【毕业设计】卧式加工中心自动换刀装置毕业设计说明书

更为明确的说法是加工中心就是自动换刀数控镗铣床。

现代加工中心的内容包括它是在数控镗床或数控铣床的基础上增加自动换刀装置，可使工件在次装卡中，能够自动更换刀具，自动完成工件上的铣削钻孔镗孔铰孔攻丝等工序的数控机床。

加工中心上如果带有自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱，可使工件在次装卡中，自动完成多个平面和多个角度位置的多工序加工。

加工中心上如果带有交换工作台，工件在工作位置的工作台上进行加工的同时，另外的工件在装卸为止的工作台上进行装卸，不影响加工的进行。

加工中心的优点加工中心的优点很多，主要有以下几点提高加工质量工件次装夹，即可实现多工序集中加工，大大减少多次装夹所带来的误差。

而且，由于是数控加工，较少依赖操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。

缩短加工准备时间减少在制品④减少刀具费用最少的直接劳务费最少的间接劳务费设备利用率高加工中心设备利用率为通用机床的几倍。

另外，由于工序集中，容易适应多品种中小批量生产。

加工中心的发展动向总的来说，加工中心是向高速化进步提高精度和愈发完善的方向发展。

高速化加工中心的高速化，是指主轴转速进给速度自动换刀和自动交换工作台的高速化。

进步提高精度加工中心的主要精度指标是它的运动精度指标。

而运动精度主要以坐标定位精度重复定位精度以及铣圆精度来表示。

自动换刀装置的简介自动交换刀具的由来自动交换刀具系统简称系统是由刀库机械手及相应的控制系统组成。

具有钻镗铣功能的数控铣床，般刀具都安装在机床的主轴上，工件安装于工作台上。

为了使工序能够高度集中，尽量节省辅助时间，于是在数控铣床上增加自动交换刀具系统含刀库机械手及其控制便形成了加工中心。

初期曾采用转塔头式的换刀方式，它的电动机变速箱转塔头做成体，结构紧凑但变速箱工作时的振动和热量都直接传到转塔上来，而且每把刀都需要个主轴所以它的刀具数量尺寸结构都受到很多限制。

采用单独存储刀具的刀库，刀具数量可以增多，以满足加工复杂零件的需要，这时的加工中心只需个夹持刀具进行切削的主轴，所以制造难度也比转塔刀架低。

自动换刀的形式无机械手的换刀方式小型加工中心有采用无机械手换刀的方式，如图。

它的刀库在立柱的正前方上部，刀库中刀具的存放方向与主轴方向致。

换刀时主轴箱带着主轴在立柱导轨上上升至换刀位置，主轴上的刀具正好进入刀库的个刀具存放位置，随即主轴内夹刀机构松开，主轴刀库顺着主轴方向向前移动，从主轴中拔出刀具，然后刀库回转，将下步所需的刀具转到与主轴对齐的位置刀库退回，将新刀具插入主轴中刀具随即被夹紧，主轴箱下移，开始新的加工。

这种自动换刀系统，刀库整体前后移动不仅刀具数量少，而且刀具尺寸也较小。

这种刀库旋转是在工步之间进行的，即旋转所需的辅助时间与加工时间不重合。

机械手的换刀方式这是加工中心普遍采用的种方式。

它的种类很多，可分为单臂单手式机械手回转式单臂双手机械手双手式机械手多手式机械手四类。

单臂单手式机械手包括机械手只作往复直线运动的机械手和只作往复摆动的机械手。

前者用于刀具主轴与刀库刀座的轴线平行的场合。

它的特点是机械手的插拔刀运动和传递刀具的运动都是直线运动，因而无回转运动所产生的离心力，所以机械手的握刀部分可以比较简单，只需两个弹簧卡销卡住刀柄。

而后者，如果是机械手摆动轴线与刀具主轴平行，它主要用于刀库换刀位置的刀座的轴线与主轴轴线相平行的场合。

如果是机械手摆动轴线与刀具主轴垂直，它用于刀库换刀位置的刀座和轴线相垂直的场合。

总之，这种单臂单手式机械手结构简单。

在转塔头带刀库的换刀系统中，不与主轴的换刀时间重合，故可用这类机械手。

它也可在刀库与主轴头上的换刀机械手之间传递刀具。

但是，这类机械手换刀动作均需顺序进行，时间不能重合，从而换刀时间较长。

图无机械手的换刀顺序回转式单臂双手式机械手包括两手部成0゜和两手部不成0゜两种。

两手部成0゜的又可分为固定式双手可伸缩式双手和剪式双手三类。

这类机械手可以同时抓住和拔插位于主轴和刀库里的刀具，与单臂单手式机械手相比，可以缩短换刀时间。

双手式机械手可分为机械化只作往复直线运动的机械手和有回转运动的机械手两大类。

前者包括双手平行式和双手交叉式，这种机械手适用于容量较大的距主轴较远的，特别是分置式的刀库的换刀。

机械手有回转运动的，在主轴处换刀时转角为0゜，可用于刀库距主轴较远者在主轴处换刀时转角为0゜，适用于刀库距主轴较近者在主轴处换刀时转角，适用于刀库距主轴较近者。

④多手式机械手使用较少。

它是由机械手把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具反送到刀库上。

刀库的功能和形式刀库的功能是储存加工工序所需的各种刀具，并且按程序指令，把即将要用的刀具正确地送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。

设计刀库时，应考虑下列因素存刀数刀具最大直径刀具最大长度④刀具最大重量刀库安置空间刀具最大运动线速度刀库工作的可靠性即不能掉刀，各刀具能准确停在换刀位置上。

刀库种类很多，图所示仅仅是其中典型的几种。

结构形式分类转塔式刀库如图所示，用于小型加工中心。

转塔转位方式有二其为借助机械方式转位，此种方式的选刀，均为顺序选择刀具其二为由伺服电机驱动转位，此种刀库可总确定轴上圆角与倒角尺寸取轴端的倒角尺寸为度，各轴肩的圆角尺寸为对于轴的校核，我就不做说明了。

轴的工作图如下图轴的结构图主轴的自动夹紧机构以及主轴准停装置的设计主轴结构主轴的前支承配置了三个高精度的角接触球轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷，前两个轴承大口朝下，后面个轴承大口朝上。

前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母来调整。

后支承为对小口相对配置的角接触球轴承，它们只承受径向载荷，因此轴承外圈不需要定位。

该主轴选择的轴承类型和配置形式，能满足主轴高转速和承受较大轴向在乎的要求，主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度。

刀具的自动夹紧机构主轴内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。

它主要由拉杆拉杆端部的四个钢球蝶形弹簧活塞液压缸等组成。

机床执行换刀指令，机械手要从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。

这时液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的糟内刀柄尾部的拉钉拉紧刀具用被松开，机械手即可拔刀。

之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。

当机械手将下把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧和弹簧的恢复力作用下，使拉杆钢球和活塞退回到图示的位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，使刀具被夹紧。

主轴准停装置机床的切削扭矩由主轴上的端面键来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须保证刀柄上的键糟对准主轴的端面键，这就要求主轴具有准确定位的功能。

为满足主轴这功能而设计的正好子称为主轴准停装置或称为主轴定向装置。

本机床采用的是电气式主轴准停装置，即用磁力传感器检测定向。

如图所示，主轴的尾部安装有发磁体，它随主轴转动，在距发磁体外缘处，固定了个磁传感器，它经过放大器与主轴伺服单元连接。

主轴定向的指令发出后，主轴便处于定向状态，当发磁体的上判别孔转到对准磁传感器上的基准糟时，主轴立即停止。

图主轴准停装置的原理图图中为电动机与主轴之间的同步齿形带，为主轴电动机，为强电时序电路，为主轴端面键，是位置控制回路，是定向电路。

换刀装置的液压机构分析液压分析如图所示，液压缸是实现机械手的正反转运动，液压缸是实现机械手正反转运动，液压缸是实现机械手拔刀插刀运动，液压缸是实现主轴的夹紧松开动作。

这里活塞杆活动，液压缸固定。

当行程开关发出抓刀信号后，机械手要顺时针转动，这时，电磁铁接通，其余电磁铁处于断开状态，油从泵出发，经过单向阀，受溢流阀调压后，经调速阀调速，由三位四通阀传到液压缸的上腔，推动活塞杆下移，油从下腔流回油缸，实现了机械手正转的动作。

当机械手顺时针转过5゜后，行程开关发出信号，刀柄尾部的拉钉要松开刀具，这时电磁铁接通，电磁铁断开，其余的仍处于断开状态。

油从泵出发，经过单向阀，受溢流阀调压后，经调速阀传到液压缸的上腔，推动活塞杆下移，油从下腔流回油缸，实现了主轴的松开动作。

当主轴松开刀具后，行程开关发出信号，这时电磁铁接通，电磁铁断开，其余的处于断开状态。

油从泵出发，经过单向阀，受溢流阀调压后，经调速阀传到液压缸的上腔，推动活塞杆下移，油从下腔流回油缸，这个动作使得机械手实现拔刀动作。

当机械手拔出刀后，行程开关发出信号，机械手要带着刀具转过，这时电磁铁接通，电磁铁断开，其余的处于断开状态。

油从泵出发，经过单向阀，受溢流阀调压后，经调速阀传到液压缸的上腔，推动活塞杆下移，油从下腔流回油缸，这样就实现了机械正转的动作。

当机械手转过0゜后，行程开关发出信号，机械手要进行插刀动作，这时电磁铁接通，电磁铁断开，其余的处于断开状态。

油从泵出发，经过单向阀，受溢流阀调压后，经调速阀传到液压缸的下腔，推动活塞杆上移，油从上腔流回油缸，这时完成了机械手的插刀动作。

当插刀动作完成后，行程开关发出信号，刀柄底部的拉钉要夹紧换好的刀具。

这时电磁铁接通，电磁铁断开，其余的处于断开状态。

油从泵出发，经过单向阀，受溢流阀调压后，经调速阀传到液压缸的下腔，推动活塞杆上移，油从上腔流回油缸，这样就实现了主轴的夹紧动作。

主轴夹紧刀具，位置开关发出信号，这时电磁铁接通，电磁铁断开，其余的处于断开状态。

油从泵出发，经过单向阀，受溢流阀调压后，经调速阀传到液压缸的下腔，推动活塞杆上移，油从上腔流回油缸，此时机械手完成了转0゜的动作。

机械手转过0゜后，位置开关发出信号，这时电磁铁接通，电磁铁断开，其余的处于断开状态。

油从泵出发，经过单向阀，受溢流阀调压后，经调速阀传到液压缸的下腔，推动活塞杆上移，油从上腔流回油缸，机械手反转5゜，回到原位。

这样就完成了整个液压控制过程。

图液压系统图换刀动作顺序表表为换刀动作顺序表，为电磁铁，为行程开关。

表示电磁铁接通或压下行程开关。

空格表示电磁铁断开或未压下行程开关。

表刀套下转机械手转顺时针刀具松开机械手拔刀交换刀具位置机械手插刀刀具夹紧机械手转机械手反转控制分析实质上是种工业控制用的专用计算机，它是由硬件系统和软件系统组成的。

硬件系统由主机扩展机及外部设备组成，主机和扩展机内部由运算器控制器存储器输入单元输出单元以及接口等组成。

软件系统包括系统程序用户程序组成。

根据第三章的换刀动作分析和液压系统分析，得到自动换刀装置的端口图如所示。

左边部分为输入信号，右边为输出信号。

刀库行程开关机械手行程开关机械手行程开关刀库行程开关机械手行程开关主轴发磁体机械手行程开关机械手行程开关机械手行程开关主轴发磁体主轴停转信号换刀信号机械手液压缸右行电磁阀刀库气缸下行电磁阀主轴电机刀库断电开关刀库汽缸上行电磁阀机械手液压缸左行电磁阀主轴液压缸下行电磁阀机械手液压缸下行电磁阀机械手液压缸左行电磁阀主轴液压缸上行电磁阀机械手液压缸上行电磁阀机械手液压缸右行电磁阀图端口连接图由端口图及换刀动作可编制梯形图如