畢業(yè)論文---數(shù)控立式升降臺銑床斗笠式自動換刀裝置設(shè)計

1、<p><b>　　中文摘要1</b></p><p><b>　　英文摘要2</b></p><p><b>　　1 緒 論3</b></p><p>　　1.1 數(shù)控機床概述3</p><p>　　1.1.1 數(shù)控機床的概念3</p>&

2、lt;p>　　1.1.2 數(shù)控機床的組成3</p><p>　　1.1.3 數(shù)控機床的工作原理3</p><p>　　1.1.4 數(shù)控機床的特點3</p><p>　　1.1.5 數(shù)控機床的發(fā)展3</p><p>　　1.2 數(shù)控銑床分類4</p><p>　　1.2.1 數(shù)控立式銑床4</p&

3、gt;<p>　　1.2.2 數(shù)控臥式銑床4</p><p>　　1.2.3 萬能數(shù)控銑床4</p><p>　　1.2.4 龍門式數(shù)控銑床4</p><p>　　1.3 數(shù)控銑床的功能及加工對象5</p><p>　　1.4 加工中心知識5</p><p>　　1.5 自動換刀裝置與刀庫6&

4、lt;/p><p>　　1.5.1 自動換刀裝置6</p><p>　　1.5.2 刀庫類型7</p><p>　　1.6 本章小結(jié)9</p><p><b>　　2 總體方案9</b></p><p>　　2.1 數(shù)控立式升降臺銑床的組成及主要技術(shù)參數(shù)9</p><p

5、>　　2.2 可能的方案比較及最終選擇方案10</p><p>　　2.3 斗笠式刀庫結(jié)構(gòu)組成及工作原理12</p><p>　　2.5 本章小結(jié)13</p><p>　　3 斗笠式刀庫設(shè)計13</p><p>　　3.1 刀庫容量的確定13</p><p>　　3.2 氣缸設(shè)計和選擇14</

6、p><p>　　3.2.1 氣缸的選擇要點14</p><p>　　3.2.2 氣缸初選15</p><p>　　3.2.3 驅(qū)動力校核15</p><p>　　3.2.4 活塞桿穩(wěn)定性校核16</p><p>　　3.2.5 缸筒壁厚計算17</p><p>　　3.2.6 耗氣量及刀庫

7、橫移運動時間的計算17</p><p>　　3.3 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的估算18</p><p>　　3.3.1 刀庫分度機構(gòu)的傳動設(shè)計及計算18</p><p>　　3.3.2 旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動慣量計算20</p><p>　　3.3.3 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩計算20</p><p>　　3.4 減速電動機的選擇20<

8、;/p><p>　　3.5 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核21</p><p>　　3.6 換刀過程總時間的計算與校核21</p><p>　　3.7 刀具的選擇方式22</p><p>　　3.8 刀具交換裝置的選擇23</p><p>　　3.9 電氣元件的選擇26</p><p>　　3.8.1

9、 氣缸磁環(huán)開關(guān)26</p><p>　　3.8.2 馬達定位感應(yīng)開關(guān)26</p><p>　　3.8.3 刀號計數(shù)器開關(guān)26</p><p>　　3.10本章小結(jié)26</p><p>　　4 重要零部件的設(shè)計27</p><p>　　4.1 聯(lián)軸器27</p><p>　　4.1.

10、1 聯(lián)軸器的選擇27</p><p>　　4.1.2 聯(lián)軸器校核27</p><p><b>　　4.2 刀夾27</b></p><p>　　4.2.1 刀夾作用27</p><p>　　4.2.2 刀夾工作原理28</p><p>　　4.3 本章小結(jié)29</p>&

11、lt;p><b>　　結(jié)論29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p>　　數(shù)控立式升降臺銑床斗笠式自動換刀裝置設(shè)計</p><p>　　摘要：本文介紹的是數(shù)控立式升降臺銑床斗笠式自動換

12、刀裝置的設(shè)計。斗笠式 </p><p>　　刀庫的自動換刀裝置主要由刀庫橫移裝置和刀庫分度裝置組成。其自動</p><p>　　換刀的形式為無機械手換刀，換刀過程中刀盤需要橫向移動到合適的位</p><p>　　置使機床主軸便于與刀庫交換刀具。刀庫的選刀方式為任意選刀，換刀</p><p>　　過程中，刀盤需要轉(zhuǎn)動從而進行選刀，這就需要刀庫分

13、度裝置對裝有刀</p><p>　　具的刀盤進行分度，并且利用接觸傳感器對刀具進行計數(shù)，并把所得的</p><p>　　電信號傳遞給數(shù)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)刀具的快速準(zhǔn)確選擇。在本設(shè)計中，</p><p>　　刀庫橫移裝置的設(shè)計利用的是氣壓傳動機構(gòu)來實現(xiàn)刀庫的橫移運動；而</p><p>　　刀庫分度裝置的設(shè)計利用的是槽輪機構(gòu)對刀盤進行分度。<

14、;/p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；自動換刀裝置；刀庫；橫移裝置；分度裝置</p><p>　　Abstract : This thesis introduction is the design of the bamboo hat ATC(Automatic </p><p>　　tool changer ) which belongs to the number c

15、ontrol the sign type working </p><p>　　panel lifter miller.The bamboo hat ATC is made up of the horizontal </p><p>　　moving device and dividing device.The type of changing tools is without </

16、p><p>　　manipulator,so in the tool changing process,the cutter disk should be </p><p>　　moved horizontally to the appropriate position to exchange tools with </p><p>　　machine tool spi

17、ndle.The type of selecting tools is randomly selecting,so </p><p>　　in the tool changing process, the cutter disk should be rotated to the </p><p>　　required tool position.As a result, the ATC d

18、ividing device is needed to </p><p>　　divide the cutter disk and a touch sensor is needed to calculate </p><p>　　tools,then the obtained electric signal is passed to the NC system and thus <

19、/p><p>　　the accurately selecting tools can come true.In the whole design,the </p><p>　　pneumatic transmission organization is used to achieve the aim of </p><p>　　moving tool storage

20、magazine horizontally in design of the horizontal </p><p>　　moving device and the trough wheel machanism is used to rotate and </p><p>　　divide the cutter disk. </p><p>　　Keywords :

21、 CNC machine ; Automatic tool changer ; tool storage magazine ; the </p><p>　　horizontal moving device ; the dividing device</p><p>　　. </p><p><b>　　1 緒 論</

22、b></p><p>　　1.1 數(shù)控機床概述</p><p>　　1.1.1 數(shù)控機床的概念</p><p>　　數(shù)字控制是利用數(shù)字化信息對機械運動以及加工過程進行控制的一種方法，簡稱數(shù)控（Numerical Control，NC）。數(shù)控機床是指采用了數(shù)控技術(shù)進行控制的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床，也稱作為NC機床。由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是通過計算機進行控制

23、的，因此，數(shù)控機床又稱為CNC機床。</p><p>　　1.1.2 數(shù)控機床的組成</p><p>　　數(shù)控機床主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、程序載體、輸入\輸出裝置、強電控制裝置、輔助裝置和機床主體組成。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輸入。</p><p>　　1.1.3 數(shù)控機床的工作原理</p>

24、<p>　　數(shù)控機床在加工工藝與表面成形方法上與普通機床基本相同，在實現(xiàn)自動控制的原理和方法上有很大的區(qū)別。數(shù)控機床是利用數(shù)字化信息來實現(xiàn)自動控制的。先將與加工零件有關(guān)的信息，即工件與刀具相對運動軌跡的尺寸參數(shù)、切削用量以及各種輔助操作等的加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字和符號組成代碼，按一定的格式編寫成加工程序，然后將加工程序輸入數(shù)控裝置。經(jīng)過數(shù)控裝置的處理、運算，按坐標(biāo)軸的移動分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)轉(zhuǎn)換放大，用于伺服電

25、動機的驅(qū)動，帶動各軸轉(zhuǎn)動，并進行反饋控制，使刀具、工件以及其他輔助裝置嚴(yán)格按照程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條不紊的動作，從而加工出所需的零件。</p><p>　　1.1.4 數(shù)控機床的特點</p><p>　　數(shù)控機床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，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，

26、并能獲得良好的經(jīng)濟效果。</p><p>　　1.1.5 數(shù)控機床的發(fā)展</p><p>　　隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。 </p><p>　　未來數(shù)控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來越多

27、；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。</p><p>　　1.2 數(shù)控銑床分類</p><p>　　1.2.1 數(shù)控立式銑床</p><p>　　這類銑床一般用于加工盤、套、板類零件，工件一次裝夾后，可對其表面上進行銑

28、、鉆、擴、锪、攻螺紋等以及側(cè)面的輪廓加工。因此，這類銑床是數(shù)控銑床中數(shù)量最多的一種，應(yīng)用范圍也最為廣泛。從機床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來看，目前三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床仍占大多數(shù)。一般可進行三坐標(biāo)聯(lián)動加工，但也有部分機床只能進行三坐標(biāo)中的任意二個坐標(biāo)聯(lián)動加工。此外，還有機床主軸可以繞X、Y、Z坐標(biāo)軸中其中一個或兩個軸作數(shù)控擺角運動的四坐標(biāo)和五坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。一般來說，機床控制的坐標(biāo)軸越多，特別是要求聯(lián)動的坐標(biāo)軸越多，機床的功能、加工范圍及可選

29、擇的加工對象也越多。但隨之而來的是機床的結(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)備的價格也更高。</p><p>　　1.2.2 數(shù)控臥式銑床</p><p>　　這類數(shù)控銑床一般都帶有回轉(zhuǎn)工作臺，工件一次裝夾后可完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的各種工序加工，適宜于箱體類零件加工。與通用臥式銑床相同，其主軸平行于水平面。為了擴大加工范圍和擴大功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)

30、控轉(zhuǎn)盤或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實現(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，而且可以實現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進行“四面加工”，可以省去許多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷丁?lt;/p><p>　　1.2.3 萬能數(shù)控銑床</p><p>　　這類銑床主軸可以旋轉(zhuǎn)90º或回轉(zhuǎn)工作臺帶著工件旋轉(zhuǎn)90º，一次裝夾后，可以完成對工件五個表面的加工。其使用范圍更

31、廣，功能更全，選擇加工的對象和余地更大，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，用戶只需買一臺這樣的機床就行了。</p><p>　　1.2.4 龍門式數(shù)控銑床</p><p>　　這類數(shù)控銑床主軸可以在龍門架的橫向和豎直方向溜板上運動，而龍門架則沿床身作縱向運動。嚴(yán)格說來，這類數(shù)控銑床屬于立式數(shù)控銑床，因要考慮到擴大行程，縮小占地面積及剛性等技術(shù)問題

32、，所以往往采用龍門架移動式，故而這類數(shù)控銑床被稱之為龍門數(shù)控銑床。主要用于大型零件的加工。</p><p>　　1.3 數(shù)控銑床的功能及加工對象</p><p>　　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。如點位控制功能、刀具半徑自動補償功能、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?/p>

33、能。如刀具長度補償功能、靠模加工功能、自動變換工作臺功能、自適應(yīng)功能、數(shù)控采集功能等。</p><p>　　在使用數(shù)控銑床加工工件時，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象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。</p><p>　　1.4 加工中心知識</p><p>　　加工中心（CNC MACHI

34、NING CENTER）又稱多工序自動換刀數(shù)控機床，是當(dāng)今世界上產(chǎn)量最大，在現(xiàn)代制造業(yè)中最廣泛應(yīng)用的一種功能較全的金屬切削加工設(shè)備。</p><p>　　加工中心綜合了現(xiàn)代控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、精密測量技術(shù)以及機床設(shè)計與制造等方面的最新成就，具有較高的科技含量。與普通機床相比，它簡化了機械結(jié)構(gòu)，加強了數(shù)字控制化功能，成為眾多數(shù)控加工設(shè)備的典型。</p><p>　　加工中心的突出特征是

35、設(shè)置有刀庫，刀庫中存放著各種刀具或檢具，在加工過程中由程序自動選用和更換，這是它與數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的主要區(qū)別。</p><p>　　1.5 自動換刀裝置與刀庫</p><p>　　1.5.1 自動換刀裝置</p><p>　　在零件制造過程中，大量的時間用于更換刀具，切削加工時間僅占整個工時中較小的比例。為了縮短非切削時間，提高機床的自動化程度，機床正朝著一臺機床

36、在一次裝夾中完成多工序的方向發(fā)展。在這類多工序的數(shù)控機床中，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置的功能就是儲備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換。它應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具儲存量足夠、結(jié)構(gòu)緊湊及安全可靠等要求。</p><p>　　各類數(shù)控機床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機床的型式、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：</p><p>　?。?)

37、回轉(zhuǎn)刀架換刀形式</p><p>　　數(shù)控車床使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種簡單的自動換刀裝置。根據(jù)不同加工對象，可以設(shè)計成四方和六角刀架或其他等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令轉(zhuǎn)位換刀?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須有良好的強度和剛性，以及合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每一次轉(zhuǎn)位之后具有盡可能高的重復(fù)定位精度。</p><p>　?。?)更換主軸頭換刀形式</

38、p><p>　　在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機床中，更換主軸頭換刀是一種簡單的換刀方式。主軸頭通有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭以實現(xiàn)自動換刀。各個主軸頭上預(yù)先裝有各工序加工所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當(dāng)收到換刀指令時，各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運動使相應(yīng)的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。</p><p>　?。?)帶刀庫的自動換刀形式</p>

39、<p>　　帶刀庫的自動換刀形式主要是由刀庫和刀具交換裝置組成。目前這種換刀方法在數(shù)控機床上的應(yīng)用最為廣泛。帶刀庫的自動換刀裝置的數(shù)控機床主軸箱和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于主軸箱內(nèi)只有一個主軸，所以主軸部件具有足夠剛度，因而能夠滿足各種精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量較多的刀具，可進行復(fù)雜零件的多工序加工，可明顯提高數(shù)控機床的適應(yīng)性和加工效率。</p><p>　　1.5.2 刀庫類型</p

40、><p>　　根據(jù)刀庫的容量和存取刀具的方式，刀庫可設(shè)計成多種形式。目前常見的刀庫類型如下：</p><p><b>　?。?）盤式刀庫 </b></p><p><b>　　圖1.1 盤式刀庫</b></p><p>　　此刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多。如圖1.1所示，由于刀庫呈環(huán)形排列，空間利用率低，因

41、此出現(xiàn)了刀具在盤中進行雙環(huán)和多環(huán)排列，以增加空間的利用率的設(shè)計。但這樣一來，刀庫的外徑較大，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小的刀庫。</p><p><b>　　鏈?zhǔn)降稁?</b></p><p>　　如圖1.2所示，此鐘刀庫結(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

42、占地空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，造價也較高。</p><p><b>　　圖1.2 鏈?zhǔn)降稁?lt;/b></p><p>　　（3）格子箱式刀庫 </p><p>　　圖1.3 格子箱刀庫</p><p>　　如圖1.3所示，該種刀庫結(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

43、者較少。</p><p><b>　　1.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了數(shù)控機床的概念、組成，工作原理、特點、發(fā)展，數(shù)控銑床的分類并把立式升降臺銑床的組成、主要技術(shù)參數(shù)一一列舉，最后稍微介紹了一些加工中心和自動換刀裝置方面的知識。通過對這些知識的介紹，可以對數(shù)控這一領(lǐng)域作一個整體的把握，并加深了對這方面知識的更深一步的理解。</p>

44、;<p><b>　　2 總體方案</b></p><p>　　2.1 數(shù)控立式升降臺銑床的組成及主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　下圖為數(shù)控立式升降臺銑床外觀圖：</p><p>　　圖2.1 數(shù)控立式升降臺銑床外觀圖</p><p>　　數(shù)控立式升降臺銑床主要由機床床身、機床數(shù)控系統(tǒng)、操縱面板、橫向溜

45、板、升降臺、縱向進給伺服電機、橫向進給伺服電機、垂直升降進給伺服電機、強電裝置、變壓器箱、主軸變速手柄、按鈕板等零部件組成。</p><p>　　數(shù)控立式升降臺銑床的主要技術(shù)參數(shù)有：（1)工作臺參數(shù)：工作臺尺寸、工作臺最大縱向行程、工作臺最大橫向行程、工作臺最大垂直行程、工作臺T形槽數(shù)、工作臺T形槽寬、工作臺T形槽間距；（2）進給速度：縱向進給速度、橫向進給速度、垂直進給速度；（3）主軸：主軸孔直徑、主軸錐孔、主

46、軸轉(zhuǎn)速范圍、主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)；（4）進給精度：X軸、Y軸、Z軸最小設(shè)定單位、位置檢測方式；（5）驅(qū)動電機：主軸電動機功率、X軸、Y軸、Z軸電動機轉(zhuǎn)矩；（6）一般規(guī)格：外形尺寸。</p><p>　　2.2 可能的方案比較及最終選擇方案</p><p>　　本文是關(guān)于立式升降臺斗笠式自動換刀裝置的設(shè)計，其主要由刀庫橫移裝置和刀庫分度裝置組成。因此，本設(shè)計基本上就是對這兩個裝置的設(shè)計。</p

47、><p>　　刀庫的橫移裝置，是在進行換刀的整個過程中，刀庫從遠(yuǎn)離主軸的位置直線移動到主軸軸線位置，以實現(xiàn)換刀。斗笠式刀庫橫移裝置，由兩根圓柱導(dǎo)軌（滑桿）支撐，每根圓柱導(dǎo)軌由兩個支架固定在連接板上，連接板固定在機床立柱上，實現(xiàn)刀庫與機床立柱的連接。整個刀庫可以在兩根圓柱導(dǎo)軌上滑動，實現(xiàn)刀庫前后運動，以完成抓刀和返回動作。</p><p>　　刀庫橫移裝置主要有兩種可能的方案：</p>

48、;<p>　　一種是將電機軸的旋轉(zhuǎn)運動地轉(zhuǎn)化為可控的直線運動，使刀庫沿著導(dǎo)軌軸作橫向往復(fù)移動。這一運動轉(zhuǎn)換是通過一種正弦機構(gòu)來完成的。在這一機構(gòu)中，刀庫與撥桿固定連接，撥桿可移動的安裝在導(dǎo)軌軸上；電動機與滑塊固定連接，滑塊在撥桿中可以移動；這樣就可以把電動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為刀庫的橫向移動。這種方案需要使用電機，電機的安裝可能占用的空間比較大，對于減小刀庫尺寸、重量、成本不利。另外由于使用了較為復(fù)雜的機械機構(gòu)，傳動過程中可能損失

49、的功率比較多，而且對于零部件的的定位安裝要求較高。</p><p>　　另一種是利用氣壓傳動機構(gòu)。氣缸類型為雙作用氣缸，氣壓缸固定安裝在刀庫介面支架上，活塞桿則與刀庫固定連接。通過氣源的供給，可以使刀庫沿著導(dǎo)軌軸作往復(fù)橫向移動。這種方案比較直接，而且氣缸所占用的空間要比使用電機要小許多，而且通過磁環(huán)開關(guān)的控制，能夠較為精準(zhǔn)地控制刀庫的橫向移動。</p><p>　　因此，第二種方案更為合適

50、。</p><p>　　刀庫分度裝置也有兩種可能的方案：</p><p>　　一種是通過蝸輪蝸桿機構(gòu)來實現(xiàn)。其工作原理如下：刀盤與蝸輪同軸固定連接，電動機通過聯(lián)軸器與蝸桿固定連接，這樣就可以通過蝸輪蝸桿機構(gòu)的傳動來實現(xiàn)刀盤的旋轉(zhuǎn)運動，完成選刀工作。這種機構(gòu)可以較好的實現(xiàn)選到工作，蝸輪蝸桿機構(gòu)可以將電動機的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成刀盤的低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)運動。但是，這種機構(gòu)所占用的空間較大，一般用在臥式數(shù)控機床

51、上更為合適。而且傳動經(jīng)過蝸輪蝸桿，效率比較低。由于本文設(shè)計的是立式斗笠式刀庫，所以對尺寸及占用空間都有較高的要求，所以可能這一方案在此處不合適。</p><p>　　另一種是通過經(jīng)典的槽輪機構(gòu)（即馬氏機構(gòu)）來實現(xiàn)的的。它具有結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、機械效率高，以及能較平穩(wěn)地、間歇地進行轉(zhuǎn)位等優(yōu)點。電機通過聯(lián)軸器與定位法蘭連接，定位法蘭上安裝有可旋轉(zhuǎn)的滾子，通過定位法蘭的旋轉(zhuǎn)使圓柱滾子間歇地進入固定連接在刀盤上分度盤

52、，從而帶動分度盤的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對刀盤上刀具的選擇。</p><p>　　因此，選擇第二種方案更為合適。</p><p>　　綜上所述，本文設(shè)計的斗笠式自動換刀裝置其刀庫橫移裝置采用氣壓傳動，而刀庫分度裝置則采用槽輪機構(gòu)來實現(xiàn)。</p><p>　　最終設(shè)計最優(yōu)方案如下效果圖：</p><p>　　圖2.2 三維效果圖</p>&

53、lt;p>　　2.3 斗笠式刀庫結(jié)構(gòu)組成及工作原理</p><p>　　圖2.3 斗笠刀庫總體結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　刀庫橫移裝置的設(shè)計：</p><p>　　刀庫刀盤的橫向移動是使用氣壓傳動機構(gòu)來實現(xiàn)的。如圖2.2所示，機床箱體上安裝有兩個平行的導(dǎo)桿9。刀庫刀盤安裝在刀盤基座10上，刀盤基座10安裝在這兩個導(dǎo)桿9上并可以沿著導(dǎo)桿9作橫向移動。同時，

54、氣缸7固定安裝在機床箱體上，刀盤基座10與氣缸7中的柱塞8固定連接。通過柱塞8的橫向移動來實現(xiàn)刀盤基座10的橫向移動，從而帶動刀盤在初始位置和換刀位置之間的切換運動。氣缸7上裝有兩個磁環(huán)開關(guān)，當(dāng)左端磁環(huán)開關(guān)亮?xí)r，氣缸處于原始狀態(tài)；當(dāng)右端磁環(huán)開關(guān)亮?xí)r，氣缸處于推出信號狀態(tài)，這時柱塞會右移，刀盤會移動到換刀位置。</p><p>　　刀庫分度裝置的設(shè)計：</p><p>　　本文設(shè)計的斗笠式刀

55、庫的分度裝置，如圖2.2所示，由電機6、連接軸5、法蘭盤3，刀庫鼓輪1、分度盤4、圓柱滾子2等零部件組成，分度裝置的電機連接軸5的軸線與分度盤4、刀庫鼓輪1的回轉(zhuǎn)軸線平行。刀庫選刀時，首先由刀庫回轉(zhuǎn)電機得到旋轉(zhuǎn)指令，連接軸5通過軸套帶動法蘭盤3旋轉(zhuǎn)，從而使在法蘭盤3上的圓柱滾子2繞法蘭中心轉(zhuǎn)動；當(dāng)圓柱滾子2轉(zhuǎn)動一定角度，進入分度盤4的分度槽中，撥動分度盤4開始作轉(zhuǎn)位運動；當(dāng)分度盤4轉(zhuǎn)過一定的角度后，圓柱滾子2從分度槽中脫出，刀庫鼓輪1（

56、分度盤通過螺釘與刀庫鼓輪連在一起轉(zhuǎn)動）即靜止不動。</p><p>　　法蘭盤3每回轉(zhuǎn)一圈，就驅(qū)動分度盤4轉(zhuǎn)過一個槽。電機是連續(xù)勻速運動的，從而帶動法蘭盤3與圓柱滾子2連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動。但圓柱滾子2是間斷性的轉(zhuǎn)入分度槽的，從而使刀庫輪轂得到周期性間歇運動，起到了刀庫的分度作用。分度盤4與刀庫鼓輪1同軸，分度盤4的分度槽數(shù)與刀庫鼓輪1上的刀數(shù)一致。法蘭盤3不斷回轉(zhuǎn)，分度盤4就不停地進行分度，刀庫鼓輪1就不斷重復(fù)上述的運

57、動循環(huán)，從而將下一個工序所需刀具的刀位轉(zhuǎn)到換刀位置上，以便讓主軸進行換刀，實現(xiàn)刀庫的自動換刀。</p><p>　　2.4 斗笠式刀庫主要技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了幾種可能的斗笠刀庫自動換刀裝置的方案，通過分析比較，確定出最終可能最合適的總體方案。而斗笠式刀庫主要技術(shù)參數(shù)表則是

58、規(guī)定了所要設(shè)計刀庫的基本要求。</p><p>　　3 斗笠式刀庫設(shè)計</p><p>　　3.1 刀庫容量的確定</p><p>　　在確定刀庫容量時，要進行大量的分析調(diào)查，同時要考慮工藝需要及使用場合。一般來說，需要承擔(dān)多個工件的切削任務(wù)時，需要配備的刀庫容量較大。換句話來說，配備的刀具愈多，機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

59、容量與機床能加工工件的比率統(tǒng)計曲線。</p><p>　　圖3.1 刀具數(shù)量統(tǒng)計圖</p><p>　　刀庫的刀具并不是越多越好，太大的容量會增和占地面積和刀庫的尺寸，使選刀時間增長；儲存量過小，則不能滿足復(fù)雜零件的加工要求。因此，刀庫容量應(yīng)在經(jīng)濟合理的條件下，力圖將一組類似的零件所需的全部刀具裝入刀庫，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時間。對圖3-1進行分析可知，5把刀可完成加工工件的95％左右

60、的銑削工藝，15把孔加工刀具可完成80％的鉆削工藝， 20把刀的容量就可完成90％以上工件的鉆銑工藝。本文設(shè)計的刀庫如需能達到加工90％以上的工件要求，那刀庫就需要有20把刀具的容量，故可將本刀庫的容量設(shè)定為20。</p><p>　　3.2 氣缸設(shè)計和選擇</p><p>　　3.2.1 氣缸的選擇要點</p><p>　　(1) 安裝形式的選擇 安裝形式由安裝

61、位置和使用目的等因素決定。在一般場合，多用固定安裝方式：軸向支座前法蘭、后法蘭等；在要求活塞往復(fù)移動又要求缸體作較大幅度擺動時，可選用尾部耳軸和中間軸銷等安裝方式；如需在回轉(zhuǎn)中輸出直線往復(fù)運動，可采用回轉(zhuǎn)氣缸。本設(shè)計采用軸向支座前法蘭的安裝形式。</p><p>　　（2）輸出力大小 根據(jù)工件機構(gòu)所需力的大小，考慮氣缸載荷率確定活塞桿上的推力與壓力，從而確定氣缸內(nèi)徑。氣缸由于其工作壓力較?。?.5~0.6Mpa

62、），一般在10000N以內(nèi)，輸出力過大其體積會太大，因此在氣動設(shè)備上，應(yīng)盡量采用擴力機構(gòu)，以減小氣缸尺寸。</p><p>　?。?）氣缸行程 氣缸行程與其適用場合及工作機構(gòu)的行程有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)使用滿行程，要在計算行程基礎(chǔ)上追加10~20mm，以避免活塞與氣缸碰撞。本設(shè)計的氣缸行程設(shè)定為290mm。</p><p>　?。?）氣缸的運動速度 氣缸的運動速度主要由所驅(qū)動的工件機構(gòu)

63、的需要來決定。要求速度緩慢平穩(wěn)時，宜采用氣液阻尼缸或采用節(jié)流調(diào)速。本設(shè)計因為是水平安裝推力載荷，所以采用排氣節(jié)流。</p><p>　　3.2.2 氣缸初選</p><p>　　初選氣缸類型為10A-5系列氣缸，氣缸內(nèi)徑D=，活塞桿直徑d=，氣缸行程L=290，氣源氣壓p=0.5Mpa，工作頻率較高，載荷率η取0.3。</p><p>　　3.2.3 驅(qū)動力校核 &

64、lt;/p><p>　　向左推力P = ×d2×p×η</p><p>　　=×632×0.5×0.3N</p><p><b>　　= 467N</b></p><p>　　向右拉力Q =×（D2-d2）×p×η</p

65、><p>　　=×（632-252）×0.5×0.3N</p><p><b>　　= 394N</b></p><p>　　估計刀庫總重量M=70Kg，則橫向往復(fù)運動所需的驅(qū)動力</p><p><b>　　F =μ×M×g</b></p&g

66、t;<p>　　=0.1×70×10N</p><p><b>　　=70N</b></p><p>　　其中，μ是導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.1；g是重力加速度，取10N／Kg。</p><p>　　P>F且Q>F，所以驅(qū)動力方面滿足設(shè)計要求</p><p>　　3.2.4 活塞桿

67、穩(wěn)定性校核</p><p>　　活塞桿穩(wěn)定性條件：P≦Fk／n</p><p>　　其中，F(xiàn)k為氣缸的縱向彎曲極限力，n為壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，n取4</p><p>　　當(dāng)細(xì)長比L1／K≧85時，</p><p>　　Fk = mπ2EI／L12 ；</p><p>　　當(dāng)細(xì)長比L1／K≦85時，</p>

68、<p><b>　　Fk =</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　L1為活塞桿的計算長度，L1=443；</p><p>　　E為活塞桿材料的彈性模量，取2.1×1011Pa；</p><p>　　K為活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，</p&

69、gt;<p>　　實心桿 K= = d／4 =2 5／4 = 6.25,</p><p>　　其中，I為活塞桿斷面慣性矩，實心桿I=πd4／64；</p><p>　　A為活塞桿截面積，A=πd2／4；</p><p>　　m為系數(shù)，查氣壓傳動手冊表24.2-6，因為連接方式是固定-固定連接，所以m=1；</p><p>　　

70、f為材料強度實驗值，對于鋼取49×107Pa；</p><p>　　a為系數(shù)，a取1／5000；</p><p>　　因為L1／K= 443×4／25=71≦85，所以 </p><p><b>　　Fk =</b></p><p>　　= 1.2×105 N</p>

71、;<p>　　Fk ／n = 3×104N ≧ P=467；</p><p>　　當(dāng)極限力Fk ≧ T×n：</p><p><b>　　L = </b></p><p><b>　　= 20m ；</b></p><p>　　故活塞桿的穩(wěn)壁筒性滿足條件。<

72、/p><p>　　3.2.5 缸筒壁厚計算</p><p>　　缸筒直接承受壓力，需要有一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比</p><p>　　δ／D≦1／10，所以通常按薄壁筒公式計算</p><p><b>　　δ=</b></p><p><b>　　= </b>&l

73、t;/p><p><b>　　= 0.24</b></p><p>　　其中，Pt為氣缸實驗壓力，一般為1.5p，即0.75Mpa；</p><p><b>　　D為氣缸內(nèi)徑；</b></p><p>　　[σ]為缸筒材料許用應(yīng)力100Mpa；</p><p>　　通常計算出的

74、缸筒壁徑都較小，但考慮到機械加工，缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往是將缸筒壁厚適當(dāng)加厚，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管和鋁合金管。本設(shè)計使用10A-5系列氣缸標(biāo)準(zhǔn)，氣缸壁厚4mm。</p><p>　　3.2.6 耗氣量及刀庫橫移運動時間的計算</p><p>　　一個氣缸耗氣量與其直徑、行程、缸的動作時間以及換向閥到氣缸導(dǎo)氣管道的容積等有關(guān)。在實際應(yīng)用中，從換向閥到氣缸導(dǎo)氣管道容積與氣缸容

75、積相比往往很小，可以忽略不計。本氣缸屬于有活塞桿腔工作的情況，那么氣缸單位時間壓縮空氣耗氣量可按下式計算</p><p>　　qv = qv2 =</p><p>　　= ×10-9 m3／s = 3.81×10-4 m3／s</p><p>　　其中，s為氣缸的行程；</p><p>　　t2為刀庫右移運動時所需的時間

76、，設(shè)定為2Sec；</p><p>　　則刀庫左移運動時所需的時間</p><p>　　t1 = ×D2×s／qv1 </p><p>　　=×632×290／381000</p><p><b>　　=2.37 Sec</b></p><p>　　因此，

77、刀庫橫移運動的總時間為T1 = t1+t2=4.37Sec。</p><p>　　3.3刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的估算</p><p>　　3.3.1 刀庫分度機構(gòu)的傳動設(shè)計及計算</p><p>　　下圖為傳動設(shè)計效果圖：</p><p>　　圖3.2 刀庫分度裝置實物效果圖</p><p>　　刀庫在換刀前，首先需要選刀。選刀

78、的過程，就是使刀庫輪轂滿足一個周向間歇運動，也就是分度盤在分度過程中，轉(zhuǎn)位開始與轉(zhuǎn)位結(jié)束位置上的瞬時角速度ω=0。在圖3.3中得出，為了使圓柱滾子能順利進入和脫出分度盤上的徑向槽，在槽口的瞬時位置時，必須使轉(zhuǎn)臂中心線PQ與分度槽的中心線OQ相垂直，即∠OQP=90°。在圓柱滾子從進入至脫離徑向槽的過程中，這位法蘭的轉(zhuǎn)動角度為162°，而刀盤轉(zhuǎn)動的角度則為18°。設(shè)電機負(fù)載時，法蘭盤上的滾子以ω1的角速度轉(zhuǎn)動

79、，轉(zhuǎn)速為n1，此時分度盤以ω3的角速度轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n3；而電機空轉(zhuǎn)時以n2=1.25n1轉(zhuǎn)動，在滾子撥動分度盤一次的一個周期內(nèi)的分度時間為t1，間歇時間為t2。</p><p>　　圖3.3 刀庫分度裝置運動分析簡圖</p><p>　　t1 =162°×60／(360°×n1) ；</p><p>　　t2 = 198

80、°×60／(360°×n2 )；</p><p>　　t總 = t1 + t2 ；</p><p>　　本設(shè)計刀庫最大刀容量為20，分度槽數(shù)量亦為20，選刀時分度盤按最近原則選刀，選到最遠(yuǎn)處刀具所需的時間為T2 (令T2為3秒）；</p><p>　　則 T2 = 10 t總 = 3 Sec ；</p>

81、<p>　　綜合以上各式并代入數(shù)據(jù)可得，</p><p>　　n1 = 178 r／min，t 1 = 0.152 ；</p><p>　　ω1 = 2πn1／60=18.6 rad／s ；</p><p>　　圓柱滾子從進入至脫離徑向槽這個過程，定位法蘭的轉(zhuǎn)角為2φ1=162°，分度盤的轉(zhuǎn)角為2φ3=2π/z=18°，（z為分度盤

82、的槽數(shù)）。在直角三角形PQO中，根據(jù)正切函數(shù)，φ3=arctanλsinφ1／(1-λcosφ1) ，式中λ=R1／a=sinφ3。分度機構(gòu)在轉(zhuǎn)位過程中，定位法蘭以勻角速度ω1轉(zhuǎn)動，分度盤以角速度ω3反向轉(zhuǎn)動，分度盤每次分度轉(zhuǎn)過的角度與槽數(shù)z有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系（2φ3=2π/z），分度盤的角速度ω3為φ3對時間的導(dǎo)數(shù)：</p><p><b>　　ω3＝＝</b></p><

83、;p>　　分度盤的角加速度為：</p><p><b>　　α＝＝</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得，</b></p><p>　　α＝-54.8 rad／s2 。</p><p>　　3.3.2 旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動慣量計算</p><p>　　刀具最大重量為8

84、Kg；</p><p>　　分度盤與刀庫輪轂質(zhì)量估計為15Kg；</p><p>　　刀盤及圓盤罩蓋等總質(zhì)量估計為7Kg；</p><p>　　故刀庫旋轉(zhuǎn)部件的總質(zhì)量M=30Kg；</p><p>　　將整個旋轉(zhuǎn)部件等效為質(zhì)量均勻、半徑R為300mm的圓盤，則其轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　J = 0.5MR2 = 1

85、.35 Kg·m2；</p><p>　　3.3.3 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩計算</p><p>　　T = J×α=1.35×54.8Nm ≈ 74 Nm</p><p>　　3.4減速電動機的選擇</p><p>　　法蘭盤的轉(zhuǎn)速為n1 = 178 r／min，轉(zhuǎn)速較低，故需使用減速電機；</p>&l

86、t;p>　　在分度盤轉(zhuǎn)位過程中，分度盤的平均角速度</p><p>　　ω=2πn／60 ，t1 = 18°×π／(180°× ω)=0.152；</p><p>　　可得到轉(zhuǎn)位過程中，分度盤的平均轉(zhuǎn)速</p><p>　　n= 19.7 r／min；</p><p>　　分度盤所需的驅(qū)動功率&l

87、t;/p><p>　　Pmin= = 0.153 Kw；</p><p>　　Tmin = = = 8.2 Nm ；</p><p>　　所選減速電機的輸出許用轉(zhuǎn)矩T應(yīng)該大于Tmiin 。根據(jù)所需減速電機功率P和應(yīng)輸出的轉(zhuǎn)矩T，選擇的減速電機型號為M6IK200A，額定功率為0.2Kw，同步轉(zhuǎn)速為200 r／min，允許負(fù)載為8.6Nm，額定負(fù)載情況下，輸出轉(zhuǎn)速為同

88、步轉(zhuǎn)速的80％-98％。</p><p>　　3.5 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核</p><p>　　刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩最小應(yīng)為 T = 74 Nm；電機空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為n2=200 r／min；假設(shè)傳動效率為90%，則負(fù)載時電機輸出轉(zhuǎn)速為</p><p>　　n1=200×90％ r／min=180 r／min；</p><p>　　一個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)位

89、時間為</p><p>　　t1=162°×60／(360°×n1) = 0.15 Sec ；</p><p>　　一個周期內(nèi)的電機空轉(zhuǎn)時間</p><p>　　t2 = 198°×60／(360°×n2 ) =0.165 Sec；</p><p>　　又 ω3

90、=2πn3／60 ，t1 = 18°／180°×π／ω ；</p><p>　　故此時分度盤的轉(zhuǎn)速為</p><p>　　n3= 20 r／min ；</p><p>　　減速電機傳遞到分度盤上的功率為</p><p>　　P1 = 0.290=0.18 Kw；</p><p>　　減速電

91、機傳遞到分度盤上的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　T1= = Nm = 86 Nm＞74 Nm；</p><p>　　所以，刀庫的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩滿足要求。</p><p>　　3.6 換刀過程總時間的計算與校核</p><p>　　刀庫橫移運動總時間 </p><p>　　T1 = 4.37Sec；</p>&l

92、t;p><b>　　分度運動的最大時間</b></p><p>　　T2 = 10×（t1 + t2 ）= 10×（0.15 + 0.165）Sec = 3.15 Sec；</p><p>　　則整個運動過程的總時間</p><p>　　T = T1 +T2 = 4.37 + 3.15 = 7.52 Sec ＜

93、8 Sec；</p><p>　　故所設(shè)計刀庫的換刀時間基本滿足設(shè)計要求。</p><p>　　3.7 刀具的選擇方式</p><p>　　按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中挑選各工序所需要的刀具的操作稱為自動選刀。常用的刀具選擇方式有順序選刀和任意選刀兩種。</p><p><b>　　（1)順序選刀</b></

94、p><p>　　刀具的順序選擇方式是將刀具按預(yù)定工序的順序，依次放入刀庫的每一個刀座中，使用時按順序轉(zhuǎn)到取刀位置并取出所需要的刀具。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刀座內(nèi)。采用這種方式的刀庫不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也比較簡單，可直接由刀庫的分度裝置實現(xiàn)。但刀庫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)量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十

95、分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。這種方式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中小型加工中心。</p><p><b>　　(2)任意選刀</b></p><p>　　任意選擇刀具的換刀主要有三種編碼方式：刀套(刀座)編碼、刀具編碼、記憶編碼附件等方式。刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識別的編碼條，刀具（或刀座）編碼這種方法根據(jù)程序指

96、令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件加工順序排列，可以任意存放。每把刀具（或刀座）都編上代碼，自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具（或刀座）都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。當(dāng)某把刀具（或刀座）的代碼與數(shù)控指令相符合時，該把刀具被選中，刀庫將刀具送到換到位置，等待機械手來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與工作加工順序無關(guān)，刀具可重復(fù)使用。因此，刀具數(shù)量比較順序選擇法少一些，刀庫也相應(yīng)地簡單些。</p>

97、;<p>　　刀庫選刀方式一般采用就近移動原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據(jù)程序指令把下工序要用的刀具移到換刀位置時，都要向距離換刀最近的方向移動，以節(jié)省選刀時間。已確定刀庫容量為20把刀具，并且存在在加工過程中可能需要重復(fù)利用刀具。所以刀具的選擇方式確定為任意選擇刀具。</p><p>　　3.8 刀具交換裝置的選擇</p><p>　　刀具交換裝置就是實現(xiàn)刀庫與機床主軸

98、之間裝卸與傳遞刀具的裝置，刀具交換形式主要有以下兩種： </p><p><b>　　無機械手的換刀</b></p><p>　　圖3.4 無機械手換刀示意圖</p><p>　　用刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換的裝置，把刀庫放在主軸箱可以運動到的位置，或整個刀庫或某一刀位能移動到主軸箱可以到達的位置刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上裝刀

99、方向一致。換刀前，主軸要準(zhǔn)停定位；換刀時，由主軸運動到刀庫上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，換刀的可靠性較高；缺點是刀庫的容量不多，換刀時間較長，一般需要10-20秒，多用于中、小型加工中心。</p><p>　　(二) 由機械手進行刀具的交換</p><p>　　由機械手進行刀具的交換裝置的主要特點是有很大的靈活性，可以減少換刀時間。在刀庫遠(yuǎn)離機床主軸的

100、換刀裝置中除了機械手以外，還必須帶有中間搬運裝置。機械手的形式：</p><p>　　1) 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手 換刀時間較長。如下圖所示</p><p>　　圖3.5 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手</p><p>　　2) 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手 換刀時間較少。</p><p>　　圖3.6 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手</p><p

101、>　　3) 雙臂回轉(zhuǎn)式機械手 手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180后又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。換刀時間較短，是</p><p>　　最常用的一種形式。下圖為雙臂機械手最常用的幾種形式：</p><p>　　圖3.7 雙臂機械手</p><p>　　4) 雙機械手 相當(dāng)于兩個單臂單爪機械手互相配合起來進行自動換刀。<

102、/p><p>　　5) 雙臂端面夾緊式機械手</p><p>　　本文所設(shè)計的刀庫是斗笠式刀庫，多用于中、小型加工中心，故選用無機械手形式的換刀方式。</p><p>　　3.9 電氣元件的選擇</p><p>　　3.9.1 氣缸磁環(huán)開關(guān)</p><p>　　在氣缸上安裝磁性開關(guān)，當(dāng)氣缸動作時磁性開關(guān)動作，用于檢測氣缸是

103、否工作到位。該開關(guān)只有在氣缸具備磁環(huán)的情況下才是具備實際的使用價值，其功能是通過檢測運行過程之中活塞上面的磁環(huán)來檢測活塞運動位置，檢測后會發(fā)送電信號用來確定電磁閥工作通斷的信號。</p><p>　　本氣缸是雙作用氣缸 ，需要在氣缸缸筒兩端的合適位置上安裝兩個磁性開關(guān)，而活塞桿上的磁環(huán)則是安裝在活塞右側(cè)且緊貼著活塞。</p><p>　　3.9.2 馬達定位感應(yīng)開關(guān)</p>

104、<p>　　馬達定位感應(yīng)開關(guān)的作用是控制電機的停轉(zhuǎn)，屬于電子式剎車的作用。此開關(guān)的選擇主要是因為所選的電機無附加剎車器。</p><p>　　3.9.3 刀號計數(shù)器開關(guān)</p><p>　　刀號計數(shù)器開關(guān)的作用是通過接觸性傳感器的傳遞信號來進行刀位的計數(shù)。當(dāng)完成所需的刀具轉(zhuǎn)位時，刀具計數(shù)器開關(guān)將傳遞一個電信號給數(shù)控系統(tǒng)，從而控制電機停止轉(zhuǎn)動。刀具計數(shù)開關(guān)安裝在懸吊板上，且與刀庫分

105、度盤接觸。</p><p><b>　　3.10本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對刀庫的容量、氣缸設(shè)計的過程及選擇計算、分度裝置的設(shè)計及計算、電機的選擇計算、刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的計算及校核、換刀時間的計算、電氣元件的選擇進行了具體的設(shè)計。通過這些內(nèi)容的介紹，加深了對整個方案設(shè)計的理解。</p><p>　　4 重要零部件的設(shè)計<

106、/p><p><b>　　4.1 聯(lián)軸器</b></p><p>　　4.1.1 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　本文需要用聯(lián)軸器來連接電機輸出軸和分度裝置中法蘭盤的連接軸，可選用套筒式聯(lián)軸器。套筒聯(lián)軸器是一個整體套筒以銷、鍵、花鍵或過盈配合將兩連接軸。他具有徑向尺寸下、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點；適用于輕載、低速的場合。</p><p&

107、gt;　　4.1.2 聯(lián)軸器校核</p><p>　　校核公式為 Mc= KMp≦ M ；</p><p>　　其中,M為聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩（Nm）；</p><p>　　Mp為聯(lián)軸器的施用轉(zhuǎn)矩（Nm）；</p><p>　　K為工作情況因數(shù)，取K為1.5；</p><p>　　查機械設(shè)計手冊表5.1-87可得</p

108、><p>　　所選用聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩M為16Nm；</p><p>　　施用轉(zhuǎn)矩Mp為8.2Nm，</p><p>　　則Mc= KMp= 12.3Nm ≦ M =16Nm；</p><p>　　所以所選的聯(lián)軸器滿足需求。</p><p><b>　　4.2 刀夾</b></p><

109、;p>　　4.2.1 刀夾作用</p><p>　　刀夾是刀庫的重要組成部分，整個換刀過程不僅僅需要刀庫橫移裝置、刀庫分度裝置，更重要的是刀庫與機床主軸之間刀具的交換過程。由于本刀庫是斗笠式刀庫，通常使用的是無機械手換刀，所以合理的刀夾在刀庫更換刀具過程中顯得更為重要。無機械手換刀，刀夾的設(shè)計理念要滿足兩個要求：一是在機床主軸靠近刀夾時，要通過合理的機構(gòu)使刀夾因機床主軸的靠近而松刀；二是在機床主軸遠(yuǎn)離刀夾時

110、，刀夾能夠自動復(fù)位。正如圖4.1，該鎖緊機構(gòu)的作用正好滿足這兩個要求。</p><p><b>　　圖4.1 鎖緊機構(gòu)</b></p><p>　　4.2.2 刀夾工作原理</p><p>　　在無刀狀態(tài)下，兩刀夾在夾緊彈簧的作用下，驅(qū)閉合狀態(tài)。當(dāng)接到換刀指令</p><p>　　時，刀庫回轉(zhuǎn)體將位于其上的空刀夾單元轉(zhuǎn)至

111、刀庫換刀點，這時位于機床主軸前端的刀具釋放塊跟隨主軸快速移動到刀庫換刀點，在刀具釋放塊的引導(dǎo)斜面作用下，將位于刀庫回轉(zhuǎn)體上刀夾單元的解鎖銷釘打開，所需換刀的刀具在主軸的夾持下，與主軸一同移動到換刀點。這時兩刀夾在夾緊彈簧的作用下，將刀具夾緊。此時主軸松開刀柄向后移動，與此同時位于刀夾單元后端的解鎖銷釘在鎖刀彈簧</p><p>　　圖4.2 刀夾單元示意圖</p><p>　　的作用下，將

112、解鎖銷釘上的斜面緊緊推靠在刀夾后端的兩側(cè)斜面上，完成鎖刀動作(如圖4.1所示)。刀庫回轉(zhuǎn)體將所需要的刀具轉(zhuǎn)至刀庫換刀點，主軸向前移動，主軸前端的刀具釋放塊將解鎖銷釘打開，同時主軸夾緊刀柄。主軸取到所需要的刀具后，主軸前端的刀具釋放塊跟隨主軸一同向外移動離開刀庫，當(dāng)?shù)毒哚尫艍K的引導(dǎo)斜面離開解鎖銷釘時，解鎖銷釘在鎖刀彈簧的作用下回到原位，進行刀具鎖緊，刀庫回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)回刀庫原位，刀庫完成一次換刀循環(huán)。</p><p>&

113、lt;b>　　4.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了聯(lián)軸器的選擇、校核及刀庫中重要部件刀夾的設(shè)計。通過對聯(lián)軸器的選擇設(shè)計，加深了對機械設(shè)計一般步驟的認(rèn)識；通過對刀夾的設(shè)計，加深了對機械原理知識的學(xué)習(xí)，提高了運用機械機構(gòu)的組合達到一定目的的能力。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　

114、　本次畢業(yè)設(shè)計的題目是數(shù)控立式升降臺銑床斗笠式自動換刀裝置的設(shè)計。本文章闡述的是該斗笠式刀庫的結(jié)構(gòu)、參數(shù)的設(shè)計計算，刀庫驅(qū)動電機的選擇計算，刀庫分度機構(gòu)相關(guān)參數(shù)的計算，總體來說，刀庫的傳動結(jié)構(gòu)比較緊湊。本設(shè)計中采用的刀庫橫移裝置是氣壓傳動機構(gòu)，即刀庫滑座與氣缸活塞桿連接，而氣缸則固定在界面支架上；刀庫分度裝置則采用的是經(jīng)典的槽輪結(jié)構(gòu)。自動換刀的形式是無機械手換刀，刀具選擇方式式是任意選刀。</p><p>　　雖

115、然本次畢業(yè)設(shè)計已基本完成，但自己覺得還是存在一些不足。比如自己所繪制的圖紙上一些部位表示還不是太清楚。只有發(fā)現(xiàn)問題面對問題才有可能解決問題，以后自己在這些方面一定要努力學(xué)習(xí)去克服。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是完成教學(xué)計劃達到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)；是教學(xué)計劃中綜合性最強的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它在培養(yǎng)和提高我們綜合運用

116、專業(yè)知識分析和解決實際問題的能力，并進行工程技術(shù)人員所必須具備的基本素質(zhì)的訓(xùn)練等方面具有很重要的意義。畢業(yè)設(shè)計能使我們在以下幾個方面有較大提高。</p><p>　　1．通過閱讀有關(guān)資料對當(dāng)前先進的機械制造業(yè)的發(fā)展有進一步的了解。</p><p>　　2．融匯、貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)理論知識。</p><p>　　3．綜合運用所學(xué)專業(yè)理論知識和技能提高

117、獨立分析問題和解決實際問題的能力。</p><p>　　4．提高運用專業(yè)制圖軟件如Proe、Autocad等的能力。</p><p>　　我基本上按照以下三階段計劃認(rèn)真做我的畢業(yè)設(shè)計的。設(shè)計過程也如我所料，遇到不少的問題。</p><p>　　在查閱資料學(xué)習(xí)階段，我不但認(rèn)真觀看了從XX老師那里得到的斗笠刀庫總體實物圖，重新溫習(xí)了我們以前所學(xué)過的《數(shù)控技術(shù)》、《機械設(shè)