加工中心自動換刀系統(tǒng)設(shè)計(鏈?zhǔn)?【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 以加工中心自動換刀裝置中的刀庫的設(shè)計與控制為背景，根據(jù)使用的場合和實際運用的要求，設(shè)計了相應(yīng)的 40 刀的鏈?zhǔn)降稁?，并且對它的控制進(jìn)行了一定的研究。 論文首先對 40 刀刀庫總體設(shè)計方案進(jìn)行闡述，闡述其各部件的工作原理，然后就刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制分節(jié)對各個部分進(jìn)行計算與設(shè)計。 刀庫的機(jī)構(gòu)設(shè)計是研究的重點，傳動部分為蝸桿蝸輪的減速裝置，控制部分為刀庫送刀機(jī)構(gòu)，由 制刀庫的正反轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞 ：加工中心，刀庫，蝸桿蝸輪， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 in as a to s s to on to of is on s to on to s is s LC 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 目 錄 1 緒論 . 1 言 . 1 工中心簡介 . 1 工中心的發(fā)展簡史 . 1 工中心的結(jié)構(gòu)組成 . 2 工中心的分類 . 4 工中心的主要優(yōu)點 . 5 工中心的發(fā)展趨勢 . 6 庫 . 7 庫簡介 . 7 庫的類型 . 8 案的分析論證及確定 . 12 2 刀庫驅(qū)動電機(jī)的選定 . 15 套線速度 . 15 輪參數(shù)確定 . 15 據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩選電機(jī) . 16 動比分配 . 18 軸轉(zhuǎn)速 . 18 軸功率 . 18 軸轉(zhuǎn)矩 . 18 3 刀庫傳動方式 . 20 庫傳動方式設(shè)計 . 20 桿蝸輪傳動 . 20 傳動 . 29 4 軸的設(shè)計 . 32 材料選定 . 32 桿軸設(shè)計 . 32 步估算軸的最小直徑 . 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 4. 軸器選定 . 33 定軸承類型 . 33 步估算蝸桿軸各段尺寸 . 33 桿軸校核 . 34 輪軸校核 . 30 步估算軸的最小直徑 . 38 步估算蝸輪軸各段的尺寸 . 38 輪軸校核 . 38 的校核 . 42 5 軸承校核 . 44 桿軸承校核 . 44 輪軸承校核 . 44 6 刀庫控制系統(tǒng) . 46 具的選擇方式 . 46 序選擇 . 46 意選擇 . 46 具識別裝置 . 47 庫控制系統(tǒng)設(shè)計 . 48 7 其它零部件設(shè)計 . 51 8 結(jié)論 . 53 致謝 . 54 參考文獻(xiàn) . 55 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 1 - 一 緒論 本首先從數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程引出加工中心的發(fā)展趨勢，再具體到本次設(shè)計針對的刀庫的任務(wù)要求，明確了本設(shè)計任務(wù)的主要內(nèi)容。 言 1952 年世界上出現(xiàn)了一臺數(shù)控機(jī)床，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)備在柔性、自動化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。 1958 年一臺加工中心問世，它將多工序（銑、鉆、鏜、鉸、攻絲等）加工集于一身；適應(yīng)加工多品種和大批量的工件；增加機(jī)床功能（自動換刀、自動換工件、自動檢測等），使自動化程度和加工效率上了一個新臺階；使無人化（或長時間無人操作）加工成為現(xiàn)實。 90 年代以來，數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及及 發(fā)展，數(shù)控加工中心在制造業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)制造的加工中心主要是面向生產(chǎn)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、封閉性強(qiáng)，價格昂貴。加工中心已成為柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)和自動化工廠的基本單元。 加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，受到世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的高度重視，技術(shù)迅速發(fā)展，品種和數(shù)量大幅度增加，成為當(dāng)今世界機(jī)械加工設(shè)備中最引人注目的一類產(chǎn)品。 工中心簡介 加工中心的發(fā)展簡史 1952 年世界上出現(xiàn)一臺數(shù)控機(jī)床，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)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)控加工買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - 程序進(jìn)行控制，因而比大批量生產(chǎn)重使用組合機(jī)床生產(chǎn)線和凸輪、開關(guān)控制的專用機(jī)床有更大的柔性，容易適應(yīng)加工件品種的變化，進(jìn)行多品種加工。它用數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)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，因為有更高的自動化程度和加工效率，大大改變了中小批量生產(chǎn)中普通機(jī)床占整個機(jī)械加工 70% 80% 的狀況。數(shù)控機(jī)床能實現(xiàn)兩坐標(biāo)以上聯(lián)動的功能，其效率和精度比用手工和樣板控制加工復(fù)雜零件 要高得多。 1958 年一臺加工中心在美國卡尼、特雷克（ 司問世?，F(xiàn)代加工中心的內(nèi)容是什么？一，它是在數(shù)控鏜床或數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上增加自動換刀裝置，可使工件在一次裝卡中，能夠自動更換刀具，自動完成工件上的銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等工序的數(shù)控機(jī)床。二，加工中心上如果帶有自動分度回轉(zhuǎn)工作臺或自動轉(zhuǎn)角度的主軸箱，可使工件在一次裝卡中，自動完成多個平面和多個角度位置的多工序加工。三，加工中心上如果帶有交換工作臺，工件在工作位置的工作臺上進(jìn)行加工的同時，另外的工件在裝卸位置的工作臺上進(jìn) 行裝卸，不影響加工的進(jìn)行。 由上述可知，加工重心在加工的柔性、自動化程度和加工效率上，在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上又上了一個新的臺階，又是一次新的變革。 加工中心的定義是什么？目前世界上并無標(biāo)準(zhǔn)定義，但目前普遍認(rèn)為是指：在工件一次裝卡中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等多工序的數(shù)控機(jī)床。更為明確的說法是：加工中心就是自動換刀數(shù)控鏜銑床。這就把加工中心與自動換刀數(shù)控車床或車削中心區(qū)別開來。 加工中心的結(jié)構(gòu)組成 加工中心的組成 隨 機(jī)床的類別、功能、參數(shù)的不同而有所區(qū)別。機(jī)床本身分基本部件和選擇部件，數(shù)控系統(tǒng) 有基本功能和選用功能，機(jī)床參數(shù)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 有主參數(shù)和其它參數(shù)。機(jī)床制造廠可根據(jù)用戶提出的要求進(jìn)行生產(chǎn)，但在同類機(jī)床的基本功能和部件組成一般差別不大。從總體上看，加工中心基本上由以下幾大部分組成。 基礎(chǔ)部件 主要由床身、立柱和工作臺等大件組成。它們是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負(fù)載，因此必須是剛度很高的部件。這些大件可以是鑄鐵件也可以是焊接的剛結(jié)構(gòu)件，是加工中心中重量和體積最大的部件。 主軸系統(tǒng) 主要由主軸箱、主軸電動機(jī)、主軸和主軸軸承等零部件組成。主軸的啟動、停止和變 轉(zhuǎn)速等動作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸系統(tǒng)是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞，對加工中心的性能有很大的影響。 數(shù)控系統(tǒng) 主要由 置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動裝置以及電動機(jī)等部分組成，它們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程的控制中心。 自動換刀系統(tǒng) 主要由刀庫、自動換刀裝置等部件組成。刀庫是存放加工過程所要使用的全部刀具的裝置。當(dāng)需要換刀時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令，由機(jī)械手（或通過別的方式）將刀具從刀庫取出裝入主軸孔中。刀庫有 盤式、鏈?zhǔn)胶凸氖降榷喾N形式，容量從幾把到幾百把。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)根據(jù)刀庫與主軸的相對位置幾結(jié)構(gòu)的不 同 也有多種形式。如單臂式、雙臂式。回轉(zhuǎn)式和軌道式等等。有的加工中心利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀。 輔助系統(tǒng) 包括潤滑、冷卻、排屑防護(hù)、液壓和隨機(jī)檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖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到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 另外，為進(jìn)一步縮短非切削時間，有的加工中心還配備了自動托盤交換系統(tǒng)。例如，配有兩個自動交換工件托盤的加工中心，一個安裝工件在工作臺上加工，另一個則位于工作臺外進(jìn)行工件的裝卸。當(dāng)完成一個托盤上工件的加工后，便自動交換托盤，進(jìn)行新零件的加工，這樣可以減少輔助時間，提高加工效率。 加工中心的分類 按照加工中心形態(tài)不同進(jìn)行分類，可分為立式、臥式和五坐標(biāo)加工中心。 立式加工中心（如圖 1 立式加工中心的主軸軸心線為垂直狀態(tài)配置，結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，適合加工小型板類、盤類、殼體類零件。 臥式加工中心（如圖 1 臥式加工中心是指主軸軸線為水平狀態(tài)設(shè)置的加工中心，通常都帶有可進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運動的正 方形分度工作臺。臥式加工中心一般具有 35 個運動坐標(biāo)，常見的是三個直線運動坐標(biāo) (沿X、 Y、 Z 軸方向 )加一個回轉(zhuǎn)運動坐標(biāo) (回轉(zhuǎn)工作臺 )，它能夠使工件在一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工，最適合箱體類工件的加圖 1式加工中心 圖 1式加工中心 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 工。 五坐標(biāo)加工中心 五坐標(biāo)加工中心 兼具 立式和臥式加工中心的功能，工件一次裝夾后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面等五個面的加工，因此也叫五面加工中心。常見的五坐標(biāo)加工中心有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是主軸可以 90 旋轉(zhuǎn)，另一種是工作臺可以 90 旋轉(zhuǎn)。 加工中心的主要優(yōu)點 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(shù)水平，可得到相當(dāng)高的穩(wěn)定精度。 縮短加工準(zhǔn)備時間 加工中心既然可以頂替多臺通用機(jī)床，那么加工一個零件 所 需準(zhǔn)備時間，是每臺加工單元所損耗的準(zhǔn)備時間之和。從這個意義上說，加工中心的準(zhǔn)備時間顯然短得多。 減少在制品 以往的加工 方式是工件流動與多臺通用機(jī)床之間，這就要有相當(dāng)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(jī)床上完成多個工序，就能大大減少在制品數(shù)量。 減少刀具費 把分散設(shè)置在各通用機(jī)床上的刀具，集中在加工中心刀庫上，有可能用最少量的刀具，實現(xiàn)公共有效利用。這樣既提高刀具利用率，又減少了道具數(shù)量。 最少的直接勞務(wù)費 由 及用工作臺自動托盤交換裝置（ 輔助裝置，實現(xiàn)夜間無 人運轉(zhuǎn)。這些都可縮減直接勞務(wù)費。 最少的簡介勞務(wù)費 由于工序集中，工件搬運和質(zhì)量檢查工作買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 量都大為減少，這就使間接勞務(wù)費最少。 設(shè)備利用率高 加工中心設(shè)備利用率為通用機(jī)床的幾倍。另外，由于工序集中，容易適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)。 加工中心的發(fā)展趨勢 立式加工中心 立式加工中心主要的用戶層面為 ,以看好的汽車零部件行業(yè)為首，還有模具、飛機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、 學(xué)設(shè)備等行業(yè)。在飛機(jī)制造業(yè)因絕大多數(shù)加工件為多品種、小批量的產(chǎn)品，因此五軸加工機(jī)為主的立式加工中心有潛在的需求。今后電子零部件、精密機(jī) 枝零部件、半導(dǎo)體模具等行業(yè)也具有需求潛力。各生產(chǎn)廠家面對預(yù)期需求擴(kuò)大的飛機(jī)、模 立式加工中心主要的用戶層面為 ,以看好的汽車零部件行業(yè)為首，還有模具、飛機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、 學(xué)設(shè)備等行業(yè)。在飛機(jī)制造業(yè)因絕大多數(shù)加工件為多品種、小批量的產(chǎn)品，因此五軸加工機(jī)為主的立式加工中心有潛在的需求。今后電子零部件、精密機(jī)枝零部件、半導(dǎo)體模具等行業(yè)也具有需求潛力。 臥式加工中心 臥式加工中心因其加工面是垂直的，切屑易脫落，比較適應(yīng)時間無操作。又因是模塊結(jié)構(gòu)，可以短時間內(nèi)導(dǎo)入最適當(dāng)規(guī)模的系統(tǒng)。因其無人操作時間較長，在成 本費用方面與單機(jī)相比效果更好。 從技術(shù)開發(fā)動向來看，是謀求提高主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、提高精密度、并將對應(yīng)熱變位、模塊化等集中體現(xiàn)出來。其中，作為機(jī)床基本課題的高速化研究也不斷取得成果。 由于提高進(jìn)給速度直接關(guān)系到產(chǎn)品的加工時間，以利提高生產(chǎn)效率，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 因此在高速進(jìn)給技術(shù)方面，驅(qū)動裝置采用直線電機(jī)的機(jī)型正在增多。同時也有廠家在開發(fā)不使用直線電機(jī)，采用進(jìn)給軸以大導(dǎo)程滾珠絲杠為驅(qū)動，進(jìn)給加速度 2G、快速進(jìn)給速度 120 高速臥式加工中心。并在主軸上采用雙面約束刀具、主軸轉(zhuǎn)速為 2 萬 r/速進(jìn)給速度為 60 m/盡量縮短重復(fù)定位、刀至刀等的非切削時間。為解決速度提高帶來的熱變位影響，防止精度下降，一般都采用獨自的補(bǔ)正裝置或主軸冷卻結(jié)構(gòu)、冷卻裝置等。 庫 刀庫簡介 刀庫是自動換刀裝置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)對加工中心的設(shè)計有很大影響。刀庫是用來儲存加工刀具及輔助工具的地方。由于多數(shù)加工中心的取送刀位置都是在刀庫中的某一固定刀位，因此刀庫還需要有使刀具運動及定為的機(jī)構(gòu)來保證換刀的可靠。其動力可采用液動機(jī)或電動機(jī)，如果需要還要有減速機(jī)構(gòu)。刀庫的定為機(jī)構(gòu)是用來 保證更換的每一把刀具或刀套都能準(zhǔn)確地停在換到位置上。其控制部分可以采用簡易位置控制器或類似半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的伺服位置控制，也可以采用電氣和機(jī)械相結(jié)合的銷定為方式，一般要求綜合定為精度達(dá)到 0.5 根據(jù)刀庫所需要的容量和取刀方式，可以將刀庫設(shè)計成多種形式。圖1出了常用的幾種刀庫。圖 1適應(yīng)機(jī)床主軸的布局，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置，圖 1刀具可作90 翻轉(zhuǎn)的圓盤刀庫，采用這種結(jié)構(gòu)能夠簡化取刀動作。單盤式刀庫的結(jié)構(gòu)簡單，取刀也較為方便，因此應(yīng)用最為廣泛。但由于圓盤尺寸受限制，刀庫的容量較?。ㄍǔＱb 16 32 把刀）。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - 當(dāng)需要存放更多數(shù)量的刀具時，可以采用圖 1們充分利用了機(jī)床周圍的有效空間，且刀庫的外形尺寸又不致過于龐大。圖 1鼓筒彈夾式刀庫，其結(jié)構(gòu)十分緊湊，在相同的空間內(nèi)，它的刀庫 容量較大，但選刀和取刀的動作較復(fù)雜。圖 1鏈?zhǔn)降稁?，其結(jié)構(gòu)有較大的靈活性，存放刀具的數(shù)量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當(dāng)鏈條較長時，可以增加支撐鏈輪的數(shù)目，使鏈條折迭回繞，提高了空間利用率。圖 1 1別為多盤式和格子式刀庫，它們雖然也具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點，但選刀和取刀動作復(fù)雜，較少應(yīng)用。 庫的類型 加工中心上普遍采用的刀庫是盤式刀庫和鏈?zhǔn)降稁?。密集型的固圖 1庫的形式 a）軸向式 b）徑向式 c）斜向式 d）刀具翻轉(zhuǎn)式 e）鼓筒彈夾式 f）鏈?zhǔn)?g）多盤式 h）格子式 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 定刀庫目前于用于 的集中供刀系統(tǒng)。 盤式刀庫 盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多，如圖 1示。由于刀具環(huán) 形排列，空間利用率低。因此出現(xiàn)了將刀具在盤中采用雙環(huán)或多環(huán)排列，以增加空間的利用率。但這樣一來使刀庫的外徑過大，轉(zhuǎn)動慣量也很大，選刀時間也較長。因此，盤式刀 庫一般適用于刀具容量較少的刀庫。 鏈?zhǔn)降稁?如圖 1示，鏈?zhǔn)降稁斓慕Y(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可以根據(jù)機(jī)床的布局配置成各種形狀，也可將換刀位突出以利換刀。當(dāng)鏈?zhǔn)降稁煨柙黾拥毒呷萘繒r，只需增加鏈條的長度和支承鏈輪的數(shù)目，在一定范圍內(nèi)，無需變更線速度及慣量。這些特點也為系列刀庫的設(shè)計與制造帶來了很大的方便，可以滿足不同使用條件。一般刀具 數(shù)量在 30120 把時，多采用鏈?zhǔn)降稁臁?圖 1式刀庫的形式 a）徑向取刀形式 b）軸向取刀形式 c）刀具徑向安裝 d）刀具斜向安裝 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 換刀位置 為保證刀套準(zhǔn)停精度和刀套定位剛性，鏈?zhǔn)降稁斓膿Q刀位置一般設(shè)在主動鏈輪上如圖 1示，或者設(shè)在盡可能靠近主動鏈輪的刀套處，如圖 1示 鏈條形式 我國目前還沒有廠家生產(chǎn)加工中心刀庫專用鏈條，因而不得不用標(biāo)準(zhǔn)套筒輥子鏈，通過連接器把刀套固定在鏈條上。這種方式不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配調(diào)試費時，而且套筒位置精度亦差 我國部分廠家，購買日本椿本鏈條公司（ o.）生產(chǎn)的已轉(zhuǎn)有刀套的刀庫專用 鏈條來裝備刀庫，效果頗佳?？紤]到刀具重量定位塊手爪圖 1式刀庫換刀位置 定位插銷定位盤鏈輪手爪圖 1式刀庫換刀位置 圖 1式刀庫的形式 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 和刀庫工作的平穩(wěn)性，推薦采用： 鏈條 這種鏈條是套筒式鏈條，其輥子本身就是刀套，該鏈條型式及尺寸見表 1 1） 鏈輪節(jié)圓直徑80s 式中 N當(dāng)量齒數(shù)（實際齒數(shù) /3） 鏈輪外徑 條型號 刀具錐柄號 P O L H W R T 0 90 55 8 60 68 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - N 8 0c o 式中 P鏈條節(jié)距 注：鏈輪齒數(shù)可從 9 個起使用。但是為了增加鏈條的耐用度和運行效率，齒數(shù)還是盡可能多為好。鏈輪之間的中心距，以取鏈條節(jié)距整數(shù)倍為宜。 機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的提出 方案一：直接在刀庫與主軸之間換刀 方案二：用機(jī)械手在刀庫與主軸之間換刀 方案三：用機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫進(jìn)行換刀 傳動方案的提出 方案一：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機(jī)帶傳動，移動用氣壓或液壓傳動 方案二：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機(jī)帶傳動，移動用絲杠傳動 方案三：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動，移動用氣壓或液壓傳動 方案四：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機(jī)蝸輪蝸桿傳動，移動用氣壓傳動 案的可行性分析 械結(jié)構(gòu)方案的可行性分析 方案一：直接在刀庫與主軸之間換刀 這種換刀裝置只有一個刀庫，刀庫中儲存著加工過程中需要使用的刀具，利用機(jī)床本身與刀庫的運動實現(xiàn)換刀過程。它的刀庫需要整體運動，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且刀庫容量較小。主要運用在需 要刀具較少的數(shù)控車床中。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 方案二：用機(jī)械手在刀庫與主軸之間換刀 這是目前用的最普遍的一種自動換刀裝置，其布局結(jié)構(gòu)多種多樣。它利用機(jī)械手在刀庫和機(jī)床之間實現(xiàn)換刀過程。由于這種結(jié)構(gòu)有一個中間介質(zhì)機(jī)械手，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計比較靈活，也比較簡單。 方案三：用機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫進(jìn)行換刀 這種換刀裝置實際上是轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置和刀庫換刀裝置的結(jié)合。這種換刀裝置轉(zhuǎn)塔頭上有兩個刀具主軸，當(dāng)一個刀具主軸上的刀具進(jìn)行加工時，可由機(jī)械手將下一工步需用的刀具換到不工作的主軸上，待上一工步加工完畢后，轉(zhuǎn)塔頭回轉(zhuǎn) 180 度，即完成換刀工作。 這種裝置換刀效率較高，但是兩個刀具主軸的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重限制了它的使用范圍。 方案一：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機(jī)帶傳動，移動用氣壓或液壓傳動 步進(jìn)電機(jī)可精確控制轉(zhuǎn)動的角度和轉(zhuǎn)向，但是價格比伺服電機(jī)便宜的多。由于換刀不需要反饋系統(tǒng)，因此不必要選伺服點電機(jī)。帶傳動可以降低對電機(jī)的沖擊，雖然可以配合齒輪傳動達(dá)到較大的傳動比，但是機(jī)構(gòu)所占空間大，在要求機(jī)構(gòu)緊湊的數(shù)控機(jī)床上顯然不適合。氣壓和液壓傳動都有快的優(yōu)勢，但是相比之下，在需要的力并不大的地方選用價格更便宜的氣壓傳動更經(jīng)濟(jì)一些。 方案二：轉(zhuǎn)動用步 進(jìn)電機(jī)帶傳動，移動用絲杠傳動 絲杠雖然可以實現(xiàn)移動，但是在力較小、并且需要快速移動的地方就不如氣壓傳動適合了。 方案三：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動，移動用氣壓或液壓傳動 齒輪傳動和帶傳動一樣能達(dá)到的一級降速傳動比小，不能自鎖。 方案四：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機(jī)蝸輪蝸桿傳動，移動用氣壓傳動 蝸輪蝸桿傳動不僅傳動大，而且可以自鎖。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 14 - 案的確定 經(jīng)過綜合分析確定選擇方案二，即用機(jī)械手在刀庫與主軸之間換刀的方案進(jìn)行設(shè)計。機(jī)械手兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)。 動方案的確 定 經(jīng)過綜合分析確定選擇方案四，即 轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機(jī)蝸輪蝸桿傳動，移動用氣壓傳動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - 二 刀庫驅(qū)動電機(jī)的選定 驅(qū)動刀庫，目前常見的方式有伺服電動機(jī)驅(qū)動和液動機(jī)驅(qū)動兩種，我國加工中心都選用伺服電機(jī)驅(qū)動方式，在本設(shè)計中也將采用伺服電動機(jī)來驅(qū)動。 套線速度 選用 鏈條，錐柄號 40 鏈行程 S=20P=2090=選刀時間 t.=4s,可得到鏈速 v. 鏈速 m / s v=27 m/相 關(guān)資料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。一般推薦在 22 30m/間。鏈速適用。 輪參數(shù)確定 取鏈輪齒數(shù) z=24 鏈輪節(jié)圓直徑 DP 2378180s N當(dāng)量齒數(shù)（實際齒數(shù) /3） P鏈條節(jié)距 鏈輪外徑 D0 2 661 80c 鏈輪轉(zhuǎn)速 n 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 16 - 100060 m i n 載轉(zhuǎn)矩選電機(jī) 加在伺服電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩比電動機(jī)額定連續(xù)轉(zhuǎn)矩 鏈?zhǔn)绞降稁熵?fù)載轉(zhuǎn)矩計算方法 鏈?zhǔn)降稁斓呢?fù)載轉(zhuǎn)矩 由刀具不平衡重量 導(dǎo)向面（或支承面）的摩擦力 F 所組成，如圖 2 不平衡重 量 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。 支承面的摩擦力； 是導(dǎo)向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。計算摩擦力時，刀具重量均按刀具平均重量計算。 刀庫鏈輪半徑為 具最大重量為 20具平均重量 17 ：最大偏重 ； ： 摩擦力圖 2鏈?zhǔn)降稁炝Φ姆植?買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - 每個方向上 10 把刀，刀具重量 m=170具不平衡重量 00N。法向約束力 700N，摩擦系數(shù) 摩擦力 F=700=187N 221 1 8 221 1 8 a xm a x 所以 2m a 49 49 i=40。 傳動總效率為： 0 . 7 3 2542321 式中： 1聯(lián)軸器的功率； 2蝸桿的功率； 3軸承的功率； 4鏈傳動效率。 把如上計算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 ： 2 考慮到實際情況比計算時所設(shè)定條件復(fù)雜，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的 ，亦即： T 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 18 - 選電機(jī)型號如下： 表 2選電機(jī)型號 型 號 輸出功率 P 最大轉(zhuǎn)矩 r / 工作轉(zhuǎn)速 0 309 1000 500 傳動比分配 刀庫選刀需要低速轉(zhuǎn)動，就要求降低傳動的速度，傳動比選為 i=40。 軸轉(zhuǎn)速 軸 r / m 0 001 m 軸 r / m i n 各軸功率 軸 軸 軸轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 : 電機(jī)輸出軸 105 0 5 09 5 5 0 軸 d 軸 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 19 - 表 2動和動力參數(shù)表 軸 功率 P 轉(zhuǎn)矩T(N轉(zhuǎn)速 n(r/傳動比 i 效率 電機(jī)軸 0 500 1 1 軸 00 1 軸 0 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 20 - 三 刀庫傳動方式 庫傳動方式設(shè)計 為使伺服電機(jī)在最佳狀態(tài)下工作，一般不采用伺服電機(jī)的低速段。刀庫需要在伺服電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩下運轉(zhuǎn)工作，并且減速比不能過大，否則不能達(dá)到刀庫需要的轉(zhuǎn)矩，這就要求減速裝置既要很大的減速比，又要保證電機(jī)工作在恒 轉(zhuǎn)矩下，選用蝸桿減速裝置。 桿蝸輪傳動 特點和應(yīng)用 蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動。在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間是互相垂直的，軸交角為 90。它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、儀器、起重運輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其他機(jī)械制造部門中，最大傳動功率可達(dá)750 常用在 50 下；最高滑動速度5 m/s,通常用在 15 m/s 以下。 蝸桿傳動的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、沖擊振動小以及能得到很大的單級 傳動比。在傳遞動力時，傳動比一般為 8 100，常用的為 15 50。在機(jī)床工作臺中，傳動比可達(dá)幾百，甚至到 1000。這時，需采用導(dǎo)程角很小的單頭蝸桿，但傳動效率很低，只能用在功率小的場合。在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中正力求提高蝸桿傳動的效率，多頭蝸桿的傳動效率已可達(dá)到 98%。與多級齒輪傳動相比，蝸桿傳動零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕。缺點是在制造精度和傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的效率比齒輪傳動低，同時蝸桿一般需用貴重的減摩材料（如青銅）制造。 蝸桿傳動多用于減速，以蝸桿為原動件。也可用于增速，齒數(shù)比單級為 5 15，但 應(yīng)用很少。 精度等級的選擇 蝸桿可以在車床上切制，也可以在特種銑床上用圓盤銑刀或指形銑刀買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 21 - 銑制。由于蝸桿傳動的軸間距離必須與蝸桿滾刀在切制蝸輪時的軸間定位距離相等才能得到正確的嚙合，所以蝸輪要用與它相捏合的蝸桿同樣大小的滾刀來切制。 由于蝸桿傳動嚙合輪齒的剛度較齒輪傳動大，所以制造精度對傳動的影響比齒輪傳動更顯著。蝸桿傳動規(guī)定了 12 個精度等級，對于動力傳動，要按照 6 9 級精度制造。 材料選擇 考慮到蝸桿傳動難于保證高的接觸精度，滑動速度 又 較大，以及蝸桿變形等因素，故蝸桿，蝸輪不能都用硬材料制造，其中之 一（通常為蝸輪）應(yīng)該用減摩性良好的軟材料來制造。 蝸輪材料。通常是指蝸輪齒冠部分的材料。主要有以下幾種： 鑄錫青銅 是適用于 m/s 26 m/s 12心鑄造的可得到致密的細(xì)晶粒組織，可取大值，砂型鑄造的取小值。 鑄鋁青銅 適用于 m/s 10膠合能力差，蝸桿硬度應(yīng)不低于 45 鑄鋁黃銅 點蝕強(qiáng)度高，但磨損性能差，宜用于低滑動速度場合。 灰鑄鐵和球墨 鑄鐵 使用于 m/s 2者表面經(jīng)硫化處理有利于減輕磨損，后者若與淬火蝸桿配對能用于重載場合。直徑較大的蝸輪常用鑄鐵。 蝸桿材料。蝸輪直徑很大時，可以采用青銅蝸桿，蝸輪則用鑄鐵。在要求持久性高的動力傳動中，可選用滲碳鋼淬火，也可選用中碳鋼表面或整體淬火以得到必要的硬度，制造時必須磨削。用氮化鋼氮處理的蝸桿可以不磨削，但需要拋光。只有在缺乏磨削設(shè)備是才選用調(diào)質(zhì)蝸桿。受短時沖擊載荷的蝸桿，不宜用滲碳鋼淬火，最好用調(diào)質(zhì)鋼。鑄鐵蝸輪與鍍鉻蝸桿配對時，有利于提高傳動的承載能力和滑動速度。 蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu) 蝸桿通常與軸做成整體很少做成裝配式的。 蝸輪可指成整體的或組合的。組合蝸輪的齒冠可以鑄在或用過盈配合買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 22 - 裝在鑄鐵或鑄鋼的輪心上，常用的配合為 H7/了增加過盈配合的可靠性，沿著接合縫還要擰上螺釘，螺釘孔中心線偏向輪轂一側(cè)。當(dāng)蝸輪直徑較大時，可采用螺栓聯(lián)接，最好采用受剪螺栓聯(lián)接。 蝸桿蝸輪傳動設(shè)計計算： 蝸桿減速器，輸入功率 速 00r/動比i=40。工作機(jī)載荷平穩(wěn)，動力機(jī)有輕微振動。預(yù)期壽 命 12000h。 蝸桿采用 45 鋼，表面硬度 45輪材料采用 型鑄造，計算步驟如下： 初選 d1/a值 當(dāng)量摩擦系數(shù) 設(shè) m/s s，查機(jī)械設(shè)計 v= 取大