中心的圖書資料和部分液壓電氣控制方面的書籍。經(jīng)過這一階段的學習，我對數(shù)控機床、自動換刀裝置的類別、工作原理及其電液控制方面有了大體的認識，這為接下來最主要的具體設計階段打下堅實的基礎。具體設計階段是最主要，最重要，最艱難的階段。萬事開頭難，這一階段的第一個難點就是總體方案的確定。我是在前階段學習了自動換刀形式，加工中心類別的基礎上，認真研究往屆的設計方案，再比較現(xiàn)在有類似數(shù)控機床所應用的機床自動換刀裝置后，最終確定自己的設計方案的。我本以為總體方案確定后，接下來的設計應該就不難了，但真正的設計過程中的困難超出我的所料。不管是具體零部件分析選擇和計算校核，還是工作圖的繪制，我都遇到不少問題，充分暴露以往學習的知識缺漏，自己獨立解決實際問題能力的不足。幸好在此過程中常得到指導老師溫老師的指導、同學們的幫助，讓我基本上解決了問題，完成了這一階段的設計。最后的修改階段。首先我自己先認真檢查修改一遍自己的設計，包括工程圖，動畫以及說明書。然后交給指導老師，請她幫我檢查。指導老師經(jīng)過詳細的檢查后對我的設計給予詳細的、全面的批評指正和修改建議。我根據(jù)指導老師的修改建議，進行第二輪的修改，修改完后再請老師過目指導，直到指導老師認為基本沒什么錯誤為止。這一階段指導老師的點睛之筆是我設計不斷完善的關鍵，在此表示衷心的感謝！設計完成以后，接下來的主要任務就是準備答辯。這是決定畢業(yè)設計成敗的關鍵階段，我必須在再次認真檢查設計的基礎上，認真論證我設計的自動換刀裝置的工作原理、可行性、可靠性以及不足之處等等，為答辯作好充分的準備。通過整個設計階段的自己努力，老師的指導和同學們的幫助，我有信心順利通過畢業(yè)設計答辯。最后，在此對在整個設計過程中，給予我指導和幫助的老師同學表示衷心的感謝！特別是我的指導老師，對我設計給予悉心的指導，她對工作認真負責的態(tài)度也是我學習的好榜樣，我受益匪淺，在此再次表示衷心的感謝！ 參考文獻1 吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊第二版M.北京:高等教育出版社,1999.2廖念釗,莫雨松,李碩根,楊興駿.互換性與技術測量第四版M.北京:中國計量出版社,2000.3陳錦昌,劉就女,劉林.計算機工程制圖M.廣州:華南理工大學出版社,1999.XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀設計214馮辛安,黃玉美,杜君文.機械制造裝備設計M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.5熊光華.數(shù)控機床M. 北京:機械工業(yè)出版社,2001.6李峻勤,費仁元.數(shù)控機床及其使用與維修M.北京:國防工業(yè)出版社,2000.7張柱銀,陳思義,明興祖.數(shù)控原理與數(shù)控機床M.北京:化學工業(yè)出版社,2003.8林東.數(shù)控技術M.北京:北京理工大學出版社,1995.9王愛玲,白思遠.現(xiàn)代數(shù)控機床M.北京:國防工業(yè)出版社,2001.10何存興,張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動第二版M.湖北:華中科技大學出版社,2000.11毛謙德,李振清.袖珍機械機械設計師手冊第二版M.北京:機械工業(yè)出版社,2001.12朱龍根.簡明機械零件設計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,2000.13王可.實用機床設計手冊M.遼寧: 遼寧科學技術出版社,1999.