MC無機(jī)械手換刀刀庫設(shè)計[3A0](畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摘 要 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及，加工中心的作用越發(fā)突顯它的重要性。為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心機(jī)床，如車削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動換刀裝置，也就是所說的刀庫，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性。 本論文是開發(fā)設(shè)計出 一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價格較低、生產(chǎn)周期短的小型立式加工中心無機(jī)械手換刀刀庫。首先介紹了國內(nèi)外加工中心研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，闡明了本課題研究的目的、意義。然后進(jìn)一步介紹本小型加工中心刀庫總體結(jié)構(gòu)和各部件方案的選擇，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了小型加工中心刀庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，主要包括刀盤部件設(shè)計（含刀盤，夾塊，刀爪），刀庫轉(zhuǎn)動定位機(jī)構(gòu)設(shè)計（含轉(zhuǎn)臂，槽輪，滾子，鎖止盤），刀庫總體機(jī)構(gòu)設(shè)計（含軸承套，軸，箱蓋，箱體）刀庫移動部分設(shè)計。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控系統(tǒng) 加工中心 刀庫 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Abstract Along with the numerical control technology development and the popularization, the processing center function reveals its importance even more suddenly. For further enhances the numerical control engine laths the processing efficiency, the numerical control engine laths is clamping to the work piece in an engine laths attire then completes the multi-channel working procedure or the complete working procedure processing direction develops, therefore appeared each kind of type processing center engine laths, ike the turning center, the boring mill processing center, drills truncates center and so on. This kind of working procedure processing numerical control engine laths must use many kinds of cutting tools in the processing process, therefore must have trades the knife installment automatically, also is the knife storehouse which said, in order to select the different cutting tool, completes the different working procedure the processing craft. Trades the knife equipment to have automatically to have trades the knife time short, the cutting tool repetition pointing accuracy high, the enough cutting tool margin, the area small, safe reliable and so on the characteristics. The present paper is the development designs one kind of volume slightly, the structure compact, the price is low, production cycle short small vertical processing center knife storehouse this article. Then further introduced this small processing center knife storehouse overall structure and various parts plan choice, and has carried on the small processing center knife storehouse mechanism design calculation in this foundation, mainly includes the knife storehouse overall organization design, the electrical machinery selection, the knife storehouse rotation detent mechanism design knife storehouse migration part design and so on. Keywords: numerically controlled lathe machining centers cut database 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 摘要 i Abstract ii 1 緒論 1 1.1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1.1.1 當(dāng)前世界 NC 機(jī)床的研究現(xiàn)狀 1 1.1.2 我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 2 1.1.3 加工中心的發(fā)展動向 3 1.1.4 我國數(shù)控機(jī)床研究存在的問題 3 1.2 加工中心概論 4 1.2.1 自動換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的意義和前景 6 1.3 本論文研究的目的和意義 6 1.4 本論文完成的主要工作 6 2 總體方案的設(shè)計 8 2.1 運動方案的設(shè)計 8 2.1.1 運動數(shù)目的確定 8 2.1.2 運動方案的確定 8 2.2 功能部件的設(shè)計方案 9 2.2.1 主傳動系統(tǒng) 9 2.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 10 2.2.3 自動換刀系統(tǒng) 11 2.2.4 基礎(chǔ)部件 13 2.2.5 數(shù)控系統(tǒng) 14 2.2.6 輔助裝置 14 2.3 總體布局 14 2.4 主要技術(shù)參數(shù) 14 2.5 小結(jié) 16 3 刀庫的設(shè)計 17 3.1 刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 3.1.1 刀庫主要參數(shù)的確定 17 3.1.2 刀盤部分的設(shè)計 17 3.1.3 刀庫轉(zhuǎn)動定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計 18 3.1.4 軸的設(shè)計 21 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.1.5 滾動軸承的選擇計算 24 3.1.6 鍵的選用與計算 25 3.1.7 刀庫的支承部分的設(shè)計 25 3.2 刀庫移動部分的設(shè)計 26 3.2.1 刀庫支承橫梁和導(dǎo)軌的設(shè)計 26 3.2.2 刀庫移動絲杠和電機(jī)的選擇 27 3.3 刀庫、橫梁的安裝 27 3.4 小結(jié) 38 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻(xiàn) 31 1 緒 論 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和成熟，而對作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提 出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對加工中心的組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。 加工中心是一種綜合加工能力較強(qiáng)的數(shù)控加工設(shè)備，工件一次裝夾后能完成較多的加工工序，加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設(shè)備的 5 10 倍，特別是它能完成許多普通設(shè)備不能一次完成的加工。加工中心對形狀較復(fù)雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為合適，特別是對于必需采用工裝和專用設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)量和效率的工件，采用加工中心加工，充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 可以省去工裝和專機(jī)。這為新產(chǎn)品的研制和改型換 代節(jié)省大量的時間和費用，從而使企業(yè)具有較強(qiáng)的競爭力。然而目前國內(nèi)外加工中心的生產(chǎn)廠家設(shè)計生產(chǎn)的加工中心大多是大、中型零件的加工。 加工中心有多種形式，常見的有盤式、鏈?zhǔn)絻煞N刀庫。 盤式結(jié)構(gòu)中 ,刀具可以沿著主軸的軸向、徑向、斜向按放，刀具軸向的安裝的結(jié)構(gòu)最為緊密，但為了換到時與主軸同向，有的刀具庫中刀具需要在換刀位作90 度翻轉(zhuǎn)。在刀庫容量較大時，為在存放方便的同時保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采用彈倉式結(jié)構(gòu)，目前大量的刀庫安裝在機(jī)車立柱的頂面或側(cè)面，在刀庫較大時，也有安裝在專門的地基上，以隔離刀庫轉(zhuǎn)動造成的震動。 鏈 式刀庫存放刀具容量比盤式大，結(jié)構(gòu)比較靈活，可以采用加長鏈帶方式加大刀庫容量，也可以采用鏈帶折疊回繞的方式提高空間利用率，在需要刀具容量較大時，還可以采用多鏈帶結(jié)構(gòu)。 1.1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1.1 當(dāng)前世界 NC 機(jī)床的研究現(xiàn)狀 世界各國對數(shù)控機(jī)床、加工中心以至 FMS、 CIMS 等各種新技術(shù)的研究與發(fā)展充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 進(jìn)程，是與世界經(jīng)濟(jì)形勢緊密相連的。機(jī)床工業(yè)與世界經(jīng)濟(jì)相互促進(jìn)和發(fā)展，進(jìn)入 21 世紀(jì)知識經(jīng) 濟(jì)時代，人們的知識所起的作用更加突出，而機(jī)床工業(yè)作為機(jī)器制造業(yè)的基礎(chǔ)，其重點地位與戰(zhàn)略意義更 加明顯。當(dāng)前世界 NC 機(jī)床的技術(shù)研究主要有以下幾點： 1.更加重視新技術(shù)和創(chuàng)新 在世界范圍內(nèi)，對新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)、新單元、新元件的研究開發(fā)工作正在大力發(fā)展，如新的刀具材料、新的主軸結(jié)構(gòu)、高速電主軸、高速直線電機(jī)等的開發(fā)研究。以加工工藝的改進(jìn)創(chuàng)新為基礎(chǔ)，為加工超硬、難切削材料及特殊符合材料及復(fù)雜零件、不規(guī)則曲面等在不斷研究開發(fā)新機(jī)種。 2.提高機(jī)床加工的精度的研究 為了提高加工中心的加工精度，不斷提高機(jī)床的剛度、減少振動，消除熱變形，降低噪聲 ，提高 NC 機(jī)床的定位精度、重復(fù)精度、工作可靠性、穩(wěn)定性、精度保持性，世界很多國家都在進(jìn)行機(jī)床熱誤差、機(jī)床運動及負(fù)載變形誤差的軟件補(bǔ)償技術(shù)研究，并采取精度補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償?shù)却胧┘右愿纳?，有的已可使此類誤差消除 60%。并在不斷開發(fā)精細(xì)加工，納米加工。 3.提高機(jī)床加工生產(chǎn)率的研究 世界 NC 機(jī)床、加工中心及相應(yīng)的高速電主軸、直線電機(jī)、測量系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、 NC 系統(tǒng)的開發(fā)，均以提高生產(chǎn)率為前提。 4.許多國家都已經(jīng)開始對數(shù)控系統(tǒng)的智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化研究 1.1.2 我 國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 我國數(shù)控機(jī)床工業(yè)起步較早，北京機(jī)床研究所于 1973 年研制了臥式加工中心 JCS013。 1980 年北京機(jī)床研究所引進(jìn)了日本 FANUC 公司的數(shù)控系統(tǒng)制造技術(shù)，并投入批量生產(chǎn)。國家“六五”和“七五”規(guī)劃期間，我國大力發(fā)展加工中心，幫助部分骨干企業(yè)與國外廠商進(jìn)行合作，引進(jìn)了加工中心的制造技術(shù)。“八五”期間科技攻關(guān)開發(fā)自主版權(quán)數(shù)控系統(tǒng)兩個階段，已為數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化奠定了良好的基礎(chǔ)，并取得了長足的進(jìn)步。“九五”期間數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入了實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段。 1.部分產(chǎn)品已達(dá)到 國外同類產(chǎn)品水平 具備了自行開發(fā)各種各樣專用機(jī)床和特殊功能機(jī)床系統(tǒng)的能力。數(shù)控機(jī)床新充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 開發(fā)品種 300 個，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床大部分達(dá)到國際20 世紀(jì) 90 年代水平，為國家重點建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床。 2.數(shù)控機(jī)床在技術(shù)上取得了一定的進(jìn)步 進(jìn)入了高速高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn) 國行列。高速主軸制造技術(shù)可達(dá)1200018000r/min，快速進(jìn)給可達(dá) 60m/min，快速換刀可達(dá) 1.5s 可以生產(chǎn)定位精度達(dá) 3um的立式加工中心、主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá) 8um 的臥式加工中心和精度 為 2um 的車削中心等。 3.多軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)更加成熟 0.1um 當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿形系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進(jìn)給數(shù)控系統(tǒng)、實時多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于 PC 機(jī)的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)線等功能。這些數(shù)控系統(tǒng)的研制成功使得多坐標(biāo)聯(lián)動技術(shù)已不再是難題，且逐漸成熟。 4.大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品已能國內(nèi) 生產(chǎn) 我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠共有 100 多家，數(shù)控系統(tǒng)（包括主軸和進(jìn)給驅(qū)動單元）生產(chǎn)企業(yè)約 50 家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)共計 300 余家，產(chǎn)品品種包括八大類 2000 種以上。數(shù)控機(jī)床自我配套率超過 60%。 5.在網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化數(shù)控制造成套設(shè)備技術(shù)上也有了新突破 網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化數(shù)控制造裝備可實現(xiàn)在多臺機(jī)床連成的局域網(wǎng)上實現(xiàn)集成、資源共享、實時圖象監(jiān)視和管理，服務(wù)器上實現(xiàn)加工對象的實體造型并將刀具路徑文件和加工程序自動化送至各數(shù)控機(jī)床。 總之，隨著科學(xué) 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，市場經(jīng)濟(jì)活動的不斷深入，中國在加入WTO 參與世界市場激烈競爭中，無論是國內(nèi)市場、國際市場，對 NC 機(jī)床的需求將日益增多， NC 機(jī)床的發(fā)展前景非常廣闊。中國機(jī)床工業(yè)能否振興、 NC 機(jī)床技術(shù)能否迅速提高、產(chǎn)量能否迅速擴(kuò)大，關(guān)鍵在于中國是否有此實力。 1.1.3 加工中心的發(fā)展動向 近年來，加工中心的發(fā)展主要目標(biāo)是主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和自動換刀（ ATC）的高速化、縮短輔助時間、提高加工精度、縮短刀具交換時間、提高自動化程度等。國際上加工中心正向自動化程度更好、機(jī)床精度更高、功能更全、切 削效率更高、機(jī)床結(jié)構(gòu)更趨合理的方向發(fā)展。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1.1.4 我國數(shù)控機(jī)床研究存在的問題 我國的數(shù)控機(jī)床行業(yè)在近幾年中有了很大的發(fā)展，但對數(shù)控機(jī)床的進(jìn)口量依然很大。我國進(jìn)口的 NC 機(jī)床，大都是自己不能生產(chǎn)、水平達(dá)不到的中、高檔機(jī)床，其中特別是加工中心。均采用 CAD、有限元分析、先進(jìn)的數(shù)控程序軟件等先進(jìn)方法，配套基礎(chǔ)元部件、 NC 系統(tǒng)實行國際配套方面，我國仍需大力提高。 1.2 加工中心概論 加工中心的功能及特點： 1.加工中心的功能 加工中心（ Machining Center-MC）是一種功能較全的數(shù)控加工機(jī)床。它把銑削、鏜削、鉆削和切削螺紋等功能集中在一臺設(shè)備上，使其具有多種工藝功能。加工中心設(shè)置有刀庫，刀庫中存放著不同數(shù)量的各種刀具和量具，在加工過程中由程序自動選用和更換。這是它與數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的主要區(qū)別。加工中心與同類數(shù)控機(jī)床相比結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制系統(tǒng)功能較多。加工中最少有三個運動坐標(biāo)系，多的達(dá)十幾個。其控制功能最少可實現(xiàn)兩軸聯(lián)動控制，實現(xiàn)刀具運動直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。多的可實現(xiàn)五軸聯(lián)動、六軸聯(lián)動，從而保證刀具進(jìn)行復(fù)雜加工。加工中心還具有不同的輔助功能；如：各種加 工固定循環(huán)，刀具半徑自動補(bǔ)償，刀具長度自動補(bǔ)償，刀具破損報警，刀具壽命管理，過載超程自動保護(hù)，絲杠螺距誤差補(bǔ)償，絲杠間隙補(bǔ)償，故障自動診斷，工件與加工過程圖形顯示，人機(jī)顯示，工件在線檢測和加工自動補(bǔ)償、離線編程等，這些功能提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率，保證 了產(chǎn)品的加工精度和質(zhì)量，是普通加工設(shè)備無法相比的。 2.加工中心的特點 加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，因此在國內(nèi)外企業(yè)界都受到高度重視。加工中心綜合加工能力較強(qiáng)，工件一次裝夾后能完 成較多的加工步驟，加工精度較高，對于中等加工難度的批量工件，其效率是普通設(shè)備的 510 倍。加工中心對形狀較復(fù)雜，精度要求高的的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為合適。特別是對于必須采用工裝和專機(jī)設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工裝和專機(jī)。這為新產(chǎn)品的研制和改型換代接生大量的時間和費用，從而使企業(yè)具有較強(qiáng)的競爭能力。因此它也是判斷企業(yè)技術(shù)技術(shù)能力和工藝水平標(biāo)志的一個方充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 面。如今，加工中心已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向，廣泛用于機(jī)械制造中。與普通數(shù)控機(jī)床相比，它有以下幾個突出要點： 1）工序集中 加工中心備有刀庫，能自動換刀，并能對工件進(jìn)行多工序加工?，F(xiàn)代加工中心可使工件在一次裝夾后實現(xiàn)多表面、多工位的連續(xù)、高效、高精度加工，即工序集中。這是加工 中心最突出的特點。 2）加工精度高 加工中心同其他數(shù)控機(jī)床一樣具有加工精度高的特點，而且加工中心可一次裝夾工件，實現(xiàn)多工序集中加工，減少了多次裝夾帶來的誤差，故加工精度更高，加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。 3）適用性強(qiáng) 加工中心對加工對象的適用性強(qiáng)。加工中心改變加工零件時，只需重新編制（更換）程序， 輸入新的程序就能實現(xiàn)對新的零件的加工，這對結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的單件、小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品試制帶來極大的方便。同時，它還能自動加工普通機(jī)床很難加工或無法加工的精密復(fù)雜零件。 4 ）生產(chǎn)效率高 加工中心帶有刀庫，在一臺機(jī)床上能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和機(jī)床的調(diào)整時間，減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，機(jī)床的切削利用率（切削時間和開動時間之比）高。 5）經(jīng)濟(jì)效益好 加工中心加工零件時，雖分?jǐn)傇诿總€零件上的設(shè)備費用較昂貴，但在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，可以節(jié)省 許多其他方面的費用。由于是數(shù)控加工，加工中心不必準(zhǔn)備專用鉆模等工藝裝備，加工之前節(jié)省了劃線工時，零件安裝到機(jī)床上之后可以減少調(diào)整、加工和檢驗時間。另外，由于加工中心的加工穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。 6）自動化程度高，勞動強(qiáng)度低 加工中心的加工零件是按事先編好的程序自動完成的，操作者除了操作鍵盤、裝卸零件、進(jìn)行關(guān)鍵工序的中間測量以及觀察機(jī)床的運行之外，不需要進(jìn)行充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 繁重的重復(fù)性手工操作，勞動強(qiáng)度可大為減輕。 7）有利于生產(chǎn)的現(xiàn)代化管理 用加工中心加工零件， 能夠準(zhǔn)確地計算零件的加工工時，并有效地簡化檢驗和工夾具、半成品的管理工作。這些特點有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。 1.2.1 自動換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的意義和前景 自動換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的加工性能。刀庫結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會影響機(jī)床的換刀效率。自動換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，又會對整機(jī)的成本造價產(chǎn)生直接影響。 隨著機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，制造行業(yè)對于帶有自動換刀系統(tǒng)的高效高性能加工中心的需求量越來越大。 在現(xiàn)有的各種類型的加工中心中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自動換刀系統(tǒng)的造價在機(jī)床整機(jī)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)用不普遍的重要原因。如果把自動換刀系統(tǒng)的設(shè)計制造從現(xiàn)有加工中心的制造模式中分離出來，把它作為加工中心的標(biāo)準(zhǔn)件或附件組織專門化的生產(chǎn)，同時由于該項技術(shù)的應(yīng)用簡化了機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)、采用彈簧夾頭和外驅(qū)動機(jī)械手等關(guān)鍵技術(shù)、采用圓柱柄刀具和輔具，這不僅使數(shù)控機(jī)床工作性能有所提高，而且使得由它配套構(gòu)成的加工中心的總體造價大幅度下降。低造價高性能的加工中心將會被中小廠廣泛接收，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的經(jīng)濟(jì)效益。 1.3 本論文研究的目的和意義 本課題開發(fā)設(shè)計的小型加工中心刀庫。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及，加工中心的作用越發(fā)突顯它的重要性。為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心機(jī)床，如車削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動換刀裝置，也就是所說的刀庫，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動換刀 裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性。 1.4 本論文完成的主要工作 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 本論文是開發(fā)設(shè)計出一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價格較低、生產(chǎn)周期短的小型立式加工中心無機(jī)械手換刀刀庫。主要完成以下工作： 1.通過深入各種類型的企業(yè)、高工專學(xué)校、中專、技校現(xiàn)場調(diào)查，通過查閱相關(guān)的資料，對國內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行市場調(diào)研、技術(shù)調(diào)研和社會環(huán)境調(diào)研，了解該產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向，從而確定本課題的可行性和必要性。 2.通過對不同的結(jié)構(gòu)原理方案和各部 件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的分析對比，確定加工中心刀庫的總體技術(shù)設(shè)計方案和主要技術(shù)性能參數(shù)。 3.通過對加工中心的自動換刀系統(tǒng)不同設(shè)計方案的對比分析，確定刀庫的設(shè)計方案，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計和計算。 4.用 CAD 軟件繪制總體裝配圖、各部件、組件裝配圖及主要非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2 總體方案的設(shè)計 加工中心刀庫的總體方案設(shè)計是根據(jù)其功能和設(shè)計要求，從全局的角度，以系統(tǒng)的觀點，進(jìn)行自動換刀裝置刀庫整體方面的設(shè)計，主要包括運動功能方案設(shè)計、基本參數(shù)設(shè)計、傳動 系統(tǒng)設(shè)計、總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計等內(nèi)容。 2.1 運動方案的設(shè)計 加工中心主要用來加工小型板類、盤類、模具類、多孔類零件上的小孔和平面。主要是鉆削和銑削加工。 2.1.1 運動數(shù)目的確定 要實現(xiàn)以上各種零件表面的鉆削和銑削加工功能，機(jī)床必須具有以下運動：一個是主運動即主軸帶動刀具回轉(zhuǎn)（ Vc）；另一個是三個方向的進(jìn)給運動，包括實現(xiàn)切入工件一定深度（ Z 方向）的進(jìn)給運動；實現(xiàn)在水平面內(nèi)兩個方向（ X、Y 方向）的進(jìn)給運動。此外，還必須有換刀功能，因此還必須有非成形運動，如換刀需要刀庫轉(zhuǎn)位、移 動等運動。 2.1.2 運動方案的確定 加工中心加工工件所需的這些運動，必須由對應(yīng)的執(zhí)行部件來實現(xiàn)。加工中心的主運動一般都由主軸部件（主傳動系統(tǒng)）來完成，而進(jìn)給運動可以由工件來完成；也可以由刀具來完成；或者是由刀具和工件來共同完成。這樣就影響到部件的相互位置關(guān)系的配制和總體關(guān)系。采用哪種形式與被加工工件尺寸、形狀、質(zhì)量和功能等因素有關(guān)。對具有鉆、銑的功能的立式加工中心，根據(jù)工件的質(zhì)量、尺寸等的不同，可以有以下幾種不同的運動 方案： 1.由工件完成三個方向的進(jìn)給運動，當(dāng)加工質(zhì)量較 輕工件時，分別由 X-Y 向工作臺和升降臺來實現(xiàn)； 2.工作臺帶動工件做一個方向的進(jìn)給運動，其他兩個方向的進(jìn)給運動由刀具在立柱與橫梁上移動來完成，這種方案不僅適用于質(zhì)量大的工件加工，還可增多充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 主軸頭，使加工中心的生產(chǎn)效率得到很大的提高。 3.由刀架來完成三個方向的進(jìn)給運動，當(dāng)加工較重或尺寸較高的工件時，則不宜由工件做進(jìn)給運動，而是工作臺固定不動，改為由刀具來完成進(jìn)給運動。采用了立柱在床身上沿前后方向移動來 Y 方向的進(jìn)給；由刀具在橫梁上移動來完成 Z 向的進(jìn)給。通常見于大 、中型動柱式加工中心。這 種方案可以避免的尺寸工作臺在溜板兩端極限位置發(fā)生翹曲和大溜板加工難的問題，從而減少了溜板和結(jié)構(gòu)的多層，有利于提高機(jī)床精度。 4.由工作臺實現(xiàn) X、 Y 兩個方向的進(jìn)給，而唷刀具來完成垂直進(jìn)給運動，當(dāng)加工質(zhì)量較輕、體積較小的工件，且主軸部件的重量、體積較小時，也可以由X-Y 工作臺實現(xiàn)兩個方向的進(jìn)給，而由刀具來完成垂直進(jìn)給運動。適用于小型加工中心，通常都采用固定立柱方式。由于立柱固定在床身上，就便于把刀庫、電柜等裝在立柱上。 2.2 功能部件的設(shè)計方案 加工中心一般由主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給伺 服系統(tǒng)、自動換刀系統(tǒng)、基礎(chǔ)部件、數(shù)控系統(tǒng)和輔助裝置等部分組成。 2.2.1主傳動系統(tǒng) 主傳動系統(tǒng)用來實現(xiàn)加工中心的主運動。由主軸箱、主軸、軸承、松拉刀機(jī)構(gòu)、電動機(jī)等零件組成。這是加工中心自動換刀裝置的關(guān)鍵部分，主軸的啟動、停止、變速等動作通過數(shù)控系統(tǒng)控制由主傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。并且通過安裝在主軸上的刀具實現(xiàn)切削運動。 要求主軸部件必須具備足夠的轉(zhuǎn)速范圍、功率和扭矩，在大部分轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)要保持恒功率，當(dāng)降到計算轉(zhuǎn)速以下時，要保持恒扭矩傳動；主傳動系統(tǒng)的各零部件，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和必要的剛 度及抗震性能；噪聲低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性好。傳動方案有以下幾種： 1.齒輪傳動 目前加工中心主傳動大多用寬調(diào)速主軸電機(jī) , 其調(diào)速范圍達(dá) 1： 100。對某些中小型加工中心，已經(jīng)足夠了，不需要經(jīng)過齒輪變速。如果所需轉(zhuǎn)速范圍超過 1： 100（如中型以上規(guī)格的加工中心），則需通過齒輪換檔的方法實現(xiàn)。 2.帶傳動 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 加工中心主傳動系統(tǒng)使用的帶傳動多為同步帶傳動。它是一種綜合了帶、鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。具有以下優(yōu)點： 1）傳動比準(zhǔn)確 同步帶傳動 是嚙合傳動，工作時無滑動。 2）傳動效率高 可達(dá) 98%以上，節(jié)能效果明顯。 3）重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊 不需依靠摩擦傳動，預(yù)緊張力小，對軸和軸承的作用力小，帶輪直徑小。 4）線速度高 可達(dá) 50m/s，因齒形帶較薄。 5）傳動平穩(wěn) 動態(tài)特性良好，能吸振，噪聲小。 6) 使用范圍廣 傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦，速比可達(dá) 10 左右。 7）使用保養(yǎng)方便 不需要潤滑，耐油、耐磨性和抗老化好，還能在高溫 、灰塵、水及腐蝕介質(zhì)等環(huán)境中工作。 由于以上優(yōu)點，所以實際中多用。但安裝要求較高，兩帶輪軸心線平行度要求高，中心距要求嚴(yán)格。帶和帶輪的制造工藝復(fù)雜，成本低。 3.電主軸 有內(nèi)裝式電動機(jī)直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)的最大特點是實現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動”，這種傳動方式取消了從主電動機(jī)到主軸之間一切中間的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)（如皮帶、齒輪、離合器等），實現(xiàn)了主電動機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。 如果采用齒輪、帶傳動則需自行設(shè)計主傳動系統(tǒng)，將會增加設(shè)計和制造周期，且為單件生產(chǎn)，成本也較高，轉(zhuǎn)速也 受到一定的限制。該加工中心主要用來加工小孔和小平面，因此要想提高零件加工的生產(chǎn)率，也須提高主軸的轉(zhuǎn)速。如果選用由專門廠家生產(chǎn)的已系列化和標(biāo)準(zhǔn)化電主軸，轉(zhuǎn)速可根據(jù)需要選擇。不僅可保證高的生產(chǎn)率，而且也可根據(jù)用戶的不同要求選用不同的規(guī)格，可縮短產(chǎn)品的設(shè)計和制造周期。對比以上三種方案選用電主軸。 2.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng)由伺服電機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)軌等組成。要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)必須具有高速下的平穩(wěn)運行，較高的定位精度且防止爬行，要求進(jìn)給系統(tǒng)中的機(jī)械傳動裝置和元件具有較高的靈敏度，低摩擦阻力和動、 靜摩擦系數(shù)之差小以及高壽命等。 1.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制方式 進(jìn)給伺服系統(tǒng)可分為半閉環(huán)、全閉環(huán)和混合伺服控制三種方式。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2.伺服電機(jī)常用的伺服電機(jī)有支流和交流兩種： 1）直流伺服電機(jī) 數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較多的是寬調(diào)速直流伺服電機(jī)，其主要特點是調(diào)速范圍寬、低速運行平穩(wěn)；負(fù)載特性硬、過載能力強(qiáng)，在一定的速度范圍內(nèi)可以做到恒力矩輸出；反應(yīng)速度快，動態(tài)響應(yīng)特性好。但體積較大，電刷易磨損，壽命受到一定的限制。 2）交流伺服電機(jī) 這種伺服電機(jī)的 主要特點是轉(zhuǎn)矩和慣量比高，能承受高的加減速；轉(zhuǎn)矩波動小；低速性能好，在很低速時，電機(jī)仍能平滑旋轉(zhuǎn)；在保證高輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，電機(jī)的體積小，重量輕；由于采用高頻寬調(diào)制控制，電機(jī)只有很低的噪聲和振動。利用交流伺服系統(tǒng)可進(jìn)行精密定位控制。所以應(yīng)用越來越廣。 由于該加工中心刀庫容量較小，而且精度較高，故選用交流伺服電機(jī)。設(shè)計中選用了日本 Panasonic 公司生產(chǎn)的 MINASA 系列交流伺服電機(jī)和驅(qū)動器。 2.2.3 自動換刀系統(tǒng) 通過自動換刀系統(tǒng)來實現(xiàn)零件加工時的換刀。它由刀庫電機(jī)、傳動裝 置、刀夾等組成。任務(wù)要求采用無機(jī)械手換刀方式。 無機(jī)械手換刀方式是直接在刀庫與主軸（或刀架）之間的自動換刀方式。這種換刀方式?jīng)]有機(jī)械手，因而結(jié)構(gòu)簡單。換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不能同時進(jìn)行，所以換刀過程較為復(fù)雜，它的選刀和換刀由三個坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來完成，因此換刀時間較長，影響了機(jī)床的加工效率但是刀庫回轉(zhuǎn)時在工步于工步之間，即非切削時進(jìn)行的，因此雖然刀庫設(shè)置在立柱側(cè)面，卻免去刀庫回轉(zhuǎn)時的振動對加工精度的影響。 適用于 40 號以下刀柄的小型加工中心 或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機(jī)床。考慮到所設(shè)計的小型加工中心主要用于中小批量生產(chǎn)，且只用來加工小型零件上的孔和面，刀庫容量較小，無須過多考慮換刀時間的長短，決定采用 30 號刀柄。 2.刀庫形式的選取 無機(jī)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。無機(jī)械手換刀方式中特別需要注意的是刀庫轉(zhuǎn)位定位的作用準(zhǔn)確度。圓盤形充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 刀庫容量較小，刀庫結(jié)構(gòu)簡單緊湊，刀庫轉(zhuǎn)位、換刀方便，易控制。直線排列式和格子箱式刀庫結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，適用于刀庫容量較大的加工中心。 考慮到所設(shè)計 的加工中心只用來加工小型零件上的孔和面，不必在刀庫里放太多刀具，根據(jù)實用性進(jìn)行考慮，因此選用結(jié)構(gòu)簡單、容量較小、體積較小的圓盤式刀庫。 3.刀庫位置的放置 立式加工中心無機(jī)械手換刀方式的圓盤形刀庫的放置又兩種形式： 1）刀庫置于立柱側(cè)面大橫梁上 如圖 2-4a) 所示。此方案可使工作臺的尺寸較小，且可采用廠家已生產(chǎn)隊合適尺寸的工作臺，可減少設(shè)計制造周期。結(jié)構(gòu)簡單，且不會發(fā)生刀庫和主軸干涉現(xiàn)象，但刀庫的支承剛性較差，須增強(qiáng)立柱的剛度，以減小橫梁 彎扭矩的影響。 2）刀庫置于工作臺上 如圖 2-4b)所示。此方案刀庫的支承剛性好，結(jié)構(gòu)簡單。但影響加工中心主軸 y 軸方向上的行程，要求工作臺的尺寸較大，須自行設(shè)計，且減少了工作臺的有效面積 綜合分析以上兩種方案，采用 1）方案，即圖 2-4a)的布置形式。在立柱左邊安裝一橫梁，在橫梁有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有滑座，將刀庫安裝在滑座上，通過刀庫沿橫梁移動刀主軸端，由主軸來實現(xiàn)換刀。 1.主軸箱 2.立柱 3.刀庫 4.工作臺 5.床身 圖 2-4 無機(jī)械手換刀裝置的布置 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 4.刀庫在橫梁上的移動 刀庫在橫梁上的移動由兩種方案：一方案使絲杠螺母傳動，采用滾珠絲杠和交流伺服電機(jī)；另一方案使液壓傳動，采用液壓滑臺。由于液壓傳動必須由專門設(shè)計液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，來實現(xiàn)刀庫的分度和定位。但此機(jī)構(gòu)定位精 度不夠高，為提高其定位精度可采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動。 2.2.4 基礎(chǔ)部件 基礎(chǔ)部件是加工中心的基礎(chǔ)，由床身、立柱和工作臺等組成。主要承受加工中心的靜載荷和在加工時產(chǎn)生的切削負(fù)荷，因此必須由足夠的靜、動剛度和精度保持性。 1.立柱 立柱采用對稱結(jié)構(gòu)，其正面設(shè)置由導(dǎo)軌，導(dǎo)軌可采用滾動和滑動兩種結(jié)構(gòu)，可由用戶自行選擇。正中間安裝由滾珠絲杠，立柱導(dǎo)軌上安裝滑座、主軸箱。立柱中空，可安裝平衡塊，壁上設(shè)置有肋板，以增加立柱的強(qiáng)度和剛性。立柱連接在床身上。并且使主軸中 心線與 Z 向進(jìn)給絲杠布置在同一個平面 YOZ 平面內(nèi)，絲杠的進(jìn)給驅(qū)動力與主切削抗力在同一平面內(nèi)，因而扭矩很小，容易保證銑削精度和鉆孔加工的平行。 2.床身 床身是加工中心的基礎(chǔ)部件，也是加工中心關(guān)鍵元件之一，床身結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響加工中心的使用性能。因此要求床身設(shè)計具有： 1）很高的精度和精度保持性 在床身上有安裝立柱和 X-Y 工作臺的加工面，這些面本身精度和相互位置精度要求很高。 2）具有足夠的動靜剛度 機(jī)床在切削加工時靜、動 載荷往往都傳到床身上，所以床身上受力比較復(fù)雜。 3）較好的熱穩(wěn)定性、抗熱變形性、抗振性 在設(shè)計上要做到使整機(jī)熱變形較小、振動小?；蚴篃嶙冃螌庸ぞ扔绊懽钚?。 床身的設(shè)計要受到加工中心總體設(shè)計的制約，在滿足總體設(shè)計的前提下，盡可能做到床身外形、結(jié)構(gòu)合理，肋板布置恰當(dāng)，保證良好的冷熱加工性，減少機(jī)充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 床重量，節(jié)省材料，提高整個機(jī)床的剛度。 3.工作臺 X-Y 向工作臺有兩種方案：一種是選用南京工藝裝備制造廠制造生產(chǎn)的 X-Y 兩軸精密數(shù)控 工作臺，數(shù)控工作臺的上下兩層運動臺（ X 向、 Y 向）結(jié)構(gòu)相同。另一種是自行設(shè)計，橫向（ Y 向）滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠安裝在橫向?qū)к壔稀：笠环N方案各部分均需設(shè)計或選擇，且床身制造麻煩，周期長，不易實現(xiàn)系列化，單件生產(chǎn)成本也高。而前一種采用已系列化的精密數(shù)控工作臺，此工作臺已經(jīng)過許多用戶使用后的驗證，精度較高，而且可根據(jù)不同的加工要求，選用不同的精度等級。不僅制造周期短、精度易保證，且可根據(jù)用戶的不同需要選擇不同的型號。故采用前一種方案。 2.2.5 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)由 CNC 裝置、可編程控制器、 伺服驅(qū)動裝置等部分組成。由它來完成對加工中心各部分的控制工作。伺服驅(qū)動裝置采用 Panasonic 公司生產(chǎn)的 MINASA 系列交流伺服電機(jī)驅(qū)動器。其他部分的設(shè)計方案根據(jù)用戶需要選擇。 2.2.6 輔助裝置 輔助裝置包括潤滑、冷卻、排屑、防護(hù)、液壓、氣動和檢測系統(tǒng)和平衡裝置等部分。這些裝置雖然不直接參與切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用。 2.3 總體布局 經(jīng)過對以上運動方案和各部件的設(shè)計方案的定性分析比較可確定該小型立式加工中心刀庫的總體設(shè)計方 案為：自動換刀系統(tǒng)采用無機(jī)械手換刀，且刀庫置于立柱側(cè)面的橫梁上。刀庫在橫梁上的移動采用滾珠絲杠傳動和交流伺服電機(jī)采用盤形刀庫，由槽輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和轉(zhuǎn)位，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動。 總體結(jié)構(gòu)布局圖如圖 2-5 所示。 2.4 主要技術(shù)參數(shù) 根據(jù)已知條件，在滿足設(shè)計要求的前提下，盡量使設(shè)計出來的加工中心結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，確定該加工中心的主要技術(shù)性能參數(shù)如下： X、 Y、 Z 行程（ mm） 150 150 350 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Z 向快速移動速度（ m/min） 15 X、 Y 向快速移動速度（ m/min） 12 工作臺尺寸（長寬）（ mm mm） 400 250 主軸轉(zhuǎn)速范圍（ r/min） 0 18000 主軸電機(jī)功率（ kw） 12 刀庫容量（把） 12 定位精度（ mm） 0.025 重復(fù)定位精度（ mm） 0.005 主軸錐孔 ISO/BT30 換刀時間（ s/次） 8 機(jī)床總重量（ kg） 650 外形尺寸（長寬高）（ mm mm mm） 2036 1264 1670 最大工作進(jìn)給速度（ m/min） 1 工作臺允許載荷（ kg） 15 鉆孔能力（ mm） 10 銑削能力（ cm3/min） 80 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 2-5 總體結(jié)構(gòu)布局示意圖 2.5 小結(jié) 本章對刀庫的設(shè)計方案進(jìn)行了分析、比較，確定 了較合理的總體設(shè)計方案。還確定了主要技術(shù)參。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3 刀庫的設(shè)計 刀庫是加工中心的象征，是加工中心區(qū)別于 NC 鏜床和 NC 銑床的本質(zhì)所在，因此來說，刀庫的設(shè)計是加工中心設(shè)計的核心。由于作者所要設(shè)計的加工中心是一個主要用來加工中小批量電子元件等小型零件的小型加工中心，在滿