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目 錄 畢業(yè)設計說明書 課 題： XKA5032A/C 數控立式升降臺銑床自動換刀裝置 （刀庫式）設計 子課題: 同課題學生姓名: 目 錄 設計總說明 I INTRODUCTION .II 1 緒論 1 1.1 數控機床知識 .1 1.2 數控銑床的分類 .1 1.2.1 數控立式銑床 .1 1.2.2 臥式數控銑床 .2 1.2.3 立、臥式兩用數控銑床 .2 1.3 數控銑床的結構特征 .2 目 錄 1.3.1 數控銑床的主軸特征 .2 1.3.2 控制機床運動的坐標特征 .2 1.4 數控銑床的主要功能及加工對象 .3 1.4.1 數控銑床的功能 .3 1.4.2 自動換刀裝置（ATC）及其形式 .3 1.4.3 自動換刀裝置應當滿足的基本要求 .4 2 總體方案的確定 .5 2.1 XKA5032A/C數控立式升降臺銑床及其主要參數 .5 2.1.1 其主要結構特點 .5 2.1.2 其主要規(guī)格及技術參數 .6 2.2 初定其自動換刀裝置的設計參數 .7 2.3 確定其自動換刀裝置的形式 .7 3 刀庫的設計 .9 3.1 確定刀庫容量 .9 3.2 確定刀庫形式 .9 3.3 刀庫結構設計 .9 3.4 初估刀庫驅動轉矩及選定電機 .11 3.4.1 初選電動機與降速傳動裝置 .11 3.4.2 初估刀庫驅動轉矩 .11 3.5 刀庫轉位機構的普通圓柱蝸桿傳動的設計 .12 3.6 刀庫驅動轉矩的校核 .16 3.7 花鍵聯接的強度計算 .16 3.8 夾緊機構插銷剪切強度的校核 .16 目 錄 3.9 確定刀具的選擇方式 .17 3.10 刀庫的定位與刀具的松夾 .18 4 刀具交換裝置的設計 .19 4.1 確定換刀機械手形式 .19 4.2 換刀機械手的工作原理 .20 4.3 機械手的自動換刀過程的動作順序 .21 4.4 機械手回轉軸4上的齒輪齒條設計 .22 4.5 自動換刀裝置的相關技術要求 .22 4.5.1 主軸準停裝置 .22 4.5.2 換刀機械手的安裝與調試 .23 4.6 自動換刀程序的編制 .23 5 自動換刀裝置的控制原理 .25 5.1 自動換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖 .25 5.2 自動換刀裝置換刀動作的順序控制過程 .25 6 典型零件的設計 .27 6.1 聯軸器 .27 6.1.1 聯軸器的選用 .27 6.1.2 聯軸器的校核 .27 6.2 選擇離合器的類型 .27 6.3 蝸桿蝸輪傳動設計的一些相關技術要求 .28 6.4 托架的設計 .28 鳴 謝 29 參考文獻 31 設計總說明 設計總說明 本論文介紹的是 XKA5032A/C 數控立式升降臺銑床自動換刀裝置（刀庫式）的設計.刀 庫式的自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置（換刀機械手）組成。它是多工序數控 機床上應用最廣泛的換刀裝置，其整過換刀過程比較復雜。首先把加工過程中需要使 用的全部刀具安裝在標準的刀柄上，在機床外進行尺寸預調后，按一定的方式裝入刀 庫。換刀時，先在刀庫中進行選刀，由機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,采用盤形結構,安裝在機床的左側立柱上。因為 XKA5032A/C 數控立式升降臺銑 床外形及其他性能參數等均與 THK6363 型自動換刀數控鏜銑床相似，所以本機床的自 動換刀裝置的設計將仿效 THK6363 型自動換刀數控鏜銑床換刀裝置，設計成采用軸向 放置的鼓盤式刀庫形式和回轉式雙臂機械手組成。 刀具按預定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉到取刀位置。用 過的刀具放回原來的刀座內，也可以按加工順序放入下一個刀座內。該法不需要刀具 識別裝置，驅動控制也比較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同工序中不能 重復使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數量和刀庫的容量，這就降低了刀具和 刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產 生嚴重的后果。順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入 刀庫的刀套中，順序不能有差錯。加工時按順序調刀。適合加工批量較大、工件品種 數量較少的中、小型自動換刀裝置。可知數控銑床用 4 把刀就可完成大多數的銑削加 工。所以這個容量為 6 把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程中需要重復利用刀具的情況， 所以刀具的選擇方式確定為順序選擇刀具。 兩手互相垂直的回轉式單臂雙手機械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換好時間短，缺 點是刀柄精度要求高，結構復雜，聯機調整的相關精度要求高，機械手離加工區(qū)較近。 一般來說，這種機械手用于刀庫刀座軸線與機床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具 形式的自動換刀裝置，因此，在 XKA5032A/C 數控立式升降銑床的自動換刀裝置中可采 用這種機械手形式。 關鍵詞：數控銑床；自動換刀裝置；刀庫；換刀機械手 ABSTRACT I INTRODUCTION This thesis introduction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, is taken out knife to have from the knife database and the principal axis by the machine hand, then exchange position, insert the new knife into the principal axis, the old knife puts back a knife database.The knife database that deposits knife to have has bigger capacity, its capacity has for six knifes, adopting the dish form structure, the left side that installs in the tool machine signs pillar up.The XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller shape and other function parameter etc.s to all change the knife with THK6363 typeses automatically number to control the boring miller likeness, so this tool machine changes the knife the design of the device to change the knife in the wake of THK6363 typeses automatically automatically the number control the boring miller to change the knife device, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute. The knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife position in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesnt need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility.But the knife database in each knife have in the different work preface and cant repeat an usage, for satisfying to process to need to only increase the capacity of the quantity and the knife database that the knife have, this utilization that lowers knife to have with the knife database.Have to be very careful while packing knife in addition, if the knife doesnt in order have to pack in the knife database, will produce serious result.Sequences choosing knife is before process, will process the knife that spare parts need to have to request to be one by one in order in the knife set of insert the knife database according to the craft, the sequence cant have mistake.Process adjust knife in order.Suit to ABSTRACT II process a batch quantity to compare greatly,the work piece the species quantity less of medium,small scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so the knife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have. Two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device. KEYWORDS: numerical control milling machines ；Automatic tool changer ；Tool storage ；tool changing-manipulator ABSTRACT 3 1 緒 論 1.1 數控機床知識 數字控制機床是用數字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工 作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數控機床。 數控機床具有廣泛的適應性，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、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經濟效果。 隨著數控技術的發(fā)展，采用數控系統(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。 數控機床主要由數控裝置、伺服機構和機床主體組成。輸入數控裝置的程 序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數控裝置的鍵盤直接手 動輸入。 隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速發(fā)展，數控機床的控制系 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；可靠性也大大提高； 數控系統(tǒng)本身將普遍實現自動編程。 未來數控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數控機床品種越來越多；激光 加工等技術將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數控機床的自動 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。 1.2 數控銑床的分類 1.2.1 數控立式銑床 數控立式銑床是數控銑床中數量最多的一種，應用范圍也最為廣泛。小型 數控銑床一般都采用工作臺移動、升降、及主軸不動方式，與普通立式升降臺 銑床相似；中型數控立式銑床一般采用縱向和橫向工作臺移動方式，且主軸沿 垂直溜板上下運動；大型數控立式銑床，因要考慮到擴大行程，縮小占地面積 及剛性等技術問題，往往采用龍門架移動式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂 直溜板上運動，而龍門架則沿床身作縱向運動。 從機床數控系統(tǒng)控制的坐標數量來看，目前 3 坐標數控立式銑床仍占大多 數。一般可進行 3 坐標聯動加工，但也有部分機床只能進行 3 坐標中的任意二 個坐標聯動加工。此外，還有機床主軸可以繞 X、Y、Z 坐標軸中其中一個或兩 ABSTRACT 4 個軸作數控擺角運動的 4 坐標和 5 坐標數控立式銑床。一般來說，機床控制的 坐標軸越多，特別是要求聯動的坐標軸越多，機床的功能、加工范圍及可選擇 的加工對象也越多。但隨之而來的是機床的結構更復雜，對數控系統(tǒng)的要求更 高，編程的難度更大，設備的價格也更高。 數控立式銑床可以附加數控轉盤，采用自動交換臺，增加靠模裝置等來擴 大數控立式銑床的功能，加工范圍和加工對象，進一步提高生產效率。 1.2.2 臥式數控銑床 與通用臥式銑床相同，其主軸級平行于水平面。為了擴大加工范圍和擴大 功能，臥式數控銑床通常采用增加數控轉盤或萬能數控轉盤來實現 4、5 坐標加 工，這樣，不但工件側面上的連續(xù)回轉輪廓可以加工出來，而且可以實現在一 次安裝中，通過轉盤改變工位，進行“四面加工” ?？梢允∪ピS多專用夾具或專 用角度成型銑刀。對箱體類零件或需要在一次安裝中改變工位的工件來說，選 擇帶數控轉盤的臥式銑床進行加工是非常合適的。 1.2.3 立、臥式兩用數控銑床 這類銑床目前正在逐漸增多，它的主軸方向可以更換，能達到在一臺機床 上既可以進行立式加工，又可以進行臥式加工，其使用范圍更廣，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，特別是當生產批量小， 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。 立、臥兩用數控銑床的主軸方向的更換有手動與自動兩種，采用數控萬能 主軸頭的立、臥兩用數控銑床，其主軸頭可以任意轉換方向，可以加工出與水 平面呈各種不同角度的工件表面。當立、臥兩用數控銑床增加數控轉盤后，就 可以實現對工件的“五面加工” 。即出除了工件與轉盤貼合的定位面外，其它表 面都可以在一次安裝中進行加工。因此，其加工性能非常優(yōu)越。 1.3 數控銑床的結構特征 1.3.1 數控銑床的主軸特征 數控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉與主軸變速等都可以按輸入介質 上編入的程序自動執(zhí)行。不同的機床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻 機組，固定幾種轉速，可自選一種編入程序，但不能在運轉時改變。有的采用 變頻器調整，將轉速分為幾檔，編程時可任選一檔，在運轉中可通過控制面板 上的旋鈕，在本檔范圍內自由調節(jié)；有的則不分檔,編程時可在整個范圍內無級 調速。但是在實際操作中，調速不能有大起大落的突變，只能在允許的范圍內 調高或調低，只能在允許的范圍內一般都設有自動拉、退刀裝置，能在數秒內 ABSTRACT 5 完成裝刀與卸刀，換刀比較方便。此外，多坐標數控銑床的主軸可以繞 X、Y 或 Z 軸作數控擺動，擴大了主軸自身的運動范圍，但是主軸結構更加復雜。 1.3.2 控制機床運動的坐標特征 為了要把工件上各種復雜的形狀輪廓連續(xù)加工出來，必須控制刀具沿平面上設 定的直線、圓弧或空間直線、圓弧軌跡運動，因此，要求數控銑床的伺服拖動 系統(tǒng)能在多坐標方向同時協調動作，并保持預定的相互關系，這就要求機床應 能實現多坐標聯動。數