加工中心自動換刀裝置的設(shè)計【開題報告】

1、開題報告機械設(shè)計制造及其自動化加工中心自動換刀裝置的設(shè)計一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義加工中心是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床3倍4倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。1958年，美國卡尼，特雷克公司首次把銃、鉆、鍵等多種工序集中于

2、一臺數(shù)控機床上，通過換刀方式實現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。該產(chǎn)品出現(xiàn)后，銷路驚人，引起了日、德、美、英、法、意等先進工業(yè)國家的高度重視，競相開發(fā)生產(chǎn)，不斷擴大和完善機床的功能，成為數(shù)控機床中發(fā)展最快、需求量最大的商品之一。如今，世界上出現(xiàn)了立式、臥式、龍門式、落地式等各種加工中心，據(jù)不完全統(tǒng)計，大約有1000多個品種規(guī)格。未來加工中心的發(fā)展動向是高速化、進一步提高精度和愈發(fā)完善的機能。加工中心是數(shù)控機床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機電一體化機械加工設(shè)備，我國的加工中心從70年代開始，已有很大發(fā)展，但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展的需要。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，

3、推動了模具制造業(yè)、機械加工業(yè)的巨大發(fā)展，使得數(shù)控機床的使用越來越普遍，而加工中心更是以其高自動化程度得到廣泛應(yīng)用。然而，目前市場上生產(chǎn)和銷售的都是以大、中型的加工中心為主，小型加工中心幾乎是空白，而機械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學(xué)校等對小型加工中心存在著大量的需求。為加速我國加工中心的發(fā)展，需進一步加強對加工中心的研究、設(shè)計、制造和應(yīng)用。在加工中心中，刀庫和機械手組成自動換刀裝置(AutomaticToolChanger簡稱ATC),而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，但自動換刀裝置種類繁多，五花八門，是最難搞好的部分

4、。它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此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效益，正因為自動換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容，各廠家都在保密，極少公開有關(guān)資料,尤其機械手這部分更是如此。刀庫的形式和容量主要是為滿足機床的工藝范圍，目前常見的刀庫類型如下：(1)盤式刀庫此刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多。此換刀裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，換刀可靠性較好，缺點是換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心上采用。(2)鏈?zhǔn)降稁齑说稁旖Y(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機床的布局制成各種形狀，也可將換刀位突出以便于換刀，能充分利用機床的占地空

5、間，通常為軸向取刀，位置精度較低，造價也較高。(3)格子箱式刀庫結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫空間利用率高，換刀時間較長。布局不靈活，通常刀庫安裝在工作臺上，應(yīng)用者較少。(4)直線式刀庫刀庫容量少，一般在十幾把左右，多用于自動換刀數(shù)控車床，鉆床上也有采用。目前常見的換刀機械手類型有：單臂單手式機械手結(jié)構(gòu)較簡單，換刀各動作均需順序進行，時間不能重合，故換刀時間較長。雙手式機械手向刀庫還回用完的刀具和選取新刀，均可在主軸正在加工時進行，故換刀時間可較短?；剞D(zhuǎn)式單臂雙手機械手這類機械手可以同時抓住和拔、插位于主軸和刀庫里的刀具。與單臂單手式機械手相比，可以縮短換刀時間。應(yīng)用最廣泛，形式也較多。多手式機械手使用者較少

6、。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題在確立數(shù)控機床的設(shè)計技術(shù)規(guī)范時，應(yīng)該考慮專業(yè)市場上的供求情況、顧客潛在的選擇，從有關(guān)商業(yè)文獻(xiàn)中獲得競爭產(chǎn)品所能達(dá)到的技術(shù)要求、價格等因素，最后再根據(jù)所要求的數(shù)控機床性能來確定自動換刀裝置的設(shè)計技術(shù)要求。所研究的主要內(nèi)容有：1、掌握加工中心的基本結(jié)構(gòu)、工作原理；2、刀庫、換刀機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計；3、刀庫電機的選擇及計算；4、繪制裝配圖、零件圖研究所考慮的設(shè)計基本原則是：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、容易制造，拆卸、裝配、維修方便，配件容易得到等。三、研究步驟、方法及措施1、查閱有關(guān)的立式加工中心自動換刀裝置文獻(xiàn)或資料，掌握立式加工中心的基本結(jié)構(gòu)。2、刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計刀庫的作

7、用是儲備一定數(shù)量的刀具，通過機械手實現(xiàn)與主軸刀具的交換。本課題中刀庫采用盤型刀庫結(jié)構(gòu)，根據(jù)刀庫中儲存刀具的數(shù)目和最大刀具直徑計算出盤式刀庫的最小直徑，相鄰刀具間應(yīng)留有一定間隙。3、換刀機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題研究采用的是單臂雙手式機械手，亦叫扁擔(dān)式機械手。這種機械手的拔刀、插刀動作，大都由油缸動作來完成。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，可以采取油缸動，活塞固定；或活塞動，油缸固定的結(jié)構(gòu)形式。而手臂的回轉(zhuǎn)動作，則通過活塞的運動帶動齒輪齒條來實現(xiàn)。機械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度，是由活塞的可調(diào)行程來保證。圖1單臂雙手式機械手4、傳動部分設(shè)計(1)利用單頭蝸輪蝸桿實現(xiàn)刀庫的旋轉(zhuǎn)，此傳動機構(gòu)在使用中可隨時調(diào)整蝸輪蝸桿的傳動間隙，實

8、現(xiàn)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫工作的可靠性。相比之下，槽輪機構(gòu)具有沖擊小，工作平穩(wěn)性高，機械效率高，可在較高轉(zhuǎn)速下工作，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但定位精度不夠Mi°圖2刀庫傳動結(jié)構(gòu)簡圖(2)利用伺服電機實現(xiàn)蝸輪蝸桿的傳動。5、刀庫電機的選擇1)按負(fù)載轉(zhuǎn)矩選加在伺服電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl應(yīng)比電動機額定連續(xù)轉(zhuǎn)矩Ts小。圓盤式刀庫負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算方法這種刀庫的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Ti主要來自刀具重量的不平衡。計算方法有兩種：用平均重量的刀具插滿圓盤的半個圓，根據(jù)工藝要求所需的各種刀具，確定每個刀具的平均重量Wcp,而其重心則設(shè)定為離刀庫回轉(zhuǎn)中心2/3半徑處。將三把最重刀挨在一起，按加工中心規(guī)格規(guī)定的最大刀具重量Wm

9、ax計算，而其重心則設(shè)定為離刀庫回轉(zhuǎn)中心半徑處。如下圖所示：把如上計算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為電動機軸上的轉(zhuǎn)矩Tl的公式為：Tl=Ti/(i)式中i傳動比一傳動效率考慮到實際情況比計算時所設(shè)定條件復(fù)雜，電機額定轉(zhuǎn)矩Ts應(yīng)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的1.21.5倍，亦即Ts(1.21.5兒2)按加速時的最大轉(zhuǎn)矩選加速時的最大轉(zhuǎn)矩T包括加速轉(zhuǎn)矩Ta和負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl,即T>Ta+TL,加速轉(zhuǎn)矩Ta按下式計算：Ta2n(人Jm)/(60ta)(N?m)式中n一刀庫選刀時電動機轉(zhuǎn)速(r/min)ta加速時間，通常取150200msJm電動機轉(zhuǎn)子慣量，可從樣本中查到(N?m?s2)Jl一負(fù)載慣量折算到電機軸上的慣量加速時的最大轉(zhuǎn)矩T應(yīng)小于電機的最大轉(zhuǎn)矩丁耐，即丁<丁海3）校驗檢驗計算結(jié)果是否滿足下列