立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)——換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀畢業(yè)論文 答辯通過】

需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 買對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 信機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專業(yè) 學(xué) 號： 0923031 學(xué)生姓名： 褚 浩 指導(dǎo)教師： 鮑虹蘇 （職稱： 高 工 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 91 學(xué) 號： 0923031 作 者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2、專題 換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源為南京某機(jī)械有限公司生產(chǎn)實(shí)際。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力，要求學(xué)生能夠結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有數(shù)控立式銑床自動換刀裝置，針對實(shí)際使用過程中存在的問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計(jì)與方法，對數(shù)控立式銑床自動換刀裝置進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到解決問題。 在設(shè)計(jì)傳動件時，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應(yīng)盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 該部件工作時，能運(yùn)轉(zhuǎn)正常； 擬定工作機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方案，并進(jìn)行多方案對比分析； 當(dāng)電動機(jī)輸入功率時，對主要工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動和動力分析； 設(shè)計(jì)數(shù)控立式銑床自動換刀裝置總裝圖 1 張； 設(shè)計(jì)數(shù)控立式銑床自動換刀裝置刀庫裝配圖 1 張； 設(shè)計(jì)繪制零件工作圖若干； 編制設(shè)計(jì)說明書 1 份。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 91 班 姓名 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 要 本論文介紹的是 數(shù)控立式升降臺銑床自動換刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。自動換刀機(jī)構(gòu)一方面可以減輕工人勞動強(qiáng)度，另一方面可以提高加工效率。刀庫式的自動換刀機(jī)構(gòu)是由刀庫和刀具交換裝置（換刀機(jī)械手）組成。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。 數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置中，實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。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，換刀時間短，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)械手與刀庫刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀機(jī)構(gòu)，因此，在 數(shù)控立式升降銑床的自動換刀機(jī)構(gòu)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 of of of on it of is of of At be of be to is in of C of of is of of of is of of of of of of is of of is of of NC of of V 目 錄 摘 要 . . 錄 . V 1 緒論 . 1 控機(jī)床發(fā)展歷史及趨勢 . 1 控銑床的分類及組成 . 1 控立式銑床 . 1 式數(shù)控銑床 . 2 臥式兩用數(shù)控銑床 . 2 控銑床的組成 . 3 控銑床的選用 . 3 控銑床的 主要功能及加工范圍 . 4 控銑床的 主要功能 . 4 控銑床的 加工范圍 . 4 2 數(shù)控銑床自動換刀裝置總體要求 . 6 控銑床自動換刀裝置產(chǎn)生背景及換刀方法 . 6 控銑床自動換刀裝置的總體要求 . 8 動換刀裝置的分類 . 8 自動換刀裝置的要求 . 8 3 自動換刀裝置總體設(shè)計(jì) . 9 動換刀裝置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) . 9 控銑床主要技術(shù)參數(shù) . 9 構(gòu)參數(shù) . 9 要規(guī)格及技術(shù)參數(shù) . 10 定數(shù)控銑床加工工況 . 11 定自動換刀裝置的方式 . 11 4 自動換刀控制原理 . 13 動換刀機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 13 液壓的特點(diǎn) . 13 動換刀機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理圖 . 13 動換刀裝置換刀動作的順序控制過程 . 14 5 刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 15 庫類型 . 15 具識別 . 15 庫容量的設(shè)計(jì) . 16 庫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 16 動裝置的選擇 . 17 刀庫回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 18 定刀具的選擇方式 . 22 庫的定位與刀具的松夾 . 22 6 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) . 24 定換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)形式 . 24 刀機(jī)械手的工作原理 . 25 動換刀的動作順序 . 26 械手回轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 26 動換刀裝置對主軸準(zhǔn)停的要求 . 27 刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試 . 27 動換刀程序的編制 . 27 7 結(jié)論與展望 . 29 論 29 望 . 29 致謝 . 30 參考文獻(xiàn) . 31 附錄 . 32 立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 控機(jī)床 發(fā)展歷史及趨勢 數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。 數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 50 年代，從數(shù)字控制（ 直接數(shù)字控制（ 今天制造業(yè)普遍使 用的計(jì)算機(jī)數(shù) 字 控 制 （ 數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)是加工設(shè)備 可編程自動化，機(jī)床可以按照設(shè)定的程序自動運(yùn)行， 從而 使操作者與加工設(shè)備 能夠在時間和空間上得以分離，讓 機(jī)床和加工系統(tǒng) 具有一定的智能和自主性，它 基本軌跡是信息 之間 的交互、處理和集成。 由于 數(shù)控機(jī)床相對于普通機(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。至于 加工性能比一般自動機(jī)床高，可以精確加工復(fù) 雜型面，從 而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求 較 高、形狀又較復(fù)雜的工件，并 且 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 也 日益變 多，有車床、鏜床、 銑床、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。 隨著微電子技術(shù)、 軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能，并且 可靠性也大大 得到提高， 數(shù)控系統(tǒng)本身也 將普遍實(shí)現(xiàn)自動編程。 未來數(shù)控機(jī)床的類型 也將更加多樣化，多工序集中加工 數(shù)控機(jī)床 的 品種 也 越來越多；再加上 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 很 多 種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于加 入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。 數(shù)字控制機(jī)床 一搬 是用數(shù)字代碼形式 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)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體 等 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 來 手動輸入。 控銑床的分類 及組成 控立式銑床 數(shù)控銑床中種類最多的一種是數(shù)控立式銑床，應(yīng)用范圍也最廣泛。小型數(shù)控銑床一般都采用工作臺移動、升降、及主軸不動 等 方式， 這與普通立式升降臺銑床相似。 中型數(shù)控立式銑床一般 都 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)大行程和 縮小占地面積及剛性等技術(shù)問題 ， 所以 往往采用龍門架移動式，它的 主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上 面 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 看，目前大多數(shù)是 3 坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。一般 來說 可進(jìn)行 3 坐標(biāo)聯(lián)動 的 加工，但 是 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)軸中其中一個或兩個軸作數(shù)控?cái)[角運(yùn)動的 4 坐標(biāo)和 5 坐標(biāo) 的 數(shù)控立式銑床。一般來說，機(jī)床控制的坐標(biāo)軸越多，尤其 是要求聯(lián)動的坐標(biāo)軸越多，機(jī)床的功能、加工范圍 以 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(jià)格也更高。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 立式數(shù)控銑床的實(shí)物圖，床身固定在底座上，用于安裝和支承機(jī)床各部件，控制臺上 面有彩色液晶顯示器、機(jī)床操作按鈕以及 各種開關(guān)及指示燈?？v向工作臺、橫向溜板安裝在升降臺上，通過縱向進(jìn)給伺服電機(jī)、橫向進(jìn)給伺服電機(jī)和垂直升降進(jìn)給伺服電機(jī)的驅(qū)動，完成 X、 Y、 Z 坐標(biāo)的進(jìn)給。電器柜安裝在床身立柱 后面，其中裝有電器控制部分。 圖 式數(shù)控銑床實(shí)物圖 數(shù)控立式銑床可 附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤，采用自動交換臺，增加靠模裝置等 措施來擴(kuò)大數(shù)控立式銑床的功能以及 加工范圍和加工對象，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。 式數(shù)控銑床 臥式銑床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)盤以 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”，這樣 可以省去許多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷丁?于 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 也 是非常合適。 臥式兩用數(shù)控銑 床 這類銑床目前在逐漸增多，它的主軸方向可以變化 ， 并 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 的作用 ， 所以 其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工的對象和余地 也 更大， 同時給用戶帶來了很多方便，尤其 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 購 買一臺 類似 這樣的機(jī)床就行了。 立、臥兩用數(shù)控銑床的主軸 的 方向 更換分為手動與自動兩種。 采用數(shù)控萬能主軸頭的立、臥兩用 式 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立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 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 也 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。 控銑床的組成 數(shù)控銑床一般 是 由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體四部分組成。： 1）主軸箱 這部分 包括主 軸箱體和主軸傳動系統(tǒng)，用于裝夾刀具并帶動刀具旋轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速范圍和輸出扭矩對加工有直接的影響。 2）進(jìn)給伺服系統(tǒng) 這部分 由進(jìn)給電機(jī)和進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度 來 實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對運(yùn)動，包括直線進(jìn)給運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 3）控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床運(yùn)動控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序 來 控制機(jī)床進(jìn)行加工。 4）輔助裝置 如液壓、氣動、潤滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置。 5）機(jī)床基礎(chǔ)件 一般 是指底座、立柱、橫梁等，它是整個機(jī)床的基礎(chǔ)和框架。 控銑床的選用 數(shù)控銑床在現(xiàn)代金屬切削加工中 的 應(yīng)用越來越廣泛，在對數(shù)控銑床的選用 的 時 候 ，一般按以下幾個原則進(jìn)行選擇： 1）根據(jù)被加工零件的尺寸選用 規(guī)格較小的升降臺式數(shù)控銑床，其工作臺寬度一般 在 400下，它最適宜中小零件的加工和復(fù)雜形面的輪廓銑削 的 任務(wù)。規(guī)格較大的如龍門 式銑床，工作臺在500 600上，用來解決大尺寸復(fù)雜零件的加工需要。 2）根據(jù)加工零件的加工特點(diǎn)來選擇 對于加工部位是框形平面或不等高的各級臺階，那么選用點(diǎn)位 以 。 如果加工部位是曲面輪廓，應(yīng)根據(jù)曲面的幾何形狀決定選擇兩坐標(biāo)聯(lián) 動和三坐標(biāo)聯(lián)動的 系統(tǒng) 。 也可根據(jù)零件加工 的要求，在普通 的數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，增加數(shù) 控分度頭或者 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，這時機(jī)床的系統(tǒng)為四坐標(biāo)的數(shù)控系統(tǒng)， 也 可以加工螺旋槽、葉片零件等。 3）根據(jù)加工零件的精度要求選用 我國已 經(jīng) 制定了數(shù)控銑床的精度標(biāo)準(zhǔn)，其中數(shù)控 立式銑床 升降臺銑床已有專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其直線運(yùn)動坐標(biāo)的定位精度為 00復(fù)定位精度為 圓精度為 際上，機(jī)床出廠精度均有相當(dāng)?shù)膬淞浚葒覙?biāo)準(zhǔn)的允差值大約壓縮 了 20%左右。因此，從精度選擇來看 ，一般的數(shù)控銑床即可 以 滿足大多數(shù)零件的加工需要。對于精度要求比較高的零件，則應(yīng)考慮選用精密型的數(shù)控銑床。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 4）根據(jù)零件的批量或其他要求選擇 對于大批量的，用戶可采用專用銑床。如果是中小批量而又是經(jīng)常周期性重復(fù)投產(chǎn)的話，那么采用數(shù)控銑床 就 是非常合適的，因?yàn)榈谝慌恐袦?zhǔn)備好多工夾具、程序等可以存儲起來重復(fù)使用。 所以 從長遠(yuǎn)考慮，自動化程度高的銑床代替普通 銑床 ，減輕勞動者的勞動量提高生產(chǎn)率的趨勢是不可避免的。 控銑床的 主要功能及加工范圍 1. 控銑床的 主要功能 1)點(diǎn)位控制功能 數(shù)控銑床的點(diǎn)位控制主要用于工件的孔加工，如中心鉆定位、擴(kuò)孔、鉆孔、锪孔、鏜孔和鉸孔等各種孔加工 的 操作。 2) 連續(xù)控制功能 通過數(shù)控銑床的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)或復(fù)雜的曲線插補(bǔ)運(yùn)動，銑削加工工件的平面和曲面。 3)刀具長度補(bǔ)償功能 改變刀具長度的補(bǔ)償量，可以補(bǔ)償?shù)毒邠Q刀后的長度偏差值， 另外 還可以 改變切削加工的平面位置，控制刀具的軸向定位精度。 4)刀具半徑補(bǔ)償功能 如果直接按工件輪廓線編程，在加工工件內(nèi)輪廓時，實(shí)際輪廓線將 增 大了一個刀具半徑值 ;在加工工件外輪廓時，實(shí)際輪廓線又小了一個刀具半徑值。使用刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?，?shù)控系統(tǒng)自動計(jì)算刀具中心軌跡，使刀具中心偏離工件輪廓 一個刀具半徑值，從而加工出符合圖紙要求的輪廓。利用刀具半徑補(bǔ)償 功能，改變刀具半徑補(bǔ)償量，還可以補(bǔ)償?shù)毒吣p量和加工誤差， 從而 實(shí)現(xiàn)對工件的粗加工和精加工。 5)固定循環(huán)加工功能 應(yīng)用固定循環(huán)加工指令，可以簡化加工程序，減少編程 的工作量。 6)子程序功能 如果 有 加工工件形狀相同或相似部分，把其編寫成子程序，由主程序調(diào)用，這樣 就 簡化 了 程序結(jié)構(gòu)。引用子程序的功能使加工程序模塊化，按加工過程的工序分成若干個模塊，分別編寫成子程序， 并 由主程序調(diào)用，完成對工件的加工。這種模塊式的程序便于加工 的 調(diào)試，優(yōu)化加工 的 工藝。 7) 特殊功能 通過 在數(shù)控銑床上配置仿形軟件和仿形裝置，用傳感器對實(shí)物掃描及采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后自動生成 序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對工件的仿形加工和 反向加工工程?？傊?，配置一定的軟件和硬件之后， 就 能夠擴(kuò)大數(shù)控銑床的使用功能。 1. 控銑床的 加工范圍 1)平面類零件加工 平面類零件是指加工面平行或者垂直于水平面。數(shù)控機(jī)床銑削平面可以分為對工件的水平面 (工，對工件的正平面 (工和對工件的側(cè)平面 (工。只要使用兩軸半控制的數(shù)控銑床就能完成這樣平面的銑削加工。 立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2)曲面加工 曲面加工又分為直紋曲面類零件和立體曲面類零件。 直紋曲 面類零件是指由直線依某種規(guī)律移動所產(chǎn)生的曲面類零件。 立體曲面類零件的加工面不能展成平面，一般使用球頭銑刀切削，加工面與銑刀始終為點(diǎn)接觸。一般采用行切加工法和三坐標(biāo)聯(lián)動加工。 如果銑削復(fù)雜的曲面則需要使用三軸甚至更多軸聯(lián)動的數(shù)控銑床。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 數(shù)控銑床自動換刀裝置總體要求 控銑床自動換刀裝置產(chǎn)生背景及換刀方法 數(shù)控 銑床是高效率機(jī)床的典型產(chǎn)品，然而對于多數(shù)數(shù)控銑床而言，未配備自動換刀裝置成了最大的缺陷。因此為了配合機(jī)床的高效率，自動換刀裝置（ 配置及其高速化的運(yùn)作應(yīng)成為數(shù)控銑床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)的重要技術(shù)內(nèi)容。 數(shù)控機(jī)床為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，進(jìn)一步壓縮非切削時間， 所以 現(xiàn)代的機(jī)床逐步發(fā)展為在一臺機(jī)床上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工步，以縮減輔助時間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常 都 帶有自動換刀系統(tǒng)。對工件的多工序加工而設(shè)置的存儲及更換刀具的裝置 被 稱為自動換刀裝置 ( 自動換刀（ 稱 統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置 兩部分 組成。在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成 了 加工中心（ 稱 在這類數(shù)控機(jī)床上，自動換刀裝置（ 必不可少的。例如加工中心機(jī)床又 被 稱 為 多工序自動換刀數(shù)控機(jī)床，它主要是指具有自動換刀及自動改變工件加工位置功能的數(shù)控機(jī)床， 且 具有自動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。自動換 刀機(jī)構(gòu) 的功能，能大大 提高整 個 機(jī) 器 的工作效率，節(jié)約加工時間。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)，）所以增加自動換刀裝置的同時也要增加自動變換主軸轉(zhuǎn)速，如此便可以減輕勞動強(qiáng)度，減少換刀時間，既提高了機(jī)床的自動化程度，又提高了勞動生產(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 是 最廣的一種，對其附加能夠快速、準(zhǔn)確地自動換刀裝置是非常有必要的。 隨著切削速度的提高，切削時間的不斷縮短，對換刀時間的要求也在逐步提高，換刀的速度已成為衡量一臺機(jī)床加工效率的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 由于 自動換刀要求準(zhǔn)確可靠，而且它的 結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，因此加大了提高換刀速度技術(shù)難度。目前國外機(jī)床為了適應(yīng)高速加工， 都 采用了新技術(shù)、新方法，為其配備快速自動換刀裝置。 1）換刀速度指標(biāo) 衡量換刀速度的方法主要有 以下 三種：刀到刀換刀時間，切削到切削換刀時間，切屑到切屑換刀時間。由于切屑到切屑換刀時間基本上就是數(shù)控銑床兩次切削之間的時間，反映了數(shù)控銑床換刀所占用的輔助時間，因此切屑到切屑換刀時間應(yīng) 該 是衡量數(shù)控銑床效率高低的最直接指標(biāo)。而刀到刀換刀時間則主要反映自動換刀裝置本身性能的好壞，更適合作為機(jī)床自動換刀 裝置的性能指標(biāo)。這兩種方法通常用來評價(jià)換刀速度。至于換刀時間多 少才是高速機(jī)床的快速自動換刀裝置并沒有確定的指標(biāo)，在技術(shù)條件允許 的情況下，構(gòu)的機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了切屑到切屑換刀時間僅為 目前世界上切屑到切屑換刀時間最短的機(jī)床。這種結(jié)構(gòu)的機(jī)床和通 常的加工中心結(jié)構(gòu)已大不相同。不僅可以用于需要快速換刀的加工，同時 可以多軸同時加工，適合在高效率生產(chǎn)線上使用。 （ 2）刀庫布置在主軸周圍的轉(zhuǎn)塔方式 這種方式，刀庫本身就相當(dāng)于機(jī)械手，即通過刀庫拔插刀并采用順序換刀，使機(jī)床切立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 屑到切屑換 應(yīng)盡可能的提高換刀速度。 2）提 高換刀速度的基本原則 數(shù)控銑床自動刀具交換的基本出發(fā)點(diǎn)是在多種刀具參與的加工過程中，通過自動換刀，減少輔助加工時間。在高速數(shù)控銑床上，由于切削速度的大幅度提高，自動換刀裝置和刀庫的配置也要考慮盡可能縮短換刀時間，從而和高速切削的機(jī)床相配合。 數(shù)控銑床的換刀裝置通常由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成，常用的有機(jī)械手式和無機(jī)械手式等方式。刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運(yùn)動的需要，高速數(shù)控銑床在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的加工中心不同，以刀具運(yùn)動進(jìn)給為主，減小運(yùn)動件的質(zhì)量已成為高速數(shù)控銑床設(shè)計(jì)的主流。因此，設(shè)計(jì)換刀裝置時 ，要充分考慮到高速機(jī)床的新結(jié)構(gòu)特征。 在設(shè)置高速數(shù)控銑床上換刀裝置時，時間并不是唯一的考慮因素。首先，應(yīng)該在換刀動作準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)上提高換刀速度。特別是 數(shù)控銑床功能部件中故障率相對比較高的部分，這一點(diǎn)尤其重要。其次，要根據(jù)應(yīng)用對象和性能價(jià)格比選配 換刀時間對生產(chǎn)過程影響大的一些應(yīng)用場合，要盡可能提高換刀速度。例如，在汽車等生產(chǎn)線上，換刀時間和換刀次數(shù)要計(jì)入零件生產(chǎn)節(jié)拍。而在另外一些地方，如模具型腔加工，換刀速度的選擇就可以放寬一些。 3）提高換刀速度的主要技術(shù)方法 適合于數(shù)控銑床的快速自 動換刀技術(shù)主要有以下幾個方面： 在傳統(tǒng)的自動換刀裝置基礎(chǔ)上提高動作速度，或采用動作速度更快的機(jī)構(gòu)和驅(qū)動元件。例如，機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度要大大高于液壓和氣動結(jié)構(gòu)。比如日本 司生產(chǎn)的 式加工中心的機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)的快速換刀裝置，刀到刀換刀時間只有 適合于數(shù)控銑床的刀柄。 柄質(zhì)量輕，拔插刀行程短，可以使自動換刀裝置的速度提高。快速自動換刀裝置采用 心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。 根據(jù)高速機(jī)床新的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如，傳統(tǒng)的立式加工中心的刀庫和換刀裝置多裝 在立柱一側(cè)：而高速數(shù)控銑床則大多為立柱移動的進(jìn)給方式，為減輕運(yùn)動件質(zhì)量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。 采用新方法進(jìn)行刀具快速交換。不用刀庫和機(jī)械手方式，而改用其它方式換刀。例如不用換刀，用換主軸的方法。 利用新開發(fā)的加工中心的主軸部件可作 6 自由度高速運(yùn)動這一特點(diǎn)，讓主軸直接參與換刀過程，不僅可使刀庫配置位置靈活，而且可減少刀庫運(yùn)動的自由度，顯著簡化刀庫和換刀裝置的結(jié)構(gòu)。 除了在傳統(tǒng)換刀裝置的基礎(chǔ)上提高動作速度外，還出現(xiàn)了一些新方法和新結(jié)構(gòu)換刀裝置。 （ 1）多主軸換刀 這種機(jī)床沒有傳統(tǒng)的刀庫和換刀 裝置，而是采用多個主軸并排固定在主軸架上，一般為 3 18 個。每個主軸由各自的電動機(jī)直接驅(qū)動，并且每個主軸上都安裝了不同的刀具。換刀時不是主軸上的刀具交換，而是安裝在夾具上的工件快速從一個主軸的加工位置移動到另一個裝有不同刀具的主軸，實(shí)現(xiàn)換刀并立即加工。這個移動時間就是換刀時間，而且非常短。由夾具快速移動完成換刀，這樣省去了復(fù)雜的換刀機(jī)構(gòu)。奧地利 司無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 生產(chǎn)的這種結(jié) 刀時間較短。這種方式如果要實(shí)現(xiàn)任意換刀，則就隨所選刀在刀庫的位置不同而存在時間長短不等，最遠(yuǎn)的刀可能切屑到切屑換刀時間較長。因此，這種方式 作為高速自動換刀裝置 一般 只能采用順序選刀的方式。 （ 3）多機(jī)械手方式 同樣，刀庫布置在主軸的周圍，但采用每把刀有一個機(jī)械手的方式使換刀幾乎沒有時間的損失，并可以采用任意選刀的方式。 控銑床自動換刀裝置的總體要求 動換刀裝置的 分類 各類數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置的結(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、帶刀庫的自動換刀形式 自動換刀裝置的要求 數(shù)控銑床上的自動換刀裝置由刀庫和刀具 交換裝置組成，用于交換主軸與刀庫中的刀具或工具。其對自動換刀裝置有如下具體要求： 1、刀庫容量適當(dāng)； 2、換刀時間短； 3、換刀空間??； 4、占地面積??； 5、動作可靠、使用穩(wěn)定； 6、刀具重復(fù)定位精度高； 7、刀具識別準(zhǔn)確； 立式銑床換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 3 自動換刀裝置總體設(shè)計(jì) 動換刀裝置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 由 設(shè)計(jì)任務(wù)書，我的任務(wù)是給 控立式升降臺銑床設(shè)計(jì)一套合適的自動換刀機(jī)構(gòu)，以滿足于 工廠機(jī) 械加工 的生產(chǎn)需求。 主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下： 1）刀庫容量： 4 2）選刀方式：順序選刀 3）重復(fù)精度： 5 控立式升降臺銑床主要由床身、升降臺、工作臺、立銑頭、主傳動、主變速、 吊掛 、 拉刀機(jī)構(gòu)、 冷卻系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、電柜等部分組成。機(jī)床本身并不帶自動換刀裝置。自動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 根據(jù)該機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等。 數(shù)控立式升降臺銑床使用范圍較廣泛，根據(jù)用戶要求，配置國內(nèi)外(中號）先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，可手動或自動操作，可以實(shí)現(xiàn) X、Y、 Z 三軸同時定位 /直線插補(bǔ)，同時二軸圓弧插補(bǔ)， 域絕對位置檢測。每次開機(jī)無須回零，簡化機(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時不用整機(jī)回零，可以直接開機(jī)，方便操作，也適用于不熟練 的 操作工、繁忙 的 操作工、電力不良等情況。 控立式升降臺銑床可對于主程序、子程序進(jìn)行編程，最小單位可選 有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系，絕對值、增量并用的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)的該銑床各 自 有