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1、第一章 緒論 本章首先從數控機床的發(fā)展歷程引出加工中心的發(fā)展趨勢，再具體到本次設計針對的刀庫的任務要求，明確了本設計任務的主要內容。 引言 1952年世界上出現(xiàn)了第一臺數控機床，使多品種、中小批量的機械加工設備在柔性、自動化和效率上產生了巨大變革。1958年第一臺加工中心問世，它將多工序（銑、鉆、鏜、鉸、攻絲等）加工集于一身；適應加工多品種和大批量的工件；增加機床功能（自動換刀、自動換工件、自動檢測等），使自動化程度和加工效率上了一個新臺階；使無人化（或長時間無人操作）加工成為現(xiàn)實。90年代以來，數控加工技術得到迅速的普及及發(fā)展，數控加工中心在制造業(yè)得到越來越廣泛的應用。目前國內企業(yè)生

2、產制造的加工中心主要是面向生產領域，其結構復雜、精度高、封閉性強，價格昂貴。加工中心已成為柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)和自動化工廠的基本單元。 加工中心是數控機床的代表，是高新技術集成度高的典型機電一體化機械加工設備，受到世界各工業(yè)發(fā)達國家的高度重視，技術迅速發(fā)展，品種和數量大幅度增加，成為當今世界機械加工設備中最引人注目的一類產品。 加工中心簡介 加工中心的發(fā)展簡史 1952年世界上出現(xiàn)第一臺數控機床，使多品種、中小批量的機械加工設備在柔性、自動化和效率上產生了巨大變革。它用易于修改的數控加工程序進行控制，因而比大批量生產重使用組合機床生產線和凸輪、開關控制的專用機床有更大的柔

3、性，容易適應加工件品種的變化，進行多品種加工。它用數控系統(tǒng)對機床的工藝功能、幾何圖形運動功能和輔助功能實行全自動的數字控制，因為有更高的自動化程度和加工效率，大大改變了中小批量生產中普通機床占整個機械加工的狀況。數控機床能實現(xiàn)兩坐標以上聯(lián)動的功能，其效率和精度比用手工和樣板控制加工復雜零件要高得多。 1958年第一臺加工中心在美國卡尼、特雷克（Kearney&Trecker）公司問世。現(xiàn)代加工中心的內容是什么？第一，它是在數控鏜床或數控銑床的基礎上增加自動換刀裝置，可使工件在一次裝卡中，能夠自動更換刀具，自動完成工件上的銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等工序的數控機床。第二，加工中心上如果帶有自

4、動分度回轉工作臺或自動轉角度的主軸箱，可使工件在一次裝卡中，自動完成多個平面和多個角度位置的多工序加工。第三，加工中心上如果帶有交換工作臺，工件在工作位置的工作臺上進行加工的同時，另外的工件在裝卸位置的工作臺上進行裝卸，不影響加工的進行。 由上述可知，加工重心在加工的柔性、自動化程度和加工效率上，在一般數控機床的基礎上又上了一個新的臺階，又是一次新的變革。 加工中心的定義是什么？目前世界上并無標準定義，但目前普遍認為是指：在工件一次裝卡中，能夠實現(xiàn)自動銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等多工序的數控機床。更為明確的說法是：加工中心就是自動換刀數控鏜銑床。這就把加工中心與自動換刀數控車床或車削中心

5、區(qū)別開來。 加工中心的結構組成 加工中心的組成歲機床的類別、功能、參數的不同而有所區(qū)別。機床本身分基本部件和選擇部件，數控系統(tǒng)有基本功能和選用功能，機床參數有主參數和其它參數。機床制造廠可根據用戶提出的要求進行生產，但在同類機床的基本功能和部件組成一般差別不大。從總體上看，加工中心基本上由以下幾大部分組成。 ㈠ 基礎部件 主要由床身、立柱和工作臺等大件組成。它們是加工中心的基礎結構，要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負載，因此必須是剛度很高的部件。這些大件可以是鑄鐵件也可以是焊接的剛結構件，是加工中心中重量和體積最大的部件。 ㈡ 主軸系統(tǒng) 主要由主軸箱、主軸電動

6、機、主軸和主軸軸承等零部件組成。主軸的啟動、停止和變轉速等動作均由數控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸系統(tǒng)是加工中心的關鍵部件，其結構的好壞，對加工中心的性能有很大的影響。 ㈢ 數控系統(tǒng) 主要由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅動裝置以及電動機等部分組成，它們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程的控制中心。 ㈣ 自動換刀系統(tǒng) 主要由刀庫、自動換刀裝置等部件組成。刀庫是存放加工過程所要使用的全部刀具的裝置。當需要換刀時，根據數控系統(tǒng)的指令，由機械手（或通過別的方式）將刀具從刀庫取出裝入主軸孔中。刀庫有盤式、鏈式和鼓式等多種形式，容量

7、從幾把到幾百把。機械手的結構根據刀庫與主軸的相對位置幾結構的不痛也有多種形式。如單臂式、雙臂式?；剞D式和軌道式等等。有的加工中心利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀。 ㈤ 輔助系統(tǒng) 包括潤滑、冷卻、排屑防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不直接參與切削運動。但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。 另外，為進一步縮短非切削時間，有的加工中心還配備了自動托盤交換系統(tǒng)。例如，配有兩個自動交換工件托盤的加工中心，一個安裝工件在工作臺上加工，另一個則位于工作臺外進行工件的裝卸。當完成一個托盤上工件的加工后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這

8、樣可以減少輔助時間，提高加工效率。 加工中心的分類 圖1-1 立式加工中心 按照加工中心形態(tài)不同進行分類，可分為立式、臥式和五坐標加工中心。 ㈠ 立式加工中心（如圖1-1） 立式加工中心的主軸軸心線為垂直狀態(tài)配置，結構形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，適合加工小型板類、盤類、殼體類零件。 圖1-2 臥式加工中心 ㈡臥式加工中心（如圖1-2） 臥式加工中心是指主軸軸線為水平狀態(tài)設置的加工中心，通常都帶有可進行分度回轉運動的正方形分度工作臺。臥式加工中心一般具有3~5個運動坐標，常見的是三個直線運動坐標(沿X、Y、Z軸方向)加一個回轉運動坐標(回轉工作臺)，它能夠使工件在

9、一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工，最適合箱體類工件的加工。 ㈢ 五坐標加工中心 五坐標加工中心間距立式和臥式加工中心的功能，工件一次裝夾后能完成除安裝面外的所有側面和頂面等五個面的加工，因此也叫五面加工中心。常見的五坐標加工中心有兩種結構形式，一種是主軸可以旋轉，另一種是工作臺可以旋轉。 加工中心的主要優(yōu)點 ㈠ 提高加工質量 工件一次裝夾，即可實現(xiàn)多工序集中加工，大大減少多次裝夾所帶來的誤差。另外，由于是數控加工，較少依賴操作者的技術水平，可得到相當高的穩(wěn)定精度。 ㈡ 縮短加工準備時間 加工中心既然可以頂替多臺通用機床，那么加工一個零件嗦需準備時

10、間，是每臺加工單元所損耗的準備時間之和。從這個意義上說，加工中心的準備時間顯然短得多。 ㈢ 減少在制品 以往的加工方式是工件流動與多臺通用機床之間，這就要有相當數量的在制品，而在加工中心上加工，即可發(fā)揮其“多工序集中”的優(yōu)勢，在一臺機床上完成多個工序，就能大大減少在制品數量。 ㈣ 減少刀具費 把分散設置在各通用機床上的刀具，集中在加工中心刀庫上，有可能用最少量的刀具，實現(xiàn)公共有效利用。這樣既提高刀具利用率，又減少了道具數量。 ㈤最少的直接勞務費 由NC裝置實現(xiàn)多工序加工的信息集約化和一人多臺管理，以及用工作臺自動托盤交換裝置（Automatic Pallet Chang

11、er簡稱APC）等輔助裝置，實現(xiàn)夜間無人運轉。這些都可縮減直接勞務費。 ㈥ 最少的簡介勞務費 由于工序集中，工件搬運和質量檢查工作量都大為減少，這就使間接勞務費最少。 ㈦設備利用率高 加工中心設備利用率為通用機床的幾倍。另外，由于工序集中，容易適應多品種、中小批量生產。 加工中心的發(fā)展趨勢 ㈠ 立式加工中心 立式加工中心主要的用戶層面為,以看好的汽車零部件行業(yè)為首，還有模具、飛機、醫(yī)療設備、IT、光學設備等行業(yè)。在飛機制造業(yè)因絕大多數加工件為多品種、小批量的產品，因此五軸加工機為主的立式加工中心有潛在的需求。今后電子零部件、精密機枝零部件、半導體模具等行業(yè)也具有需求潛力

12、。各生產廠家面對預期需求擴大的飛機、模 立式加工中心主要的用戶層面為,以看好的汽車零部件行業(yè)為首，還有模具、飛機、醫(yī)療設備、IT、光學設備等行業(yè)。在飛機制造業(yè)因絕大多數加工件為多品種、小批量的產品，因此五軸加工機為主的立式加工中心有潛在的需求。今后電子零部件、精密機枝零部件、半導體模具等行業(yè)也具有需求潛力。 ㈡ 臥式加工中心 臥式加工中心因其加工面是垂直的，切屑易脫落，比較適應時間無操作。又因是模塊結構，可以短時間內導入最適當規(guī)模的系統(tǒng)。因其無人操作時間較長，在成本費用方面與單機相比效果更好。 從技術開發(fā)動向來看，是謀求提高主軸轉速、進給速度、提高精密度、并將對應熱變位、模塊化等

13、集中體現(xiàn)出來。其中，作為機床基本課題的高速化研究也不斷取得成果。 由于提高進給速度直接關系到產品的加工時間，以利提高生產效率，因此在高速進給技術方面，驅動裝置采用直線電機的機型正在增多。同時也有廠家在開發(fā)不使用直線電機，采用進給軸以大導程滾珠絲杠為驅動，進給加速度1.5G~ 2G、快速進給速度120 mm／min的高速臥式加工中心。并在主軸上采用雙面約束刀具、主軸轉速為 2 萬 r/min、快速進給速度為60 m/min、以盡量縮短重復定位、刀至刀等的非切削時間。為解決速度提高帶來的熱變位影響，防止精度下降，一般都采用獨自的補正裝置或主軸冷卻結構、冷卻裝置等。 刀庫 刀庫簡介 刀

14、庫是自動換刀裝置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具體結構對加工中心的設計有很大影響。刀庫是用來儲存加工刀具及輔助工具的地方。由于多數加工中心的取送刀位置都是在刀庫中的某一固定刀位，因此刀庫還需要有使刀具運動及定為的機構來保證換刀的可靠。其動力可采用液動機或電動機，如果需要還要有減速機構。刀庫的定為機構是用來保證更換的每一把刀具或刀套都能準確地停在換到位置上。其控制部分可以采用簡易位置控制器或類似半閉環(huán)進給系統(tǒng)的伺服位置控制，也可以采用電氣和機械相結合的銷定為方式，一般要求綜合定為精度達到0.1～0.5 mm。 根據刀庫所需要的容量和取刀方式，可以將刀庫設計成多種形式。圖1-3列出了常用的

15、幾種刀庫。圖1-3是但盤式刀庫，為適應機床主軸的布局，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置，圖1-3d是刀具可作翻轉的圓盤刀庫，采用這種結構能夠簡化取刀動作。單盤式刀庫的結構簡單，取刀也較為方便，因此應用最為廣泛。但由于圓盤尺寸受限制，刀庫的容量較小（通常裝16～32把刀）。 圖1-3 刀庫的形式 a）軸向式 b）徑向式 c）斜向式 d）刀具翻轉式 e）鼓筒彈夾式f）鏈式 g）多盤式 h）格子式 當需要存放更多數量的刀具時，可以采用圖1-3形式的刀庫，它們充分利用了機床周圍的有效空間，且刀庫的外形尺寸又不致過于龐大。圖1-3e

16、是鼓筒彈夾式刀庫，其結構十分緊湊，在相同的空間內，它的刀庫容量較大，但選刀和取刀的動作較復雜。圖1-3f是鏈式刀庫，其結構有較大的靈活性，存放刀具的數量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當鏈條較長時，可以增加支撐鏈輪的數目，使鏈條折迭回繞，提高了空間利用率。圖1-3g和1-3h分別為多盤式和格子式刀庫，它們雖然也具有結構緊湊的特點，但選刀和取刀動作復雜，較少應用。 1.3.2 刀庫的類型 加工中心上普遍采用的刀庫是盤式刀庫和鏈式刀庫。密集型的固定刀庫目前于用于FMS中的集中供刀系統(tǒng)。 ㈠ 盤式刀庫 盤式刀庫結構簡單，應用較多，如圖1-4所示。由于刀具環(huán)形排列，空間利用率低。因

17、此出現(xiàn)了將刀具在盤中采用雙環(huán)或多環(huán)排列，以增加空間的利用率。但這樣一來使刀庫的外徑過大，轉動慣量也很大，選刀時間也較長。因此，盤式刀圖1-4 盤式刀庫的形式 a）徑向取刀形式 b）軸向取刀形式 c）刀具徑向安裝 d）刀具斜向安裝 庫一般適用于刀具容量較少的刀庫。 ㈡ 鏈式刀庫 如圖1-5所示，鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可以根據機床的布局配置成各種形狀，也可將換刀位突出以利換刀。當鏈式刀庫需增加刀具容量時，只需增加鏈條的長度和支承鏈輪的數目，在一定范圍內，無需變更線速度及慣量。這些特點也為系列刀庫的設計與制造帶來了很大的方便，可以滿足不同使用條件。一般刀具數量在30

18、~120把時，多采用鏈式刀庫。 圖1-5 鏈式刀庫的形式 ⑴ 換刀位置 為保證刀套準停精度和刀套定位剛性，鏈式刀庫的換刀位置一般設在主動鏈輪上如圖1-6所示，或者設在盡可能靠近主動鏈輪的刀套處，如圖1-7所示 圖1-7 鏈式刀庫換刀位置 圖1-6 鏈式刀庫換刀位置 ⑵ 鏈條形式 我國目前還沒有廠家生產加工中心刀庫專用鏈條，因而不得不用標準套筒輥子鏈，通過連接器把刀套固定在鏈條上。這種方式不僅結構復雜，裝配調試費時，而且套筒位置精度亦差 我國部分廠家，購買日本椿本鏈條公司（TSUBAKI CHAIN Co.）

19、生產的已轉有刀套的刀庫專用鏈條來裝備刀庫，效果頗佳?？紤]到刀具重量和刀庫工作的平穩(wěn)性，推薦采用： HP型鏈條 這種鏈條是套筒式鏈條，其輥子本身就是刀套，該鏈條型式及尺寸見表1-1 表1-1 鏈條型號 刀具錐柄號 P O L H W R T HP 40 90 55 86.5 88 60 68 4.0 1） HP-T型 ①鏈輪節(jié)圓直徑 式中 N——當量齒數（實際齒數/3） ②鏈輪外徑D0 式中 P——鏈條節(jié)距 注：鏈輪齒數可從9個起使用。但是為了增加鏈條的耐用度和運行效率，齒數還是盡可能多為好。鏈輪之間的中心距，以取鏈條節(jié)距整數倍為宜。 詳細設計說明書及設計圖紙 聯(lián)系qq：