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XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置的设计 目 录摘要1前言.2第1章 绪论.31.1数控机床的知识31.2 数控铣床的分类31.2.1 数控立式铣床31.2.2 数控卧式铣床41.3 数控铣床的结构特征41.3.1 数控铣床的主轴特征51.3.2 控制机床的坐标特征51.4 数控铣床的主要功能及加工对象51.4.1 数控铣床的功能51.4.2 自动换刀装置及其形式51.4.3 自动装置应当满足的基本要求6第2章 总方案的确定62.1 XKA5032A/C数控立式升降台及其主要参数62.1.1 主要结构特点72.1.2 主要规格及技术参数82.2 初定其自动换刀装置的设计参数92.3 确定其自动换刀装置的形式10 第3章 刀库的设计103.1 确定刀库容量113.2 确定刀库形式113.3 刀库结构设计113.4 初估刀库驱动转距及选定电机133.4.1初选电动机与降速传动装置133.4.2初估刀库驱动转距133.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计133.6刀库驱动转矩的校核173.7花键联接的强度计算183.8夹紧机构插销剪切强度的校核183.9确定刀具的选择方式193.10刀库的定位与刀具的松夹20第4章 刀具交换装置的设计204.1确定换刀机械手形式204.2换刀机械手的工作原理224.3机械手的自动换刀过程的动作顺序224.4机械手回转轴4上的齿轮齿条设计234.5自动换刀装置的相关技术要求244.5.1主轴准停装置244.5.2换刀机械手的安装与调试244.6自动换刀程序的编制26第5章 自动换刀装置的控制原理265.1自动换刀装置的液压系统原理图265.2自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程26致谢词27参考文献28摘 要本论文介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置(刀库式)的设计。刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置(换刀机械手)组成。它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置,其整过换刀过程比较复杂。首先把加工过程中需要使用的全部刀具安装在标准的刀柄上,在机床外进行尺寸预调后,按一定的方式装入刀库。换刀时,先在刀库中进行选刀,由机械手从刀库和主轴上取出刀具,然后交换位置,把新刀插入主轴,旧刀放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量,其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。因为XKA5032A/C数控立式升降台铣床外形及其他性能参数等均与THK6363型自动换刀数控镗铣床相似,所以本机床的自动换刀装置的设计将仿效THK6363型自动换刀数控镗铣床换刀装置,设计成采用轴向放置的鼓盘式刀库形式和回转式双臂机械手组成。刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中,使用时按顺序转到取刀位置。用过的刀具放回原来的刀座内,也可以按加工顺序放入下一个刀座内。该法不需要刀具识别装置,驱动控制也比较简单,工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同工序中不能重复使用,为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量,这就降低了刀具和刀库的利用率。此外,装刀时必须十分谨慎,如果刀具不按顺序装在刀库中,将会产生严重的后果。顺序选刀是在加工之前,将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中,顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。可知数控铣床用4把刀就可完成大多数的铣削加工。所以这个容量为6把刀的刀库,几乎不存在加工过程中需要重复利用刀具的情况,所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠,换好时间短,缺点是刀柄精度要求高,结构复杂,联机调整的相关精度要求高,机械手离加工区较近。一般来说,这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直,刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置,因此,在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。关键词:数控铣床;自动换刀装置;刀库;换刀机械手前 言数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件,并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展,数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化,具备完善的自诊断功能;可靠性也大大提高;数控系统本身将普遍实现自动编程。 未来数控机床的类型将更加多样化,多工序集中加工的数控机床品种越来越多;激光加工等技术将应用在切削加工机床上,从而扩大多工序集中的工艺范围;数控机床的自动化程度更加提高,并具有多种监控功能,从而形成一个柔性制造单元,更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。第一章 绪论1.1 数控机床知识数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件,并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展,数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化,具备完善的自诊断功能;可靠性也大大提高;数控系统本身将普遍实现自动编程。 未来数控机床的类型将更加多样化,多工序集中加工的数控机床品种越来越多;激光加工等技术将应用在切削加工机床上,从而扩大多工序集中的工艺范围;数控机床的自动化程度更加提高,并具有多种监控功能,从而形成一个柔性制造单元,更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。1.2数控铣床的分类1.2.1数控立式铣床数控立式铣床是数控铣床中数量最多的一种,应用范围也最为广泛。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降、及主轴不动方式,与普通立式升降台铣床相似;中型数控立式铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式,且主轴沿垂直溜板上下运动;大型数控立式铣床,因要考虑到扩大行程,缩小占地面积及刚性等技术问题,往往采用龙门架移动式,其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动,而龙门架则沿床身作纵向运动。从机床数控系统控制的坐标数量来看,目前3坐标数控立式铣床仍占大多数。一般可进行3坐标联动加工,但也有部分机床只能进行3坐标中的任意二个坐标联动加工。此外,还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立式铣床。一般来说,机床控制的坐标轴越多,特别是要求联动的坐标轴越多,机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但随之而来的是机床的结构更复杂,对数控系统的要求更高,编程的难度更大,设备的价格也更高。数控立式铣床可以附加数控转盘,采用自动交换台,增加靠模装置等来扩大数控立式铣床的功能,加工范围和加工对象,进一步提高生产效率。1.2.2卧式数控铣床与通用卧式铣床相同,其主轴级平行于水平面。为了扩大加工范围和扩大功能,卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工,这样,不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来,而且可以实现在一次安装中,通过转盘改变工位,进行“四面加工”。可以省去许多专用夹具或专用角度成型铣刀。对箱体类零件或需要在一次安装中改变工位的工件来说,选择带数控转盘的卧式铣床进行的。加工是非常合适这类铣床目前正在逐渐增多,它的主轴方向可以更换,能达到在一台机床上既可以进行立式加工,又可以进行卧式加工,其使用范围更广,功能更全,选择加工的对象和余地更大,给用户带来了很多方便,特别是当生产批量小,品种较多,又需要立卧两种方式加工时,用户只需买一台这样的机床就行了。立、卧两用数控铣床的主轴方向的更换有手动与自动两种,采用数控万能主轴头的立、卧两用数控铣床,其主轴头可以任意转换方向,可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。当立、卧两用数控铣床增加数控转盘后,就可以实现对工件的“五面加工”。即出除了工件与转盘贴合的定位面外,其它表面都可以在一次安装中进行加工。因此,其加工性能非常优越。1.3数控铣床的结构特征1.3.1数控铣
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