加工中心小型鏈式刀庫系統(tǒng)設(shè)計 機械 畢業(yè)設(shè)計

摘要數(shù)控機床是在傳統(tǒng)機床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的機械裝備，能用來加工不同形狀的零件。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，越來越多企業(yè)開始選用數(shù)控設(shè)備。加工中心是一類具有自動換刀裝置的數(shù)控機床，能對零件進行車、銑、鏜等多工序的高速、高精度的加工。自動換刀裝置包括換刀裝置和刀庫，換刀裝置主要指換刀機械手，起交換刀具的作用；刀庫是用來存儲刀具的，刀庫中存儲的多種刀具能使加工中心單獨加工出外形復(fù)雜的零件。本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計加工中心小型鏈式刀庫系統(tǒng)。刀庫系統(tǒng)是加工中心必不可少的部件，是加工中心完成其功能的保證。加工中心的刀庫系統(tǒng)的設(shè)計是集電、機、氣等為一體的綜合設(shè)計，能使我們對自動化加工設(shè)備有深入的了解，能在鞏固已學(xué)知識的基礎(chǔ)上提高我們自己的實踐能力關(guān)鍵字:加工中心;鏈式刀庫；設(shè)計目錄第一章概論 11.1加工中心介紹 11.1.1加工中心的發(fā)展 11.1.2加工中心的組成 11.1.3加工中心的分類 11.1.4加工中心的特點及其發(fā)展方向 31.2加工中心刀庫介紹 31.2.1刀庫簡述 31.2.2刀庫形式 41.2.3刀庫的選刀方式 51.2.4刀庫刀具交換形式 61.2.5刀庫的發(fā)展方向 71.3設(shè)計任務(wù)書 71.3.1設(shè)計任務(wù) 71.3.2設(shè)計內(nèi)容及工作量 81.3.3進度安排 8第二章總體方案確定 92.1刀庫設(shè)計考慮因素 92.2刀庫總體方案的確定 92.2.1鏈式刀庫的刀庫形式 92.2.2刀庫驅(qū)動形式 102.2.3刀庫傳動形式 102.2.4刀庫夾爪形式 10第三章鏈式刀庫的設(shè)計與計算 113.1鏈式刀庫鏈傳動設(shè)計 113.1.1鏈傳動簡述 113.1.2鏈傳動鏈節(jié)型號選擇 113.1.3鏈傳動計算 113.2伺服電動機的選擇 123.2.1伺服電動機介紹 123.2.2伺服電動機型號的選擇 133.2.3伺服電動機的校核 133.2.4伺服電動機的安裝 133.3聯(lián)軸器的設(shè)計 143.4蝸輪蝸桿設(shè)計計算 153.4.1蝸輪蝸桿計算 153.4.2蝸桿支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計 173.4.3蝸輪軸設(shè)計 183.4.4蝸輪支撐軸部分彎扭強度校核 193.5刀庫準停裝置設(shè)計 213.6鏈傳動張緊方法的設(shè)計 223.7刀庫夾爪設(shè)計 243.7.1刀庫夾爪結(jié)構(gòu)設(shè)計 243.7.2夾爪夾緊力大小計算 263.8刀庫附件 26第四章刀庫控制系統(tǒng)簡述 284.1刀庫控制過程簡述 284.2刀庫選刀方式 28結(jié)論 32致謝 33參考文獻 34附錄Ⅰ 35附錄Ⅱ 36第一章概論1.1加工中心介紹1.1.1加工中心的發(fā)展1952年世界上出現(xiàn)了第一臺數(shù)控機床，使多品種、變批量的機械加工在自動化程度和加工效率上得到了大大的提高。第一臺加工中心于1958年在美國問世，加工中心是能在一次裝夾中實現(xiàn)自動銑削、鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲等工序且具有自動換刀裝置和刀庫的數(shù)控機床。加工中心使機械加工的柔性、加工效率和自動化程度又提升了一個層次。1.1.2加工中心的組成加工中心的組成隨機床的類型不同而有一定的區(qū)別，但從總體上來看主要由以下幾個部分組成：（1）、基礎(chǔ)部件主要由床身、工作臺、立柱等組成，承受加工中心的載荷。（2）、主軸部件主要由主軸箱、主軸等組成，是加工中心的關(guān)鍵部件。（3）、數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、PLC、電機等組成，是加工中心的控制中心，根據(jù)輸入信息進行運算處理，輸出給執(zhí)行件，控制執(zhí)行件的動作。（4）、伺服系統(tǒng)主要由驅(qū)動控制單元、機床、執(zhí)行單元和反饋檢測元件等組成，是聯(lián)系數(shù)控裝置與機床的重要環(huán)節(jié)。（5）、刀庫刀庫中存儲加工中心加工過程中所需的刀具。（6）、換刀裝置主要由機械手組成，能根據(jù)數(shù)控指令將刀庫中刀具與主軸上刀具進行交換，完成工件的加工。（7）、輔助裝置主要由冷卻、潤滑、保護、排屑、液壓等組成，對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起重要的保障作用。1.1.3加工中心的分類按加工中心的結(jié)構(gòu)形式，可將加工中心分為以下幾類：（1）、臥式加工中心臥式加工中心是指主軸軸線為水平設(shè)置的加工中心，如圖1-1。圖1-1臥式加工中心主軸頭2-刀庫

3-立柱

4-立柱底座

5-工作臺6-工作臺底座（2）、立式加工中心立式加工中心是指主軸軸線為豎直設(shè)置的加工中心，如圖1-2。圖1-2立式加工中心1-X軸的直流伺服電動機2-換刀機械手3-數(shù)控柜4-盤式刀庫5-主軸箱6-操作面板7-驅(qū)動電源柜8-工作臺9-滑座10-床身（3）、萬能加工中心即立臥式加工中心，在一次裝夾中，能對工件的除安裝面外的其余表面進行加工，如圖1-3.圖1-3萬能加工中心1.1.4加工中心的特點及其發(fā)展方向加工中心能提高加工質(zhì)量、縮短加工準備時間、減少在制品、減少刀具費用，能實現(xiàn)最少的直接勞務(wù)費用和最少的間接勞務(wù)費用，提高了設(shè)備的利用率。目前加工中心正朝著以下幾個方面快速發(fā)展：（1）、高精度、高速高效、高可靠性使加工效率、工件精度和工件的可靠性提高。（2）、模塊化、柔性化、智能化能適應(yīng)多品種、變批量的生產(chǎn)。（3）、復(fù)合化將工件加工時的工序復(fù)合在一起，提高了生產(chǎn)效率。（4）、開放性體系結(jié)構(gòu)使加工中心能適應(yīng)數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展。（5）、網(wǎng)絡(luò)化能是加工中心滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)和企業(yè)對信息的需求。（6）、行業(yè)化能形成專門生產(chǎn)加工中心各個主要部件的廠商及相應(yīng)的系列產(chǎn)品。1.2加工中心刀庫介紹1.2.1刀庫簡述刀庫是在數(shù)控機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的加工中心的一個關(guān)鍵部件。在數(shù)控機床剛出現(xiàn)的一段時間內(nèi)，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍十分廣泛。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，所要求加工零件也變得越來越復(fù)雜。對于某些形狀復(fù)雜具有自由曲面的零件，一般的數(shù)控機床（具有的刀具數(shù)量不多）已不能加工或需要花費很多時間才能加工出來。數(shù)控機床上需要帶有的刀具數(shù)量也隨著零件復(fù)雜而變多，這樣就出現(xiàn)了加工中心，刀庫的概念也隨著加工中心的出現(xiàn)而產(chǎn)生。刀庫中存儲的刀具能保證加工中心完成其相應(yīng)的加工過程。逐漸地，刀庫系統(tǒng)在加工中心中起著越來越重要的作用?，F(xiàn)在有些廠家已經(jīng)將刀庫當(dāng)做一個部件來看待，也漸漸的出現(xiàn)了專門生產(chǎn)刀庫的廠家，如德大機械、吉輔公司、臻賞工業(yè)等刀庫的主要功能是存儲加工工件所需的各種刀具（如車刀、銑刀、鏜刀、麻花鉆等），根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)給定的程序指令，把下一工序要用的刀具準確的送到換刀位置，與主軸進行換刀，完成工件的加工。1.2.2刀庫形式現(xiàn)在的刀庫按結(jié)構(gòu)形式可分為以下幾類：（1）、轉(zhuǎn)塔式刀庫如圖1-4，這種刀庫刀具容量小，主要用于小型立式加工中心。圖1-4轉(zhuǎn)塔式刀庫（2）、圓盤式刀庫如圖1-5，這種刀庫刀具容量小，一般不多于30把刀，換刀時間較長，制造成本低，但適用于各種形式小型加工中心。圖1-5圓盤式刀庫（3）、鏈式刀庫如圖1-6，這種刀庫刀具容量較大，一般在20把刀以上，結(jié)構(gòu)緊湊，布局方便，換刀時間短，適用于各種加工中心。圖1-6鏈式刀庫（4）、格子式刀庫如圖1-7，這種刀庫刀具容量大，可單獨安置于機床外，但刀庫選刀與取刀的動作較復(fù)雜，應(yīng)用較少。圖1-7格子式刀庫按設(shè)置部位可以分為以下兩類：（1）、設(shè)置在機床上的刀庫如上面所述的轉(zhuǎn)塔式刀庫、圓盤式刀庫和部分鏈式刀庫。這些刀庫結(jié)構(gòu)小，可直接安裝在機床側(cè)面或上面。（2）、設(shè)置在機床外的刀庫（落地式刀庫）如上面所述的部分鏈式刀庫(主要是大型鏈式刀庫)和格子式刀庫。這些刀庫刀具容量大，結(jié)構(gòu)尺寸比較大且整體較重，安置在地面上可以將刀庫的運動與機床隔離開，而且刀庫的重量主要由地面來承受。1.2.3刀庫的選刀方式目前刀庫的選刀方式主要有以下兩種：（1）、順序選刀刀具按指定工序的先后順序依次存入刀庫中。換刀時，按工序順序依次換刀。該方法不需要刀具識別裝置，控制簡單，但由于同一刀具在不同工序中不能使用，這降低了刀具的使用效率。（2）、隨機選刀刀具在刀庫中隨機存放，根據(jù)指令程序選擇所需的刀具。該方法需要刀具識別裝置。換刀時，刀具先經(jīng)過刀具識別裝置識別，當(dāng)?shù)毒叽a與程序的代碼相同時，將該刀具送到換到位置進行交換。由于刀具能重復(fù)使用，大大的提高了刀具的使用效率。1.2.4刀庫刀具交換形式加工中心刀庫刀具的交換一般有以下兩種形式：（1）、無機械手換刀這種方式是利用機床主軸與刀庫間的相對運動來實現(xiàn)刀具的交換。具體過程如圖1-8。（a）:執(zhí)行換刀命令時，主軸先實現(xiàn)準確停止，再按要求運動到換刀位置，等待換刀。（b）：主軸停在換刀位置時，主軸上刀具進入刀庫的空刀位置，等刀庫夾爪將刀具夾緊后，主軸放開刀具。（c）：刀庫運動將刀具從主軸孔中取出。（d）：刀庫運動將下工步需要的刀具送到主軸位置。（e）：刀庫運動將新刀具插入主軸孔中，同時主軸通過夾緊機構(gòu)將刀具夾緊。（f）：主軸運動至正常位置進行下一步的加工，同時刀庫也回到初始位置。圖1-8無機械手換刀過程（2）、機械手換刀這種方式是采用機械手來實現(xiàn)刀具的交換。具體過程如圖1-9圖1-9機械手換刀過程1.2.5刀庫的發(fā)展方向目前刀庫系統(tǒng)正朝著以下幾方面發(fā)展：1、能承受超重刀具的刀庫系統(tǒng)研究能承受重量70KG以上的刀具的鏈式刀庫，該刀庫同時帶有強力鎖刀結(jié)構(gòu)的刀架結(jié)構(gòu)，以防止重型刀具在換刀過程中掉落。2、高效率、高精度的刀庫系統(tǒng)的研究研究能實現(xiàn)刀具高精度定位且換到時間小的刀庫系統(tǒng)，換刀的快慢直接影響到了加工中輔助時間的多少，換刀速度越快，輔助時間越短，生產(chǎn)效率越高