1162-XKA5032A數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì),xka5032a,數(shù)控,立式,升降臺(tái),銑床,自動(dòng),裝置,設(shè)計(jì) 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)姚 仕 明班 級(jí) 04 數(shù)控一專 業(yè) 數(shù)控技術(shù)教 學(xué) 系 機(jī)電工程系指 導(dǎo) 老 師 周文完成時(shí)間 07 年 03 月 15 日至 07 年 5 月 18 日南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘要……………………………………………………………………………1前言…………………………………………………………………………....2第 1 章緒論......................................................31.1 數(shù)控機(jī)床的知識(shí)…………………………………………………………31.2 數(shù)控銑床的分類…………………………………………………………31.2.1 數(shù)控立式銑床………………………………………………………31.2.2 數(shù)控臥式銑床………………………………………………………41.3 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特征……………………………………………………41.3.1 數(shù)控銑床的主軸特征………………………………………………51.3.2 控制機(jī)床的坐標(biāo)特征………………………………………………51.4 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象………………………………………51.4.1 數(shù)控銑床的功能……………………………………………………51.4.2 自動(dòng)換刀裝置及其形式……………………………………………51.4.3 自動(dòng)裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求……………………………………6第 2 章 總方案的確定……………………………………………………………62.1 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)及其主要參數(shù)……………………………62.1.1 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)………………………………………………………72.1.2 主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)………………………………………………82.2 初定其自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………92.3 確定其自動(dòng)換刀裝置的形式……………………………………………10 第 3 章 刀庫(kù)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………103.1 確定刀庫(kù)容量……………………………………………………………113.2 確定刀庫(kù)形式……………………………………………………………113.3 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………113.4 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距及選定電機(jī)…………………………………………133.4.1 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置………………………………………133.4.2 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距…………………………………………………133.5 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)………………………………133.6 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核………………………………………………………173.7 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………………183.8 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核……………………………………………183.9 確定刀具的選擇方式………………………………………………………193.10 刀庫(kù)的定位與刀具的松夾…………………………………………………20第 4 章 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)……………………………………………………204.1 確定換刀機(jī)械手形式………………………………………………………204.2 換刀機(jī)械手的工作原理……………………………………………………224.3 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過程的動(dòng)作順序………………………………………224.4 機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸 4 上的齒輪齒條設(shè)計(jì)………………………………………234.5 自動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求……………………………………………244.5.1 主軸準(zhǔn)停裝置…………………………………………………………244.5.2 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試……………………………………………24南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)4.6 自動(dòng)換刀程序的編制………………………………………………………26第 5 章 自動(dòng)換刀裝置的控制原理…………………………………………………265.1 自動(dòng)換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖…………………………………………265.2 自動(dòng)換刀裝置換刀動(dòng)作的順序控制過程…………………………………26致謝詞………………………………………………………………………………27參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………28南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要本論文介紹的是 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床自動(dòng)換刀裝置（刀庫(kù)式）的設(shè)計(jì)。刀庫(kù)式的自動(dòng)換刀裝置是由刀庫(kù)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(kù)。換刀時(shí)，先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀，由機(jī)械手從刀庫(kù)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(kù)。存放刀具的刀庫(kù)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(tái)銑床外形及其他性能參數(shù)等均與 THK6363 型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效 THK6363 型自動(dòng)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(kù)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(kù)的刀座中，使用時(shí)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(gè)刀座內(nèi)。該法不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也比較簡(jiǎn)單，工作可靠。但刀庫(kù)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(kù)的容量，這就降低了刀具和刀庫(kù)的利用率。此外，裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫(kù)中，將會(huì)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(kù)的刀套中，順序不能有差錯(cuò)。加工時(shí)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(dòng)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(gè)容量為 6把刀的刀庫(kù)，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(dòng)作可靠，換好時(shí)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(kù)刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫(kù)為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降銑床的自動(dòng)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(dòng)換刀裝置；刀庫(kù)；換刀機(jī)械手南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)前 言數(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(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)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(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1 數(shù)控機(jī)床知識(shí)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(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)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(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動(dòng)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(tái)移動(dòng)、升降、及主軸不動(dòng)方式，與普通立式升降臺(tái)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(tái)移動(dòng)方式，且主軸沿垂直溜板上下運(yùn)動(dòng)；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(dòng)式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運(yùn)動(dòng)，而龍門架則沿床身作縱向運(yùn)動(dòng)。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(dòng)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(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)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(gè)或兩個(gè)軸作數(shù)控?cái)[角運(yùn)動(dòng)的 4 坐標(biāo)和 5 坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。一般來說，機(jī)床控制的南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)坐標(biāo)軸越多，特別是要求聯(lián)動(dòng)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(duì)象也越多。但隨之而來的是機(jī)床的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設(shè)備的價(jià)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(dòng)交換臺(tái)，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(duì)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(jí)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)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷?。?duì)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)行的。加工是非常合適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(tái)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(duì)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(shí)，用戶只需買一臺(tái)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(dòng)與自動(dòng)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(duì)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(dòng)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(shí)改變。有的采用變頻器調(diào)整，將轉(zhuǎn)速分為幾檔，編程時(shí)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(shí)可在整個(gè)范圍內(nèi)無級(jí)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(dòng)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?cái)[動(dòng)，擴(kuò)大了主軸自身的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)上設(shè)定的直線、圓弧或空間直線、圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)，因此，要求數(shù)控銑床的伺服拖動(dòng)系統(tǒng)能在多坐標(biāo)方向同時(shí)協(xié)調(diào)動(dòng)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(dòng)。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(dòng)。要實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工直線變斜角工件，應(yīng)實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。若要加工曲線變斜角工件，是要求實(shí)現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。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。1.4 數(shù)控銑床的主要功能及加工對(duì)象1.4.1 數(shù)控銑床的功能數(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)控銑床普遍所具有的功能。如點(diǎn)位控制功能、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)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?。如刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能、靠模加工功能、自動(dòng)變換工作臺(tái)功能、自適應(yīng)功能、數(shù)控采集功能等。在使用數(shù)控銑床加工工件時(shí)，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(duì)象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。1.4.2 自動(dòng)換刀裝置（ATC）及其形式數(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(shí)間，現(xiàn)代的機(jī)床逐步發(fā)展為在一臺(tái)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(gè)工步，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)。對(duì)工件的多工序加工而設(shè)置的存儲(chǔ)及更換刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置(Automatic Tool Changer，ATC);自動(dòng)換刀（Automatic Tool Change 簡(jiǎn)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(dòng)換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心（Machining center 簡(jiǎn)稱 MC） 。在這類數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)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(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，它主要是指具有自動(dòng)換刀及自動(dòng)改變工件加工位置工能的數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)換刀裝置是加工中心機(jī)床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動(dòng)換裝置的功能，對(duì)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(dòng)換刀裝置并同時(shí)自動(dòng)變換主軸轉(zhuǎn)速。可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少換刀時(shí)間，既提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此，數(shù)控立式銑床作為數(shù)控銑床中數(shù)量最多、應(yīng)用范圍也最廣的一種，對(duì)其附加能夠快速、準(zhǔn)確地?fù)Q刀的自動(dòng)換刀裝置是非常有必南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)要的。各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)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：1)回轉(zhuǎn)刀架換刀形式2)更換主軸頭換刀形式3)帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀形式1.4.3 自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求1）刀具換刀時(shí)間短。2）刀具重復(fù)定位精度高。3）足夠的刀具儲(chǔ)存量。4）刀庫(kù)占地面積小。5）換刀安全可靠。第二章總體方案的確定依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，我們的任務(wù)是給 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床設(shè)計(jì)安裝合適的自動(dòng)換刀裝置。主要技術(shù)參數(shù)為： 1）刀庫(kù)容量：4-6 2）選刀方式：順序選刀 3）重復(fù)精度：5"?XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床主要由床身、升降臺(tái)、工作臺(tái)、立銑頭、主傳動(dòng)、主變速、拉刀機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)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(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置作為一套獨(dú)立的、完整的機(jī)床部件，設(shè)計(jì)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。2.1 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床及其主要參數(shù)XKA5032A 型數(shù)控立式升降臺(tái)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(guó)內(nèi)外（OSP-U10M、SIEMENS802D、華中Ⅰ號(hào)）先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，可手動(dòng)或自動(dòng)操作。它可以實(shí)現(xiàn) X、Y、Z 三軸同時(shí)定位/直線插補(bǔ)，同時(shí)二軸圓弧插補(bǔ)。OPS 全域絕對(duì)位置檢測(cè)。每次開機(jī)無須回零，簡(jiǎn)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(dòng)時(shí)不用整機(jī)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(duì)值、增量可并用。各有 50 組刀具長(zhǎng)度、半徑長(zhǎng)度補(bǔ)償。彩色 LCD 中文顯示，具良好人機(jī)對(duì)話窗口，系統(tǒng)具有 160m 存儲(chǔ)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。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)可以對(duì)程序進(jìn)行模擬加工，刀具軌跡跟蹤及動(dòng)畫仿真、圖形動(dòng)畫顯示，記錄運(yùn)行時(shí)間及作業(yè)信息。2.1.1 其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1)主傳動(dòng)系統(tǒng)為 7.5Kw 的交流電動(dòng)機(jī)通過彈性連軸器驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)箱，主傳動(dòng)箱內(nèi)有三組滑移齒輪,液壓預(yù)選變速機(jī)構(gòu)推動(dòng)各滑移齒輪,組成 18 種轉(zhuǎn)速,再傳到銑頭上的主軸，主傳動(dòng)箱內(nèi)有電磁制動(dòng)器,主軸制動(dòng)迅速平穩(wěn)。2)進(jìn)給系統(tǒng) X、Y、Z 三個(gè)座標(biāo)的進(jìn)給，都是由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。電機(jī)通過同步齒形帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而使部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)。伺服電機(jī)及其相應(yīng)的速度控制單元和用于位置檢測(cè)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(yùn)動(dòng)。同步齒形帶可張緊以減少傳動(dòng)間隙，噪聲亦可降低。垂向電機(jī)是帶制動(dòng)器的，當(dāng)斷電時(shí)，垂向剎緊，以防止升降臺(tái)因自重而下滑。3)銑頭上的立式主軸，有符合國(guó)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。4)刀柄采用標(biāo)準(zhǔn) XT50 形式，可與萬能銑床刀柄通用。5)潤(rùn)滑系統(tǒng)自動(dòng)潤(rùn)滑站配以遞進(jìn)式分油器，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌副、滾珠絲杠副及齒輪副等進(jìn)行自動(dòng)的定時(shí)定量潤(rùn)滑，每次加油量和兩次間的時(shí)間間隔都是可調(diào)的，力求保證每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的合理油量。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(yùn)，安裝方便，集中操縱但能又多位置操作。7)半自動(dòng)的裝卸刀機(jī)構(gòu),安裝在銑頭的上方，通過兩個(gè)按鈕分別控制裝刀和卸刀，方便而安全，即使主軸向外伸出，也不會(huì)影響刀具的裝卸。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)2.1.2 其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)該機(jī)床推薦使用的最大切削范圍如下：銑切鋼：鋼的含碳量 0.45%，抗拉強(qiáng)度 600N/mm2。銑刀直徑 100mm，齒數(shù)?4；銑切寬度 50mm，銑切深度 3 mm；主軸轉(zhuǎn)速 750 r/min，進(jìn)給量750mm/min。銑切灰鑄鐵：材料 HT200，硬度 HB150～225。銑刀直徑 250mm，齒數(shù) 14；?參數(shù)名稱 單位 數(shù)量工作臺(tái)面尺寸（長(zhǎng) X 寬） mm 320 X 1320工作臺(tái)縱向（X）行程 mm 780工作臺(tái)縱向（Y）行程 mm 300工作臺(tái)縱向（Z）行程 mm 380主軸孔徑 mm 29主軸端面至工作臺(tái)面的距離 mm 70～450主軸中心線至床身導(dǎo)軌面距離 mm 350定位精度及重復(fù)定位精度 mm ±0.015、±0.005主軸端部錐度 ISO No.50立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度 45°?主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 18主軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min 30～1500工作臺(tái)進(jìn)給級(jí)數(shù) 無級(jí)縱、橫向進(jìn)給范圍 mm/min 6～3200垂向進(jìn)給范圍 mm/min 3～1600縱、橫向快進(jìn)速度 mm/min 6000垂向快進(jìn)速度 mm/min 3000主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率 kw 7.5主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min 1440工作臺(tái)最大承載重量 kg 320主軸最大扭矩 N·m 1000機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng) X 寬 X 高） mm 1929 X 2055 X 2216機(jī)床重量 kg 2800(3000)南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)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/min2.2 初定其自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)在銑削輪廓時(shí)，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(shí)際的生產(chǎn)加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因?yàn)榇笾睆姐姷秳傂院?，耐用度高。?XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當(dāng)銑切鋼時(shí)，銑刀直徑為 100 mm。當(dāng)銑灰鑄鐵時(shí)，?銑刀直徑達(dá) 250mm。因此，為了滿足該機(jī)床的實(shí)際加工能力與生產(chǎn)情況，在設(shè)?計(jì)其自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)該根據(jù)最大的刀具直徑來設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)的換刀裝置能交換 250mm 的刀具。初估最大直徑刀具的重量為 8kgf。2.3 確定其自動(dòng)換刀裝置的形式由于 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床是一種使用范圍較廣的機(jī)床，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(kù)的自動(dòng)換刀形式。XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)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(yùn)輸時(shí)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(cuò)的地方，作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因?yàn)?XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床外形及其他性能參數(shù)等均與 THK6363 型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床相似，所以本機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)將仿效 THK6363 型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床換刀裝置，設(shè)計(jì)成由由盤式刀庫(kù)和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。設(shè)計(jì)增加自動(dòng)換刀裝置后的 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的外觀圖如圖 1-1 所示。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖 1-1 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的外觀圖第三章 刀庫(kù)的設(shè)計(jì)刀庫(kù)是帶刀庫(kù)自動(dòng)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(duì)數(shù)控機(jī)床的性能有很大影響。3.1 確定刀庫(kù)容量決定刀庫(kù)容量時(shí)，首先要考慮加工工藝的需要，同時(shí)還要調(diào)查分析同類型、相近規(guī)格的自動(dòng)換刀機(jī)床的刀庫(kù)容量及其發(fā)展趨勢(shì)。由于帶自動(dòng)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(shí)使用，因而應(yīng)根據(jù)廣泛的工藝統(tǒng)計(jì)，依大多數(shù)工件加工時(shí)需要的刀具數(shù)來確定刀庫(kù)容量。例如，對(duì)功能較為齊全的加工中心而言，它可承擔(dān)多個(gè)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(kù)容量與機(jī)床能加工工件的比率統(tǒng)計(jì)曲線。刀庫(kù)儲(chǔ)存量過大，導(dǎo)致刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜,影響機(jī)床總體布局；儲(chǔ)存量過小，則不能滿足復(fù)雜零件的加工要求。因此，刀庫(kù)容量應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，力圖將一組類南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)似的零件所需的全部刀具裝入刀庫(kù)，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時(shí)間。對(duì)自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床的刀庫(kù)容量，有關(guān)資料曾對(duì) 15000 個(gè)零件進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)，指出不同工序加工時(shí)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(kù)就能夠滿足 70％-95％工件的加工需要。因此，對(duì) XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床，從使用和經(jīng)濟(jì)效率角度來看，容量為 6 的刀庫(kù)就可滿足要求了。3.2 確定刀庫(kù)容量由以上考慮 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)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(kù)形式。這種刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀具排列較為緊湊，在刀庫(kù)容理定為 6 的情況下體種不大，且取刀也較為方便，但需要考慮機(jī)械手的換刀動(dòng)作空間。3.3 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如刀庫(kù)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(dòng)機(jī)接通，其運(yùn)動(dòng)經(jīng)過十字聯(lián)軸器、波傳動(dòng)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(dòng)刀座上的 6 個(gè)刀套轉(zhuǎn)動(dòng)，完成選刀動(dòng)作。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)刀庫(kù)裝配圖3.4 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)刀庫(kù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多數(shù)采用液壓馬達(dá)、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并沒有降速傳動(dòng)裝置。3.4.1 初選電動(dòng)機(jī)與降速傳動(dòng)裝置刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于本刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且所需轉(zhuǎn)速小，所以決定采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有體積小，重量輕、伺服性好、力能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)，且該電機(jī)可用信號(hào)電壓進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。采用型號(hào)為 90SZ03的 SZ 系列電磁式直流伺服電動(dòng)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(jì)手冊(cè)》P1275） ；降速傳動(dòng)裝置型號(hào)為 XB3-50-100A 的扁平式諧波傳動(dòng)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(jì)手冊(cè)》P1078-1079） 。3.4.2 初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩由于刀庫(kù)容量 6，下面就以 THK6363 型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫(kù)為設(shè)計(jì)參考（查參考資料 14） ，采用經(jīng)驗(yàn)法初估回轉(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩。THK6363 型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫(kù)也是采用軸向放置的鼓盤式刀庫(kù)形南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)式，其容量為 36 把刀具，最大刀具重達(dá) 10kgf，刀庫(kù)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(dòng)。現(xiàn)在由于設(shè)計(jì)的刀庫(kù)容量為 6 把刀具，可初估刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(主要是指直接驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩)為 T0=8N·m。3.5 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)刀庫(kù)的主運(yùn)動(dòng)是圓周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖 3-3 所示,直流伺服電動(dòng)機(jī) 1 通過彈性柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動(dòng)減速器 2 聯(lián)接減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿 3,設(shè)計(jì)刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng). 由刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。己知直流伺服電動(dòng)機(jī) 1 的功率為 0.092KW,轉(zhuǎn)速為 3000R/MIN,諧波傳動(dòng)減速器 2 的傳動(dòng)比為 100.傳動(dòng)效率為 80%,1 經(jīng) 2 減速后驅(qū)動(dòng)蝸桿 3,蝸桿為主動(dòng),蝸輪為從動(dòng),要求傳動(dòng)此為 6,單向旋轉(zhuǎn),單班工作制,預(yù)計(jì)壽命為 5 年.圖示 3-3 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖1)選擇蝸桿傳動(dòng)類型根據(jù) GB10085—88 的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI） 。2)選擇材料蝸桿采用 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。'2HP?'2FP?3)確定主要參數(shù)蝸桿蝸輪傳動(dòng)，以蝸桿為主動(dòng)，蝸輪為從動(dòng)。為了提高傳動(dòng)效率，取Z1=6，傳動(dòng)比取 6，單向旋轉(zhuǎn)，單工作制，預(yù)計(jì)壽命為 5 年。則 Z2= Z1ⅹi= 6ⅹ6=36。4)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)m2d1 KT2 (mm3)?'250HP???????a)計(jì)算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 T2初估傳動(dòng)效率 η=0.95,則南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)T2=9549 =9549 η=9549 ⅹ0.95=133.53 N·m12Pn1/i0.928%3/6?其中 n1 =3000/100=30(r/min)b)載荷系數(shù) K=1.05c)許用接觸應(yīng)力 2HP?= =220ⅹ0.9ⅹ1.48=293.04 MPa2HP?'VSZN式中, =220 MPa, '估計(jì)滑動(dòng)速度 <5m/s，用浸沒潤(rùn)滑,則由(參考文獻(xiàn) 11) (P972 圖 18—2)S查得滑動(dòng)速度影響系數(shù) =0.9, =1.48（其中VZN=60a t=60ⅹ1ⅹ ⅹ5ⅹ300ⅹ8=3.6ⅹ ,按圖 18—3 查得） ；LZ2n306610d)計(jì)算 m2d1值,并選定模數(shù) m 和蝸桿分度圓直徑 d1m2d1 ⅹ1.05ⅹ133.53=283.46 mm 3;?2539.04???????按表 18—3 查得模數(shù) m=3.15(mm), d1=35.5 (mm)(m2d1值應(yīng)大于計(jì)算值)5)驗(yàn)算滑動(dòng)速度 SVa)計(jì)算蝸桿速度 1= = =0.0558 m/s1V60dn??35.0?b)計(jì)算滑動(dòng)速度 SV= / =0.0558/ =0.0632 m/sS1cos?'"cos2814?其中 = = = ,則初估的 值合適。1(/)tgZmd?(63.5/.)tg??'"2814?SV6)驗(yàn)算蝸輪齒彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式為 22 21AVFFSPTKYd?????a)使用系數(shù) =1Ab)動(dòng)載荷系數(shù) =1.03V南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)c)載荷分布系數(shù) =1K?d1=35.5 mm， =m =3.15 36=113.4 mm,其中模數(shù) m=3.15(mm)。2dZ?d)蝸輪齒形系數(shù) =4.00FSYe)按蝸輪當(dāng)量齒數(shù) = / =36/ =52.34,由圖 17—2 查得。2V3cos?3'"s2814?f)導(dǎo)程角系數(shù) =1- /120°=1- /120 =0.766Y??'"??g)許用彎曲應(yīng)力 2FP?= =70 0.542=37.94 MPa2FP?'N?h)計(jì)算彎曲應(yīng)力=22.1322613.5.014.076F??由于 < ，故滿足蝸輪輪齒強(qiáng)度條件。?2HP7)計(jì)算蝸桿蝸輪的主要參數(shù)a)分度圓直徑=35.5， =m =3.15 36=113.4mm1d2z?b)中心距 aa=( + +2 m)/2=[35.5+113.4+2 (-0.1349) 3.15]/2=74 mm12x ?c)蝸桿導(dǎo)程角 '"814???8)計(jì)算其他尺寸a)蝸桿齒頂圓直徑 = +2 =35.5+2 3.15=41.8 mm，1ad1a1ah?其中 為蝸桿齒頂高，且 =m=3.15 mm；1ahb)蝸輪喉圓直徑 = +2 =113.4+2 0.8651 3.15=118.85 2a2ad2a?mm，其中 為蝸輪齒頂高，且 = + =1-0.1349=0.8651 mm；2ah2ah?2xc)蝸輪外圓直徑 = +m=118.85+3.15=122 mm；2edd)蝸桿齒寬 由于 =6，故 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取 =64 mm1b1Z1b1b南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)e)蝸輪齒寬 0.67 =0.67 41.8 =28.006mm,取 =28 mm；2b2?1ad?2bf)蝸輪齒頂圓弧半徑 = -m= -3.15=14.6 mmaR235.g)蝸輪齒根圓弧半徑 = +c= +0.2m= +0.2 3.15=21.53 2ff1a1a4.82?mm；h)蝸桿軸向齒厚 = /2= = 3.15/2=4.948 mm,其中1xs1xsp/m?為蝸桿軸向齒距；xpi)蝸桿法向齒厚 = =4.948 =4.368 mm；1ns1nsxco?'"cs2814?j)蝸輪分度圓齒厚 =0.5 =0.5 3.15=4.948 mm。22m??9)熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。在閉式傳動(dòng)中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)地散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大磨擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量 等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量1H的條件進(jìn)行熱功平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內(nèi)。2H由于摩擦損耗的功率 = （1- ）kW,則產(chǎn)生的熱流量（單位為fP1?1W=1j/s）為=1000 （1- ）W11?式中 為蝸桿傳遞的功率（單位：kW） 。P以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為=kA( - )W2H1t0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(shí)，2mC?:取較小值，否則取較大值；A——傳動(dòng)裝置散熱的計(jì)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（ ） ；2m——潤(rùn)滑油的工作溫度，一般限制在 60～70 ，最高不能超過 80 ；1t C? C?——周圍環(huán)境溫度，一般取室溫 =20 。0 0t?南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)按熱平衡條件 = ，可求得在既定工作條件下的沒溫為1H2= + 1t0??P-kA?C?在繪制傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行熱平衡計(jì)算：=0.092 80 =0.0736 kW1?0取 =20 , =0.95, k=10,并估算 A=0. 006 ，則0tC??2m=20+ =81.33 ＞801t??.7361-0.95 ?C??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1t?熱能力，如在傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。3.6 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核蝸輪轉(zhuǎn)速 =5r/min,所能傳遞的功率為 P=0.092 80 0.95=0.07 Kw,此2n ?0時(shí)刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：T= = =120.3N·m＞T 0=8N·m，954Nn??0.795其中 =0.9 為外花鍵帶動(dòng)刀盤回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)效率。由于 T＞T 0，所以，刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)?轉(zhuǎn)矩滿足要求。3.7 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核在刀庫(kù)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯(lián)接帶動(dòng)刀座上的刀套轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動(dòng)聯(lián)接。已知所用的花鍵類型為漸開線花鍵 d=26mm,以下對(duì)其進(jìn)行必要的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算公式如下：p= [p]MPa 式中:2gmTzhLD??T——轉(zhuǎn)距（N·mm） ，此處 T=120.3N·m=120.3 1000N·mm；?——各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常取 =0.7 0.8，此處取 =0.75；?:?z——齒數(shù)，此處 z=6；——齒的工作高度（mm） ，對(duì)漸開線花鍵， =m,此處 m 為模數(shù)，且取gh ghm=1.5mm；——齒的工作長(zhǎng)度（mm） ，此處 =48mm；gLgL南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)——平均直徑（mm） ，對(duì)漸開線花鍵，此處 =d=26mm。mDmD于是，把數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，得p= = =28.6MPa2gmTzhL?120.3.756486?由于該花鍵聯(lián)接為不在載荷作用下移動(dòng)的動(dòng)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(shí)，[p]可達(dá) 40 70 MPa，p [p],故花鍵聯(lián):?接的強(qiáng)度滿足要求。3.8 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核刀套在刀座上的夾緊由插銷實(shí)現(xiàn)（見刀庫(kù)裝配圖） 。插銷承受的主要是剪切力，以下對(duì)單個(gè)插銷進(jìn)行剪切強(qiáng)度的校核。插銷材料為 45 鋼，[ ]=60MPa,直徑 d=6mm。?剪切力由重力引起，估算 P=100N,插銷受力如圖所示。由圖可知該情況為雙剪切，且由平衡方程易得 Q=P/2,于是，插銷橫截面上的剪切力為= Q/A=(100 )/[ ]=1.8MPa [ ]?610??322(10)4?????故插銷滿足強(qiáng)度條件要求。3.9 確定刀具的選擇方式按數(shù)控裝置的刀具指令，從刀庫(kù)中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動(dòng)選刀。在刀庫(kù)中選擇刀具通常采用兩種方式。1)順序選擇刀具 2)任意選擇刀具3.10 刀庫(kù)的定位與刀具的松夾刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)定位是依靠簡(jiǎn)易定位裝置來實(shí)現(xiàn)的。其控制過程示意圖如下：刀庫(kù)的定位是由接近開關(guān)使直流伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后由雙向液壓帶動(dòng)定位銷 6，插入刀座 5 上的發(fā)出選刀信號(hào)牙嵌離合器脫離嚙合從動(dòng)軸慣性慢轉(zhuǎn)刀庫(kù)定位停止定位完畢發(fā)出信號(hào)南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)定位孔，實(shí)現(xiàn)精確定位。在刀座 5 的每一個(gè)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(shí)現(xiàn)刀具在刀庫(kù)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(shí)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(gè)，一個(gè)和定位銷在一起，自動(dòng)換刀時(shí)用，另一個(gè)在靠近立柱方向，用于刀庫(kù)手動(dòng)裝卸刀。刀庫(kù)定位示意圖第四章 刀具交換裝置的設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中,實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)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(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)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(jiǎn)單，成本低，換刀的可靠性較高；刀庫(kù)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(duì)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(tái)銑床的結(jié)構(gòu)特性決定難以實(shí)現(xiàn)由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式。機(jī)械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)工步后，把這一工步的刀具送回刀庫(kù)，并把下一道工步的所需要的刀具從刀庫(kù)中取出并裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。對(duì)機(jī)械手的具體要求是迅速可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。4.1 確定換刀機(jī)械手形式在自動(dòng)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。1)兩手呈 180°的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手；南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖 4-1 機(jī)械手臂和手爪1.手爪 2.錐銷 3.手臂 4.5.彈簧 6.活動(dòng)銷 7.長(zhǎng)銷 8.鎖緊銷2)兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)3)兩手平行的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手；4)雙手交叉式機(jī)械手；由于不同的數(shù)控機(jī)床（加工中心）的刀庫(kù)與主軸的相對(duì)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。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。這種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動(dòng)作可靠，換好時(shí)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(kù)刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫(kù)為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降銑床的自動(dòng)換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。4.2 換刀機(jī)械手的工作原理下面是以在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的自動(dòng)換刀裝置中采用這種上機(jī)械手換刀的工作原理。該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起運(yùn)動(dòng)。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(duì)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(dòng)（圖中未標(biāo)出） ，機(jī)械手有伸縮、回轉(zhuǎn)、抓刀、松刀等動(dòng)作。伸縮動(dòng)作：液壓缸（圖中未標(biāo)出）帶動(dòng)手臂托架 5 沿主軸軸向移動(dòng)。回轉(zhuǎn)動(dòng)作：液壓缸 2 中的齒條輪通過齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸 4 轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)手臂正向和反向 180°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。抓刀、松刀動(dòng)作：機(jī)械手對(duì)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(dòng)爪 10 來實(shí)現(xiàn)。碟形彈簧實(shí)現(xiàn)夾緊，液壓缸實(shí)現(xiàn)松開。在活動(dòng)爪中有兩個(gè)銷子 11，當(dāng)夾緊刀具時(shí)，插入刀柄凸緣的孔內(nèi)，確保安全、可靠。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)4.3 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過程的動(dòng)作順序（a） （b） （c） （d）圖 4-6 換刀機(jī)械手的換刀過程自動(dòng)換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。選刀即刀庫(kù)按照選刀命令（或信息）自動(dòng)將要用的刀具移動(dòng)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。換刀動(dòng)作的大致過程為：1)主軸箱回到最高處（z 坐標(biāo)零點(diǎn)） ，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“主軸準(zhǔn)停” 。即主軸停止回轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確停止在一個(gè)固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個(gè)固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對(duì)正端面鍵。2)機(jī)械手抓住主軸和刀庫(kù)上的刀具。如圖 4-6（a）所示。3)把卡緊在主軸和發(fā)庫(kù)上的刀具松開4)活塞桿推動(dòng)機(jī)械手下行，從主軸和刀庫(kù)上取出刀具5)機(jī)械手回轉(zhuǎn) 180°，交換刀具位置，6)將更換后的刀具裝入主軸和刀庫(kù)7)分別夾緊主軸和刀庫(kù)上的刀具8)機(jī)械手松開主軸和刀庫(kù)上的刀具9)當(dāng)機(jī)械手松開具后，限位開關(guān)發(fā)出“換刀完畢”的信號(hào)，主軸自由，可以開始加工或其他程序動(dòng)作。在自動(dòng)換刀的整個(gè)過程中，各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)均由限位開關(guān)控制，只有前一個(gè)動(dòng)作完成后，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，從而保證了運(yùn)動(dòng)的可靠性。4.4 機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸 4 上的齒輪齒條設(shè)計(jì)1)回轉(zhuǎn)軸上齒輪采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪形式2)取模數(shù) M=1。5。初取齒數(shù) z=30南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)3)下表為齒輪幾何尺寸設(shè)計(jì)的基本參數(shù)：名稱 代號(hào) 計(jì)算公式模數(shù) m壓力角 ?20o分度圓直徑 d D=mz=1.5 30=45?齒頂高 ahah1.5m???齒根高 ff()(02)1.875c?齒全高 h af.3齒頂圓直徑 adad(z2)().4hm????齒根圓直徑 f fa125c??齒距 p 4.7p?齒厚 s /3s?頂隙 c 0.251.cm??4)齒條的基本尺寸，按外齒輪幾何尺寸的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算4.5 自動(dòng)換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求4.5.1 主軸準(zhǔn)停裝置為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當(dāng)?shù)毒叩侗b入錐孔時(shí)，刀柄上的鍵槽位置必須與該鍵對(duì)準(zhǔn)才能裝入。當(dāng)機(jī)械手從刀庫(kù)取刀時(shí)，為了確保刀具其后能順利地裝入主軸錐孔中，必須使主軸準(zhǔn)確地停在刀具交換位置上。同時(shí)，由于工藝上的需要，也必須使主軸準(zhǔn)停在固定位置上。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術(shù)要求稱為主軸準(zhǔn)停。XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的自動(dòng)換刀裝置，在每次自動(dòng)裝卸刀具時(shí)，都必須要求主軸準(zhǔn)確地停止在固定的周向位置上。因此，可在主軸上安裝電氣控制的主軸準(zhǔn)停裝置以實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停功能。4.5.2 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試1)換刀機(jī)械手安裝在主軸箱的左側(cè)面，加工零件時(shí)，換刀機(jī)械手隨主軸箱南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)一起上下運(yùn)動(dòng)。2)當(dāng)初裝上換刀機(jī)械手后，必須進(jìn)行調(diào)試：用手動(dòng)操縱主式調(diào)整換刀機(jī)械手相對(duì)于主軸的位置，使用調(diào)整心棒，有誤差時(shí)可調(diào)整機(jī)械手行程、刀庫(kù)位置、機(jī)械手支座、修正主軸坐標(biāo)原點(diǎn)等。安裝最大重量刀具時(shí)，要進(jìn)行多次刀庫(kù)到主軸位置的自動(dòng)交換，使機(jī)械手換刀時(shí)做到準(zhǔn)確無誤，無撞擊。4.6 自動(dòng)換刀程序的編制1)換刀動(dòng)作（指令）：選刀（T××） ；換刀（M06）2)選刀和換刀通常分開進(jìn)行。3)為提高機(jī)床利用率，選刀動(dòng)作與機(jī)床加工動(dòng)作重合。4)換刀指令 M06 必須在用新刀具進(jìn)行切削加工的程序段之前，而下一個(gè)選刀指令 T 常緊跟在這次換刀指令之后。5)換刀點(diǎn)：多數(shù)加工中心規(guī)定在機(jī)床 Z 軸零點(diǎn)（Z 0） ，要求在換刀前用準(zhǔn)備功能指令（G28）使主軸自動(dòng)返回 Z0點(diǎn)。6)換刀過程:接到 T××指令后立即自動(dòng)選刀，并使選中的刀具處于換刀位置，接到 M06 指令后機(jī)械手動(dòng)作，一方面將主軸上的刀具取下送回刀庫(kù)，另一方面又將換刀位置的刀具取出裝到主軸上，實(shí)現(xiàn)換刀。7)換刀程序編制方法a)主軸返回參考點(diǎn)和刀庫(kù)選刀同時(shí)進(jìn)行，選好刀具后進(jìn)行換刀。…N02 G28 Z0 T02 Z 軸回零，選 T02 號(hào)刀；N03 M06 換上 T02 號(hào)刀…缺點(diǎn)：選刀時(shí)間大于回零時(shí)間時(shí)，需要占機(jī)選刀。b)在 Z 軸回零換刀前就選好刀…N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直線插補(bǔ)，選 T02 號(hào)刀N11 G28 Z0 M06 Z 軸回零，換 T02 號(hào)刀…N20 G01 Z_ F_ T03 直線插補(bǔ)，選 T03 號(hào)刀N30 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 順圓弧插補(bǔ)c)有的加工中心（TH5632）換刀程序與上略不同…N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直線插補(bǔ)，選 T02 號(hào)刀…N30 G28 Z0 T03 M06 Z 軸回零，換 T02 號(hào)刀，選 T03 號(hào)刀南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)N40 G00 Z1N50 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 圓弧插補(bǔ)…注：對(duì)臥式加工中心，上面程序的 G28 Z0 應(yīng)為 G28 Y0 。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)第五章 自動(dòng)換刀裝置的控制原理5.1 自動(dòng)換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)由液壓油箱、管路、控制閥等組成。控制閥采用分散布局、就近安裝原則，分別裝在刀庫(kù)和立柱上。電磁閥上貼有磁號(hào)碼（如 YV1、YV2、YV3） ，便于用戶進(jìn)行檢測(cè)與維修。5.2 自動(dòng)換刀裝置換刀動(dòng)作的順序控制過程在自動(dòng)換刀裝置的整個(gè)換刀過程中，換刀動(dòng)作的控制由刀庫(kù)控制部分、換刀機(jī)械手控制部分以及主軸相控制部分三部分組成，它們組成是一個(gè)互相聯(lián)系的系統(tǒng)。1)刀庫(kù)控制部分 2)機(jī)械手控制部份 3)主軸箱控制部分 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)致謝詞首先感謝我的指導(dǎo)老師,沒有你我就沒了寫論文的動(dòng)力.夜里在網(wǎng)吧搞論文時(shí),真的很困,心煩,有種莫名想放棄的念頭,蒙朧中是你在我耳邊告訴我得堅(jiān)持,不能放棄.正是因?yàn)檫@樣,經(jīng)過這些天堅(jiān)持不懈的奮斗,終于以這篇論文的完成而告終.感謝寢室里的患難兄弟遙遠(yuǎn)的家來到這個(gè)陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽.在這 3 年里,我們從沒紅過臉,月初大家腰包鼓鼓,一起吃喝;月底摸著干癟的錢包, 一起啃饅頭.是你們讓我在這大學(xué)生活中,體驗(yàn)到了啥叫快樂。當(dāng)然還的感謝我公司里的師傅，在我的實(shí)習(xí)期間，能夠指導(dǎo)我，教我很多在學(xué)校學(xué)不到的東西。在公司實(shí)習(xí)期間的 2 個(gè)月里，同事的關(guān)心使我一個(gè)初入社會(huì)的大學(xué)生，感受到了社會(huì)對(duì)我們的關(guān)心。不過，當(dāng)然也感覺到自己的知識(shí)能力還很不足，要想在社會(huì)立足，只有多學(xué)多交流，方能進(jìn)步，提高自身的能力。最后還得感謝我的網(wǎng)友們，