学生姓名专业机械设计制造及其自动化学生姓名杨定国班组机制学号指导教师徐志慧完成日期年月目录设计总说明绪论.数控机床知识.数控铣床的分类数控立式铣床卧式数控铣床立卧式两用数控铣床.数控铣床的结构特征数控铣床的主轴特征控制机床运动的坐标特征.数控铣床的主要功能及加工对象数控铣床的功能自动换刀装置及其形式自动换刀装置应当满足的基本要求总体方案的确定.数控立式升降台铣床及其主要参数其主要结构特点其主要规格及技术参数.初定其自动换刀装置的设计参数.确定其自动换刀装置的形式刀库的设计.确定刀库容量.确定刀库形式.刀库结构设计.初估刀库驱动转矩及选定电机初选电动机与降速传动装置初估刀库驱动转矩.刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计.刀库驱动转矩的校核.花键联接的强度计算.夹紧机构插销剪切强度的校核.确定刀具的选择方式.刀库的定位与刀具的松夹刀具交换装置的设计.确定换刀机械手形式.换刀机械手的工作原理.机械手的自动换刀过程的动作顺序.机械手回转轴上的齿轮齿条设计.自动换刀装置的相关技术要求主轴准停装置换刀机械手的安装与调试.自动换刀程序的编制自动换刀装置的控制原理.自动换刀装置的液压系统原理图.自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程典型零件的设计.联轴器联轴器的选用联轴器的校核.选择离合器的类型.蜗杆蜗轮传动设计的些相关技术要求.托架的设计鸣谢参考文献设计总说明本论文介绍的是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装置的设计将仿效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。可知数控铣床用把刀就可完成大多数的铣削加工。所以这个容量为把刀的刀库，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。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,.,,.,.,.,.,.绪论.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。.数控铣床的分类数控立式铣床数控立式铣床是数控铣床中数量最多的种，应用范围也最为广泛。小型数控铣床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，目前坐标数控立式铣床仍占大多数。般可进行坐标联动加工，但也有部分机床只能进行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坐标轴中其中个或两个轴作数控摆角运动的坐标和坐标数控立式铣床。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，进步提高生产效率。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加工是非常合适的。立卧式两用数控铣床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，其它表面都可以在次安装中进行加工。因此，其加工性能非常优越。.数控铣床的结构特征数控铣床的主轴特征数控铣床的主轴开启与停止，主轴正反转与主轴变速等都可以按输入介质上编入的程序自动执行。不同的机床其变速功能与范围也不同。有的采用变频机组，固定几种转速，可自选种编入程序，但不能在运转时改变。有的采用变频器调整，将转速分为几档，编程时可任选档，在运转中可通过控制面板上的旋钮，在本档范围内自由调节有的则不分档,编程时可在整个范围内无级调速。但是在实际操作中，调速不能有大起大落的突变，只能在允许的范围内调高或调低，只能在允许的范围内般都设有自动拉退刀装置，能在数秒内完成装刀与卸刀，换刀比较方便。此外，多坐标数控铣床的主轴可以绕或轴作数控摆动，扩大了主轴自身的运动范围，但是主轴结构更加复杂。控制机床运动的坐标特征为了要把工件上各种复杂的形状轮廓连续加工出来，必须控制刀具沿平面上设定的直线圆弧或空间直线圆弧轨迹运动，因此，要求数控铣床的伺服拖动系统能在多坐标方向同时协调动作，并保持预定的相互关系，这就要求机床应能实现多坐标联动。数控铣床要控制的坐标数最少是坐标中任意两坐标联动。要实现连续加工直线变斜角工件，应实现四坐标联动。若要加工曲线变斜角工件，是要求实现五坐标联动。因此，数控铣床所配置的数控系统档次，般都比其它数控机床相应更高些。.数控铣床的主要功能及加工对象数控铣床的功能数控铣床的功能分为般功能和特殊功能。般功能是指各类数控铣床普遍所具有的功能。如点位控制功能刀具半径自动补偿功能镜象加工功能固定循环功能等。特殊功能是指数控铣床在增加了些特殊装置或附件后，分别具有或兼备的些特殊功能。如刀具长度补偿功能靠模加工功能自动变换工作台功能自适应功能数控采集功能等。在使用数控铣床加工工件时，只要充分利用数控铣床的各种功能，就可以加工许多普通铣床难加工的工件。数控铣床的主要加工对象有平面类零件变斜角类零件曲面类立体类零件。自动换刀装置及其形式数控机床为了进步提高生产率，进步压缩非切削时间，现代的机床逐步发展为在台机床上在次装中完成多工序或全部工序的加工。数控机床为了能在工件次装夹中完成多个工步，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差，通常带有自动换刀系统。对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置称为自动换刀装置，自动换刀简称系统由控制系统和换刀装置组成。在数控铣床的基础上，如果再配以刀具和自动换刀系统，就构成加工中心简称。在这类数控机床上，自动换刀装置是必不可少的。例如加工中心机床又称多工序自动换刀数控机床，它主要是指具有自动换刀及自动改变工件加工位置工能的数控机床，具有自动换刀装置是加工中心机床的典型特征，是多工序加工的必要条件。自动换装置的功能，对整机的加工效率有很大的影响。由于普通的数控立式铣床加工的般是中小零件，其大多需要几把刀具加工把刀具以内，故增加自动换刀装置并同时自动变换主轴转