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目 錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課 題： XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀裝置 （刀庫式）設(shè)計(jì) 子課題: 同課題學(xué)生姓名: 目 錄 設(shè)計(jì)總說明 I INTRODUCTION .II 1 緒論 1 1.1 數(shù)控機(jī)床知識 .1 1.2 數(shù)控銑床的分類 .1 1.2.1 數(shù)控立式銑床 .1 1.2.2 臥式數(shù)控銑床 .2 1.2.3 立、臥式兩用數(shù)控銑床 .2 1.3 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征 .2 目 錄 1.3.1 數(shù)控銑床的主軸特征 .2 1.3.2 控制機(jī)床運(yùn)動的坐標(biāo)特征 .2 1.4 數(shù)控銑床的主要功能及加工對象 .3 1.4.1 數(shù)控銑床的功能 .3 1.4.2 自動換刀裝置（ATC）及其形式 .3 1.4.3 自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求 .4 2 總體方案的確定 .5 2.1 XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床及其主要參數(shù) .5 2.1.1 其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .5 2.1.2 其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù) .6 2.2 初定其自動換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù) .7 2.3 確定其自動換刀裝置的形式 .7 3 刀庫的設(shè)計(jì) .9 3.1 確定刀庫容量 .9 3.2 確定刀庫形式 .9 3.3 刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .9 3.4 初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī) .11 3.4.1 初選電動機(jī)與降速傳動裝置 .11 3.4.2 初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 .11 3.5 刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動的設(shè)計(jì) .12 3.6 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核 .16 3.7 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 .16 3.8 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核 .16 目 錄 3.9 確定刀具的選擇方式 .17 3.10 刀庫的定位與刀具的松夾 .18 4 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) .19 4.1 確定換刀機(jī)械手形式 .19 4.2 換刀機(jī)械手的工作原理 .20 4.3 機(jī)械手的自動換刀過程的動作順序 .21 4.4 機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸4上的齒輪齒條設(shè)計(jì) .22 4.5 自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求 .22 4.5.1 主軸準(zhǔn)停裝置 .22 4.5.2 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試 .23 4.6 自動換刀程序的編制 .23 5 自動換刀裝置的控制原理 .25 5.1 自動換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖 .25 5.2 自動換刀裝置換刀動作的順序控制過程 .25 6 典型零件的設(shè)計(jì) .27 6.1 聯(lián)軸器 .27 6.1.1 聯(lián)軸器的選用 .27 6.1.2 聯(lián)軸器的校核 .27 6.2 選擇離合器的類型 .27 6.3 蝸桿蝸輪傳動設(shè)計(jì)的一些相關(guān)技術(shù)要求 .28 6.4 托架的設(shè)計(jì) .28 鳴 謝 29 參考文獻(xiàn) 31 設(shè)計(jì)總說明 設(shè)計(jì)總說明 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(jì).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?yàn)?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(jì)將仿效 THK6363 型自動換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計(jì)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。 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 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。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。 兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動作可靠，換好時間短，缺 點(diǎn)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。 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。 關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；自動換刀裝置；刀庫；換刀機(jī)械手 ABSTRACT I INTRODUCTION This 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 change 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 change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, is taken out knife to have from the knife database and the principal axis by the machine hand, then exchange position, insert the new knife into the principal axis, the old knife puts back a knife database.The knife database that deposits knife to have has bigger capacity, its capacity has for six knifes, adopting the dish form structure, the left side that installs in the tool machine signs pillar up.The XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller shape and other function parameter etc.s to all change the knife with THK6363 typeses automatically number to control the boring miller likeness, so this tool machine changes the knife the design of the device to change the knife in the wake of THK6363 typeses automatically automatically the number control the boring miller to change the knife device, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute. 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 position 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 doesnt need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility.But the knife database in each knife have in the different work preface and cant repeat an usage, for satisfying to process to need to only increase the capacity of the quantity and the knife database that the knife have, this utilization that lowers knife to have with the knife database.Have to be very careful while packing knife in addition, if the knife doesnt in order have to pack in the knife database, will produce serious result.Sequences choosing knife is before process, will process the knife that spare parts need to have to request to be one by one in order in the knife set of insert the knife database according to the craft, the sequence cant have mistake.Process adjust knife in order.Suit to ABSTRACT II process a batch quantity to compare greatly,the work piece the species quantity less of medium,small scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so the knife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have. Two hands are mutual perpendicular of the advantage 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 adjust 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 axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device. KEYWORDS: numerical control milling machines ；Automatic tool changer ；Tool storage ；tool changing-manipulator ABSTRACT 3 1 緒 論 1.1 數(shù)控機(jī)床知識 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(yùn)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。 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。 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。 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。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)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(shí)現(xiàn)自動編程。 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，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。 1.2 數(shù)控銑床的分類 1.2.1 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(yīng)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(yùn)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(yùn)動，而龍門架則沿床身作縱向運(yùn)動。 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)。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 ABSTRACT 4 個軸作數(shù)控擺角運(yùn)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。 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(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。 1.2.2 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(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(shí)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，而且可以實(shí)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)?用角度成型銑刀。對箱體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。 1.2.3 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(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。 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(shí)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(jìn)行加工。因此，其加工性能非常優(yōu)越。 1.3 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征 1.3.1 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(jī)床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻 機(jī)組，固定幾種轉(zhuǎn)速，可自選一種編入程序，但不能在運(yùn)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(yùn)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(shí)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) ABSTRACT 5 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)大了主軸自身的運(yùn)動范圍，但是主軸結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。 1.3.2 控制機(jī)床運(yùn)動的坐標(biāo)特征 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(yùn)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(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動。數(shù)