畢業(yè)論文—數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置的設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　I</b></p><p>　　摘要 ………………………………………………………………………………………I</p><p>　　Abstract ………………………………………………………………………………

2、………II</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1數(shù)控機(jī)床知識1</p><p>　　1.2數(shù)控銑床的分類1</p><p>　　1.2.1數(shù)控立式銑床1</p><p>　　1.2.2臥式數(shù)控銑床2</p><p>

3、　　1.2.3立、臥式兩用數(shù)控銑床2</p><p>　　1.3數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征2</p><p>　　1.3.1數(shù)控銑床的主軸特征2</p><p>　　1.3.2控制機(jī)床運動的坐標(biāo)特征3</p><p>　　1.4數(shù)控銑床的主要功能及加工對象3</p><p>　　1.4.1數(shù)控銑床的功能

4、3</p><p>　　1.4.2自動換刀裝置（ATC）及其形式3</p><p>　　1.4.3自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求5</p><p>　　2總體方案的確定5</p><p>　　2.1XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床及其主要參數(shù)5</p><p>　　2.1.1其主要結(jié)構(gòu)特點6&

5、lt;/p><p>　　2.1.2其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)6</p><p>　　2.2初定其自動換刀裝置的設(shè)計參數(shù)7</p><p>　　2.3確定其自動換刀裝置的形式7</p><p><b>　　3刀庫的設(shè)計8</b></p><p>　　3.1確定刀庫容量8</p>

6、<p>　　3.2確定刀庫形式9</p><p>　　3.3刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計9</p><p>　　3.4初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)11</p><p>　　3.4.1初選電動機(jī)與降速傳動裝置11</p><p>　　3.4.2初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩11</p><p>　　3.5刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)

7、的普通圓柱蝸桿傳動的設(shè)計11</p><p>　　3.6刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核15</p><p>　　3.7花鍵聯(lián)接的強度計算15</p><p>　　3.8夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強度的校核16</p><p>　　3.9確定刀具的選擇方式16</p><p>　　3.10刀庫的定位與刀具的松夾17<

8、;/p><p>　　4刀具交換裝置的設(shè)計18</p><p>　　4.1確定換刀機(jī)械手形式18</p><p>　　4.2換刀機(jī)械手的工作原理19</p><p>　　4.3機(jī)械手的自動換刀過程的動作順序20</p><p>　　4.4機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸4上的齒輪齒條設(shè)計21</p><p

9、>　　4.5自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求21</p><p>　　4.5.1主軸準(zhǔn)停裝置21</p><p>　　4.5.2換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試22</p><p>　　4.6自動換刀程序的編制22</p><p>　　5自動換刀裝置的控制原理23</p><p>　　5.1自動換刀裝置的液

10、壓系統(tǒng)原理圖23</p><p>　　5.2自動換刀裝置換刀動作的順序控制過程24</p><p>　　6典型零件的設(shè)計24</p><p>　　6.1聯(lián)軸器24</p><p>　　6.1.1聯(lián)軸器的選用25</p><p>　　6.1.2聯(lián)軸器的校核25</p><p>

11、;　　6.2選擇離合器的類型25</p><p>　　6.3蝸桿蝸輪傳動設(shè)計的一些相關(guān)技術(shù)要求25</p><p>　　6.4托架的設(shè)計25</p><p><b>　　鳴 謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>&

12、lt;b>　　摘要</b></p><p>　　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（刀庫式）的設(shè)計.刀庫式的自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置（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，其整過換刀過程比較復(fù)雜。首先把加工過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。換刀時，先在刀庫中進(jìn)行選刀，由機(jī)械手從刀

13、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。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THK6363型自動換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動換刀裝置的設(shè)計將仿效THK6363型自動換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計成采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。</p><p>　　

14、刀具按預(yù)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(fù)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(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(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

15、刀庫的刀套中，順序不能有差錯。加工時按順序調(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。所以這個容量為6把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程中需要重復(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。</p><p>　　兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換好時間短，缺點是刀柄精度要求高，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

16、離加工區(qū)較近。一般來說，這種機(jī)械手用于刀庫刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀裝置，因此，在XKA5032A/C數(shù)控立式升降銑床的自動換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；自動換刀裝置；刀庫；換刀機(jī)械手</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This

17、thesis introduction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically cha

18、nge the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to chan

19、ge the knife device most extensively, it is whole to le</p><p>　　The knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife posi

20、tion in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesn't need the knife to identify device, driving a control also more

21、simple, work credibility.But the knife database in each knife have in the different work preface and can't repeat an usage, for satisfying to </p><p>　　Two hands are mutual perpendicular of the advantage

22、 of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adj

23、ust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal

24、 axis sta</p><p>　　Keywords: numerical control milling machines ；Automatic tool changer ；Tool storage ；tool changing-manipulator</p><p>　　XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置</p><p><b>　

25、　緒論</b></p><p><b>　　數(shù)控機(jī)床知識</b></p><p>　　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、運動速度和軌跡進(jìn)行自動加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機(jī)床高，可以精確加工

26、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。</p><p>　　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。此外還有能自動換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。</p><p>　　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

27、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輸入。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。 </p><p>　　未來數(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)床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上

28、，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。</p><p><b>　　數(shù)控銑床的分類</b></p><p><b>　　數(shù)控立式銑床</b></p><p>　　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

29、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(kuò)大行程，縮小占地面積及剛性等技術(shù)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。</p><p>　　從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來看，目前3坐標(biāo)數(shù)控立式銑床仍占大多數(shù)。

30、一般可進(jìn)行3坐標(biāo)聯(lián)動加工，但也有部分機(jī)床只能進(jìn)行3坐標(biāo)中的任意二個坐標(biāo)聯(lián)動加工。此外，還有機(jī)床主軸可以繞X、Y、Z坐標(biāo)軸中其中一個或兩個軸作數(shù)控擺角運動的4坐標(biāo)和5坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。一般來說，機(jī)床控制的坐標(biāo)軸越多，特別是要求聯(lián)動的坐標(biāo)軸越多，機(jī)床的功能、加工范圍及可選擇的加工對象也越多。但隨之而來的是機(jī)床的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設(shè)備的價格也更高。</p><p>　　數(shù)控立式銑床可以附

31、加數(shù)控轉(zhuǎn)盤，采用自動交換臺，增加靠模裝置等來擴(kuò)大數(shù)控立式銑床的功能，加工范圍和加工對象，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。</p><p><b>　　臥式數(shù)控銑床</b></p><p>　　與通用臥式銑床相同，其主軸級平行于水平面。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)盤或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實現(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，而且

32、可以實現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進(jìn)行“四面加工”。可以省去許多專用夾具或?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(jìn)行加工是非常合適的。</p><p>　　立、臥式兩用數(shù)控銑床</p><p>　　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

33、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(dāng)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(jī)床就行了。</p><p>　　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(dāng)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

34、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。</p><p><b>　　數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征</b></p><p><b>　　數(shù)控銑床的主軸特征</b></p><p>　　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(jī)床其變速功能與范圍也不同。有的

35、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(shè)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(biāo)數(shù)控銑床的主軸可以繞X、Y或Z軸作數(shù)控擺動，擴(kuò)大

36、了主軸自身的運動范圍，但是主軸結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。</p><p>　　控制機(jī)床運動的坐標(biāo)特征</p><p>　　為了要把工件上各種復(fù)雜的形狀輪廓連續(xù)加工出來，必須控制刀具沿平面上設(shè)定的直線、圓弧或空間直線、圓弧軌跡運動，因此，要求數(shù)控銑床的伺服拖動系統(tǒng)能在多坐標(biāo)方向同時協(xié)調(diào)動作，并保持預(yù)定的相互關(guān)系，這就要求機(jī)床應(yīng)能實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動。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。要實現(xiàn)連

37、續(xù)加工直線變斜角工件，應(yīng)實現(xiàn)四坐標(biāo)聯(lián)動。若要加工曲線變斜角工件，是要求實現(xiàn)五坐標(biāo)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(jī)床相應(yīng)更高一些。</p><p>　　數(shù)控銑床的主要功能及加工對象</p><p><b>　　數(shù)控銑床的功能</b></p><p>　　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

38、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(yīng)功能、數(shù)控采集功能等。</p><p>　　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：平面類零件；變斜角類零件；曲

39、面類（立體類）零件。</p><p>　　自動換刀裝置（ATC）及其形式</p><p>　　數(shù)控機(jī)床為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，進(jìn)一步壓縮非切削時間，現(xiàn)代的機(jī)床逐步發(fā)展為在一臺機(jī)床上在一次裝中完成多工序或全部工序的加工。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)。對工件的多工序加工而設(shè)置的存儲及更換刀具的裝置稱為自動換刀裝置(A

40、utomatic Tool Changer，ATC);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(chǔ)上，如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心（Machining center 簡稱MC）。在這類數(shù)控機(jī)床上，自動換刀裝置（ATC）是必不可少的。例如加工中心機(jī)床又稱多工序自動換刀數(shù)控機(jī)床，它主要是指具有自動換刀及自動改變工件加工位置工能的數(shù)控機(jī)床，具有自動換刀裝置是加

41、工中心機(jī)床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動換裝置的功能，對整機(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)，）故增加自動換刀裝置并同時自動變換主軸轉(zhuǎn)速。可減輕勞動強度，減少換刀時間，既提高了機(jī)</p><p>　　各類數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置的結(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。這種裝置主要可以分為以下幾種形式：</p>

42、;<p>　　1)回轉(zhuǎn)刀架換刀形式</p><p>　　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(shè)計成四方和六角刀架或其他等多種形式?；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?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須有良好的強度和剛性，以及合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每一次轉(zhuǎn)位之后具有盡可能高的重復(fù)定位精度。如：CK7815型數(shù)控車床采用BA200L刀架，

43、其工作循環(huán)是：刀架接收數(shù)控裝置的指令一松開一轉(zhuǎn)到指令要求的位置一夾緊一發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束的信號。</p><p>　　2)更換主軸頭換刀形式</p><p>　　在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)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(yù)先裝有各工序加工所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當(dāng)收到換刀指令時,各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通

44、主運動使相應(yīng)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。</p><p>　　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(fù)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(gòu)上的原因和空間位置的限制，主軸部件的剛性差且主軸的數(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(jī)床，如數(shù)控銑床。</p>

45、<p>　　3)帶刀庫的自動換刀形式</p><p>　　帶刀庫的自動換刀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(jī)床上的應(yīng)用最為廣泛。帶刀庫的自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)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(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，可明顯提高數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。這種帶刀庫的

46、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。</p><p>　　刀庫的類型按刀庫的結(jié)構(gòu)形式可分為：圓盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁臁⑾湫褪降稁?--箱型和線型；按設(shè)置部位的不同，刀庫可以分為：頂置式、側(cè)置式、懸掛式和落地式等多種類型；按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為：普通刀庫(簡稱刀庫)和主軸箱刀庫。雖然刀庫有多種形式，但數(shù)控機(jī)床上常用的主要是圓盤式和鏈?zhǔn)絻煞N。交換裝置的機(jī)械手形式也多樣，目前在數(shù)控機(jī)床上用得最多

47、的是回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手。其他形式還有擺動式單臂雙爪機(jī)械手、單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手、雙機(jī)械手等等。</p><p>　　自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求</p><p>　　1）刀具換刀時間短。</p><p>　　2）刀具重復(fù)定位精度高。</p><p>　　3）足夠的刀具儲存量。</p><p>　　4）刀庫占地面積小。&

48、lt;/p><p><b>　　5）換刀安全可靠。</b></p><p><b>　　總體方案的確定</b></p><p>　　依據(jù)設(shè)計任務(wù)書，我們的任務(wù)是給XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床設(shè)計安裝合適的自動換刀裝置。主要技術(shù)參數(shù)為： </p><p>　　1）刀庫容量：4-6

49、2）選刀方式：順序選刀 3）重復(fù)精度：5"</p><p>　　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(jī)構(gòu)、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(jī)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(jī)床部件，設(shè)計依據(jù)是該機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。</p><p>　　

50、XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床及其主要參數(shù)</p><p>　　XKA5032A型數(shù)控立式升降臺銑床是一種使用范圍廣泛的機(jī)床，根據(jù)用戶要求，配置國內(nèi)外（OSP-U10M、SIEMENS802D、華中Ⅰ號）先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，可手動或自動操作。它可以實現(xiàn)X、Y、Z三軸同時定位/直線插補，同時二軸圓弧插補。OPS全域絕對位置檢測。每次開機(jī)無須回零，簡化機(jī)床操作。尤其在發(fā)生停機(jī)、斷電、更換程序等情況后再啟動時不用整機(jī)

51、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?？刹捎弥鞒绦颉⒆映绦蜻M(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，絕對值、增量可并用。各有50組刀具長度、半徑長度補償。彩色LCD中文顯示，具良好人機(jī)對話窗口，系統(tǒng)具有160m存儲容量，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Τ绦蜻M(jìn)行模擬加工，刀具軌跡跟蹤及動畫

52、仿真、圖形動畫顯示，記錄運行時間及作業(yè)信息。</p><p>　　XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床是北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)的帶有立銑頭的立式銑床，為機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，三坐標(biāo)聯(lián)動，是一種使用很廣的機(jī)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(fù)循環(huán)和框式循環(huán)或按坐標(biāo)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(jī)床適用于機(jī)械制造的各種類部門，也適用于軍工部門。

53、</p><p><b>　　其主要結(jié)構(gòu)特點</b></p><p>　　1)主傳動系統(tǒng)為7.5Kw的交流電動機(jī)通過彈性連軸器驅(qū)動主傳動箱，主傳動箱內(nèi)有三組滑移齒輪,液壓預(yù)選變速機(jī)構(gòu)推動各滑移齒輪,組成18種轉(zhuǎn)速,再傳到銑頭上的主軸，主傳動箱內(nèi)有電磁制動器,主軸制動迅速平穩(wěn)。</p><p>　　2)進(jìn)給系統(tǒng) X、Y、Z三個座標(biāo)的進(jìn)給，都是由交

54、流伺服電機(jī)驅(qū)動的。電機(jī)通過同步齒形帶驅(qū)動滾珠絲杠，從而使部件沿導(dǎo)軌移動。伺服電機(jī)及其相應(yīng)的速度控制單元和用于位置檢測的脈沖編碼器等均受控于數(shù)控系統(tǒng)；以完成各種進(jìn)給運動。</p><p>　　同步齒形帶可張緊以減少傳動間隙，噪聲亦可降低。</p><p>　　垂向電機(jī)是帶制動器的，當(dāng)斷電時，垂向剎緊，以防止升降臺因自重而下滑。</p><p>　　3)銑頭上的立式主軸

55、，有符合國際標(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。</p><p>　　4)刀柄采用標(biāo)準(zhǔn)XT50形式，可與萬能銑床刀柄通用。</p><p><b>　　5)潤滑系統(tǒng)</b></p><p>　　自動潤滑站

56、配以遞進(jìn)式分油器，對機(jī)床導(dǎo)軌副、滾珠絲杠副及齒輪副等進(jìn)行自動的定時定量潤滑，每次加油量和兩次間的時間間隔都是可調(diào)的，力求保證每個潤滑點的合理油量。</p><p>　　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，安裝方便，集中操縱但能又多位置操作。</p><p>　　7)半自動的裝卸刀機(jī)構(gòu),安裝在銑頭的上方，通過兩個按鈕分別控制裝刀和卸刀，方便而安全，即使主軸向外伸出，也不

57、會影響刀具的裝卸。</p><p>　　其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表一 機(jī)床主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　該機(jī)床推薦使用的最大切削范圍如下：</p><p>　　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；</p><p>　　銑切寬度50mm，銑切深度

58、3 mm；主軸轉(zhuǎn)速750 r/min，進(jìn)給量750mm/min。</p><p>　　銑切灰鑄鐵：材料HT200，硬度HB150～225。銑刀直徑250mm，齒數(shù)14；</p><p>　　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</p><p>　　初定其自動換刀裝置的設(shè)計參數(shù)</p><

59、p>　　在銑削輪廓時，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(dāng)銑切鋼時，銑刀直徑為100 mm。當(dāng)銑灰鑄鐵時，銑刀直徑達(dá)250mm。因此，為了滿足該機(jī)床的實際加工能力與生產(chǎn)情況，在設(shè)計其自動換刀裝置時，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來設(shè)計，即設(shè)計的換刀裝置能交

60、換250mm的刀具。</p><p>　　初估最大直徑刀具的重量為8kgf。</p><p>　　確定其自動換刀裝置的形式</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機(jī)床的種類、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。</p><p>　　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(jī)床，

61、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。</p><p>　　帶刀庫的自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置（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，其整過換刀過程比較復(fù)雜。首先把加工過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。換刀時，先在刀庫中進(jìn)行選刀，由機(jī)械手從刀庫和主軸上取出刀具，然后交換位置，把

62、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(jī)床以外。</p><p>　　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(jī)床外又要增加刀具運輸時間，降低效率，所以安裝在機(jī)床側(cè)面最合適，有些部件交錯的地方，作適當(dāng)?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THK6363型自動換刀數(shù)控鏜

63、銑床相似，所以本機(jī)床的自動換刀裝置的設(shè)計將仿效THK6363型自動換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計成由由盤式刀庫和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。設(shè)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。</p><p>　　圖1-1 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床的外觀圖</p><p><b>　　刀庫的設(shè)計</b></p>&

64、lt;p>　　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(gòu)對數(shù)控機(jī)床的性能有很大影響。</p><p><b>　　確定刀庫容量</b></p><p>　　決定刀庫容量時，首先要考慮加工工藝的需要，同時還要調(diào)查分析同類型、相近規(guī)格的自動換刀機(jī)床的刀庫容量及其發(fā)展趨勢。由于帶自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主要是在多品種、單件小批生產(chǎn)時使用，因而應(yīng)根

65、據(jù)廣泛的工藝統(tǒng)計，依大多數(shù)工件加工時需要的刀具數(shù)來確定刀庫容量。例如，對功能較為齊全的加工中心而言，它可承擔(dān)多個工件的切削任務(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為刀庫容量與機(jī)床能加工工件的比率統(tǒng)計曲線。</p><p>　　刀庫儲存量過大，導(dǎo)致刀庫的結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜,影響機(jī)床總體布局；儲存量過小，則不能滿足復(fù)雜零件的加工要求。因此，

66、刀庫容量應(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，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時間。對自動換刀數(shù)控機(jī)床的刀庫容量，有關(guān)資料曾對15000個零件進(jìn)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，4把銑刀可完成加工工件的95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝， 14把刀的容量就可完成70％以上工件的鉆銑工藝，配有14—40把刀具的刀庫就能夠滿足70％-95％工件的加工需要。

67、因此，對XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床，從使用和經(jīng)濟(jì)效率角度來看，容量為6的刀庫就可滿足要求了。</p><p><b>　　確定刀庫形式</b></p><p>　　由以上考慮XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床的結(jié)構(gòu)布局等原因，決定采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式。這種刀庫結(jié)構(gòu)簡單，刀具排列較為緊湊，在刀庫容理定為6的情況下體種不大，且取刀也較為方便，但需要

68、考慮機(jī)械手的換刀動作空間。</p><p><b>　　刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　如刀庫裝配圖所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動機(jī)接通，其運動經(jīng)過十字聯(lián)軸器、波傳動減速器、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，刀盤帶動刀座上的6個刀套轉(zhuǎn)動，完成選刀動作。</p><p>　　初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)&l

69、t;/p><p>　　刀庫回轉(zhuǎn)運動多數(shù)采用液壓馬達(dá)、直流電動機(jī)驅(qū)動，并沒有降速傳動裝置。</p><p>　　初選電動機(jī)與降速傳動裝置</p><p>　　刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)中，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(jī)驅(qū)動。直流伺服電動機(jī)具有體積小，重量輕、伺服性好、力能指標(biāo)高等優(yōu)點，且該電機(jī)可用信號電壓進(jìn)行無級調(diào)速。采用型號為90SZ03的SZ系列

70、電磁式直流伺服電動機(jī)，其基本參數(shù)為：功率0.092KW，轉(zhuǎn)速3000R/MIN（《袖珍機(jī)械師設(shè)計手冊》P1275）；降速傳動裝置型號為XB3-50-100A的扁平式諧波傳動減速器，其基本參數(shù)為：輸入功率0.092KW，輸出轉(zhuǎn)矩18N·m（《袖珍機(jī)械師設(shè)計手冊》P1078-1079）。</p><p><b>　　初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　

71、由于刀庫容量6，下面就以THK6363型自動換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫為設(shè)計參考（查參考資料14），采用經(jīng)驗法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　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(dá)10kgf，刀庫回轉(zhuǎn)由最大扭矩為25N·m的液壓馬達(dá)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動?，F(xiàn)在由于設(shè)計的刀庫容量為6把刀具，可初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩(主要是指直接驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩)

72、為T0=8N·m。</p><p>　　刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動的設(shè)計</p><p>　　刀庫的主運動是圓周回轉(zhuǎn)運動，如圖3-3所示,直流伺服電動機(jī)1通過彈性柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動減速器2聯(lián)接減速后驅(qū)動蝸桿3,設(shè)計刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動. 由刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。</p><p>　　己知直流伺服電動機(jī)1的功率為0.092KW,轉(zhuǎn)速為3000R/

73、MIN,諧波傳動減速器2的傳動比為100.傳動效率為80%,1經(jīng)2減速后驅(qū)動蝸桿3,蝸桿為主動,蝸輪為從動,要求傳動此為6,單向旋轉(zhuǎn),單班工作制,預(yù)計壽命為5年.</p><p>　　1)選擇蝸桿傳動類型</p><p>　　根據(jù)GB10085—88的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）。</p><p><b>　　2)選擇材料</b></p&

74、gt;<p>　　蝸桿采用45鋼，齒面淬火，硬度為45～50HRC；蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，=220 MPa，=220 MPa。</p><p><b>　　3)確定主要參數(shù)</b></p><p>　　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(yù)計壽命為5年。則Z2=

75、 Z1ⅹi= 6ⅹ6=36。</p><p>　　4)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計</p><p>　　m2d1KT2 (mm3)</p><p>　　a)計算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2</p><p>　　初估傳動效率η=0.95,則</p><p>　　T2=9549=9549η=9549ⅹ0.95=133.53 N·m

76、</p><p>　　其中n1 =3000/100=30(r/min)</p><p>　　b)載荷系數(shù)K=1.05</p><p><b>　　c)許用接觸應(yīng)力</b></p><p>　　==220ⅹ0.9ⅹ1.48=293.04 MPa</p><p>　　式中, =220 MPa, <

77、;/p><p>　　估計滑動速度<5m/s，用浸沒潤滑,則由(參考文獻(xiàn)11) (P972圖18—2)查得滑動速度影響系數(shù)=0.9,=1.48（其中=60at=60ⅹ1ⅹⅹ5ⅹ300ⅹ8=3.6ⅹ,按圖18—3查得）；</p><p>　　d)計算m2d1值,并選定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1</p><p>　　m2d1ⅹ1.05ⅹ133.53=283.46 mm3

78、;</p><p>　　按表18—3查得模數(shù)m=3.15(mm), d1=35.5 (mm)</p><p>　　(m2d1值應(yīng)大于計算值)</p><p><b>　　5)驗算滑動速度</b></p><p><b>　　a)計算蝸桿速度</b></p><p>　　===

79、0.0558 m/s</p><p><b>　　b)計算滑動速度</b></p><p>　　=/=0.0558/=0.0632 m/s</p><p>　　其中===,則初估的值合適。</p><p>　　6)驗算蝸輪齒彎曲強度</p><p><b>　　驗算公式為</b&g

80、t;</p><p><b>　　a)使用系數(shù)=1</b></p><p>　　b)動載荷系數(shù)=1.03</p><p>　　c)載荷分布系數(shù)=1</p><p>　　d1=35.5 mm，=m=3.1536=113.4 mm,其中模數(shù)m=3.15(mm)。</p><p>　　d)蝸輪齒形系數(shù)=

81、4.00</p><p>　　e)按蝸輪當(dāng)量齒數(shù)=/=36/=52.34,由圖17—2查得。</p><p>　　f)導(dǎo)程角系數(shù)=1-/120°=1-/120=0.766</p><p><b>　　g)許用彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　==700.542=37.94 MPa</p>&l

82、t;p><b>　　h)計算彎曲應(yīng)力</b></p><p><b>　　=22.132</b></p><p>　　由于<，故滿足蝸輪輪齒強度條件。</p><p>　　7)計算蝸桿蝸輪的主要參數(shù)</p><p><b>　　a)分度圓直徑</b></p&g

83、t;<p>　　=35.5，=m=3.1536=113.4mm</p><p><b>　　b)中心距a</b></p><p>　　a=(++2m)/2=[35.5+113.4+2(-0.1349)3.15]/2=74 mm</p><p><b>　　c)蝸桿導(dǎo)程角 </b></p><

84、;p><b>　　8)計算其他尺寸</b></p><p>　　a)蝸桿齒頂圓直徑 =+2=35.5+23.15=41.8 mm，</p><p>　　其中為蝸桿齒頂高，且=m=3.15 mm；</p><p>　　b)蝸輪喉圓直徑 =+2=113.4+20.86513.15=118.85 mm，</p>&l

85、t;p>　　其中為蝸輪齒頂高，且=+=1-0.1349=0.8651 mm；</p><p>　　c)蝸輪外圓直徑=+m=118.85+3.15=122 mm；</p><p>　　d)蝸桿齒寬 由于=6，故按結(jié)構(gòu)設(shè)計，取=64 mm</p><p>　　e)蝸輪齒寬 0.67=0.6741.8 =28.006mm,取=28 mm；&l

86、t;/p><p>　　f)蝸輪齒頂圓弧半徑 =-m=-3.15=14.6 mm</p><p>　　g)蝸輪齒根圓弧半徑 =+c=+0.2m=+0.23.15=21.53 mm；</p><p>　　h)蝸桿軸向齒厚 =/2==3.15/2=4.948 mm,其中為蝸桿軸向齒距；</p><p>　　i)蝸桿法向齒厚

87、 ==4.948=4.368 mm；</p><p>　　j)蝸輪分度圓齒厚 =0.5=0.53.15=4.948 mm。</p><p><b>　　9)熱平衡計算</b></p><p>　　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♂專瑥亩龃竽ゲ翐p失，甚

88、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(jìn)行熱功平衡計算，以保證油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內(nèi)。</p><p>　　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</p><p>　　=1000（1-）W</p><p>　　式中為蝸桿傳遞的功率（單位：kW）。</p><p>　　以自然冷卻

89、方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為</p><p><b>　　=kA(-)W</b></p><p>　　式中k——熱導(dǎo)率，一般取k=8.7～17.5W(),環(huán)境空氣流通較差時，取較小值，否則取較大值；</p><p>　　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（）；</p>

90、<p>　　——潤滑油的工作溫度，一般限制在60～70，最高不能超過80；</p><p>　　——周圍環(huán)境溫度，一般取室溫=20。</p><p>　　按熱平衡條件=，可求得在既定工作條件下的沒溫為</p><p><b>　　=+ </b></p><p>　　在繪制傳動裝置結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行熱平衡計算：

91、</p><p>　　=0.09280=0.0736 kW</p><p>　　取=20,=0.95, k=10,并估算A=0. 006，則</p><p>　　=20+=81.33＞80</p><p>　　由于＞80,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，如在傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。</p><p

92、><b>　　刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核</b></p><p>　　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)矩為：T===120.3N·m＞T0=8N·m，其中=0.9為外花鍵帶動刀盤回轉(zhuǎn)的傳動效率。由于T＞T0，所以，刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩滿足要求。</p><p><b>　　花鍵聯(lián)接

93、的強度計算</b></p><p>　　在刀庫的傳動系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯(lián)接帶動刀座上的刀套轉(zhuǎn)動而進(jìn)行選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動聯(lián)接。已知所用的花鍵類型為漸開線花鍵d=26mm,以下對其進(jìn)行必要的強度計算。計算公式如下：</p><p>　　p=[p]MPa 式中:</p><p>　　T——轉(zhuǎn)距（N·mm），此處T=120.3N·

94、;m=120.31000N·mm；</p><p>　　——各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常取=0.70.8，此處取=0.75；</p><p>　　z——齒數(shù)，此處z=6；</p><p>　　——齒的工作高度（mm），對漸開線花鍵，=m,此處m為模數(shù)，且取m=1.5mm；</p><p>　　——齒的工作長度（mm），此處=48mm；

95、</p><p>　　——平均直徑（mm），對漸開線花鍵，此處=d=26mm。</p><p>　　于是，把數(shù)據(jù)代入計算公式，得p===28.6MPa</p><p>　　由于該花鍵聯(lián)接為不在載荷作用下移動的動聯(lián)接，查表9-13可知，若齒面經(jīng)熱處理且使用和制造情況為良好時，[p]可達(dá)4070 MPa，p[p],故花鍵聯(lián)接的強度滿足要求。</p><

96、;p>　　夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強度的校核</p><p>　　刀套在刀座上的夾緊由插銷實現(xiàn)（見刀庫裝配圖）。插銷承受的主要是剪切力，以下對單個插銷進(jìn)行剪切強度的校核。</p><p>　　插銷材料為45鋼，[]=60MPa,直徑d=6mm。</p><p>　　剪切力由重力引起，估算P=100N,插銷受力如圖所示。</p><p>　　由圖

97、可知該情況為雙剪切，且由平衡方程易得Q=P/2,</p><p>　　于是，插銷橫截面上的剪切力為</p><p>　　= Q/A=(100)/[]=1.8MPa[]</p><p>　　故插銷滿足強度條件要求。</p><p><b>　　確定刀具的選擇方式</b></p><p>　　按數(shù)控裝

98、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。在刀庫中選擇刀具通常采用兩種方式。</p><p><b>　　1)順序選擇刀具</b></p><p>　　刀具按預(yù)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

99、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(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(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的刀套中，順序不能有差錯。加工時按順序調(diào)刀。適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動換刀裝置。</p><p><b>　　2)任意選擇刀具<

100、/b></p><p>　　任意選擇刀具的換刀主要有三種編碼方式：刀套(刀座)編碼、刀具編碼、記憶編碼附件等方式。刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識別的編碼條，刀具（或刀座）編碼這種方法根據(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(dāng)某把刀具（或刀座

101、）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(jī)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(guān)，刀具可重復(fù)使用。因此，刀具數(shù)量比較順序選擇法少一些,刀庫也相應(yīng)地簡單些。</p><p>　　刀庫選刀方式一般采用就近移動原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據(jù)程序指令把下工序要用的刀具移到換刀位置時，都要向距離換刀最近的方向移動，以節(jié)省選刀時間。</p>

102、<p>　　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(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。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。</p><p>　　刀庫的定位與刀具的松夾</p><p>　　刀庫旋轉(zhuǎn)定位是依靠簡易定位裝置來實現(xiàn)的。其控制過程示意圖如下：&

103、lt;/p><p>　　刀庫的定位是由接近開關(guān)使直流伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，然后由雙向液壓帶動定位銷6，插入刀座5上的定位孔，實現(xiàn)精確定位。在刀座5的每一個刀位上都裝有如圖所示的彈簧、導(dǎo)柱3、鍵塊1和銷2所組成的刀具固定裝置。由此實現(xiàn)刀具在刀庫上的固定鎖緊。圖中所示為刀具卡在刀座上的狀況。當(dāng)液壓缸4通油后，將導(dǎo)柱3拉出，使銷2退出，此時刀具在刀座上處于自由狀態(tài)，控制刀具固定裝置的液壓缸4有兩個，一個和定位銷在一起，自動換刀

104、時用，另一個在靠近立柱方向，用于刀庫手動裝卸刀。</p><p><b>　　刀具交換裝置的設(shè)計</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置中,實現(xiàn)刀庫與機(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, 另一種是由刀庫與機(jī)床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換即無機(jī)械手交換刀具。無機(jī)械手交換刀具方式：結(jié)構(gòu)簡單，

105、成本低，換刀的可靠性較高；刀庫因結(jié)構(gòu)所限容量不多。這種換刀系統(tǒng)多為中、小型加工中心采用。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)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(gòu)特性決定難以實現(xiàn)由刀庫與機(jī)床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式。</p><p>　　機(jī)械手是當(dāng)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要的刀具從刀庫中取

106、出并裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。對機(jī)械手的具體要求是迅速可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。</p><p><b>　　確定換刀機(jī)械手形式</b></p><p>　　在自動換刀數(shù)控機(jī)床中，換刀機(jī)械手的形式是多種多樣的，常見的有以下幾種。</p><p>　　1)兩手呈180°的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手；</p><p>　　2

107、)兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手</p><p>　　3)兩手平行的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手；</p><p>　　4)雙手交叉式機(jī)械手；</p><p>　　由于不同的數(shù)控機(jī)床（加工中心）的刀庫與主軸的相對位置不同。所以各種數(shù)控機(jī)床所使用的換刀機(jī)械手也不盡相同。</p><p>　　上圖是兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。&l

108、t;/p><p>　　這種機(jī)械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換好時間短，缺點是刀柄精度要求高，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。</p><p>　　一般來說，這種機(jī)械手用于刀庫刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀裝置，因此，在XKA5032A/C數(shù)控立式升降銑床的自動換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。</p><p>　　換刀機(jī)械

109、手的工作原理</p><p>　　下面是以在XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床的自動換刀裝置中采用這種上機(jī)械手換刀的工作原理。</p><p>　　該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起運動。機(jī)械手由機(jī)械手臂與45°的斜殼體組成。機(jī)械手臂1形狀對稱。固定在回轉(zhuǎn)軸4上，回轉(zhuǎn)軸與主軸成45°角，安裝在殼體3上，5為手臂托，可由液壓缸帶動（圖中未標(biāo)出），機(jī)械手有伸縮、

110、回轉(zhuǎn)、抓刀、松刀等動作。</p><p>　　伸縮動作：液壓缸（圖中未標(biāo)出）帶動手臂托架5沿主軸軸向移動。</p><p>　　回轉(zhuǎn)動作：液壓缸2中的齒條輪通過齒輪帶動回轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動。從而實現(xiàn)手臂正向和反向180°的旋轉(zhuǎn)運動。</p><p>　　抓刀、松刀動作：機(jī)械手對刀具的夾緊和松開是通過液壓缸6。碟形彈簧7及拉桿8、杠桿9、活動爪10來實現(xiàn)。碟形彈簧實

111、現(xiàn)夾緊，液壓缸實現(xiàn)松開。在活動爪中有兩個銷子11，當(dāng)夾緊刀具時，插入刀柄凸緣的孔內(nèi)，確保安全、可靠。</p><p>　　機(jī)械手的自動換刀過程的動作順序</p><p>　　（a） （b） （c） （d）</p><p>　　圖4-6 換刀機(jī)械手的換刀過程</p><

112、;p>　　自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。</p><p>　　選刀即刀庫按照選刀命令（或信息）自動將要用的刀具移動到換刀位置，完成選刀過程，為下面換刀做好準(zhǔn)備，換刀即是機(jī)械手把主軸上用過的刀具取下，將選好的刀具安裝在主軸之上。</p><p>　　換刀動作的大致過程為：</p><p>　　1)主軸箱回到最高處（z坐標(biāo)零點），同時實現(xiàn)“主軸準(zhǔn)停