龍門式可換頭五軸加工中心3d設(shè)計-刀庫和換刀裝置的探討和研究

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著機械工業(yè)的不斷推進，計算機技術(shù)在機床設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用，數(shù)控機床獲得飛速發(fā)展。作為數(shù)控機床的典型代表，加工中心無論是在增進加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率還是在降低生產(chǎn)成本，擴大經(jīng)濟效益等諸多方面多都有明顯的效果。因此，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)外用戶都對加工中心的開發(fā)和研究給予極大地關(guān)注和重視，從而也加快了加工中心的發(fā)展速度，并

2、且質(zhì)量水平、工作性能以及技術(shù)含量也不斷提高，在以加工中心為基礎(chǔ)組成的柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)得到發(fā)展之后，對加工中心又提出了更高層次的要求。</p><p>　　自動換刀裝置（簡稱ATC）是加工中心的重要組成單元，也是加工的典型特征。它存儲加工中心所需的刀具，在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，將所要用的刀具準確地送到換刀位置，從而保證加工生產(chǎn)的連續(xù)高效型。由此可見ATC的重要作用。</p><p>　

3、　同時,在實際的設(shè)計計算中，傳統(tǒng)的手冊加筆加圖板的模式在講求效率的今天已經(jīng)跟不上社會的發(fā)展。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和計算機的普及，大量的計算機輔助設(shè)計軟件隨之產(chǎn)生，他幫助我們進行設(shè)計、造型、裝配、校核、仿真、制造，大大縮短了設(shè)計周期，加快了設(shè)計進程。而且通過計算機輔助設(shè)計軟件，得出的模型直觀、準確。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計是龍門式可換頭五軸加工中心3D設(shè)計-------刀庫和換刀裝置的探討和研究，為適應(yīng)目前

4、機械設(shè)計的趨勢，縮短設(shè)計周期，加大設(shè)計的準確性，我采用了美國Autodesk公司的Mechanical Desktop軟件直接進行造型設(shè)計，并在造型完成之后，采用MSC公司的Working Model軟件進行動力學(xué)仿真，找出設(shè)計中的不足進而進一步優(yōu)化和完善設(shè)計。</p><p>　　總之，我以極其認真的態(tài)度，進行了這項工作，在設(shè)計過程當中，我得到導(dǎo)師姜可以及其他老師的耐心指導(dǎo)和幫助，再次表示衷心的感謝！由于本人才

5、疏學(xué)淺，以及對實際生產(chǎn)了解甚少，設(shè)計當中定有不足指出，懇請得到諸位老師的進一步指導(dǎo)，謝謝！</p><p><b>　　課題概述</b></p><p><b>　　一、課題來源</b></p><p>　　1999年底，北京機械工業(yè)學(xué)院、北京航天航空大學(xué)和桂林機床股份有限公司開始共同開發(fā)研制五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心。為了使該

6、加工中心有高精度、高速度和高剛度，該項目引進了計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)（CAD/CAM）、虛擬制造技術(shù)（VM）、網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)（NM）、計算機輔助工程技術(shù)（CAE）及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（PDM）等現(xiàn)代設(shè)計和制造技術(shù)。本課題是該項目的一部分，即虛擬制造技術(shù)，主要內(nèi)容為：使用虛擬制造技術(shù)對設(shè)計方案進行虛擬建模、仿真，模擬和評估，在實際制造之前解決可能遇到的諸如機床功能、性能以及可加工性等各種問題，從而進一步優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，盡量減少物理樣機的試生

7、產(chǎn)和調(diào)試過程，最終盡可能使制造的第一個產(chǎn)品就是最優(yōu)產(chǎn)品。幫助企業(yè)以最快的速度、最好的質(zhì)量和最低的成本完成該項目，贏得市場競爭</p><p><b>　　二、課題內(nèi)容</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容是龍門式可換頭五軸加工中心3D設(shè)計中的刀庫和換刀裝置部分設(shè)計、裝配與仿真。</p><p>　　三、設(shè)計（論文）的設(shè)計數(shù)據(jù)及來源：&l

8、t;/p><p>　　基本數(shù)據(jù)（長度單位： ）</p><p>　　工作臺面積（寬×長）： 1600×4000</p><p>　　工作臺縱向行程：4000</p><p>　　滑枕行程： 橫向發(fā)： 1000； 縱向： 2500</p><p>　　主軸斷面到工作臺面的距離：最?。?95； <

9、;/p><p><b>　　最大：1095；</b></p><p>　　主電機功率： 28 </p><p>　　機床主軸轉(zhuǎn)速范圍（ ）： 0-10000</p><p>　　A（B）軸擺角±100º、C軸轉(zhuǎn)角±180º、刀庫容量 40</p><p>

10、　　機床體積（長寬高）： 9400×4300×3900</p><p>　　工作臺最大承受重量： 10000K</p><p><b>　　數(shù)據(jù)來源：</b></p><p>　　桂林機床股份有限公司XK2316/4-5X五軸聯(lián)動數(shù)控銑床</p><p><b>　　四、課題要求<

11、;/b></p><p>　　完成刀庫、自動換刀裝置的設(shè)計；</p><p>　　學(xué)習(xí)三維設(shè)計軟件（）的應(yīng)用；</p><p>　　完成刀庫系統(tǒng)及自動換刀機械部分的三維建模和裝配；</p><p>　　完成自動換刀系統(tǒng)的運動仿真。</p><p>　　五、與選題有關(guān)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢</p>&

12、lt;p>　　五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心是功能強，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高的機床，它廣泛應(yīng)用于航天、航海、汽車等領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)中有非常重要的應(yīng)用價值。</p><p>　　在五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的開發(fā)過程中，自動萬能銑頭是關(guān)鍵技術(shù)，目前國內(nèi)只有很少數(shù)幾個廠家正在開發(fā)和生產(chǎn)自動萬能銑頭，主要還處于搜集技術(shù)資料和研究階段。而國外一些發(fā)達國家中，自動萬能銑頭已經(jīng)普遍應(yīng)用于立式和龍門式數(shù)控銑床以及數(shù)控加工中心。使銑床達到五

13、軸聯(lián)動，實現(xiàn)四面體和五面體加工，可以大大提高銑床的自動化水平和工藝范圍以及工作效率。研究開發(fā)五軸加工中心要求具有較高的性能技術(shù)指標，不僅要具有多坐標復(fù)雜曲面的加工功能，而且還要滿足高速度、高剛度和高精度的要求。而發(fā)達國家在進出口技術(shù)含量高的五軸聯(lián)動加工中心方面，對我國進行限制，因此，五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的研究開發(fā)是一個難度比較的的項目。</p><p>　　加工中心的發(fā)展方向：</p><p&

14、gt;<b>　　① 提高主軸轉(zhuǎn)速；</b></p><p>　　中小型加工中心主軸最大轉(zhuǎn)速大部分提高到5000-6000 有的已達40000 。 為此，許多加工中心采用陶瓷軸承、磁浮軸承。潤滑方式采用油霧潤滑，潤滑油的 值已達15×105。主軸系統(tǒng)進行嚴格的動平衡，對于軸承甚至電機進行鑲套油冷。</p><p><b>　?、?提高

15、進給速度；</b></p><p>　　目前加工中心快速進給速度已達33 逐步靠近50 </p><p>　　為達到高速度，進給機構(gòu)中的滾珠絲杠采取預(yù)緊結(jié)構(gòu)，并使其保持發(fā)熱狀態(tài)，采用滾動導(dǎo)軌及AC伺服電機和32位地數(shù)控裝置。為實現(xiàn)高速進給，數(shù)控裝置必須采用快速處理方式。例如采用數(shù)控高速轉(zhuǎn)換器，將數(shù)據(jù)快速傳遞。</p><p><b

16、>　?、?提高加工精度：</b></p><p>　　提高加工中心精度的方法是提高精度診斷技術(shù)、提高圓弧補償精度和機床定位精度。</p><p>　?、?縮短非加工時間：</p><p>　　現(xiàn)在許多小型加工中心刀具交換時間達1-2 ，有的已達0。5 縮短非加工時間除了縮短刀具交換時間外，還要節(jié)省刀具移近工件的時間。例如，采用移動式立柱結(jié)構(gòu)

17、，使工作臺面與操作者距離更近，操作者操縱機床時，操縱更靈活方便。采用接觸傳感器測量工件尺寸，有利于提高精度和節(jié)省時間。節(jié)省工件搬運時間，使工件在搬運過程中省時省力。切削加工時，采用合適的冷卻方式防止切屑進入機床的運動部分，使機床運轉(zhuǎn)可靠等，都是發(fā)揮機床性能的措施。</p><p>　　⑤ 提高自動化程度；</p><p>　　為提高效率，機床硬件和軟件采用加工中心對話狀態(tài)，使其操作簡單，時

18、間短，檢驗及時，錯誤少。</p><p>　　為進一步擴展加工中心的功能，提高自動化程度，可在加工中心上增加自動交換托盤等輔助設(shè)備及監(jiān)視機能裝置，構(gòu)成FMC，將若干臺FMC相連，家上工件、刀具運輸機構(gòu)和工業(yè)機器人組成柔性制造系統(tǒng)。</p><p><b>　?、?特殊功能附件；</b></p><p>　　如零件自動測量裝置、尺寸調(diào)整裝置和鏜刀

19、檢驗裝置、刀具破損監(jiān)測裝置、冷卻液供給裝和切削傳送裝置等。刀具破損檢測裝置是應(yīng)用聲反射的檢測方法，利用刀具在斷裂瞬間發(fā)生的超聲波便可判知刀具破損，該裝置可將切削引起的金屬撕裂聲和刀具破損產(chǎn)出的超聲波區(qū)分開。為適應(yīng)高速切削，有的還采用大流量冷卻方式，采用全封閉噴淋方式等。</p><p>　　世界各國著名廠家加工中心特點：</p><p>　　聯(lián)邦德國CHIROM公司加工中心采用12把刀具，

20、換刀時間不到 。AXA 公司采用16把刀具，換刀時間為 ，瑞士DIXI公司機床刀庫裝刀120把。瑞士</p><p>　　公司四軸機床刀庫容量為200把。</p><p>　　世界各國大力發(fā)展以加工中心為主體、再加上多工位工作臺交換裝置組成的柔性加工單元，實現(xiàn)了24小時無人化運轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　第二章 </b&g

21、t;</p><p><b>　　虛擬制造</b></p><p><b>　　概念：</b></p><p>　　虛擬制造技術(shù)是一種面向21世紀的先進制造技術(shù)，它以信息技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為支持，在高性能計算機及高速網(wǎng)絡(luò)中，采用群組協(xié)同工作，通過虛擬模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題，

22、在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)產(chǎn)品制造的全過程，包括產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，并進行過程管理與控制。</p><p><b>　　分類：</b></p><p>　　綜合國內(nèi)外學(xué)者們已有的觀點，都認同把虛擬制造分為三類：</p><p>　?、?以設(shè)計為中心的虛擬制造（Design-Centered VM）；</p>

23、<p>　　這類研究是將制造信息加入到產(chǎn)品設(shè)計與工藝設(shè)計過程中，并在計算機中進行數(shù)字化“制造”，仿真多種制造方案，檢驗其制造性或可裝配性，預(yù)測產(chǎn)品性能和報價、成本。其主要目的是通過“制造仿真”來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計及工藝過程，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題。</p><p>　?、?以生產(chǎn)為中心的虛擬制造(Production-Centered VM)；</p><p>　　這類研究是將仿真能力加

24、入到生產(chǎn)計劃模型中，其目的是方便和快捷地評價多種生產(chǎn)計劃，檢驗新工藝流程的可信度，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，資源的需求狀況（包括購置新設(shè)備、征詢盟友等），從而優(yōu)化制造環(huán)境的配置和生產(chǎn)的供給計劃。</p><p>　?、?以控制為中心的虛擬制造(Control-Centered VM)。</p><p>　　這類研究是將仿真能力增加到控制模型中，提供對實際生產(chǎn)過程仿真的環(huán)境。其目的是在考慮車間控制行為

25、的基礎(chǔ)上，評估新的或改進的產(chǎn)品設(shè)計與車間生產(chǎn)相關(guān)的活動，從而優(yōu)化制造過程，改進制造系統(tǒng)。</p><p>　　其中，由于CAD技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，以CAD為基礎(chǔ)的以設(shè)計為中心的虛擬制造得到了更快、更廣泛的應(yīng)用，同時，也更容易獲得實際效果。</p><p>　　盡管虛擬制造的出現(xiàn)只有短短的幾年時間，但它對制造業(yè)的革命性的影響卻很快地顯示了出來，在科技界和企業(yè)界已經(jīng)成為研究的熱點之一。典型的例子

26、有波音777，其整機設(shè)計、部件測試、整機裝配以及各種環(huán)境下的試飛均是在計算機上完成的，使其開發(fā)周期從過去8年時間縮短到5年。近幾年，工業(yè)發(fā)達國家均著力于虛擬制造的研究與應(yīng)用。在美國，美國國家標準局NIST（National Institute of Standards andTechnology）正在建立虛擬制造環(huán)境（稱之為國家先進制造實驗基地National Advanced Manufacturing Testbed）, 波音公司與

27、麥道公司聯(lián)手建立了機械設(shè)計自動化所，在德國， Darmstatt技術(shù)大學(xué) Fraunhofer計算機圖形研究所，加拿大的Waterloo大學(xué)，比利時的虛擬現(xiàn)實協(xié)會等均先后成立了研究機構(gòu)，開展虛擬制造技術(shù)的研究。</p><p>　　在國內(nèi)，虛擬制造的研究有了長足的發(fā)展，但與工業(yè)發(fā)達國家相比，差距依然很大，我國仍處于學(xué)習(xí)和借鑒國外技術(shù)的基礎(chǔ)上摸索適合我國國情的虛擬制造技術(shù)的研究；虛擬制造的應(yīng)用尚處于探索階段。根據(jù)調(diào)

28、研的情況，國內(nèi)有機械科學(xué)研究院、清華大學(xué)國家CIMS工程技術(shù)研究中心的虛擬制造實驗室、大連理工大學(xué)CIMS中心在進行虛擬制造技術(shù)的研究，同時上海交通大學(xué)CIMS研究所、西安交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)和南京理工大學(xué)等也在做相應(yīng)的研究。在虛擬制造的應(yīng)用方面，南京南分成套分析儀器有限責(zé)任公司就是典型的“虛擬制造”企業(yè)，廣東東莞市推出力量虛擬制造協(xié)作網(wǎng)(CMC網(wǎng))用于鞋業(yè)的設(shè)計與制造。</p><p>　　虛擬

29、制造被譽為21世紀的新型生產(chǎn)模式，是制造業(yè)迎接21世紀挑戰(zhàn)的有效技術(shù)，本課題就是利用以設(shè)計為中心的虛擬制造技術(shù)開發(fā)研制五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心。五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心是功能強，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高的機床，它廣泛應(yīng)用于航天、航海、汽車等領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)中有非常重要的應(yīng)用價值。</p><p>　　在五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的開發(fā)過程中，自動萬能銑頭是關(guān)鍵技術(shù)，目前國內(nèi)只有很少數(shù)幾個廠家正在開發(fā)和生產(chǎn)自動萬能銑頭，主要還處于搜

30、集技術(shù)資料和研究階段。而國外一些發(fā)達國家中，自動萬能銑頭已經(jīng)普遍應(yīng)用于立式和龍門式數(shù)控銑床以及數(shù)控加工中心。使銑床達到五軸聯(lián)動，實現(xiàn)四面體和五面體加工，可以大大提高銑床的自動化水平和工藝范圍以及工作效率。研究開發(fā)五軸加工中心要求具有較高的性能技術(shù)指標，不僅要具有多坐標復(fù)雜曲面的加工功能，而且還要滿足高速度、高剛度和高精度的要求。而發(fā)達國家在進出口技術(shù)含量高的五軸聯(lián)動加工中心方面，對我國進行限制，因此，五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的研究開發(fā)是一個

31、難度比較的的項目。</p><p>　　第三章 加工中心自動換刀裝置分析</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　在加工中心中，刀庫和機械手組成自動換刀裝置（ATC），而這個換刀裝置，正是加工中心區(qū)別于NC鏜銑床或NC銑床的本質(zhì)所在，它具有根據(jù)工藝要求自動更換所需刀具的功能。 它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

32、。它存儲加工中心所需的刀具，在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，將所要用的刀具準確地送到換刀位置，從而保證加工生產(chǎn)的連續(xù)高效型，因此自動換刀裝置的好壞，將直接影響加工中心的好壞。各加工中心制造商都在下大力研制動作迅速、可靠性高的自動換刀裝置，以求在激烈的競爭中取得好效益，從目前情況看，加工中心的主機部分基本定型，變化不大，但自動換刀裝置的種類繁多，五花八門，是最難搞好的部分。正因為自動換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容，各廠家都在保密，極少公開有關(guān)資料，尤其

33、機械手部分更是如此。</p><p>　　自動換刀裝置是加工中心進行多工序集中加工的基本條件，是加工中心、車削中心和帶交換沖頭數(shù)控沖床的基本特征。它的任務(wù)是在每個工序變換前，做好刀具準備，所以，它的工作質(zhì)量與整機質(zhì)量直接有關(guān)。自動換刀裝置的投資占整機的30%-50% ，在加工中心使用中，50%的故障都出自自動換刀裝置，因此，用戶應(yīng)盡可能選用結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好的自動好的自動換刀裝置。</p><

34、p><b>　　分類</b></p><p><b>　　一、按換刀方法分：</b></p><p>　　加工中心的自動換刀形式可分為有機械手換刀方式和無機械手換刀方式兩大類。</p><p><b>　　有機械手換刀方式：</b></p><p>　　加工中心的ATC大

35、多采用有刀庫--機械手換刀方式。它是由機械手把刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返送到刀庫上。</p><p>　　其特點是刀庫的配置、位置及數(shù)量比較靈活，它可根據(jù)不同的要配置不同形式的機械手，單臂、雙臂，甚至是一個主機械手和一個輔助機械手。它能夠配備多至數(shù)百把刀具的刀庫，換刀時間可縮短到幾秒甚至零點幾秒。</p><p><b>　　二、按刀庫類型分：</b&

36、gt;</p><p>　　加工中心自動換刀裝置的類型主要有轉(zhuǎn)塔式和刀庫式兩種。</p><p>　　（一） 轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置</p><p>　　轉(zhuǎn)塔式分為回轉(zhuǎn)刀架和轉(zhuǎn)塔頭換刀兩種形式?；剞D(zhuǎn)刀架形式的換刀有以下特點：多為順序換刀，換刀時間短，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，容納刀具較少。適用于成批生產(chǎn)用車床類自動換刀機床。轉(zhuǎn)塔頭換刀有以下特點：順序換刀，換刀時間短，刀具主軸都集中

37、在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊。但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制。適用于成批生產(chǎn)的鉆、鏜、銑床；帶主軸箱式轉(zhuǎn)塔頭多用于組合機床。</p><p>　　（二） 刀庫式自動換刀裝置</p><p><b>　　分類與特點：</b></p><p>　　刀庫與刀具主軸之間直接進行換刀，特點是換刀運動集中，運動部件少。但刀庫運動多。布局不靈活，適應(yīng)性差。</p

38、><p>　　刀庫與刀具主軸之間直接進行換刀，特點是換刀運動集中，運動部件少。但刀庫運動多。布局不靈活，適應(yīng)性差。</p><p>　　用機械手配合刀庫進行換刀，特點是刀庫只有選刀運動，機械手進行換刀運動，比刀庫作換刀運動慣性小，速度快，布局較靈活。</p><p>　　用機械手運輸裝置配合刀庫換刀，特點是換刀運動分散，由多個部件實現(xiàn)，運動部件多，但布局靈活，適應(yīng)性好。

39、</p><p>　　以上4種換刀形式適用于各種類型的自動換刀數(shù)控機床，適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)需要。要根據(jù)工藝范圍和機床特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置的類型。</p><p>　　有刀庫的轉(zhuǎn)塔式換刀裝置，特點是彌補轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置刀具數(shù)量不足的缺點。換刀時間可以較短。適用于擴大工藝范圍的各類轉(zhuǎn)塔式數(shù)控機床。</p><p>　　有主軸箱庫的主軸箱更換裝置，特點是能擴大

40、組合機床的工藝范圍，工序更集中，有利于提高機床的利用率。適用于能使多工序組合機床適應(yīng)較多品種工件的加工需要。</p><p>　　有成組刀具刀庫的成組刀具更換裝置，特點是適應(yīng)工序集中的組合機床的要求，多把刀具成組更換。成組刀具的刀庫比主軸箱庫體積小，但刀具更換裝置比主軸箱更換裝置復(fù)雜。適用于專門化的或?qū)Ｓ玫慕M合機床。</p><p>　　有刀庫及主軸箱庫的自動換刀裝置，特點是有刀庫能自動更

41、換刀具，同時有主軸箱庫，能自動更換主軸箱，擴大機床適用范圍。機床自動化程度較高。適用于多適應(yīng)中、小批量，多品種生產(chǎn)的箱體零件。</p><p>　　有成套刀庫系統(tǒng)的可自動更換刀庫的裝置，特點是有刀庫儲存器、刀庫更換裝置組成。采用組合部件，使換刀裝置通用化。擴大自動換刀數(shù)控機床的工藝范圍，提高機床的利用率和自動化程度。它是自動換刀裝置的發(fā)展，適應(yīng)自動換刀數(shù)控機床組成高度自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的需要。</p>

42、<p>　　刀庫式換刀裝置有一個專作存儲刀具用的刀庫，機床只需一個夾持刀具進行切削的刀具主軸（鉆、鏜、銑類機床）或刀架（車床類機床）。當需用某一刀具進行切削加工時，將該刀具自動地從刀庫移至刀具主軸或刀架中；在切削完畢后，又將用過的刀具自動地從刀具主軸或刀架移回刀庫中。由于在換刀過程中刀具需在各部件之間進行轉(zhuǎn)換，所以各部分的動作必須準確協(xié)調(diào)。</p><p><b>　　其特點是：</b&

43、gt;</p><p>　?、?刀庫中刀具數(shù)目可根據(jù)工藝要求和機床的結(jié)構(gòu)布局而定，數(shù)量可教多。</p><p>　?、?刀庫可布置在遠離加工區(qū)的地方，以消除它與工件相互干擾的可能性。</p><p>　?、?刀庫不承受切削加工的作用力，它的工作條件比較有利。</p><p>　　④ 刀庫需要有自動夾緊、放松刀具的機構(gòu)及其驅(qū)動傳力機構(gòu)。

44、</p><p>　?、?自動化換刀過程時間包括`：一個工序加工完畢后，刀具快速退離工件，從加工位置退到換刀位置（同時主軸準停）；進行新舊刀具的交換；然后松開主軸（消除準停）、變速、主軸起動旋轉(zhuǎn)并快速趨近加工位置，用更換的新刀具開始下一工序的加工。</p><p>　?、?主軸剛度可以提高，有利于提高加工精度和加工效率，由于有了單獨存儲刀具的刀庫，使刀具的存儲容量增多，有利于加工復(fù)雜零

45、件。</p><p>　　用機械手在刀庫與刀具主軸之間換刀的自動換刀裝置：</p><p>　　刀庫安置于機床立柱的側(cè)面，其自動換刀過程如下：</p><p>　?、?單臂雙手機械手的滑板向下移動，機械手下面的一個手抓住刀庫換刀位置的刀具；</p><p>　?、?機械手軸向外移，拔出刀庫中選好的刀具；機械手回轉(zhuǎn)180°，交換其

46、兩手中刀具的位置；機械手軸向縮回，把用過的刀具插回刀庫；機械手滑板向上移動，帶著機械手及選出的刀具離開刀具交換位置；</p><p>　?、?機械手滑座帶著滑板、機械手等沿導(dǎo)軌轉(zhuǎn)90°，把機械手帶到機床主軸的正上方。機床主軸在一個工序完畢后，沿機床立柱導(dǎo)軌上移至固定的換刀位置；</p><p>　?、?機械手滑板下移，機械手下方空著的手抓住主軸中已用過的刀具；</p&g

47、t;<p>　?、?機械手向外移，拔出主軸中用過的刀具；機械手轉(zhuǎn)180°，交換兩手中刀具的位置；</p><p>　?、?機械手軸向縮回，向主軸插刀；</p><p>　?、?機械手滑板上移，離開主軸，主軸則帶著新?lián)Q的刀具趨近工件進行新工序；</p><p>　?、?機械手滑座帶著滑板、機械手和主軸上換下的刀具沿圓弧形導(dǎo)軌轉(zhuǎn)回刀庫換刀

48、位置，同時刀庫旋轉(zhuǎn)，選下一工序使用的刀具。</p><p>　　第四章 刀庫</p><p><b>　　刀庫的功能</b></p><p>　　刀庫的功能是存儲加工工序所需的各種刀具，并且按程序指令，把即將要用的刀具迅速、準確地送到換刀位置，并接受從主軸送來的已用刀具。</p><p>　　設(shè)計刀庫時，應(yīng)考

49、慮下列因素：</p><p>　?、?存刀數(shù)： 給定40把</p><p><b>　?、?刀具最大直徑</b></p><p><b>　　③ 刀具最大長度</b></p><p><b>　?、?刀具最大重量</b></p><p><

50、b>　?、?刀庫安置空間</b></p><p>　?、?刀具最大運動線速度</p><p>　?、?刀庫工作的可靠性（即不能掉刀，各刀具能準確停在換刀位置上）</p><p>　　確定這些因素，沒有現(xiàn)成的模式。一般根據(jù)用戶調(diào)查和國內(nèi)外同類型號加工中心的刀具規(guī)格和刀庫容量的統(tǒng)計結(jié)果，確定刀庫容量和刀具歸格。其中，刀庫容量和刀具最大直徑是影響加

51、工中心的主要因素。</p><p>　　各種刀庫的形式及特點</p><p>　　刀庫類型主要包括以下幾種：</p><p>　　鼓輪式刀庫，它包括以下幾種形式：</p><p>　?。?）單鼓輪式刀庫，它分為：刀具、鼓輪軸線平行，特點是有徑向、軸向取刀形式；刀具、鼓輪軸線垂直，特點是占地面積大，刀庫位置受限制，但將它置于臥式主軸機床頂部，不

52、但不妨礙操作，而且可以用一單臂雙手機械手對主軸直接進行刀具交換，換刀時間可較短，使整個換刀裝置較簡單；刀具、鼓輪、軸線成銳角，特點是便于根據(jù)機床的總體布局要求安排刀庫的位置，且可以使刀庫中處于換刀位置的刀具軸線平等于主軸軸線，以簡單的單臂雙手機械手對主軸進行刀具交換，刀庫容量不宜過大。以上適用于結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，應(yīng)用較多。但因刀具單環(huán)排列，窨利用率低，大容量刀庫的外徑將較大，轉(zhuǎn)動慣量大，選刀運動時間長,因此這幾種形式的刀庫比較適用于刀庫容

53、量較小的場合。（一般不多于32把）</p><p>　?。?）雙鼓式刀庫，特點是輕，重型刀具分別安置在各自適當?shù)奈恢茫稁斓玫匠浞掷?。適用于重型自動換刀數(shù)控機床。</p><p>　　（3）三鼓式刀庫，特點是傳動裝置較復(fù)雜，適用于要求刀庫容量較大的換刀裝置。</p><p>　　（4）行星鼓輪式刀庫，特點是刀庫傳動及選刀運動均較復(fù)雜，刀庫占地面積較小。公轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)動

54、慣量大。適用于用于刀庫置于機床立柱頂部，而立柱頂部面積受限制，刀庫容量又較大場合。</p><p>　　(二) 鏈式刀庫，它主要以單環(huán)鏈式代表，特點是結(jié)構(gòu)緊湊。刀庫容量可以較大。鏈環(huán)可根據(jù)機床的布局要求配置在適當形式，以利于換刀機構(gòu)的工作。（如把在換刀位置的刀具單獨突出來），并充分利用機慶的占地窨。通常為軸向取刀。位置精度較低。適用于刀庫容量較大的場合（在增加鏈條長度，而不增加鏈輪直徑，因經(jīng)，鏈輪的圓周速度可不增

55、加，因而刀庫的運動慣量不象鼓輪式刀庫嗇得那樣多。容量為質(zhì)數(shù)的小容量刀庫，往往也采有鏈式刀庫。）</p><p>　?。ㄈ?鼓輪式刀庫，它主要包括以下幾種：</p><p>　　（1）單鼓輪式刀庫，它分為在鼓輪端面上呈雙環(huán)排列的，特點是刀庫空間利用率較高，但裝、取刀機構(gòu)較復(fù)雜，適用于機床空間有限制而刀庫容量又較大的場合；在鼓輪端面上呈多環(huán)排列特點是刀庫空間利用率更高。但裝、取刀機構(gòu)更加復(fù)雜

56、。刀庫除有回轉(zhuǎn)運動外，裝刀庫的滑塊還必須有直線運動，以便把選中的刀具送至固定的換刀位置，由裝、取刀機構(gòu)向刀庫裝、取刀。適用于大容量刀庫（一般為60把以上的刀庫）。</p><p>　?。?）多鼓輪式刀庫，它分為鼓輪彈夾式特點是結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但結(jié)構(gòu)與控制裝置較復(fù)雜，轉(zhuǎn)動慣量較大，換刀運動復(fù)雜。用于刀庫置于機床立柱頂部，刀庫容量較大的場合；雙鼓式特點是刀庫結(jié)構(gòu)簡單，兩刀庫分別配置在機床主軸兩側(cè)，使機床總布局

57、比較緊湊。適用于中小型的自動換刀數(shù)控機床；重疊多環(huán)鏈式特點是刀庫結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。由于在刀庫容量很大時，對于同樣容量的刀庫，利用多環(huán)鏈式（與單環(huán)鏈式比較）可使刀庫外形更緊湊，所占空間小，刀具識別裝置所用元件少，選刀時間可較短，軸向取刀，位置精度較低。適用于雙主軸。</p><p>　?。?）箱格式子刀庫，它分為單面格子箱式，特點是結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容間利用率高，換刀時間較長，小直徑刀具為軸向取刀，大直徑刀具為徑向取刀；多面

58、格子箱式，特點是刀庫容量更大，但輔助裝置較復(fù)雜，這種刀庫可根據(jù)需要在機床使用刀庫一側(cè)之刀座板時，更換其另一側(cè)之座板。</p><p>　?。ㄋ模┲本€式刀庫，特點是刀庫容量小，一般在十九把左右，多用于自動換刀數(shù)控車床。鉆床上也有采用。</p><p><b>　　鏈式刀庫</b></p><p>　　鏈式刀庫的結(jié)構(gòu)形式：采用套筒式鏈條結(jié)構(gòu)刀庫形式

59、。這種刀庫在“內(nèi)轉(zhuǎn)”時不發(fā)生刀套之間的干涉，故刀庫空間利用率較高。這是目前應(yīng)用最多的一種形式，由一個主動輪帶動裝有刀套的鏈條。刀庫容量可以較大，機構(gòu)緊湊。鏈環(huán)可根據(jù)機床布局要求配置成適當形式，以利于換刀機構(gòu)的工作（如把在換刀位置的刀具單獨突出來），并充分利用機床的占地空間，通常為軸向取刀，但位置精度較低。適用于刀庫容量較大的場合（在增加儲存刀具數(shù)目時，可以增加鏈條長度，而不增加鏈輪直徑，因此鏈輪的圓周速度可不增加）容量為質(zhì)數(shù)的小容量刀庫

60、，往往也采用鏈式刀庫。</p><p><b>　?、?換刀位置：</b></p><p>　　為保證刀套準停精度和刀套定位剛性，鏈式刀庫的換刀位置一般設(shè)在主動鏈輪上或者設(shè)在盡可能靠近主動鏈輪的刀套處。</p><p><b>　　⑵ 鏈條形式：</b></p><p><b>　　鏈傳動

61、的特點與應(yīng)用</b></p><p>　　鏈傳動是屬于具有中間撓性件的嚙合傳動，它兼有齒輪傳動和帶傳動的一些特點。與齒輪傳動相比。鏈傳動的制造與安裝精度較低，鏈輪齒受力情況較好，承載能力較大，有一定的緩沖和減振性能；中心距可以很大而結(jié)構(gòu)輕便；與磨擦型帶傳動相比，鏈傳動的平均傳動比準確；傳動效率稍高，鏈條對軸的拉力較??；同樣使用條件下，結(jié)構(gòu)尺寸更為緊湊；此外，鏈條的磨損伸長比較緩慢，張緊調(diào)節(jié)工作量較小，

62、并且能在惡劣環(huán)境條件下工作。鏈傳動的主要缺點是：不能保持瞬時傳動比恒定；工作時有噪聲；磨損后易發(fā)生跳齒；不適用于受空間限制要求中心距小以及急速反向傳動的場合。</p><p>　　鏈傳動的應(yīng)用范圍很廣。通常，中心距較大、多軸、平均傳動比要求準確的傳動，環(huán)境惡劣的開式傳動，低速重載傳動，潤滑良好的高速傳動等可成功地采用鏈傳動。</p><p>　　按用途不同，鏈條可分為：傳動鏈、輸送鏈和起重

63、鏈。在鏈條的生產(chǎn)和應(yīng)用中，傳動用短節(jié)距精密滾子鏈（簡稱滾子鏈）占有最重要的地位。通常滾子鏈的傳動功率在60KW以下，鏈速在15m/s以下?，F(xiàn)代先進的鏈傳動技術(shù)已能使優(yōu)質(zhì)滾子鏈的傳動功率達5000kw，速度可達35m/s；高速齒形鏈的速度則可達40m/s。鏈傳運的效率，對于一般傳動，其值約為0.94~0.96；對于用循環(huán)壓力供油潤滑的高精度傳動，其值約為0.98。對于本次設(shè)計的鏈決定選用滾子鏈，因為其價格較低，重量輕。加工精度要求較低。&

64、lt;/p><p>　　HP型鏈條：這種鏈條是套筒式鏈條，其錕子本身就是刀套。</p><p>　?、?鏈輪節(jié)圓直徑Dp </p><p>　　Dp=P/sin(180°/N)</p><p><b>　?、?鏈輪外徑Do</b></p><p>　　Do=P[(0.2-0.6)+cot(

65、180°/N)]</p><p>　　式中 P---鏈條節(jié)距</p><p>　?、?鏈式刀庫的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　HP型套筒式鏈條組成的各種形式刀庫在刀套“內(nèi)轉(zhuǎn)”時不發(fā)生刀套之間的干涉。故刀庫空間利用率比較高.</p><p>　　鏈輪齒數(shù)可從9個起使用，但為了增加鏈條的耐用性和運行效率，齒數(shù)還是盡可能多為好。

66、鏈輪之間的中心距，以取鏈條節(jié)距整數(shù)倍為宜。</p><p><b>　　2．滾子鏈傳動</b></p><p>　　2.1 滾子鏈的基本參數(shù)和尺寸</p><p>　　根據(jù)刀具的最大直徑100mm查表22.2-1（《機械設(shè)計手冊》2），可取28A，如取其節(jié)距P=44.45，則每三節(jié)鏈裝一刀套。但設(shè)計時發(fā)現(xiàn)這種鏈條的外鏈節(jié)寬b2=48.23，若采

67、用這種鏈節(jié)將增大刀庫的整體寬度，這樣機械手的長度將會增加很多，給機械手的設(shè)計帶來很多麻煩。在考察我校的加工中心發(fā)現(xiàn)它采用非標準鏈條。結(jié)構(gòu)上改善了很多用標準鏈條的不足之處，于是本設(shè)計采用非標準鏈條設(shè)計。</p><p><b>　　節(jié)距P=40</b></p><p><b>　　滾子直徑d=14</b></p><p>&

68、lt;b>　　內(nèi)鏈節(jié)寬b1=14</b></p><p><b>　　軸銷直徑dz=7</b></p><p><b>　　內(nèi)鏈板高度h=20</b></p><p>　　外鏈節(jié)外寬b2=28</p><p><b>　?。ㄕ堃娏慵D）</b></p&g

69、t;<p>　　初選鏈輪齒數(shù)Z=16，則分度圓直徑 :</p><p>　　D=P/（sin180°/z）=40/（sin180°/16）=205.032㎜</p><p><b>　　每一齒占圓心角為</b></p><p>　　360°/z=360°/16=22.5°

70、</p><p>　　一個刀套連在兩個鏈節(jié)上，此二節(jié)鏈用二個銷軸連在一個鏈板上，P1=2P=80mm理論上跨二個鏈齒，占圓心角為45°，實際上占的角度</p><p>　　2*sin-1(P1/D)=2*sin-1(80/205.032)=45.93°</p><p>　　與45°相差不是很大，基本能保證鏈條傳動刀準確地到達換刀位

71、置，可初選。</p><p>　　2.2 滾子鏈傳動的設(shè)計</p><p><b>　?。ㄒ唬┲饕问?lt;/b></p><p>　　由于設(shè)計、制造、使用等多方面的差異，鏈傳動的失效形式是多種多樣的，但主要有以下幾種：</p><p>　　a、鏈條疲勞破壞。在閉式鏈傳動中，鏈條元件受變應(yīng)力作用，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板

72、發(fā)生疲勞斷裂，滾子套筒發(fā)生沖擊疲勞破裂。在潤滑得當?shù)臈l件下，疲勞破壞是決定鏈傳動能力的主要因素。</p><p>　　b、鏈條鉸鏈磨損。它是常見的失效形式之一。磨損使鏈條總長伸長，從而使鏈邊垂度變大，增大動載荷，發(fā)生振動，引起跳齒，加大噪聲以及其它破壞，如打壞鏈箱、鏈邊互相碰撞、銷軸因磨損削弱而斷裂等。開式傳動，工作條件惡劣，潤滑不良，鏈條鉸鏈比壓過大等均會加劇鏈條鉸鏈的磨損，降低其使用壽命。</p>

73、<p>　　c、鏈條膠鏈膠合。當潤滑不當或轉(zhuǎn)速過高時，組成鉸鏈副的銷軸和套筒的磨擦表面易發(fā)生膠合破壞。</p><p>　　d、鏈條靜強度破壞。當?shù)退僦剌d的鏈條過載時，易發(fā)生靜強度不足而破斷。</p><p>　　(二)滾子鏈傳動的設(shè)計計算</p><p><b>　　1、確定鏈長</b></p><p>

74、　　本設(shè)計刀庫容量為40，鏈板取節(jié)距t=40，每２節(jié)鏈安一把刀，每一個刀套與一節(jié)鏈聯(lián)接固定，則鏈節(jié)數(shù)n=2×4０=8０（節(jié)），另外，本設(shè)計決定選取雙排鏈，一方面雙排鏈易加工，另一方面因刀具較重，可利于平穩(wěn)運行。則鏈條總長</p><p>　　L=40*４０=1600㎜。</p><p><b>　　2、確定鏈輪齒數(shù)</b></p><p&

75、gt;　　由于鏈條不是很長，刀庫可以設(shè)計成長圓形，下端相對于兩排鏈條各設(shè)一個鏈輪，兩個鏈輪齒數(shù)相同，初選齒數(shù)Z=16，由鏈條滾子直徑,則</p><p>　　鏈輪齒溝圓弧半徑 :r1=0.5025*d+0.05=7.085</p><p>　　齒溝圓弧直徑 :d1=2r1=14.17</p><p><b>　　分度圓節(jié)距 :

76、</b></p><p>　　t0=t*(1+(d1-d)/D)=40*(1+(14.17-14)/205.032)=40.033</p><p><b>　　分度圓直徑：</b></p><p>　　D0=  t0/（sin180°/z）=40.33/（sin180°/16）=205.202</

77、p><p><b>　　3、初定傳動比</b></p><p>　　因為刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)采用伺負電動機,所以,轉(zhuǎn)動角度由伺服電機控制。傳到鏈條上，移動一個刀位，鏈輪轉(zhuǎn)動角度即輸出角度為45°。傳動系統(tǒng)帶動鏈條無間歇傳動，從而實現(xiàn)刀位的連續(xù)傳動，進行選刀。</p><p>　　(三)滾子鏈的靜強度計算</p><p>

78、　　在低速重載鏈傳動中，鏈條的靜強度占有主要地位。通常v＜0.6m/s視為低速傳動。如果低速鏈也按疲勞考慮，用額定功率曲線上各點其相應(yīng)的條件性安全系數(shù)n大于8~20，比靜強度安全系數(shù)大。另外，當進行有限壽命計算時，若所要求的使用壽命過短，使用功率過高，則鏈條的靜強度驗算也是必不可少的。</p><p>　　鏈條的靜強度計算式為：</p><p>　　n=Q/(kAF+ FC+ Ff)≧[n

79、]</p><p><b>　　n—靜強度安全系數(shù)</b></p><p>　　Q—鏈條極限拉伸功載荷，查表22.2—1得單排Qmin＝169000N</p><p>　　KA—工況系數(shù)，查表22.2—3得KA＝1.5</p><p>　　F—有效拉力（即有效圓周力）據(jù)前計算F=488.9kN</p>&l

80、t;p>　　FC—離心力引起的拉力，計算式為：F＝qV2，q為鏈條每米質(zhì)量，v為鏈速，當v＜4m/s時，F(xiàn)C可忽略不計。</p><p><b>　　Ff —懸垂拉力。</b></p><p>　　a＝1600mm，а＝0°，取Kf＝30。</p><p>　　單排取q′＝5kg/m＝50kgf/m。</p>&l

81、t;p>　　所以Ff′＝Kfqa×10－2</p><p>　　Ff″＝(Kf＋sinа)qa×10－2</p><p><b>　　∴ Ff′＝Ff″</b></p><p>　　∴Ff＝Kfqa＝30×2×50×1600×10－2</p><p>&l

82、t;b>　　＝48000N</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　n＝2*Qmin/(kAF+ FC+ Ff)=2*169000/(1.5*48890+48000)＝6.1</p><p>　　[n]—許用安全系數(shù)。一般為4~8；如果按最大尖峰載荷Fmax來代替KA·F進行計算,則可為

83、3~6;對于速度較低，從動系統(tǒng)慣性較小，不太重要的傳動或作用力的確定比較準確時，[n]可取較小值。</p><p><b>　　可見n＞[n]</b></p><p>　　因此鏈的靜強度安全合理。</p><p>　　(四)滾子鏈的使用壽命計算</p><p>　　當鏈傳動的傳遞功率要求超過額定功率，鏈條的使用壽命要求小

84、于15000h或者磨損伸長率要求明顯小3%時，有必要進行鏈條的使用壽命計算。</p><p>　　Po′=0.003Z11.08n10.9(p/25.4)3—0.0028p</p><p>　　Po″=950Z11.5p0.8/n11.5</p><p>　　上兩式中：Z1=16，n1=26.27r/min，p=40mm，代入公式得</p><p

85、><b>　　Po′=4KW</b></p><p>　　Po″=8637KW（不取）</p><p>　　P=1.369KW< Po′</p><p>　?。↘A=1.5 表22.2-3）</p><p>　?。↘m=1.7表22.2-5）</p><p>　　可見要求傳遞的功

86、率遠小于其額定功率，使用壽命也遠超出15000h，因此無需進行使用壽命計算。</p><p>　　同理也需進行滾子鏈的耐磨損工作能力的計算。</p><p>　　2.3 滾子鏈鏈輪的設(shè)計計算</p><p><b>　　三 刀庫的設(shè)計計算</b></p><p>　　1． 刀庫驅(qū)動電動機的選定</p>&

87、lt;p>　　刀庫中驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)的選擇與設(shè)計</p><p><b>　　電機的選擇：</b></p><p>　　驅(qū)動刀庫目前常見的方式有伺服電動機驅(qū)動和液動機驅(qū)動兩種。根據(jù)安裝合理性，我采用的是日本松下交流伺服電動機驅(qū)動。</p><p><b>　　參數(shù)如下：</b></p><p&g

88、t;<b>　?、?按負栽轉(zhuǎn)矩選</b></p><p>　　加在伺服電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩Tl應(yīng)比電動機額定連續(xù)轉(zhuǎn)矩Ts小。</p><p>　　鏈式刀庫的負載轉(zhuǎn)矩計算方法:</p><p>　　鏈式刀庫的負載轉(zhuǎn)矩T1是由刀具不平衡重量Wmax和導(dǎo)向面（或支撐面）的摩擦力F所組成。</p><p>　　不平衡重量Wmax

89、可按在一個垂直方向刀套上裝有1/10刀庫容量數(shù)的最大刀具重量來計算。F1和F3是支撐面的摩擦力；F2和F4則是導(dǎo)向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。計算摩擦力時刀具重量均是按刀具平均重量計算。</p><p>　　把如上計算的負載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為電機軸上的轉(zhuǎn)矩Tl的公式為</p><p><b>　　Tl=T1/in</b></p><p>　　式中

90、 i----傳動比；</p><p>　　n----傳動效率；</p><p>　　考慮到實際情況比計算時所設(shè)定條件復(fù)雜，電機額定轉(zhuǎn)矩Ts應(yīng)為負載轉(zhuǎn)矩的1。2-1。5倍，即</p><p>　　Ts》（1。2-1。5）Tl</p><p>　　⑵ 按加速時的最大轉(zhuǎn)矩選</p><p>　　加速時的最大轉(zhuǎn)矩T包括加

91、速轉(zhuǎn)矩Ta和負載轉(zhuǎn)矩Tl， 即</p><p><b>　　T》Ta+Tl</b></p><p>　　負載轉(zhuǎn)矩Tl的計算方法 Tl=T1/in</p><p>　　加速轉(zhuǎn)矩Ta按下式計算</p><p>　　Ta=2*3.14*Nm（Jm+Jl）/60tTa</p><p>　　式中

92、 Nm---- 刀庫選刀時的電動機轉(zhuǎn)速 (r/min) </p><p>　　Ta----- 加速時間侗常取150-200 (ms)</p><p>　　Jm----- 電動機轉(zhuǎn)子慣量，可從樣本中查到 (N·m·s²)</p><p>　　Jl------- 負載慣量折算到電動機軸上的慣量</p><

93、;p>　　加速時的最大轉(zhuǎn)矩T應(yīng)小于電機的最大轉(zhuǎn)矩Tmax，即</p><p><b>　　T《Tmax</b></p><p><b>　?、?校驗</b></p><p>　　檢驗計算結(jié)果是否滿足下列關(guān)系式</p><p><b>　　Jl〈Jm</b></p&

94、gt;<p>　　選用能滿足上述三項條件的伺服電機。</p><p>　　2． 刀庫傳動方式及其計算</p><p><b>　?、?刀套線速度</b></p><p>　　刀套線速度影響選刀效率，但是過快的線速度又影響刀庫工作可靠性。一般推薦下列速度： 刀套線速度 V=22-30m/min</p><

95、;p><b>　?、?刀庫傳動方式</b></p><p>　　為使伺服電機在最佳狀態(tài)下工作，一般不采用伺服電機的低速段。這就要采用蝸輪減速裝置。此外有時為了結(jié)構(gòu)上的原因，還加一對齒輪傳動。</p><p>　　對鏈式刀庫來說，因大都采用刀套準停機構(gòu)，故采用一般蝸輪副即可。</p><p>　?、?刀庫回零撞塊裝置尺寸計算</p

96、><p>　　由伺服電機驅(qū)動的刀庫必須設(shè)置回零撞塊，以保證第1號刀套準確地停在初始位置上。</p><p>　　刀庫回零時，刀套沿順時針轉(zhuǎn)動，傳感器檢測到第2號刀套接近回零位置時，反饋給位置編碼器和速度控制器，刀套開始減速，超過回零位置后實現(xiàn)準確停車，此時第1號刀套停在換刀位置上。調(diào)整傳感器的左右位置，即可調(diào)整刀庫回零位置。刀庫可正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，找刀時按最近路程轉(zhuǎn)動。</p><

97、;p>　　為了準確地回到坐標零點，在零點前面設(shè)置減速行程開關(guān)，其回零減速撞塊尺寸的計算方法如下：</p><p>　　① 減速撞塊長度Ldw（mm）</p><p>　　Ldw》[Vr（Tr/2+30+Ts）+40VlTs]/60000</p><p>　　式中 Vr--- 快速移動速度（mm/min）；</p><p>　

98、　Tr--- 快速移動時間常數(shù)（ms），通常取150-200；</p><p>　　Ts--- 伺服時間常數(shù)（ms），Ts=33；</p><p>　　Vl--- 減速后速度（mm/min），可在6-1500范圍內(nèi)設(shè)定，一般設(shè)在30左右為好。</p><p>　　待Ldw計算后，往大里取整數(shù)就是減速撞塊的有效工作長度。</p><p>　　②

99、 由減速行程開關(guān)釋放點到零點的距離Lda</p><p>　　Lda=電動機轉(zhuǎn)半圈移動量</p><p>　?。ㄋ模?刀庫的選刀方式</p><p>　　選刀方式是將所需刀具從刀露中準確調(diào)出的方法，現(xiàn)代加工中心刀庫已不再用刀套編碼或刀具編碼方式，而是由控制系統(tǒng)根椐最初輸入的刀套號與刀具號跟蹤記憶刀套與刀具的對應(yīng)號，并按稱序指令準確地調(diào)用所需刀具。</p>

100、;<p>　　目前使用的刀庫的選刀方式有如下二種：</p><p>　?、?刀套號與刀具號隨機變換方式</p><p>　　這是目前用的最普遍的方式。在第一次給刀庫裝刀時，告訴控制系統(tǒng)刀套號和在該刀套上的刀具號（T××）的對應(yīng)關(guān)系，控制系統(tǒng)就記住了這個對應(yīng)關(guān)系，而以后該刀具在使用中，不一定送還到原來的刀套上，但是控制系統(tǒng)仍能記住該刀具號所在的新刀套號。刀庫

101、上裝有位置檢測裝置（一般與電機裝在一起），可檢測出每個刀套位置，這樣刀具就可以被任意取出并送回，這有利于縮短換刀選刀時間。由于這種方式經(jīng)常改變刀具號與刀套號的對應(yīng)關(guān)系，所以在重新起動機床時，必須使刀庫回零，校驗一下CRT上顯示的內(nèi)容與實際刀具插存情況。</p><p>　?、?刀具號與刀套號固定對應(yīng)方式</p><p>　　在這種選刀方式中，插在刀套上的刀具，使用后仍送還到原來的刀套上，

102、即刀具號與刀套號的對應(yīng)關(guān)系始終不變。這種方式的好處在于，易于掌握刀具情況，一看刀套號就能知道是什么樣的刀具。另一好處是可以安放大直徑刀具，只要有意選擇相鄰刀套上無刀即可。正是這一方便性，根據(jù)有些用戶的要求，至今仍有采用這種選刀方式的。但是，這種方式因為用完的刀具必須送還給原來的刀套上后，才能移動下一個要用的刀具到換刀位置，因此勢必會增加換刀時間。</p><p>　　刀庫選刀方式的又一特點是采用“近路”移動原則。

103、就是說，無論上述哪種選刀方式，根據(jù)程序指令，把下序要用的刀具移動到換刀位置時，都向小于刀庫半圈的方向移動，以節(jié)省選刀時間。</p><p>　　該機床的選刀方式為計算機記憶式選刀（即任意選刀），前面已詳細介紹過其特點，在此不再介紹了。</p><p>　　刀套上貼有刀套標牌，將刀具進行編號必須是兩位數(shù)，可以是任意兩位數(shù)，但不能重復(fù)，這個編號就是將來編程時使用的刀號。</p>

104、<p>　　編好刀號后，將刀具一一插入刀套，插入的刀套是任意的。然后通過機床操作面板，將刀具號一一設(shè)入所插入的刀套號地址。</p><p>　?。ㄎ澹?刀套準停措施</p><p>　　如果刀套不能準確地停在換刀位置上，將會使換刀機械手抓刀不準，以致在換刀時容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此，刀套的準停問題將是影響換刀動作可靠性的重要因素之一。為了確保刀套準確地停在換刀位置上，需要采取如下措

105、施：</p><p><b>　?、?定位盤準停方式</b></p><p>　　由液壓油缸推動的定位銷，查入定位盤的定位槽內(nèi)，以實現(xiàn)刀套的準停。定位盤上的每個定位槽（或定位孔），都對應(yīng)于一個相應(yīng)的刀套，而且定位槽（或定位孔）的節(jié)距要一致</p><p>　　這種準停方式的優(yōu)點是：</p><p>　?、?能有效地消除

106、傳動鏈反向間隙的影響</p><p>　?、?保護傳動鏈，使其免受換刀撞擊力</p><p>　　③ 驅(qū)動電機可不用制動自鎖裝置</p><p>　?、?鏈式刀庫要選用節(jié)距精度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，而且在把刀套裝在鏈條上時，要用專用夾具來定位，以保證刀套間距一致。</p><p>　　鏈式刀庫的鏈條要有導(dǎo)向輪，沿導(dǎo)向槽向移動，這樣就

107、能防止鏈條在運轉(zhuǎn)中的抖動現(xiàn)象，保證刀庫工作可靠性和回零開關(guān)工作可靠性以及高重復(fù)精度。</p><p>　?、?盡量減小刀套孔徑和軸向尺寸的分散度，以保證刀柄槽在換刀位置上的軸向位置精度。</p><p>　?、纫聪蜷g隙的影響</p><p><b>　　刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)：</b></p><p><b>　

108、　刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)</b></p><p>　　刀庫傳動原理：刀庫設(shè)置20把刀的容量，用戶根據(jù)需求自選刀套位置安裝刀具，設(shè)置存儲1號刀的位置在編碼器中，采用任意選刀方式，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)伺服電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動時間，通過減速器降速，帶動鏈輪從而帶動鏈條運動，轉(zhuǎn)換刀套位置，再通過位置檢測器輕微調(diào)整，進行準確定位即可。</p><p>　　這種傳動的特點是傳動簡易方便，由于目前日本等國的減速器

109、傳動精度高，傳動平穩(wěn)，為造型方便、結(jié)構(gòu)緊湊，實現(xiàn)標準化制造，所以采用減速器減速。</p><p>　　刀庫運動的特點是：時間短暫的間歇運動；起停平穩(wěn)無沖擊，定位準確；任意選刀方式的刀庫有的要能正、反向運動；運動速度不高。</p><p>　　對刀庫運動速度的要求與刀庫類型、選刀方式以及選刀運動是否占用換刀時間有關(guān)。多數(shù)任意選刀方式的刀庫的分度回轉(zhuǎn)運動可在機床加工時進行，不影響加工循環(huán)時間；

110、少數(shù)換刀裝置要在自動換刀時進行刀庫選刀運動的一般也不占用太長時間，因此要求拷庫的運動速度不高。鏈式刀庫速度多為100-800mm/s，鼓式刀庫轉(zhuǎn)速多為10°-60°/s.</p><p>　　刀庫回轉(zhuǎn)運動多采用液壓馬達、直流電動機驅(qū)動，并設(shè)有降速傳動裝置。</p><p><b>　　刀庫安裝位置的設(shè)計</b></p><p&g

111、t;　　選擇刀庫安裝位置時，應(yīng)注意換刀位置結(jié)構(gòu)簡單；換刀時間短；便于換刀裝置的檢查，調(diào)整和維修；便于機床的總布局協(xié)調(diào)合理美觀大方；滿足機床總體布局要求。</p><p>　　刀庫安裝位置的各種形式見《機床設(shè)計手冊》<3>表6.13－7。在調(diào)研過程中，我發(fā)現(xiàn)對于我設(shè)計的這種型號的加工中心，由于刀庫容量不是很大，大多采用立柱承載式，將自動換刀裝置裝在立柱的右側(cè)面，通過調(diào)整螺釘使刀庫在機床的相應(yīng)位置，以保證

112、準確的換刀，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，可以節(jié)省空間，刀庫調(diào)整、維護都比較方便，但刀庫運刀時產(chǎn)生的振動會影響加工中心的加工精度，同時為不影響主軸加工工件，將刀具軸線與主軸軸線垂直，這就必須設(shè)置刀套翻轉(zhuǎn)裝置，使被換新刀在換刀位置上翻轉(zhuǎn)90°，刀具軸線與主軸軸線平行，再由機械手進行換刀動作，這個過程也會大大影響換刀時間。</p><p>　　本設(shè)計準備采用在機床底座上獨立設(shè)置立柱承載方式。即在工作臺右側(cè)保持一定距離安

113、裝承載立柱，將自動換刀裝置固定在立柱上，立柱高度由主軸換刀位置高度決定。這種設(shè)計符合模塊化設(shè)計的特點，結(jié)構(gòu)更加緊湊，運刀獨立進行可以在主軸加工過程中完成，所產(chǎn)生的振動不影響加工精度，也可以省去刀套翻轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計，刀套可以直接轉(zhuǎn)到換刀位置，其軸線和主軸軸線保持平行，機械手直接換刀，縮短刀對刀換刀時間。刀庫設(shè)計不是很復(fù)雜，不足之處在于加工中心整體體積增大，主軸必須移到換刀位置換刀，換刀位置定位控制系統(tǒng)要求比較高。</p>&l

114、t;p>　　刀座的夾刀機構(gòu)即刀具的鎖緊機構(gòu)：</p><p>　　刀座的夾刀機構(gòu)的作用為：</p><p>　?、?防止刀具在刀座中松脫；</p><p>　　② 按一定方位存放刀具；如刀具在主軸上用單鍵傳遞扭矩或精鏜孔時，鏜刀刀尖需按特定方位進出工件加工孔或為了避免裝在刀庫刀座中的鏜刀刀尖與相鄰刀座中大直徑銑刀盤相碰，刀具需按一定方位存放在刀座中。</

115、p><p>　　刀座的夾刀機構(gòu)有下列幾種：</p><p>　?、?由圓柱孔或圓錐孔形成的刀座所采用的夾刀結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　彈簧片式</b></p><p>　　多用于刀具不需要很大夾持力的刀座，如容納圓柱形刀柄的鼓形刀庫的刀座。</p><p><b>　　彈簧銷子式<

116、;/b></p><p>　　可用于要求較小夾持力的圓錐柄和圓柱柄的刀具的刀座。</p><p><b>　　彈簧鋼球式</b></p><p>　　與彈簧銷子式基本相似，它可采用彈簧鋼球卡住刀具的尾凸，使刀具保持在刀座中。</p><p><b>　　其他形式</b></p>