jcs-013数控镗铣床刀库设计毕业设计说明书

jcs-013数控镗铣床刀库设计毕业设计说明书内容摘要：

置的不同 ,自动换刀装置可分为凸轮式、液压式、齿轮式、连杆式及各种机构复合式 ,其中以凸轮式用得较多。 发达国家数控加工中心的立式自动换刀机械手主要采用凸轮式 ,我国加工中心技术起步较晚 ,对自动换刀机械 手研究较少。 进入 20 世纪 90 年代后 ,北京机床研究所、大连组合机床研究所、济南第一机床厂、青海机床厂以及陕西省的秦川机床厂都对立式自动换刀机械手进行了研究和开发。 迄今为止 ,我国制造的加工中心配置的自动换刀机械手大多数是进口的。 其主要原因 :一是国内生产的换刀机械手质量较差 ,成本也不低。 二是进口换刀机械手价格虽然较高 ,但在 整个加工中心中所占份额不大。 作为加工中心的配套技术 ,自动换刀机械手的研究和开发将直接影响到我国自动化生产水平的提高 ,从经济上、技术上考虑都是十分必要的。 目前 ,立式换刀机械手和卧式换刀机械手 已得到广泛应用。 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的型式、工艺范围及刀具的种类和数量等。 这种装置主要可以分为以下几种形式： 1)回转刀架换刀形式 数控车床使用的回转刀架是一种简单的自动换刀装置。 根据不同加工对象，可以设计成四方和六角刀架或其他等多种形式。 回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令转位换刀。 回转刀架在结构上必须有良好的强度和刚性，以及合理的定位结构，以保证回转刀架在每一次转位之后具有尽可能高的重复定位精度。 如： CK7815 型数控车床采用 BA200L 刀架，其工作循环 是：刀架接收数控装置的指令→松开→转到指令要求的位置→夹紧→发出转位结束的信号。 2)更换主轴头换刀形式 在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头换刀是一种简单的换刀方式。 主轴头通有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头以实现自动换刀。 各个主轴头上预先装有各工序加工所需要的旋转刀具，当收到换刀指令时 ,各主轴头依次地转到加工位置，并接通主运动使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。 转塔主轴头换刀方式的主要优点是省去了自动松夹、卸刀装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作， 从而显著地减少了换刀时间，提高了换刀的可靠性，但是由于结构上的原因和空间位置的限制，主轴部件的刚性差且主轴的数目不可能很多。 因此转塔主轴头换刀通常只适用于工序较少，精度要求不太高的数控机床，如数控铣床。 常州工学院 延陵 学院毕业论文 10 3)带刀库的自动换刀形式 带刀库的自动换刀形式主要是由刀库和刀具交换装置组成。 目前这种换刀方法在数控机床上的应用最为广泛。 带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱和转塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，所以主轴部件具有足够刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。 另外，刀库可以存放数量较多的刀具，可进行复杂零件的多工序加工，可明显提高数控机床的适应性和加工效率。 这种带刀库的自动换刀装置特别适用于数控铣床、数控钻床和数控镗床。 刀库的类型按刀库的结构形式可分为：圆盘式刀库、链式刀库、箱型式刀库箱型和线型；按设置部位的不同，刀库可以分为：顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等多种类型；按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为：普通刀库 (简称刀库 )和主轴箱刀库。 虽然刀库有多种形式，但数控机床上常用的主要是圆盘式和链式两种。 交换装置的机械手形式也多样，目前在数控机床上用得最多的是回转式双臂机械手。 其他形式还有摆动式单臂双爪机 械手、单臂单爪回转式机械手、双机械手等等。 刀库与机械手的形式 JCS013 型数控镗铣床又称 JCS013 卧式加工中心，它的自动换刀装置 设计要求是 60 把刀，且布局灵活，符合链式刀库的特点，所以选择链式刀库。 在刀库容量很大时 ，可采用多环链式刀库。 这种刀库外形更紧凑，占用空间更小，选刀时间短。 由于自动换刀装置的优越性，符合我们的设计要求。 对于 机械手， 选择 双手交叉式机械手。 故 JCS— 013 型数控卧式镗铣床 自动换刀装置总体方案为： 由一个链式刀库和双手交叉式机械手构成。 四排链式刀库在机床左侧，在刀库与 主轴之间装有机械手，机械 手的滑座 沿导柱可上下移动，手架可摆向刀库也可摆向主轴，机械手的滑座还可以在垂直图面方向伸缩进行插拨刀具。 自动换刀过程分为三个阶段 第一阶段 —— 完成主轴的刀具交换。 主轴停止切削工件后，主轴箱上升，立柱后退，把主轴箱带到换刀位置，同时主轴定准停。 待换刀指令发出后，即进行换刀。 第二阶段 —— 把用过的刀具送还刀库。 第三阶段 —— 选取新刀，为下一个换刀过程作准备。 机械手的手架升降机构有液动机，滚动丝杠副，减速齿轮，摩擦片式电磁离合器，讯号开关，讯号盘和导向拄等组成。 当机械手接到上升找 刀排的指令后，液动机带动滚动丝杠顺时针方向（从上往下看）转动，带动手架上升到接近所选刀排的换刀位置时，手臂支架上的感觉块，使刀具库上与刀排位置相应的无触点开关 15XK（或 16XK， 18XK， 19XK）发出讯号，手架减速，装在讯号盘上的定位挡块 5a 和 5b 转到使讯号开关同时发出定位讯号时，液常州工学院 延陵 学院毕业论文 11 动机停转，摩擦片式电磁离合器吸合，丝杠制动，手架准确地停在预定的换刀位置。 手架下降找刀排过程与上升情况基本相同，只是液动机带动丝杠逆时针方向转动，由讯号开关发出讯号，使手架定位。 系统组成当决定了自动换刀装置的 结构和工作原理后 ,后面还应根据换刀过程完成自动换刀装置控制系统设计。 设计的 自动换刀装置 示意图与加工中心换刀过程示意见下图。 刀库装配图 常州工学院 延陵 学院毕业论文 12 第二章 刀库传动系统设计 刀库主要设计参数 安装形式：链式刀库 刀库容量： 60 把 送刀方式：任意 刀具尺寸（最大）：长 400 毫米，直径 φ 125 毫米 链式刀库负载转矩 TF用来克服刀具不平衡重力 FWmax和导向面的摩擦力 F，如图 21 所示。 FWmax ：不平衡重力； F3：摩擦力 图 21 链条受力分析图 F1和 F3是支承面的摩擦力。 F2和 F4则是导向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。 不平衡重力可按刀库一侧装满刀、一侧不装刀时的最大重力差值来计算。 （ 1）确定不平衡重力 FWmax 由图 21 知 ,不平衡重力 3m ax  GMF dW  N353 （ 2）确定摩擦力 F3 NF 3 (21) μ —— 钢与铜之间的摩擦系数，约取 ； N—— 垂直作用在导向面上的压力，包括刀具、刀柄和刀座产生的重力，分别为 Wj，Wb， Wt。 常州工学院 延陵 学院毕业论文 13 N747)1000(3)(3)(32 LRMWWWNdtbj  NF R—— 刀座外半径，取 50mm； L—— 刀座长度，取 218mm。 （ 3）确定每排刀具负载转矩 Tf mN44mN)1 5 03 5 3(0 8 )( m a x3 WLf FFRT （ 4）确定每排刀具作用在主动轮上的负载转矩 Tz 2321/ fz TT  (22) 44 2 zT mN49  η 1—— 圆柱齿轮传动效率，取 ； η 2—— 链传动效率 ,取 ； η 3—— 深沟球轴承传动效率，取。 （ 5）确定作用在液压马达上的负载转矩 Ty 4321 \4i TT fy  (23) mN25 494 42 yT i—— 液压马达轴至刀库轴的速比，取 9； η —— 传动效率。 考虑到实际情况比计算时所设定的条件复 杂，液压马达额定转矩 Ts 应为负载转矩 Ty 的 倍，即 ys TT   mN38  常州工学院 延陵 学院毕业论文 14 刀具重量（ Mj）：约 12 千克 链条快速移动速度为 16 米 /分，慢速移动速度为 4 米 /分。 刀库驱动液压 马达的选择 刀库驱动液压马达的选择应同时满足刀库运转时的负载转矩 TF， 和起动时的加速转矩 TJ 的要求。 由于链条转速很低和液压马达惯性小、起动转矩小的特点，为了计算简便，在计算时，忽略起动加速转矩 TJ，在最后结果上乘以一个工作系数。 刀库负载转矩 TF 计算 链式刀库负载转矩 TF用来克服刀具不平衡重力 FWmax和导向面的摩擦力 F，如图 21 所示。 FWmax ：不平衡重力； F3：摩擦力 图 21 链条受力分析图 F1和 F3是支承面的摩擦力。 F2和 F4则是导向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。 不平衡重力可按 刀库一侧装满刀、一侧不装刀时的最大重力差值来计算。 （ 1）确定不平衡重力 FWmax 由图 21 知 ,不平衡重力 3m ax  GMF dW  N353 （ 2）确定摩擦力 F3 常州工学院 延陵 学院毕业论文 15 NF 3 (21) μ —— 钢与铜之间的摩擦系数，约取 ； N—— 垂直作用在导向面上的压力，包括刀具、刀柄和刀座产生的重力，分别为 Wj，Wb， Wt。 N747)1000(3)(3)(32 LRMWWWNdtbj  NF R—— 刀座外半径，取 50mm； L—— 刀座长度，取 218mm。 （ 3）确定每排刀具负载转矩 Tf mN44mN)1 5 03 5 3(0 8 )( m a x3 WLf FFRT （ 4）确定每排刀具作用在主动轮上的负载转矩 Tz 2321/ fz TT  (22) 44 2 zT mN49  η 1—— 圆柱齿轮传动效率，取 ； η 2—— 链传动效率 ,取 ； η 3—— 深沟球 轴承传动效率，取。 （ 5）确定作用在液压马达上的负载转矩 Ty 4321 \4i TT fy  (23) mN25 494 42 yT i—— 液压马达轴至刀库轴的速比，取 9； η —— 传动效率。 常州工学院 延陵 学院毕业论文 16 考虑到实际情况比计算时所设定的条件复杂，液压马达额定转矩 Ts 应为负载转矩 Ty 的 倍，即 ys TT   mN38  确定液压马达转数 由刀库设计参数知，链条快速移动速度为 8 米 /分，即 8000mm/min 慢速移动速度为 4 米 /分，即 4000mm/min。 （ 1）确定链轮周长 S  ds  （ 2）确定液压马达的转速范围 r/ m i  nn r/ m i n 根据计算数据选定 BM2200 摆线马达。 液。