《數(shù)控加工中心自動換刀裝置的設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《數(shù)控加工中心自動換刀裝置的設計（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、數(shù)控加工中心自動換刀裝置的設計 摘要 數(shù)控機床的發(fā)展與運用，大大降低了零件加工的輔助時間，極大的提高了生產(chǎn)率。隨著數(shù)控機床的普及運用，加工機械的自動化程度大大提高，數(shù)控機床發(fā)展成了當今普遍應用的一種更新、更先進的制造設備即加工中心。加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置，能對工件按預定程序進行多工序加工的高度自動化的多功能的數(shù)字控制機床。 自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具存儲量足夠、刀具的安置空間小以及安全可靠等基本要求。加工中心的關鍵在于CNC對刀庫的自動選刀和刀庫、機械手與主軸間自動換刀，加工中心出現(xiàn)故障80%都在上述方面。本課題就是對自動換刀裝置進行設計，利用PLC對刀庫的選刀控制

2、和刀庫、機械手與主軸間的自動換刀控制。 關鍵詞：自動換刀裝置；弧面分度凸輪；滾齒凸輪；機械手。 ABSTRACT The numerical control engine bed development and the utilization, greatly reduced the components processing non-cutting time, enormous enhancement productivity.Along with the numerical contro

3、l engine bed popularization utilization, processes the machinery the automaticity to enhance greatly, the numerical control engine bed develops now has been common the application one kind of renewal, the more advanced manufacture equipment is the processing center.The processing center has the knif

4、e storehouse and trades the knife installment automatically, can carry on the multi-working procedure processing to the work piece according to the pre-set sequence the high automation multi-purpose numerical control engine bed Trades the knife equipment to have automatically to trade the knife tim

5、e satisfiedly short, the cutting tool reserves enough, the cutting tool placement space small as well as safe reliable and so on the basic request.The processing center key lies in CNC to choose the knife and between automatically the knife storehouse, the manipulator and the main axle to the knife

6、storehouse trades the knife automatically, the processing center appears breakdown 80% all in the above aspect.This topic is to trades the knife installment to carry on the design automatically, chooses the knife control and between the knife storehouse, the manipulator and the main axle using PLC t

7、o the knife storehouse trades the knife control automatically. Keywords:Trades the knife installment automatically; Cambered surface indexing cam; Rolls the tooth cam; Manipulator. 目錄 前言 1 第1章 緒 論 2 1.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的的發(fā)展情況 2 1.1.1 加工中心發(fā)展簡史 2 1.1.2 加工

8、中心的主要優(yōu)點 3 1.1.3 加工中心的發(fā)展趨勢 3 1.2 編程控制器的特點 4 第2章 方案設計 6 2.1 ATC設計特點及設計要求 6 2.2 自動換刀裝置主要結(jié)構(gòu)的論證及分析 7 2.3 方案確定 7 2.3.1 刀庫選刀 9 2.3.2 機械手取刀和換刀 9 2.3.3 方案確定 9 第3章 機械手結(jié)構(gòu)設計和設計計算 10 3.1 機械手的裝配 10 3.1.1 機械手爪的裝配 10 3.1.2 手臂裝配圖 11 3.2 機械手手爪加緊力的計算 12 第4章 刀庫的結(jié)構(gòu)設計和計算 13 4.1 刀

9、庫的功能和形式 13 4.2 刀庫的結(jié)構(gòu)設計 15 4.2.1 刀庫的結(jié)構(gòu)及其工作原理 15 4.2.2 刀庫各零部件結(jié)構(gòu) 15 4.2.3 刀庫的裝配 17 4.3 刀庫的設計計算 18 4.3.1 刀庫驅(qū)動電動機的選定 18 4.3.2 刀庫傳動方式及計算 20 4.4 刀庫的選刀方式 20 4.5 刀套準停措施 21 第5章 機械手驅(qū)動與松刀裝置設計 23 5.1 機械手驅(qū)動裝置設計 23 5.2 機械手松刀裝置設計 23 第6章 換刀裝置的換刀動作及程序設計 26 6.1 換刀動作分析 26 6.2 換刀

10、裝置的液壓機構(gòu)分析 27 6.2.1 液壓分析 27 6.2.2 換刀動作順序表 28 6.2.3液壓泵的選擇 30 6.3 自動換刀的程序設計 31 小結(jié) 35 參考文獻 36 致謝 37 附 錄 38 前言 大學四年學習即將畢業(yè)，在各位老師的辛勤指導和培育下，我完成了基礎課和機械設計與制造專業(yè)課程的學習。在這過程當中，我本著樂群、求實、自強、進取的態(tài)度嚴格按照教學要求，認真學習課本，專心聽取老師的講解，對專業(yè)理論知識有了較為深刻的認識和理解。我也通過參加學校組織的各種金工實習、生產(chǎn)實習和畢業(yè)實訓，主動

11、思考、分析、比較，把所學的專業(yè)知識和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，有效地鞏固了所學的基礎理論知識，真正做到了學有所用，使我學會了分析問題和解決問題的能力，而且強化了我的知識結(jié)構(gòu)；同時，也使自己的綜合素質(zhì)有了較好的提高，為今后走上社會打下一定的基礎。 畢業(yè)設計作為大學學習進程中的最后一步，也是最為關鍵的一步，它不僅是對我們四年學到的知識的全面總結(jié)，也是考核我們獨立分析和解決問題的能力。它可以比較系統(tǒng)、綜合地考察一名學生是否真正學到了知識，是否能夠把所學的知識應用到實際問題中去。本次設計的目的是培養(yǎng)學生初步掌握獨立從事專業(yè)技術工作的能力，通過畢業(yè)設計不但可以培養(yǎng)我們運用各種工具書的方法和技巧，而且把自己實習所

12、經(jīng)歷過的結(jié)合理論使之有效的應用在自己的設計上。在本次畢業(yè)設計中，我的設計題目是《加工中心自動換刀裝置的設計》。 數(shù)控機床加工中心集機械設計、電子、液壓傳動、控制技術、檢測裝置等技術于一身的產(chǎn)品，已廣泛應用于機械生產(chǎn)和機械加工中。加工中心適用于零件形狀比較復雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)，具有明顯的經(jīng)濟效果。因此具有很大的發(fā)展空間和潛力，市場空間也是相當龐大的。 本設計包括：1.緒論；2.方案設計；3.機械手和刀庫的結(jié)構(gòu)設計及其計算；4.機械手驅(qū)動和松刀裝置的設計；5. 機械手的換刀動作分析及設計要求；6.自動換刀的程序設計六個主要章節(jié)。設計過程參考一些已有的換刀裝置圖，通過獨

13、立思考，在原有基礎上，符合機械設計和加工原理下，發(fā)揚創(chuàng)新精神，單獨完成該設計。 在設計過程中得到了各位老師的指導和幫助，在此向他們表示感謝。 由于我理論水平有限，而且缺乏實踐經(jīng)驗，所以在設計過程中，難免有錯誤和不足之處， 懇請各位老師批評指正。 第1章 緒 論 1.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的的發(fā)展情況 20 世紀90 年代以來, 數(shù)控加工技術得到迅速的普及和發(fā)展, 數(shù)控機床在制造業(yè)得到了越來越廣泛的應用。帶有自動換刀系統(tǒng)的數(shù)控加工中心在現(xiàn)代先進制造業(yè)中起著愈來愈重要的作用, 它能縮短產(chǎn)品的制造周期, 提高產(chǎn)品的加工精度,

14、適合柔性加工。加工中心是數(shù)控機床中較為復雜的加工設備, 由于其具有多種加工能力而得到廣泛的應用, 其強大的加工能力和效率得益于其配置的自動換刀裝置。換刀裝置作為加工中心的重要組成部分, 其主要作用在于減少加工過程中的非切削時間, 提高生產(chǎn)率, 降低生產(chǎn)成本, 進而提升機床乃至整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。加工中心自動換刀裝置是實現(xiàn)多工序連續(xù)加工的重要裝置, 其結(jié)構(gòu)設計及其控制是實現(xiàn)加工中心設計制造的關鍵。加工中心的換刀過程較為復雜, 動作多, 動作間的相互協(xié)調(diào)關系多, 因而自動換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低。 自動換刀系統(tǒng)一般由刀庫、機械手和驅(qū)動裝置組成。刀庫容量可大可小，其裝刀數(shù)在20～1

15、80把之間。刀庫的功能是存儲刀具并把下一把即將要用的刀具準確地送到換刀位置，供換刀機械手完成新舊刀具的交換。當?shù)稁烊萘看髸r，常遠離主軸配置且整體移動不易，這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機構(gòu)來執(zhí)行換刀動作。完成此功能的機構(gòu)包括送刀臂，擺刀站和換刀臂，總稱為機械手。具體來說，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫之間的傳遞。驅(qū)動裝置則是使刀庫和機械手實現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進電機或液壓（或液機構(gòu)）或凸輪機構(gòu)組成。機械手完成刀庫里的刀（新刀）與主軸上的刀（舊刀）的交換工作。由于數(shù)控加工中心的刀庫容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率，而自動換刀就是進一步壓縮非切削時間，提高生產(chǎn)效率

16、，改善勞動條件。所以數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。 1.1.1 加工中心發(fā)展簡史 1952年世界上出現(xiàn)第一臺數(shù)控機床，使多種產(chǎn)品、中小批量的機械加工設備在柔性，自動化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。它用易于修改的數(shù)控加工程序進行控制，因而比大批量生產(chǎn)中使用組合機床生產(chǎn)線和凸輪、開關控制的專用機床有更大的柔性，容易適應加工件品種的變化，進行多品種加工。它用數(shù)控系統(tǒng)對機床的工藝功能、幾何圖形運動功能和輔助功能實行全自動的數(shù)字控制，因而大大提高加工加工效率，大大改變了中小批量生產(chǎn)中普通機床戰(zhàn)整個機械加工70%～80

17、%的狀況。數(shù)控機床能實現(xiàn)兩坐標以上的聯(lián)動的功能，其效率和精度比用手工和樣板控制加工復雜零件要高的多。 加工中心和車削中心是有機械設備與數(shù)控系統(tǒng)組成，適用復雜零件加工的高效、高精度的自動化機床。這種機床可裝若干把刀具，能自動更換刀具，一次裝卡中，完成銑鏜、車、鉆、擴、鉸、攻螺紋等的加工。也是因為加工中心和車削中心比一般數(shù)控機床多了一套自動換刀裝置，可實現(xiàn)多工序的連續(xù)加工，因而加工效率大大提高，使其成為數(shù)控機床中發(fā)展最快、需求最大的機床。 自動換刀裝置的形式是多種多樣的，主要的組成部分是刀庫、機械手和驅(qū)動機構(gòu)等，雖然換刀過程、選刀方式、刀庫結(jié)構(gòu)、機械手類型等個不相同，但是在數(shù)控裝置及可編程控制

18、器控制下，由電動機或液壓或氣動機構(gòu)驅(qū)動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。我們把這種為實現(xiàn)多工序的連續(xù)加工，在加工中心或車削中心，可進行刀具的選擇與交換的裝置叫自動換刀裝置（automatic tool change 簡稱ATC）。 1.1.2 加工中心的主要優(yōu)點 (1）提高加工質(zhì)量 工件一次裝夾，即可實現(xiàn)多工序集中加工，大大減少多次裝夾所帶來的誤差。另外，由于是數(shù)控加工，較少依賴操作者的技術水平，可得到相當高的餓穩(wěn)定精度。 (2）縮短加工準備時間 加工中心可以頂替多臺通用機床，那么加工一個零件所需準備時間，是每臺加工單元所損耗的準備時間之和。才這個意義上說，加工中心的準備時間顯

19、然短得多。 (3）減少在制品 以往的加工方式是工件流動于多臺通用機床之間，這就要有相當數(shù)量的在制品，而在加工中心上加工，即可發(fā)揮其“多工序集中”的優(yōu)勢，在一臺機床上完成多個工序，就能大大減少在制品數(shù)量。 (4）減少刀具費 不分散設置在個通用機床上的刀具，集中在加工中心刀庫上，有可能有最少量的刀具，實現(xiàn)公共有效利用。這樣既提高刀具利用率，有減少了刀具數(shù)量。 (5）最少的直接勞務費 由NC裝置多工序加工的信息集約化和一人多臺管理，以及用工作臺自動托盤交換裝置等輔助裝置，實現(xiàn)夜間無人運轉(zhuǎn)。這些都可縮減直接勞務費。 (6）最少的間接勞務費 由于工序集中，工件搬運和質(zhì)量檢查工作量都大為減

20、少，這就使間接勞務費最少。 (7）設備利用率高 加工中心設備利用率為通用機床的幾倍。 1.1.3 加工中心的發(fā)展趨勢 加工中心亦同其他機床一樣，他的技術水平的提高，表現(xiàn)在其固有技術（如高速、高精度化等）的進一步發(fā)展和新技能（如智能化技能等）的運用上。 1.高速化 加工中心的高速化，是只主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、自動換刀和自動交換工作臺的高速化。 （1）主軸轉(zhuǎn)速的高速化； （2）進給速度的高速化：是指快速移動速度的高速化和切削進給速度的高速化。 （3）自動換刀（ATC）的高速化 從加工中心誕生初期起，就追求ATC的高速化。但是由于當時尚未充分掌握ATC的內(nèi)在規(guī)律，故障效率較高

21、，所以在后來的相當一段時間里，采用了首先保證動作可靠性，然后才考慮速度方針，結(jié)果在這段時期，ATC速度未提高多少。但是隨著對ATC內(nèi)在規(guī)律的深入了解和用戶對ATC速度的要求迫切，有開始注意ATC速度了。 （4）自動托盤交換裝置（APC）的高速化； 2.進一步提高精度 加工中心的主要精度指標是它的運動精度指標。而這一精度指標，近年來有了不小的提高，其中精密加工中心精度指標的提高尤為明顯。所謂加工中心的運動精度，主要以定位精度、重復定位精度以及銑圓精度來表示。 3.機能更加完善 （1）愈來愈完美的自診斷機能 為了盡可能減少加工中心的故障，現(xiàn)代加工中心大都配備完善的自診斷機能。例如，位置

22、檢測傳感器、刀具破損檢測裝置、切削異常檢測裝置、適應控制機能、備用刀具選擇機能、溫度傳感器、聲傳感器、電流傳感器等。這些機能和傳感器，使機床具有一定的人工智能。 （2）新式刀具破損檢測裝置 （3）加工中心復合化趨勢 自動換刀裝置開發(fā)技術要全面注意以下五個方面： (1）自動換刀裝置的可靠性與優(yōu)化設計研究。通過對自動換刀裝置進行可靠性分析研究，找出其薄弱環(huán)節(jié)，通過改進設計，是自動換刀裝置故障率大大減少，保證百萬次以上正常換刀的品質(zhì)。通過對自動換刀裝置進行多目標的優(yōu)化設計，使其動態(tài)性能達到最優(yōu)，進而提高自動換刀裝置的性能，降低其制造成本，使刀對刀換刀時間對40刀柄不大于1s，達到世界先進水平

23、。 (2）自動換刀裝置的系列化與CAD設計。使自動換刀裝置使用國內(nèi)廠家的各種產(chǎn)品，，以便得到推廣和使用。即達到廠家一旦提出要求，可快速、合理的設計出針對廠家機床及其提出的參數(shù)：不同刀柄型號，刀庫容量等的自動換刀裝置，使廠家立即投入生產(chǎn)，并且處于國內(nèi)先進水平的。 (3）自動換刀裝置制造技術研究。針對自動換刀裝置中關鍵零件的制造技術研究，以提高其制造質(zhì)量和降低制造成本。 (4）自動換刀系統(tǒng)新技術的研究。跟蹤國際加工中心和車削中心自動換刀裝置的發(fā)展主流，研究自動換刀裝置的新工作原理及新技術。 (5）自動換刀裝置產(chǎn)業(yè)化研究。自動換刀裝置由專業(yè)廠生產(chǎn)比現(xiàn)有個廠家自行生產(chǎn)可降低成本，也能保證質(zhì)量，

24、同時在我國有巨大的市場，因此，在技術研究的基礎上，應研究使我國的自動換刀裝置生產(chǎn)走上產(chǎn)業(yè)化的道路，建立生產(chǎn)自動換刀裝置的基地。 自動換刀裝置的設計應滿足以下基本要求： (1）換刀時間短，以減少非加工時間。 (2）減少換刀動作對加工范圍的干擾 (3）刀具重復定位精度高。 (4）識刀、選刀可靠，換刀動作簡單可靠。 (5）刀庫刀具存儲量合理。 (6）刀庫占地面積小，并能與主機配合，使機床外觀協(xié)調(diào)美觀。 (7）刀具裝卸、調(diào)整、維修方便，并能的到清潔的維護。 1.2 編程控制器的特點 可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機

25、技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置”。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 PLC之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需求外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好的解決了工業(yè)控制領域

26、中的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。其特點如下： 1.可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達3萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息 2.配備齊全，功能完善，適應性強 PLC發(fā)展到今天，己經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，

27、可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3.易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4.系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改

28、造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 5.體積小，重量輕，耗能低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于l00mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備 第2章 方案設計 一個機構(gòu)系統(tǒng)在概念設計階段，傳統(tǒng)的方法總是根據(jù)需求獲得需要的功能，隨后進行方案設計，產(chǎn)品往往缺乏創(chuàng)新性。對于加工中心自動換刀裝置，根據(jù)其特定的功能及結(jié)構(gòu)特點，我們提出抽象一分析一綜合的設計思

29、想。第一步：抽象。首先對現(xiàn)有換刀系統(tǒng)進行廣泛研究和深刻了解，抽象出對象的共性特征，這是一個收斂并結(jié)合實際的過程，既可吸取和總結(jié)已有的設計經(jīng)驗又為創(chuàng)新設計做準備。第二步：分析，即功能分解，從根本上說，機械系統(tǒng)總的功能要求是完成一定的工藝動作過程。因此對于 ATC 來說，可以從它的總的功能要求出發(fā)，根據(jù)其換刀動作特點及設計要求，運用功能一行為一結(jié)構(gòu)的概念設計分析模式找出對應功能元的多種機構(gòu)。這時序關系，進是一個思維發(fā)散的過程。第三步：綜合。結(jié)合機構(gòu)系統(tǒng)的特點及設計要求和約束并考慮其空間和行機構(gòu)組合，最后進行評價選優(yōu)，從而達到創(chuàng)新設計的目的。 自動換刀裝置由刀庫、機械手及相應的控制系統(tǒng)組成，作為加

30、工中心的重要組成部分，其作用在于減少加工過程中的非切削時間，以提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本，進而提升機床乃止整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。所以自動換刀裝置（簡稱ATC）在加工中心扮演著及重要的角色。 針對本次畢業(yè)設計的任務，主要完成自動選刀、換刀動作的兩道工序，與此相聯(lián)系的還有機械手驅(qū)動裝置設計、松刀裝置的設計。 2.1 ATC設計特點及設計要求 在零件的制造過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運零件等非切削時間上，切削加工時間僅占整個工時中較小的比例。為了縮短非切削時間，充分發(fā)揮機床的效率，往往采用“工序集中”的原則。常見的帶有自動換刀裝置的機床，如車削中心、鏜銑中心、鉆削中心等比

31、較典型。這類多工序的加工中心，還有些采用自動上下料和自動裝卸工件系統(tǒng)，以便提高機床的數(shù)控化程度，完成零件的零件的多工序加工。 根據(jù)各加工中心參考資料介紹，可以得出ATC 的設計特點和設計要求如下： 特點： ( l )屬于典型的開鏈機構(gòu)； ( 2 ) ATC各個組成部分的功能具有相對的獨立性； ( 3 )組成結(jié)構(gòu)與刀庫、主軸之間的相對位置關系密切相關； ( 4 ) ATC 的設計必須考慮機床三軸運動的參與。 要求： ( l )滿足工藝要求 機床依靠刀具和工件間相對運動形成工作表面，而加工工件的表面形狀和表面位置多種多樣，要求刀庫能夠布置足夠的刀具，換刀時間短能夠方便而正確地加

32、工個工件的表面。為了實現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加工，要求刀庫可以方便轉(zhuǎn)位。 ( 2 )保證足夠的重復定位精度 在刀架上安裝刀具時，應能精確地調(diào)整刀具的位置，采用自動交換刀具時，應能保證刀具交換前后都能處于正確位置。而且精度保持較好，以便長期保持刀具處于正確位置。 ( 3 )具有足夠的剛度 由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動轉(zhuǎn)換過程中方向變換較為復雜，而且有些刀架直接承受切削力?？紤]到采用新型刀具材料和先進的切削用量，刀庫和機械手都必須有足夠的剛度，以便換刀過程和切削過程平穩(wěn)。 ( 4 )提高可靠性 由于刀庫和自動換刀裝置在機床工作過程中，使用頻率很高，所

33、以必須充分重視他的可靠性。 ( 5 )縮短換刀時間 刀庫和換刀裝置是為了提高機床的自動化而設置的，因而它的換刀時間應盡可能縮短，以便提高生產(chǎn)率。目前，自動換刀裝置換刀時間統(tǒng)計結(jié)果見表2-1，而且隨著科學技術水平的提高，換到時間還在進一步縮短。 2.2 自動換刀裝置主要結(jié)構(gòu)的論證及分析 自從1958年第一臺加工中心在美國Kearney＆Trecker公司問世以來，作為加工中心象征的自動換刀裝置的設計就出現(xiàn)了“百花齊放”的狀態(tài)，各加工中心制造廠家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的效益。自動換刀裝置的獨特設計，使各式各樣的自動換刀裝置不僅可滿

34、足功能上的要求，也成為各廠家加工中心的 主要特色。 自動換刀裝置的應用，從一開始就追求高速化。但是由于當時尚未充分掌握自動換刀裝置的內(nèi)在規(guī)律，故障效率較高，所以，在后來的相當一段時間里，采用了首先保證動作可靠，然后才考慮速度的方針，在這段時間里，自動換刀裝置的速度未提高多少。但是隨著對自動換刀裝置內(nèi)在規(guī)律的深入了解和用戶對自動換刀裝置速度的迫切要求，又開始注意自動換刀裝置的速度了。 在加工中心加工零件的過程中換刀動作是由自動換刀裝置完成的。自動換刀裝置應該滿足換刀時間短，刀具重復定位精度高，刀具儲存數(shù)量足夠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造、維修、調(diào)整，應有防屑、防塵裝置，布局應合理等要求。同時也應具有

35、較好的剛性，沖擊、振動及噪聲小，運轉(zhuǎn)安全可靠等特點。自動換刀系統(tǒng)由刀庫、選刀機構(gòu)、刀具交換機構(gòu)(如機械手)、刀具在主軸上的自動裝卸機構(gòu)等部分組成。 傳統(tǒng)的加工中心大多采用液壓式ATC，國內(nèi)廠家目前基本上還采用和生產(chǎn)這種ATC。根據(jù)〈〈加工中心應用與維修〉〉列出的技術參數(shù)顯示，其換刀時間大多為5～20s，換刀時間較長，大大降低了生產(chǎn)效益。 凸輪式ATC的刀具交換時間已達到2s以內(nèi)。如日本濱井產(chǎn)業(yè)的DZ-16型立式加工中心的換刀時間為1s，日本豐和工業(yè)的MMN-400CJ型超小型高速加工中心的換刀時間為0.8s。 與液壓式ATC相比，凸輪式ATC由于動作可重疊、運動規(guī)律可選擇、幾乎無定位誤差

36、以及沒有中間環(huán)節(jié)的控制，具有更高的可靠性與較高的自動換刀速度，因而成為目前最為理想的ATC。 表2-2-1給出目前加工中心的自動換刀裝置的平均換刀時間和換刀時間的最短記錄。 表2-2-1 換 刀 時 間 （單位：s） 刀具刀柄型號 刀具到刀具 平均換刀時間 換刀時間 最短時間 立式加工中心 臥式加工中心 30 — 0.6 0.5 40 2～2.5 4～5 0.6 50 2.5～4 4～6 1.5 2.3 方案確定 在認識了刀庫和機械手的工作原理基礎下, 結(jié)合設計任務和要求，擬訂該裝置的加工工序為：刀庫選刀——機械手取刀——機

37、械手換刀——重新加工。 圖2-1 JCS-018刀庫 1——驅(qū)動電動機；2——浮動聯(lián)軸器；3——蝸桿；4——氣缸； 5——撥叉；6——刀套；7——刀庫體；8——蝸輪 其工作原理:當系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動機1接通，經(jīng)過浮動聯(lián)軸器2，傳到蝸桿3、蝸輪8，再傳到刀盤上。刀盤帶動其上面的24個刀套6轉(zhuǎn)動，完成選刀過程。 每個刀套尾部有一個滾子，當待換刀具轉(zhuǎn)到換刀位置時，滾子進入撥叉5的糟內(nèi)。同時氣缸4的下腔通壓縮空氣，活塞桿帶動撥叉5上升，放開位置開關來斷開相關的電路，防止刀庫、主軸等有誤動作。撥叉5在上升的過程中，帶動刀套繞著銷軸逆時針向下翻轉(zhuǎn)90°，從而使刀具軸線與主軸

38、軸線平行。 刀套下轉(zhuǎn)90°后，，撥叉上升到終點，壓住定位開關，發(fā)出信號使機械手抓刀。通過螺桿可以調(diào)整撥叉的行程。而且撥叉的行程又決定刀具軸線相對主軸軸線的位置。 機械手手臂和手爪結(jié)構(gòu)如圖2.2 圖2.2機械手手臂和手爪結(jié)構(gòu)圖 1—手臂 2、4—彈簧 3—鎖緊銷 5—活動銷 6—推銷 7—手爪 8—長銷 其工作原理：圖為機械手抓刀部分結(jié)構(gòu)。它主要由手臂1和固定于其兩端的結(jié)構(gòu)完全相同的兩個手爪7組成。手爪7，握刀的圓弧部分有一錐銷6，機械手抓刀時，該錐銷插入刀柄的鍵槽中。當機械手由原位轉(zhuǎn)75°抓住刀具時，兩手爪上的長銷8分別被主軸前端面和刀庫上的擋塊壓下，使軸向

39、開有長槽的活動銷5在彈簧2的作用下右移頂住刀具。機械手拔刀具時，長銷8與擋決脫離接觸，鎖緊銷3被彈簧4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。當機械于上升插刀時，兩長銷8又分別被兩擋塊壓下，鎖緊銷從活動銷孔徑退出，松開刀具，機械于是可反轉(zhuǎn)75°復位。 2.3.1 刀庫選刀 現(xiàn)代加工中心刀庫，已不用刀套編碼或刀具編碼方式，而是由控制系統(tǒng)，根據(jù)最初輸入的刀套號與刀具號，跟蹤記憶刀套與刀具的對應號，并按程序指令準確地調(diào)用所需刀具。 目前使用的刀庫的選刀方式，有如下二種： （1）刀套號與刀具號隨機變換方式 這是目前用的最普遍的方式。在第一次給刀庫裝刀

40、時，告訴控制系統(tǒng)刀套號和在在該刀套上的刀具號（T××）的對應關系，那么控制系統(tǒng)就記住這個對應關系，而以后該刀具在使用中，不一定送還到原刀套上，但是控制系統(tǒng)仍能記住該刀具號所在的新刀套號，這種方式有利于縮短換刀時間、選刀時間。由于這種方式經(jīng)常改變刀具號和刀套號的對應關系，所以在重新啟動機床時，必須使刀庫回零，校驗一下CRT（陰極射線管）上顯示的內(nèi)容于實際刀具插存情況。 （2）刀具號與刀套號固定對應方式 在這種選刀方式中，插在刀套上的刀具，使用后仍送還刀原來刀套上，亦即刀具號和刀套號的對應關系始終不變。這種方式的好處在于，易于掌握刀具情況，一看刀套就知道是什么樣的刀具。另一個好處是可以安

41、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，至今仍有選擇這種選刀方式。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刀換刀位置，因此勢必會增加換刀時間。 根據(jù)“近路”移動原則。即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到換刀位置時，都向小于刀庫半圓的方向移動，以節(jié)省選刀時間。 隨機變換方式的優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與加工順序無關，相同的刀具可重復使用。因此，刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應的小一些。 因此，選擇刀套號與刀具號隨機變換方式。 2.3.2 機械手取刀和換刀 上一工序加工

42、完畢，主軸在“準?！蔽恢谩Ｗ詣訐Q刀裝置開始進行換刀，（1）刀套下轉(zhuǎn)90°（2）機械手轉(zhuǎn)75°（3）刀具松開（4）機械手拔刀（5）交換兩把刀具位置 （6）機械手插刀 （7）刀具夾緊 （8）機械手轉(zhuǎn)180°（9）機械手反轉(zhuǎn)75°（10）刀套上轉(zhuǎn)90° 2.3.3 方案確定 現(xiàn)確定方案如下：機械手和刀庫基本采用JCS-018機械手和刀庫結(jié)構(gòu)及原理，在它基礎上對手爪部分的結(jié)構(gòu)和活動銷進行改造創(chuàng)新。刀庫體的結(jié)構(gòu)會改成輪輻式，以減輕刀庫重量，提高靈活性。最后把機械手、刀庫、主軸等零部件連在一起，組成一整套換刀裝置。 第3章 機械手結(jié)構(gòu)設計和設計計算 3.1 機械手的裝配

43、圖3.1機械手的結(jié)構(gòu)示意圖 1-手爪 2-手臂 3-接手臂 4-圓錐銷 5-螺釘 3.1.1 機械手爪的裝配 機械手的手爪、手臂、和接手臂通過同一型號的內(nèi)六角圓柱頭螺釘和圓錐銷連接，以提高互換性和裝配。其整體裝配圖的尺寸和技術要求詳見工程圖。 圖3.2機械手爪裝配圖 1-長銷 2-手爪 3 -活動銷 4-彈簧 5-底蓋裝配體 另外，底蓋與手爪的裝配有螺釘固定，圖上未表示。螺釘?shù)奈恢媒佑|到底蓋裝配體的低頂?shù)牟糠?，以此可以同時固定低頂?shù)奈恢茫蛊渲芟蛭恢霉潭?。彈?和手爪2及活動銷3兩端連接固定。 圖3.3底蓋裝配體示意圖 1-底頂 2-彈簧 3-底蓋體

44、其中彈簧2和上下零件連接固定，底頂1的位置有周向螺釘限制。 3.1.2 手臂裝配圖 其中手臂的結(jié)構(gòu) 圖3.4手臂裝配圖示意圖 1-接手臂 2-手臂 3-螺釘 4-圓錐銷 3.2 機械手手爪加緊力的計算 根據(jù)機械手抓刀時的受力分析，無潤滑時鋼-鋼摩擦系數(shù) ，刀具的最大重量G=98N，摩擦力，故機械手手爪抓緊力 第4章 刀庫的結(jié)構(gòu)設計和計算 4.1 刀庫的功能和形式 一、刀庫的功能 在加工中心中，刀庫和機械手組成自動換刀裝置（ATC），而這個自

45、動換刀裝置，正式加工中心的區(qū)別于NC鏜床和NC銑床的本質(zhì)所在，而且自動換刀裝置的好壞，將直接影響加工中心的好壞。從目前情況看，加工中心的主機部分基本定型，變化不大，但自定換刀裝置的種類繁多，五花八門，是最難稿好的部分。 刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并且按照程序指令，把即將要用的刀具迅速、準確地送刀換刀裝置，并接受從主軸送來的以用刀具。 設計刀庫時應考慮以下因素： （1）存刀數(shù)。 （2）刀具最大直徑。 （3）刀具最大長度。 （4）刀具最大重量。 （5）刀庫安置空間。 （6）刀具最大運動線速度。 （7）刀庫工作的可靠性（即不能掉刀，各刀具能準確停在換刀位

46、置上）。 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規(guī)格。其中刀庫容量和刀具最大直徑是影響加工中心使用效率的主要因素，又是影響刀庫尺寸的主要因素。 二、刀庫的形式 刀庫的種類很多，圖4—1所示僅僅是其中典型的幾種。 (1)按結(jié)構(gòu)形式分類 1)轉(zhuǎn)塔式刀庫 如圖4—1a所示用于小型立式加工中心。轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位方式有二：其一為借助機械方式轉(zhuǎn)位，此種方式的選刀，均為順序選刀；其二為由伺服電機驅(qū)動轉(zhuǎn)位，此種刀庫可以實現(xiàn)任選刀具方式。 2）圓盤式刀庫 如圖4-1b、c、d所示臥式、立式加工中心均可采用。

47、圓盤式（側(cè)掛型）一般是掛在立式加工中心的立柱的側(cè)面或掛在無機械手換刀的臥式加工中心的立柱的正面；圓盤式（頂端型）一、二則把刀庫設在立柱頂上。圓盤式（頂端型）二亦由刀庫傾斜朝上，通過轉(zhuǎn)換機構(gòu)放平后，由機械手換刀。 3）鏈式刀庫 如圖4-1e所示，這種刀庫是目前用的最多的一種形式。由一個主動鏈輪，帶動裝有刀套的鏈條。 4）格子式刀庫 如圖4-1f所示，裝有刀套的格子架固定不動，在它的前面由抓刀器在上下、左右移動（實則為2軸控制），根據(jù)指令把需要的刀具抓到與主軸換刀的位置上。換刀后再把已用刀具送回原位，然后把下道工序?qū)⒁玫牡毒咚偷綋Q刀位置。這種刀庫的容量大，適合于作為加工單

48、元使用的加工中心上。 圖4-1 刀庫種類 a)轉(zhuǎn)塔式 b)圓盤式（側(cè)掛式） c)圓盤式（頂端式）一 d) 圓盤式（頂端式）二 e)鏈式 f)格子式 4.2 刀庫的結(jié)構(gòu)設計 4.2.1 刀庫的結(jié)構(gòu)及其工作原理 圖4.2 刀庫結(jié)構(gòu) 1－伺服電機 2－十字聯(lián)軸節(jié) 3－蝸桿 4－蝸輪 5－氣缸 6 、7－行程開關8－撥叉 9－擋塊 10－滾子 11－刀套 12－圓盤 其工作原理： 這里采用20個刀位的圓盤式刀庫，（刀庫結(jié)構(gòu)圖參看圖6）系統(tǒng)發(fā)出的選刀指令后，直流伺服電動機1接通，經(jīng)過十字聯(lián)軸器2，傳到蝸

49、桿3、蝸輪4，再傳到刀盤上12和安裝在圓盤上的20個刀套旋轉(zhuǎn)（這里只畫出一個刀套）。 每個刀套尾部有一個滾子10，待換刀具到達換刀位置時，使刀具向下轉(zhuǎn)到與主軸線平行的動作由氣缸5來完成。待換刀具所在刀套的尾部有一個滾子10，在撥叉8的槽內(nèi)，當活塞桿帶動撥叉上升時，放開行程開關7，斷開有關電路防止誤動作，并使得刀套11逆時針轉(zhuǎn)90度，刀頭朝下，刀具軸線與主軸平行。其位置有由擋塊9來調(diào)整。 刀套下轉(zhuǎn)90°后，撥叉上升到終點，壓住定位開關，發(fā)出信號使機械手抓刀。通過螺桿可以調(diào)整撥叉的行程。而且撥叉的行程又決定刀具軸線相對主軸軸線的位置。 4.2.2 刀庫各零部件結(jié)構(gòu) （1）刀庫體如圖4.

50、3所示 圖4.3刀庫體結(jié)構(gòu)示意圖 （2）刀架如圖4.4所示 圖4.4刀架結(jié)構(gòu)示意圖 （3）刀套如圖4.5所示 圖4.5刀套結(jié)構(gòu)示意圖 4.2.3 刀庫的裝配 刀庫裝配體主要有刀庫體，刀套裝配體（包括刀夾，刀套，刀具），刀庫手臂和一些聯(lián)接件組成。由于整個設備的精度要求高，需要耐磨和抗疲勞強度高的材料，所以各零部件的選材都是不銹鋼。以下所示圖形都為結(jié)構(gòu)簡圖。 圖4.6刀庫的裝配結(jié)構(gòu)圖 1-刀庫手臂 2-刀庫體 3、4-螺釘 5-銷 6-刀套裝配體 圖4.7刀套和刀架裝配示意圖 1-刀夾 2-插銷 3-刀套 4.3 刀庫的

51、設計計算 刀庫存刀24把，刀具最大重量10kg,即重98 N。 4.3.1 刀庫驅(qū)動電動機的選定 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。我國的加工中心多選用伺服電動機驅(qū)動方式，故這里選定刀庫驅(qū)動用伺服電動機驅(qū)動。 刀庫驅(qū)動電動機的選擇應同時滿足刀庫運轉(zhuǎn)時的負載扭矩TF和啟動時的加速扭矩TJ的要求。 （1）按刀庫負載扭矩TF 計算 圓盤式刀庫負載扭矩主要用來克服刀具重量的不平衡。估算是將三把最重的刀具挨在一起，如圖4.8所示。按加工中心規(guī)格規(guī)定的最大刀具重量Wmax計算，而其重心則設定為離刀庫回轉(zhuǎn)中心半徑處。蝸桿傳動受力分析圖如4.9所示。其中d1、d2分別為

52、蝸桿與蝸輪的分度圓直徑。由于篇幅與時間所限，蝸桿與蝸輪的設計計算省略，參考資料數(shù)據(jù)，取d1=75mm,d2=185mm 刀具的重量 刀庫所受的負載扭矩 圖 4.8 圓盤式刀庫力的分布 圖4.9 蝸桿傳動受力分析 （2）刀庫加速扭矩Ta（N.m）計算 （4-1） 式中—— 刀庫選刀時的電動機轉(zhuǎn)速（r/min）； —— 加速時間，通常取150—200ms； —— 電動機轉(zhuǎn)子慣性kg.m2,可查樣本； —— 負載慣量折算到電動機軸上的慣量。 取 =750r/min,取加

53、速時間150ms，=，因為負載慣量要小于電動機本身慣量的3倍（Mitsubishi推薦為2.5倍） 即= 所以， （3）驅(qū)動電動機輸出扭矩TD 計算 驅(qū)動電動機輸出扭矩TD應同時滿足負載扭矩TF和加速扭矩TJ之和。將以上計算的刀庫負載扭矩和加速扭矩轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電動機軸上的輸出扭矩TD的公式為 （4-2） 式中 i——電動機軸至刀庫軸的速比； ——傳動效率。 在圓盤式刀庫上，為了提高刀庫的轉(zhuǎn)位分度精度，采用單頭雙導程。 即選定蝸桿頭數(shù)：=1 根據(jù)蝸桿頭數(shù)，取蝸桿的傳動效率[4]：

54、查機械手冊,取十字聯(lián)軸器的傳動效率[3]: 傳動裝置總的傳動比為 所以, 考慮到實際情況比計算時所設定條件復雜，電動機額定扭矩TS應為負載扭矩TD的1.2-1.5倍,即 （4-3） 而且加速時的最大轉(zhuǎn)矩T應小于電機的最大轉(zhuǎn)矩Tmax,即 （4-4） 最后再校驗結(jié)果是否滿足下列關系式 （4-5） 選用能滿足以上三項條件的伺服電動機即可。 4.3.2 刀庫傳動方式及計算 （1）刀套線

55、速度 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。因此，選刀套線速度 v=22—30 m/min，計算是選v=25m/min. （2）刀套傳動方式 為使伺服電機在最佳狀態(tài)下工作，不采用伺服電機的低速段。在圓盤式刀庫上，為了提高刀庫的轉(zhuǎn)位分度精度，采用單頭雙導程蝸桿。這樣可以在使用中隨時調(diào)整蝸輪副的傳動間隙，實現(xiàn)準確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫工作的可靠性。 4.4 刀庫的選刀方式 現(xiàn)代加工中心刀庫，已不用刀套編碼或刀具編碼方式，而是由控制系統(tǒng)，根據(jù)最初輸入的刀套號與刀具號，跟蹤記憶刀套與刀具的對應號，并按程序指令準確地調(diào)用所需刀具。 目前使用的刀庫的選刀方

56、式，有如下二種： （1）刀套號與刀具號隨機變換方式 這是目前用得最普遍的方式。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）的對應關系，那么控制系統(tǒng)就記住這個對應關系，而以后該刀具在使用 ，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。這種方式有利于縮短換刀、選刀時間。由于這種方式經(jīng)常改變刀具號與刀套浩的對應關系，所以在重新起機床時，必須使刀庫回零，校驗一下CRT上顯示的內(nèi)容與實際刀具插寸刀具插存情況。 （2）刀具號與刀套號固定對應方式 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，亦即刀具號與刀套號的對應關系始終不變。

57、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的直徑刀具，只要有意選擇相鄰刀套上無刀即可。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。 根據(jù)“近路”移動原則。即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到換刀位置時，都向小于刀庫半圓的方向移動，以節(jié)省選刀時間。 隨機變換方式的優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與加工順序無關，相同的刀具可重復使用。因此，刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應的小一些。 因此，選擇刀套號與刀具號隨機變換方式。 4.5 刀套準停措

58、施 如果刀套不能準確地停在換刀位置上。將會使刀機械手抓刀不準，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，需要采取如下措施： 1）定位盤準停方式——由液壓油缸推動的定位銷，插入定位盤的定位糟內(nèi)，以實現(xiàn)刀套的準停。定位盤上的每個定位糟（或定位孔），都對應于一個相應的刀套，而且定位糟（或定位孔）的節(jié)距要一致。 這種準停方式的優(yōu)點是： ① 能有效地消除傳動鏈反向間隙的影響。 ② 保護傳動鏈，使其免受換刀撞擊力。 ③ 驅(qū)動電機可不用制動自鎖裝置。 3）圓盤式刀庫宜采用單頭雙導程蝸桿傳動。此外還應盡可能提高

59、刀套在圓盤上沿圓周安裝的等分精度和徑向位置精度。刀套需要翻轉(zhuǎn)的刀庫，還要保證每個刀套翻轉(zhuǎn)的角度一致。 4）盡量減小刀套孔徑和軸向尺寸的分散度，以保證刀柄糟在換刀位置上的粥向位置精度。 5）要消除反向間隙的影響。刀庫驅(qū)動傳動鏈，必然會有傳動間隙，且這種間隙還隨機械磨損而增大，這將影響刀套準停精度。而對有定位盤的刀庫來說，過大的間隙會影響定位盤的正常工作，因此都必須設法消除反向間隙，其方法有以下幾種： ①電氣系統(tǒng)自動補償方式。其原理同伺服進給驅(qū)動系統(tǒng)的“反向間隙補償”一樣，這種方式能保證雙向任意選刀和雙向準停。 ②在鏈輪軸上裝編碼器，對鏈輪傳動進行補償?shù)姆椒▽崿F(xiàn)準停。 ③單頭雙導程蝸桿傳

60、動方式。這種傳動方式，通過調(diào)節(jié)蝸桿的軸向位置，把傳動間隙調(diào)到理想程度。在這種傳動方式中，如果和加用定位銷準停方式，就容易出現(xiàn)“過定位”現(xiàn)象。 ④使刀套單方向運行、單方向定位方式。這是消除反向間隙影響的一個“苯方法”。這是，刀庫單向運行方向，必須與機械手抓刀方法相反，否則機械手抓刀時，會使刀套“挪位”。這種運行方式雖然能夠消除傳動間隙的影響，但卻增加了選刀時間。因次這種方式已很少用，一般只用于小容量刀庫或順序選刀的刀庫上。 ⑤使刀套雙向運行，單向定位方式。這種方式可進行任意方向選刀，但當?shù)短走x刀方向與設定的定位方向相反時，要讓刀套在選刀方向上多轉(zhuǎn)過一個刀套位，然后再向設定定位方向運轉(zhuǎn)一個刀套

61、位進行定位，以次來消除反向間隙的影響，這種方式中的刀套定位運行方向，必須與機械手抓刀時的運動方向相反，以避免機械手抓刀時刀套“挪位”。這種運行方式，目前仍有使用實例 第5章 機械手驅(qū)動與松刀裝置設計 5.1 機械手驅(qū)動裝置設計 機械手的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫之間的傳遞。而驅(qū)動裝置則是使刀庫和機械手實現(xiàn)其功能的機構(gòu)。此結(jié)構(gòu)一般有電機或液壓或氣壓機構(gòu)或凸輪機構(gòu)組成。他們在 數(shù)控系統(tǒng)控制下，驅(qū)動刀庫和機械手，實現(xiàn)刀具的選擇和交換。

62、就立式加工中心來說，目前主要用于機械手驅(qū)動裝置的機構(gòu)有液壓（包括氣液）和機械式凸輪聯(lián)動兩種。通過這些驅(qū)動裝置實現(xiàn)機械手的抓刀、拔刀、插刀、復位動作。 鑒于液壓驅(qū)動的機械手需要采用嚴格的密封和復雜的緩沖機構(gòu)，且控制機械手動作的電磁閥多有一定的時間常數(shù)，應而換刀速度較慢。故近年來出現(xiàn)了凸輪聯(lián)動式單臂雙爪機械手。其工作原理如圖所示。這種機械手的特點是電動機驅(qū)動，不需要復雜的液壓系統(tǒng)及其密封、緩沖機構(gòu)，沒有漏油印象，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。同時機械手的手臂回轉(zhuǎn)和插刀、的分解動作是聯(lián)動的，部分時間常數(shù)可重疊，從而大大縮短了換刀時間，一般約為2.5s. 圖 5-1 JCS-018換刀機械手驅(qū)動機構(gòu)。換刀時

63、主軸箱上升至換刀位置，機械手由油缸活塞齒條2、齒輪3、傳動盤4、桿5帶動回轉(zhuǎn)75°.兩手分別抓住主軸和刀套中的刀具拔出。在氣缸活塞齒條7、齒輪6、傳動盤4、桿5的帶動下手臂回轉(zhuǎn)180°。氣缸1使刀臂上升，將新刀具插入主軸，舊刀具插入刀套中。主軸內(nèi)的夾緊機構(gòu)自動夾緊刀具，在油缸活塞齒條2的作用下，手臂反方向回轉(zhuǎn)75°回原位。在第2章中圖2.1中氣缸4作用下，刀套向上轉(zhuǎn)90°，與刀庫同向。整個換刀過程約為6～10s。 5.2 機械手松刀裝置設計 自動換刀系統(tǒng)是加工中心極其重要的一個部分，其主要性能要求就是快速、可靠?，F(xiàn)代加工中心對換刀 時間這一主要技術指標要求越來越高，松刀裝置作為自動

64、換刀系統(tǒng)的一個組成部分，有必要對其進行深一步研究． TH45 臥式加土中心刀柄夾緊采用典型的碟簧拉桿拉緊方案，其拉緊力約達8000N ，以保證刀柄在上軸孔中有足夠的裝夾剛性。這樣，考慮到松刀行程等因素，要推動拉桿實現(xiàn)松刀，必須提供l 000N以上的推力。 首臺樣機試制中，由于受主軸箱安裝部位空問的限制，采用了傳統(tǒng)的單作用油缸作為松刀執(zhí)行元件，同時考慮到經(jīng)濟性，省去了專用液壓站，而利用壓縮空氣作為動力源進行氣液增壓以獲得所需的壓力油源，如圖5.1 所示，結(jié)果出現(xiàn)了以下問題：

65、 圖5.1 首臺樣機液壓系統(tǒng)示意圖 首先，氣液增壓系統(tǒng)自身響應性能跟不上松刀要求，動作反應很慢，因而影響了松刀速度。 其次，松刀后油缸依靠彈簧力克服各種阻力返回 ，動作慢，復位遲緩，影響總的換刀時間。 針對上述存在問題，采取如下改進設計方案： 其一：取消氣液增壓系統(tǒng)，簡化傳動環(huán)節(jié)以消除不利因素。 其二：執(zhí)行元件改用專用串聯(lián)雙作用增球氣缸，以補償取消增壓系統(tǒng)后帶來的推力不足問題二氣缸直徑取125mm ，當氣壓為0.5Mpa時，約可輸出推力11500N,足以滿足松刀要求，其控制氣路系統(tǒng)見圖5.2 圖5.2控制氣路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 這樣，由于不

66、存在氣液轉(zhuǎn)換過程，而目，松刀時不必克服彈簧力，原來氣液轉(zhuǎn)換裝置的響應滯后問題就不復存在，性能上得到提高，滿足了換刀要求，而且不需要專門的液壓站或氣液增壓系統(tǒng)，僅以氣源作動力。而加工中心本需提供氣源作為吹氣凈刀用，只需分出一路來給松刀即可，因而其成木極低，約為改進前的六分之一，而且由于沒有油介質(zhì)，也就不存漏油引起的環(huán)境等問題，從而實現(xiàn)整機性能價格比的進一步提高。 第6章 換刀裝置的換刀動作及程序設計 6.1 換刀動作分析 上一工序加工完畢，主軸在“準?！蔽恢谩Ｗ詣訐Q刀裝置開始進行換刀，其過程如下圖 圖 6.1自動換刀過程示意圖 首先整個換刀過程是一個順序控制的過程。其主要的控制動作就是對機械手驅(qū)動裝置的控制，而刀庫和主軸的動作只是配合它而已。這里先來講一下整個換刀機構(gòu)在得到換刀命令時的動作過程：當換刀指令發(fā)出后，主軸立即停止旋轉(zhuǎn)并開始自動定向，主軸箱同時回零；刀庫中處在換刀位置的刀