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（优秀毕业全套设计）立式铣床换刀机构设计

直接参与换刀过程，不仅可使刀库配置位置灵活，而且可减少刀库运动的自由度，显著简化刀库和换刀装置的结构。除了在传统换刀装置的基础上提高动作速度外，还出现了些新方法和新结构换刀装置。多主轴换刀这种机床没有传统的刀库和换刀装置，而是采用多个主轴并排固定在主轴架上，般为个。每个主轴由各自的电动机直接驱动，并且每个主轴上都安装了不同的刀具。换刀时不是主轴上的刀具交换，而是安装在夹具上的工件快速从个主轴的加工位置移动到另个装有不同刀具的主轴，实现换刀并立即加工。这个移动时间就是换刀时间，而且非常短。由夹具快速移动完成换刀，这样省去了复杂的换刀机构。奥地利公司生产的这种结刀时间较短。这种方式如果要实现任意换刀，则就随所选刀在刀库的位置不同而存在时间长短不等，最远的刀可能切屑到切屑换刀时间较长。因此，这种方式作为高速自动换刀装置般只能采用顺序选刀的方式。多机械手方式同样，刀库布置在主轴的周围，但采用每把刀有个机械手的方式使换刀几乎没有时间的损失，并可以采用任意选刀的方式。.数控铣床自动换刀装置的总体要求自动换刀装置的分类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回转刀架换刀形式更换主轴头换刀形式带刀库的自动换刀形式对自动换刀装置的要求数控铣床上的自动换刀装置由刀库和刀具交换装置组成，用于交换主轴与刀库中的刀具或工具。其对自动换刀装置有如下具体要求刀库容量适当换刀时间短换刀空间小占地面积小动作可靠使用稳定刀具重复定位精度高刀具识别准确自动换刀装置总体设计.自动换刀装置设计数据由设计任务书，我的任务是给数控立式升降台铣床设计套合适的自动换刀机构，以满足于工厂机械加工的生产需求。主要设计数据如下刀库容量选刀方式顺序选刀重复精度数控立式升降台铣床主要由床身升降台工作台立铣头主传动主变速吊挂拉刀机构冷却系统液压系统自动润滑系统电柜等部分组成。机床本身并不带自动换刀装置。自动换刀装置作为套独立的完整的机床部件，设计依据是根据该机床的型式工艺范围及刀具的种类和数量等。.数控铣床主要技术参数型数控立式升降台铣床使用范围较广泛，根据用户要求，配置国内外华中Ⅰ号先进数控系统，可手动或自动操作，可以实现三轴同时定位直线插补，同时二轴圆弧插补，全域绝对位置检测。每次开机无须回零，简化机床操作。尤其在发生停机断电更换程序等情况后再启动时不用整机回零，可以直接开机，方便操作，也适用于不熟练的操作工繁忙的操作工电力不良等情况。数控立式升降台铣床可对于主程序子程序进行编程，最小单位可选.，具有标准机床坐标系工件坐标系，绝对值增量并用的优点。设计的该铣床各自有组刀具长度半径长度补偿，彩色中文显示，并且具良好人机对话窗口，系统具有存储容量，可进行程序编辑管理，可用接口.软盘进行数据输入输出，这样便于加工程序的管理。此外，它还具有对程序进行模拟加工，刀具轨迹跟踪及动画仿真图形动画显示，记录运行时间及作业信息等优点。实物图如下图。结构参数主传动系统为.交流电动机，通过弹性连轴器驱动主传动箱，主传动箱内设有三组滑移齿轮,液压预选变速机构推动各滑移齿轮,组成了种转速,再传到铣头上的主轴，主传动箱内有电磁制动器,主轴制动迅速平稳。进给系统三个座标的进给，都是由交流伺服电机驱动的。电机通过同步齿形带驱动滚珠丝杠，从而使部件沿导轨移动。伺服电机及其相应的速度控制单元和用于位置检测的脉冲编码器等均受控于数控系统，以完成各种进给运动。同步齿形带可张紧以减少传动间隙，噪声亦可降低。垂向电机是带制动器的，当断电时，垂向刹紧，以防止升降台因自重而下滑。铣头上的立式主轴，有符合国际标准的.锥孔，可安装标准的铣刀或铣夹头。主轴的轴向位置可调整，连同套筒起作轴向伸出。主轴也可以连同铣头主体起，在左右各范围内调整成倾斜位置。铣床刀柄采用标准形式，可以与万能铣床刀柄通用。润滑系统自动润滑站配递进式分油器，对机床导轨副滚珠丝杠副及齿轮副等进行自动的定时定量润滑，它每次加油量和两次间的间隔都是可调的，力求保证每个润滑点的合理油量。机床采用的是吊挂式操纵站和侧挂式电柜，机电体，整体装运，安装方便，集中操纵但又能多位置操作。半自动装卸刀机构,安装在铣头的上方，分别通过两个按钮控制装刀和卸刀，方便而安全，这样既可以使主轴向外伸出，也不会影响刀具装卸。主要规格及技术参数表主要规格及技术参数参数名称单位数量工作台面尺寸长宽工作台纵向行程工作台纵向行程工作台纵向行程主轴孔径主轴端面至工作台面的距离主轴中心线至床身导轨面距离定位精度及重复定位精度主轴端部锥度.立铣头最大回转角度主轴转速级数主轴转速范围续续表工作台进给级数无级纵横向进给范围垂向进给范围纵横向快进速度垂向快进速度主传动电动机功率.主传动电动机转速工作台最大承载重量主轴最大扭矩•机床外形尺寸长宽高机床重量该机床推荐使用的最大切削范围如下铣切钢钢的含碳量.，抗拉强度。铣刀直径，齿数铣切宽度，铣切深度主轴转速，进给量。铣切灰铸铁材料，硬度。铣刀直径，齿数铣切宽度，铣切深度.主轴转速.，进给量.确定数控铣床加工工况在进行铣削轮廓时，为了保证次连续地加工出全部表面，应选用半径小于工件最小轮廓半径的刀具，但是在实际的生产加工中，由于大直径铣刀刚性好，耐用度高的优点，通常会选用大直径铣刀来提高生产率。由数控立式升降台铣床推荐使用的最大切削范围可知，当铣削钢质零件时，铣刀最大的直径为。当铣削灰铸铁时，铣刀直径可达。因此，为了满足该机床的实际加工能力与生产情况，般在设计其自动换刀装置时，应该根据最大的刀具直径来设计，即设计的换刀装置能交换的刀具。依上分析，初估最大直径刀具的重量为。.确定自动换刀装置的方式数控铣床的换刀方式般有两种机械手换刀和主轴换刀。机械手换刀数控铣床般普遍采用的形式由刀库选刀，再由机械手完成换刀动作，根据机床结构不同，因此机械手的形式及动作均不样。主轴换刀通过刀库和主轴箱的配合动作来完成换刀，适用于刀库中刀具位置与主轴上刀具位置致的情况。般是采用把盘式刀库设置在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库能移动到主轴箱可以到达的位置。在换刀的时候，主轴运动到刀库上的换刀位置，由主轴直接取走或放回刀具，在此过程的设计多用于采用号以下刀柄的中小型数控铣床。由于数控立式升降台铣床是种使用范围较广的机床，且其可加工零件的精度要求也较高，比较上节介绍的几种换刀形式之后，决定选用带刀库的自动换刀形式。数控立式升降台铣床主轴箱上方没有好的安装位置，而安装在机床外会增加刀具运输时间，降低效率，所以安装在机床侧面最合适。在部件交错的地方，要作适当的调整。因为数控立式升降台铣床外形及其他性能参数等均与型自动换刀数控镗铣床相似，所以本机床的自动换刀机构的设计将仿效型自动换刀数控镗铣床换刀装置，设计成由盘式刀库和回转式双臂机械手组成。设计增加自动换刀装置后的数控立式升降台铣床的外观图如图.所示。自动换刀控制原理.自动换刀机构液压系统的设计液压的特点液压传动可以输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位运动，这是其它传动方式所不能比的突出优点。液压传动能很方便地实现无级调速，调速范围大，且可在系统运行过程中调速。在相同功率条件下，液压传动装置体积小重量轻结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接或者采用集成式连接，其布局安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统。液压传动能使执行元件的运动十分均匀稳定，也可使运动部件换向时无换向冲击。而且由于其反应速度快，故可实现频繁换向。操作简单，调整控制方便，易于实现自动化。特别是和机电联合使用时，能方便地实现复杂的自动工作循环。液压系统便于实现过载保护，使用安全可靠。由于各液压元件中的运动件均在油液中工作，都能自行润滑，故元件的使用寿命长。液压元件易于实现系列化标准化和通用化，便于设计制造维修和推广使用。自动换刀机构液压系统原理图由以上分析可以初步拟定系统的液压原理图如图.所示。图.自动换刀机构的液压控制系统原理图图.液压原理图.自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程在自动换刀装置的整个换刀过程中，换刀动作的控制由刀库控制部分换刀机械手控制部分以及主轴箱控制部分三部分组成，它们组成是个互相联系的系统。其动作过程下面简要说明。刀库控制部分该换刀机构在加工工件的同时，下个工序所需要的刀具可随刀库转到相应位置等候，这样可以减少换刀时间，提高生产效率。刀库自动换刀时，由个位通电磁阀控制，当在右位接通时，换刀松开，当在左位接通时，则实现换刀锁紧动作。机械手控制部分机械手自动换刀时，换新刀前，先进行拔刀动作，然后是的回转动作，接着是插刀动作，最后是机械手退出换刀位置，这就是整个换刀过程。在此过程中机械手拔刀和插刀动作是由个位通电磁阀控制，当在右位接通时，进行插刀，当在左位接通时，实现拔刀动作机械手的换刀锁紧和换刀松开由位通的电磁阀来控制，当在右位接通时，实现换刀松开动作，当在左位接通时，则实现换刀锁紧动作。机械手回转是由回转液压缸来完成，它是由个位通的电磁阀来控制主轴箱控制部分主轴准停后，主轴箱内的刀具自动卡紧机构实现松开与锁刀工能，松刀和锁刀动作是由个位通电磁阀控制，当在右位接通时，实现松刀动作，而当在右位接通时，从而实现锁刀动作。刀库结构设计刀库是带刀库自动换刀机构的主要部件之，其容量形式布局及具体结构对数控机床的性能都有很大影响。.刀库类型自动换刀装置的刀库般有盘式链式及鼓轮式刀库几种。盘式刀库刀具呈环行排列，空间利用率低，容量不大但结构简单，如图所示。链式刀库目前生产中应用较为广泛。其优点有结构紧凑，容量大，链环的形状也可随机床布局制成各种形式而灵活多变，还可将换刀位突出以便于换刀，具体如图所示。鼓轮式或格子式刀库占地小，结构紧凑，容量大，但选刀取刀动作复杂，如图所示。.刀具识别数控铣床的刀库中有多把刀具，如何从刀库中调出所需要的刀具，就必须对刀具进行识别，刀具识别的方法有两种。刀座编码在刀库的刀座上编有号码，在装刀之前，首先对刀库进行重整设定，设定完成后，就变成了刀具号和刀座号致的情况，此时号刀座对应的就是号刀具，经过换刀之后，号刀具并不定放到号刀座中刀库采用就近放刀原则，此时数控系统自动记忆号刀具放到了几号刀座中，数控系统通常采用循环记忆方式。刀柄编码在刀柄上编有号码，将刀具号首先与刀柄号对应起来，把刀具装在刀柄上，再装入刀库，在刀库上有刀柄感应器，当需要的刀具从刀库中转到装有感应器位置时，被感应到后，从刀库中调出来交换到主轴上。.刀库容量的设计决定刀库容量时，首先要考虑加工工艺的需要，同时还要调查分析同类型相近规格的自动换刀机床的刀库容量及其发展趋势。由于带自动换刀装置的数控机床主要都是在多品种单件小批生产时使用，因而应根据广泛的工艺统计，依大多数工件加工时需要的刀具数来确定刀库容量。例如，对功能较为齐全的加工中心而言，它可承担多个工件的切削任务，因而要配备刀具的种类和规格较多。通常，配备的刀具越多，机床能加工工件的比率也越高，但它们并不是成正比例关系。图.为刀库容量与机床能加工工件的比率统计曲线。由于刀库储存量过大，导致刀库的结构庞大而复杂,影响机床总体布局。而储存量过小，又不能满足复杂零件的加工要求。因此，刀库容量应在经济合理的条件下，力图将组类似的零件所需的全部刀具装入刀库，以缩短每次装刀所需的装调时间。对自动换刀数控机床的刀库容量，有关资料曾经对个零件进行分组统计，指出不同工序加工时必须的刀具数不同，如图所示。由图可知，把铣刀可完成加工工件的左右的铣削工艺，把孔加工刀具可完成的钻削工艺，把刀的容量就可完成以上工件的钻铣工艺，配有把刀具的刀库就能够满足工件的加工需要