小型加工中心数控换刀系统设计

小型加工中心数控换刀系统设计内容摘要：

成熟的应用。 全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单 元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平。 加工中心 加工中心是 在数控铣床的基础上加上刀库及自动换刀装置或多个工作台，集数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能于一身的一种由计算机来控制的高效、高自动化的机床。 工件在一次装夹后，数控系统根据加工的需要，自动选择和更换刀具，根据粗精加工的不同要求自动改变机床主轴的转速、进给量和刀具相对于工件的运动轨迹和其他辅助功能，一次完成多工序的加工。 减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的 80%左右（普通机床仅为 15%～ 20%） ；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效益。 加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换 频繁的中小批量生产。 加工中心 的 组成 加工中心自问世至今已有三十多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各异，但从总体来看主要由以下几大部分组成。 （ 1） 基础部件。 基础部件由床身、立柱和工作台等组成，它是加工中心的基础结构，主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。 这些大件可以是铸铁件，也可以是焊接而成的钢结构件，它们 是加工中心体积和质量最大的部件。 （ 2） 主轴部件。 主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。 主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。 主轴是加工中心的关键部件，其结构的优劣对加工中心的性能有很大影响。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 （ 3） 伺服系统。 伺服系统主要是进给传动系统，其作用是把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动，其性能是决定机床的加工精度、表面精度、表面质量和生产效率的主要因素之一。 加工中心普遍采用半闭环、闭环和开环三种控制方式。 （ 4） 数控系统（ CNC）。 加工中心的数控部分是由 CNC 装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。 它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 （ 5） 自动换刀系统（ ATC）。 自动换刀系统是由刀库、机械手等部件组成。 当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手（或通过其他方式）将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。 （ 6） 辅助装置。 辅助装置包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。 这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起 着保障作用，因此也是加工中心不可缺少的部分。 加工中 心的 特点 （ 1）结构特点。 ① 机床的刚度高、抗振性好。 为了满足加工中心高自动化、高速度、高精度、高可靠性的要求，加工中心的静刚度、动刚度和机械结构系统的阻尼比都高于普通机床。 ② 机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快。 加工中心传动装置主要有三种，即滚珠丝杠副；静压蜗杆 —— 蜗轮条；预加载荷双齿轮 —— 齿条。 它们由伺服电机直接驱动，省去齿轮传动机构，传递精度高，速度快。 一般速度可达 15m/min，最高可达 100m/min。 ③ 主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统（特殊的也只保留 1～ 2 级齿轮传动）。 主轴功率大，调速范围宽，并可无级调速。 目前加工中心 95%以上的主轴传动都采用交流伺服系统，速度可从（ 10～ 2020） r/min 无级变速。 ④ 加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新的结构，能长期地保持导轨的精度，在高速切削下，保证运动部件不振动，低速进给时保证 不爬行及运动中的西安航空职业技术学院 毕业设计论文 高灵敏度。 ⑤ 设置有刀库和换刀机构。 具有储存加工所需刀具的刀库，它用于储存刀具并根据要求将各工 序所用的刀具运送到取刀位置；具有自动装卸刀具的机械手。 这是加工中心与数控铣床和数控镗床的主要区别，使加工中心的功能和自动化加工的能力更强了。 加工中心的刀库容量少的有几把，多的达几百把。 这些刀具通过换刀机构自动调用和更换，也可以通过控制系统对刀具寿命进行管理。 ⑥ 具有主轴准停机构、刀杆自动夹紧松开机构和刀柄切屑自动清理装置。 这是加工中心机床主轴部件中三个主要组成部分，也是加工中心机床能够顺利地实现自动换刀所需具备的结构保证。 此外，还具有自动排屑、自动润滑、自动报警和工作台自动交 换的系统等。 （ 2）加工特点 ① 全封闭防护，加工精度高。 加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，而且加工中心由于加工工序集中，避免了长工艺流程，减少了人为干扰，故加工精度更高，加工质量更加稳定。 ② 能自动进行刀具更换，加工生产率高。 零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。 加工中心带有刀库和自动换刀装置，在一台机床上能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半成品的周转、搬运和存放时间，使机床的切削利 用率（切削时间和开动时间之比）高于普通机床 3～ 4 倍，达 80%以上。 ③ 工序集中，加工连续进行。 加工中心备有刀库并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工，使得工件在一次装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹以及其他辅助功能 ，现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现更多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序集中。 这是加工中心最突出的特点。 ④ 加工中心能自动改变机床主轴 转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能。 ⑤ 操作者的劳动强度减轻。 加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察西安航空职业技术学院 毕业设计论文 机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到很大的改善。 ⑥ 功能强大，趋向复合加工，对加工对象的适应性强。 加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上，而且能快速实现批量生产，提高市场竞争能力。 ⑦ 经济效益高，有利于生产管理的现代化。 使用加工中心加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的，但在单件 、小批量生产的情况下，可以节省许多其他方面的费用，因此能获得良好的经济效益。 并且用加工中心加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工装夹具、半成品的管理工作。 这些特点有利于使生产管理现代化。 由于加工中心具有上述机能，因而可以大大减少工件装夹、测量和机床调整时间，减少工件的周转、搬运和存放时间，使机床的切削时间利用率高于普通机床 3～ 4 倍，大大提高了生产率，尤 其是在加工形状比较复杂、精度要求较高、品种更换频繁的工件时，更具有良好的经济性。 2 加工中心自动换刀系统方案 确定 加工中心自动换刀系统概述 加工中心要完成对工件的多工序加工，必须要在加工过程中自动更换刀具，为完成这项工作而设置的储存及更换刀具的系统统称为自动换刀系统。 自动换刀系统中的刀库，换刀 的 可靠性，即换刀速度直接影响到加工中心的工作效率。 利用刀库换刀，是目前加工中心中大量使用的换刀方式。 由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。 独立的刀库大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大 机床的功能，并能较好地 减少 各种影响加工精度的干扰。 自动换刀系统方案 确定 刀库方案的确定 西安航空职业技术学院。