加工中心刀杯转位机构设计毕业设计论文(编辑修改稿)

加工中心刀杯转位机构设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

2）刀号的计数原理。 一般在换刀位安装一个无触点开关， 1 号刀位上安装挡板。 每次机床开机后刀库必须 “回零 ”，刀库在旋转时，只要挡 板靠近（距离为 左右）无触点开关，数控系统就默认为 1 号刀。 并以此为计数基准， “马氏机构 ”转过几次，当前就是几号刀。 只要机床不关机，当前刀号就被记忆。 刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号位 8，要换 6 号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。 如要换 10 号刀，刀库是顺时针转。 机床关机后刀具记忆清零。 （ 3）固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要 8 秒以上（从一次切削到另一次切削）。 （ 4）圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般 40刀柄的不超过24 把， 50的不超过 20 把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达 60 把。 机械手刀库 机械手刀库换刀是随机地址换刀。 每个刀套上无编号，它最大的优点是换刀迅速、可靠。 （ 1）制造成本高。 刀库有一个个刀套链式组合起来，机械手换刀的动作有凸轮机构控制，零件的加工比较复杂。 装配调试也比较复杂，一般由专业厂家生产，机床制造商一般不自制。 （ 2）刀号的计数原理。 与固定地址选刀一样，它也有基准刀号： 1 号刀。 但我们只能理解为 1 号刀套，而不是零件程序中的 1 号刀： T1。 系统中有一张刀具表。 它有两栏。 一 栏是刀套号，一栏是对应刀套号的当前程序刀号。 假如我们编一个三把刀具的加工程序，刀具的放置起始是 1 号刀套装 T1（ 1 号刀）， 2号刀套装 T2， 3 号刀套装 T3，我们知道当主轴上 T1 在加工时， T2 刀即准备好，换刀后， T1 换进 2 号刀套，同理，在 T3 加工时， T2 就装在 3 号刀套里。 一个循环后，前一把刀具就安装到后一把刀具的刀套里。 数控系统对刀套号及刀具号的记忆是永久的，关机后再开机刀库不用 “回零 ”即可恢复关机前的状态。 如果 “回零 ”，那必须在刀具表中修改刀套号中相对应的刀具号。 13 （ 3）机械手刀库换刀时间一般为 4 秒（从一次切削 到另一次切削）。 （ 4）刀具数量一般比圆盘刀库多，常规有 1 60 等 （ 5）刀库的凸轮箱要定期更换起润滑、冷却作用的齿轮油。 换刀装置的形式 换刀装置的形式有回转刀架换刀、更换主轴换刀、更换主轴箱换刀、带刀库的自动换刀系统。 14 第二章 刀杯转位机构方案设计 1 刀杯转位机构和刀库概述 刀杯转位机构的具体结构方案受到刀具库结构方案的影响，转位机构与刀具库回转机构共同完成刀具库的功能要求。 此外这两部分与换刀机械手根据总 体设计的要求，这几部分共同安装在支架上，再将支架安装在机床立柱上。 因此需要对刀具库的结构方案进行分析，进而分析刀杯转位机构实现刀杯转位的方案以及转位机构相对于刀具库和支架的相对位置。 2 刀具库在加工中心上的配置方案设计 根据《现代数控机床》的有关理论，对刀具库在加工中心上的配置方案进行设计。 如图 1 所示，刀具库在加工中心上的配置方案有如下几种： 图 1 刀具库在加工中心上的配置方案 在设计刀库的配置方案时，需要考虑刀库的的形式。 如图 2 和图 3 所示，刀 15 库安装的形式以及各种刀库的结构图有如下几种： 图 2 刀库的形式示意图 16 图 3 鼓轮式刀库的结构图 17 图 4 链式刀库换刀换刀装置 根据上述研究，了解立式加工中心刀具库配置的各种基本形式。 由此确定，本设计中刀具库相对加工中心主轴箱、立柱及换刀机械手各部件的相对运动和相对位置关系，进而可以确定刀具库相对机床的总体布局，如下文所述。 3 刀库支承架的形式与布局确定 刀具库的整体结构通过支承架如图 5所示，支架 3固定在加工中心的立柱上，为了减少设计和制造难度，结构设计上需要有调整环节如图 5 所示，调整螺钉 1用于整个刀具库的 Y 向距离的精确 调整，调整螺钉 8 用于刀具库整体安装在 X方向的精确调整。 刀具库回转驱动机构由驱凸轮箱 10 作为组件通过螺钉 9 安装在刀具库支架上，回转盘安装在心轴 11 上，并通过法兰盘装在刀具库支架上。 刀杯转位后的位置如图中件 12 所示，转位驱动初步采用油缸驱动，驱动油缸 14为直动油缸安装通过螺钉 13 在刀库支架上。 换刀机械手部件通过固定螺钉 15安装在刀库支架上。 为了便于制造，刀库支架也设计为两部分通过螺钉 4 固定在一起。 刀杯转位机构要完成刀杯在刀具库上的刀杯轴线水平位置到刀杯轴线处于 18 垂直位置的转位。 图 5 刀具库的布局示意图 4 刀杯转位方案设计 刀杯绕支座转动，可以通过多种方案实现，考虑到结构简单紧凑采用油缸驱动如图 6 所示，刀杯（也称刀座）支承固定在刀库回转盘上，滑块在直动油缸驱动下拉动刀杯尾钉带动刀杯转动，由于刀库在回转时，刀杯通过导向辊在导向槽（图中未画出）中滚动，以保持刀杯的刀柄轴线为水平位置，所以，刀杯转位前后都应当有精确的定位，结构上可以通过调整环节实现。 滑块在导轨上滑动，导轨可以与支架设计成整体，也可以作为单独的零件通过螺钉固定在刀库支架上。 图 6 刀杯转位结构原理图 19 5 刀杯转位机构在刀库支架上的布局方案设 计 刀具库支架由于要承载多个部件，因此支架的结构比较复杂。 考虑到换刀时选中刀杯应当处于刀库中垂线的底部如图 7 所示，为了结构简单，设计上采用转位机构相对刀库中垂线为对称的布局方式，这样需要刀库支架采用到 U 型的结构，带法兰的刀库心轴通过螺钉固定在倒 U 型支架的左部，滑块及滑块导轨位于倒 U 型的支架右下部；驱动油缸 17 通过固定螺钉 18 安置在支架的顶部。 图 7 刀杯转位机构布局结构示意图 6 刀具库主要参数和尺寸参数的分析 由设计任务书以及根据调研分析，根据对机床总体设计的要求，刀具库相关 20 参数如下： 1) 旋转工作盘的直径 D=1200，圆周装夹刀具。 2) 刀座数量： 24 工位（即工作盘转一周的工位数为 24）。 3) 转位时间： ～ 2 秒。 4) 定位精度： 5) 控制方式：主轴凸轮蜗杆控制轮盘和定位销，来完成转位和定位。 6）单只刀具最大重量（含刀柄重量）： 6 公斤 7）最大刀具尺寸： Ф100mm*300mm 8）配置标准刀具的刀座孔号确定： ISO 40 7 刀杯转位驱动负载分析 主要负载形式及影响因素分析 刀杯转位装置驱动负载有：刀杯的的转动惯性力、刀杯的重力、滑轨的摩擦力、滑块的重力等。 刀杯转位驱动力的初步确定 根据设计对换刀速度的要求，初定刀具库转盘旋转速度为每分钟 1 转，则分度凸轮转速为 24r/min。 考虑到总体换 刀时间的要求，初步确定刀杯转位所需时间为 ~1 秒。 21 第三章 刀杯转位机构驱动力计算和零部件校核 1 刀杯转位驱动力计算 刀杯所受的力如下图 1 所示：图中 F1 为滑块作用在刀杯端辊中心的作用力，F2 为刀杯重力， F3 为刀具重力， F4 为摆动中心 O 点的支撑心轴对刀杯的作用力。 图 1 刀杯 结构 受力图 图 1 刀杯受力 分析 简图 F2 、 F3 均为已知量，根据力的平衡原理可以得到以下方程： F4=F1+F2+F3 将所有力对 O 点取矩， 可以求得 F1： F1 F2 F3 F4 L3 L2 L1 O 22 根据上述分析，即可求得 F F4。 不妨设 F2=650N， F3=800N， L1=300mm， L2=750mm， L3=1000mm，代入上式即可求得：  4 1 2 3 11 1 2 2 3 2 3 1F F F F 6 5 0 N 8 0 0 N FF L F L F L L = F 3 0 0 = 6 5 0 7 5 0 + 8 0 0 7 5 0 + 1 0 0 0               （ ） 解得： 14F 365F 920NN  2 主要零件的校核计算 刀杯尾部心轴 7 校核计算 ， 本处可以仅按照刀杯被下压到呈水平位置时的受力进行计算，即按照图 1 求解出的作用力 F1 进行校核计算 ，如图 2 所示，为刀杯心轴的受力分析图。 图 2 刀杯心轴的受力分析图 根据受力分析图，可求得下式： 1 5 65 4 6 3F F +FF +F 0LL  将数据代入上式： 56F + F = 3 6 5F 7 5 0 + F 1 0 0 0 0N    即可解得： F6 F5 F1 L4 L3。