斗笠式刀庫換刀裝置設(shè)計(jì)中心

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1、單位代碼 學(xué)　　號(hào) 分 類 號(hào) 密 級(jí) 畢業(yè)論文 斗笠式刀庫換刀裝置設(shè)計(jì)中心 院（系）名稱 工學(xué)院機(jī)械系 專業(yè)名稱 數(shù)控技術(shù) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2011 年 4月 8日 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文開題報(bào)告表 課題名稱 斗笠式刀庫換刀裝置設(shè)計(jì)中心 課題來源 教師擬訂 課題類型 DY 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù) 學(xué)

2、 號(hào) 一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備 本課題是理論研究類的題型，在做本課題時(shí)，已查閱了數(shù)控車床說明書等資料。 二、論文要求 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)，是提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)來處理實(shí)際問題的能力，是培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是對(duì)大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)總結(jié)與運(yùn)用。因此，本環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中有著特別重要的意義。本課題在此基礎(chǔ)上擬定而成的。 本課題要求寫出斗笠式換刀裝置設(shè)計(jì)中心進(jìn)行了詳細(xì)闡述。 三、論文的思路與預(yù)期成果 1、論文的思路 根據(jù)任務(wù)書中的要求寫篇關(guān)于斗笠式換刀裝置設(shè)計(jì)中心的論文。 （1）斗笠式換刀裝置設(shè)計(jì)中心的封面 （2）斗笠式換刀裝置設(shè)計(jì)中心的摘

3、要及目錄 （3）斗笠式換刀裝置設(shè)計(jì)中心的正文 2、預(yù)期的成果論文應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)： （1）封面一份。 （2）摘要及目錄一份。 （3）正文一份，字?jǐn)?shù)不少于五千字 四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排 1-4 周 完成開題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)摘要 5-6 周 完成正文 五、完成論文所具備的條件因素 本人已修完機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖等課程，借助圖書館的相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源。 指導(dǎo)教師簽名： 日期：

4、 課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供 課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告 （2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題 要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。 斗笠式刀庫換刀裝置設(shè)計(jì)中心 摘 要 90年代以來，數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及及發(fā)展，高速加工中心作為新時(shí)代數(shù)控機(jī)床的代表，已在機(jī)床領(lǐng)域廣泛使用。自動(dòng)換刀刀庫的發(fā)展儼然已超越其為數(shù)控加工中心配套的角色，在其特有的技術(shù)

5、領(lǐng)域中發(fā)展出符合機(jī)床高精度、高效率、高可靠度及多任務(wù)復(fù)合等概念的獨(dú)特產(chǎn)品。刀庫作為加工中心最重要的部分之一，它的發(fā)展也直接決定了加工中心的發(fā)展。 斗笠式刀庫一般只能存16~24把刀具，斗笠式刀庫在換刀時(shí)整個(gè)刀庫向主軸移動(dòng)。當(dāng)主軸上的刀具進(jìn)入刀庫的卡槽時(shí)，主軸向上移動(dòng)脫離刀具，這時(shí)刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)要換的刀具對(duì)正主軸正下方時(shí)主軸下移，使刀具進(jìn)入主軸錐孔內(nèi)，夾緊刀具后，刀庫退回原來的位置。 關(guān)鍵詞：數(shù)控加工中心，斗笠式刀庫 Rain hat type knife knife device design center library change

6、Author :XXX Tutor :XX ABSTRACT Since the 1990s, CNC machining technology made the rapid and universal development, as a new era of the representatives of NC machine tools, High-speed processing center has been widely used in the field of machine tools. The development of automatic Tool Change,s

7、 tool house in recent years seems to have gone beyond the NC Center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-precision machine tools, high efficiency and reliability, and more complex tasks, such as the concept of unique products . The tool house as

8、 a processing center one of the most important part, it has a direct bearing on the development of the processing center's development. Rain hat type knife library normally only save 16 to 24 knife sword rain hat type, change cutters in the library in the sword to the spindle mobile library. Rain h

9、at type knife library normally only save 16 to 24 knife sword rain hat type, change cutters in the library in the sword to the spindle mobile when spindle library on the library card slot cutter into the knife, spindle, when moving upwards from cutter knife library rotation. When to change tool to a

10、lign the spindle, when spindle moves directly into the spindle cone hole cutter, clamping tool, return the original position knife library. Keywords: CNC processing center, rain hat type knife library 目 錄 1 引言 1 1.1數(shù)控加工中心概述 1 1.2 數(shù)控加工中心的分類 2 1.2.1 按照機(jī)床形態(tài)分類 2 1.2.2按換刀形

11、式分類 3 1.2.3按數(shù)控系統(tǒng)功能分類 3 1.2.4按工作臺(tái)的數(shù)量和功能分類 3 1.2.5按加工精度分類 3 1.3 加工中心的主要加工對(duì)象 4 1.3.1箱體類零件 4 1.3.2復(fù)雜曲面 4 1.3.3異形件 5 1.3.4盤、套、板類零件 5 1.3.5特殊加工 5 1.4加工中心的特點(diǎn) 5 1.4.1工序集中 5 1.4.2對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng) 6 1.4.3加工精度高 6 1.4.4加工生產(chǎn)率高 6 1.4.5操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度減輕 6 1.4.6經(jīng)濟(jì)效益高 6 1.4.7有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 7 1.5換刀裝置的形式 7 2 斗笠式刀庫

12、 2.1 刀庫主要參數(shù) 7 2.2主軸的定位精度 7 2.3機(jī)的初選 8 2.4定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 9 2.5定各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率 9 2.6動(dòng)機(jī)的校核 12 2.7輪傳動(dòng)的計(jì)算 13 3 斗笠式刀庫的換刀 17 3.1刀庫動(dòng)作簡(jiǎn)介 17 3.2Z軸的定位精度 18 3.3PLC與NC程序的配合 18 致謝 19 參考文獻(xiàn) 20 1 引 言 1.1數(shù)控加工中心概述 數(shù)字控制是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信

13、號(hào)進(jìn)行控制的一種方法[1]。采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床[2]。加工中心（Machining Center,簡(jiǎn)稱MC）是一種備有刀庫并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。它是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求而發(fā)展起來的，它綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)在控制理論、測(cè)量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和應(yīng)用編程技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品，將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能聚集在一臺(tái)加工設(shè)備上，且增設(shè)有自動(dòng)換刀裝置和刀庫，可以在一次安裝工件后，數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助功能；

14、依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工[3]。 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運(yùn)用，加工中心的功能日趨完善，這些功能包括：刀具壽命的監(jiān)視功能，刀具磨損和損傷的監(jiān)視功能，切削狀態(tài)的監(jiān)視功能，切削異常的監(jiān)視、報(bào)警和自動(dòng)停機(jī)功能，自動(dòng)檢測(cè)和自我診斷功能及自適應(yīng)控制功能等[4]。加工中心還與載有隨行夾具的自動(dòng)托板進(jìn)行有機(jī)連接，并能進(jìn)行切屑自動(dòng)處理，使得加工中心成為柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)合自動(dòng)化工廠的關(guān)鍵設(shè)備和基本單元。 1.2 數(shù)控加工中心的分類 1.2.1 按照機(jī)床形態(tài)分類 （1）臥式加工中心 指主軸軸線為水平狀態(tài)設(shè)置的加工中

15、心。臥式加工中心一般具有3-5個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)。常見的有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)(沿X、Y、Z軸方向)加一個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)(工作臺(tái))，它能夠使工件一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余四個(gè)面的加工。臥式加工中心較立式加工中心應(yīng)用范圍廣，適宜復(fù)雜的箱體類零件、泵體、閥體等零件的加工。但臥式加工中心占地面積大，重量大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。 （2）立式加工中心 指主軸軸心線為垂直狀態(tài)設(shè)置的加工中心。立式加工中心一般具有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，工作臺(tái)具有分度和旋轉(zhuǎn)功能，可在工作臺(tái)上安裝—個(gè)水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)用以加工螺旋線零件。立式加工中心多用于加工筒單箱體、箱蓋、板類零件和平面凸輪的加工。立式加工中心具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小

16、、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。 （3）龍門加工中心 與龍門銑床類似，適應(yīng)于大型或形狀復(fù)雜的工件加工。 （4）萬能加工中心 萬能加工中心也稱五面加工中心小工件裝夾能完成除安裝面外的所有面的加工；具有立式和臥式加工中心的功能。常見的萬能加工中心有兩種形式：一種是主軸可以旋轉(zhuǎn)900既可象立式加工中心一樣，也可象臥式加工中心一樣；另一種是主軸不改變方向，而工作臺(tái)帶著工件旋轉(zhuǎn)900完成對(duì)工件五個(gè)面的加工。在萬能加工中心安裝工件避免了由于二次裝夾帶來的安裝誤差，所以效率和精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)也高。 1.2.2按換刀形式分類 （1）帶刀庫機(jī)械手的加工中心 加工中心換刀裝置由刀庫、機(jī)械手級(jí)組成，換刀動(dòng)

17、作由機(jī)械手完成。 （2）機(jī)械手的加工中心 這種加工中心的換刀通過刀庫和主軸箱配合動(dòng)作來完成換刀過程。 （3）轉(zhuǎn)塔刀庫式加工中心 一般應(yīng)用于小型加工中心，主要以加工孔為主。 加工中心常按主軸在空間所處的狀態(tài)分為立式加工中心和臥式加工中心，加工中心的主軸在空間處于垂直狀態(tài)的稱為立式加工中心，主軸在空間處于水平狀態(tài)的稱為臥式加工中心。主軸可作垂直和水平轉(zhuǎn)換的，稱為立臥式加工中心或五面加工中心，也稱復(fù)合加工中心。按加工中心立柱的數(shù)量分；有單柱式和雙柱式（龍門式） 。 1.2.3按數(shù)控系統(tǒng)功能分類 加工中心根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)控制功能的不同分：有三軸二聯(lián)動(dòng)、三軸三聯(lián)動(dòng)、四軸三聯(lián)動(dòng)、五軸四聯(lián)動(dòng)、六軸

18、五聯(lián)動(dòng)等。三軸、四軸是指加工中心具有的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)，聯(lián)動(dòng)是指控制系統(tǒng)可以同時(shí)控制運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)工件的位置和速度控制[5]。 1.2.4按工作臺(tái)的數(shù)量和功能分類 有單工作臺(tái)加工中心、雙工作臺(tái)加工中心，和多工作臺(tái)加工中心。 1.2.5按加工精度分類 （1）普通加工中心 普通加工中心，分辨率為1μm，最大進(jìn)給速度15～25m/min，定位精度l0 μm左右。 （2）高精度加工中心 高精度加工中心，分辨率為0.1μm，最大進(jìn)給速度為15～100m/min，定位精度為2μm左右。介于2～l0 μm之間的，以±5 μm較多，可稱精密級(jí)。 1.3 加工中心的主要加工對(duì)象 加工

19、中心適宜于加工復(fù)雜、工序多、要求較高、需用多種類型的普通機(jī)床和眾多刀具夾具，且經(jīng)多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件。其加工的主要對(duì)象有箱體類零件、復(fù)雜曲面、異形件、盤套板類零件和特殊加工等五類。 1.3.1箱體類零件 箱體類零件一般是指具有一個(gè)以上孔系，內(nèi)部有型腔，在長(zhǎng)、寬、高方向有一定比例的零件。這類零件在機(jī)床、汽車、飛機(jī)制造等行業(yè)用的較多[6]。箱體類零件一般都需要進(jìn)行多工位孔系及平面加工，公差要求較高，特別是形位公差要求較為嚴(yán)格，通常要經(jīng)過銑、鉆、擴(kuò)、鏜、鉸、锪，攻絲等工序，需要刀具較多，在普通機(jī)床上加工難度大，工裝套數(shù)多，費(fèi)用高，加工周期長(zhǎng)，需多次裝夾、找正，手工測(cè)量次數(shù)多，加工時(shí)

20、必須頻繁地更換刀具，工藝難以制定，更重要的是精度難以保證。 加工箱體類零件的加工中心，當(dāng)加工工位較多，需工作臺(tái)多次旋轉(zhuǎn)角度才能完成的零件，一般選臥式鏜銑類加工中心。當(dāng)加工的工位較少，且跨距不大時(shí)，可選立式加工中心，從一端進(jìn)行加工。 1.3.2復(fù)雜曲面 復(fù)雜曲面在機(jī)械制造業(yè)，特別是航天航空工業(yè)中占有特殊重要的地位。復(fù)雜曲面采用普通機(jī)加工方法是難以甚至無法完成的。在我國，傳統(tǒng)的方法是采用精密鑄造，可想而知其精度是低的。復(fù)雜曲面類零件如：各種葉輪，導(dǎo)風(fēng)輪，球面，各種曲面成形模具，螺旋槳以及水下航行器的推進(jìn)器，以及一些其它形狀的自由曲面。這類零件均可用加工中心進(jìn)行加工。銑刀作包絡(luò)面來逼近球面。復(fù)

21、雜曲面用加工中心加工時(shí)，編程工作量較大，大多數(shù)要有自動(dòng)編程技術(shù)。 1.3.3異形件 異形件是外形不規(guī)則的零件，大都需要點(diǎn)、線、面多工位混合加工。異形件的剛性一般較差，夾壓變形難以控制，加工精度也難以保證，甚至某些零件的有的加工部位用普通機(jī)床難以完成[7]。用加工中心加工時(shí)應(yīng)采用合理的工藝措施，一次或二次裝夾，利用加工中心多工位點(diǎn)、線、面混合加工的特點(diǎn)，完成多道工序或全部的工序內(nèi)容。 1.3.4盤、套、板類零件 帶有鍵槽，或徑向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盤套或軸類零件，如帶法蘭的軸套，帶鍵槽或方頭的軸類零件等，還有具有較多孔加工的板類零件，如各種電機(jī)蓋等。端面有分布孔系、曲面的盤類零

22、件宜選擇立式加工中心，有徑向孔的可選臥式加工中心。 1.3.5特殊加工 在熟練掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工裝和專用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工藝工作，如在金屬表面上刻字、刻線、刻圖案；在加工中心的主軸上裝上高頻電火花電源，可對(duì)金屬表面進(jìn)行線掃描表面淬火；用加工中心裝上高速磨頭，可實(shí)現(xiàn)小模數(shù)漸開線圓錐齒輪磨削及各種曲線、曲面的磨削等。 1.4加工中心的特點(diǎn) 加工中心（Machining?Center）是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個(gè)國家設(shè)計(jì)、制造的水平，因此在國內(nèi)外企業(yè)界都受到高度重視[8]。如今，加工中心已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向，加工廣泛

23、應(yīng)用于機(jī)械制造中。與普通數(shù)控機(jī)床相比，它具有以下幾個(gè)突出特點(diǎn)： 1.4.1工序集中 加工中心備有刀庫并能自動(dòng)更換刀具，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工，使得工件在一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及其他輔助功能，現(xiàn)代加工中心更大程度地使工件在一次裝夾后實(shí)現(xiàn)多表面、多特征、多工位的連續(xù)、高效、高精度加?工，即工序集中，這是加工中心最突出的特點(diǎn)。 1.4.2對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng) 加工中心生產(chǎn)的柔性不僅體現(xiàn)在對(duì)特殊要求的快速反應(yīng)上．而且可以快速實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 1.4.3加工精度高 加工中心同其他數(shù)控機(jī)

24、床一樣具有加工精度高的特點(diǎn)，而且加工中心由于加工工序集中，避免了長(zhǎng)工藝流程，減少了人為千擾，故加工精度更高，加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。 1.4.4加工生產(chǎn)率高 零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間兩部分。加工中心帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置，在一臺(tái)機(jī)床上能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測(cè)量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間，減少工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率（切削時(shí)間和開動(dòng)時(shí)間之比）高于普通機(jī)床3～4倍，達(dá)80％以上。 1.4.5操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度減輕 加工中心對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的，操作者除了操作鍵盤、裝卸零件、進(jìn)行關(guān)鍵工序的中間測(cè)量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行之外，不需要

25、進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度和緊張程度均可大為減輕，勞動(dòng)條件也得到很大的改善。 1.4.6經(jīng)濟(jì)效益高 使用加工中心加工零件時(shí)，分?jǐn)傇诿總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)用是較昂貴的，但在單件、小批生產(chǎn)的情況下，可以節(jié)省許多其他方面的費(fèi)用，因此能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。例如，在加工之前節(jié)省了劃線工時(shí)，在零件安裝到機(jī)床上之后可以減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時(shí)間，減少了直接生產(chǎn)費(fèi)用。另外，由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸輪、鉆模板及其他工夾具，省去了許多工藝裝備，減少了硬件投資．還由于加工中心的加工穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。 1.4.7有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 用加工中心加工零件，能夠準(zhǔn)確地計(jì)

26、算零件的加工工時(shí)，并有效地簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)和工夾具、半成品的管理工作。這些特點(diǎn)有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。當(dāng)前有許多大型CAD/CAM集成軟件已經(jīng)開發(fā)了生產(chǎn)管理模塊，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理。 1.5換刀裝置的形式 換刀裝置的形式有回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸換刀、更換主軸箱換刀、帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。 2斗笠式刀庫 2.1 刀庫主要參數(shù) 載刀量：20把 主軸鼻端：刀具形式BT40 換刀時(shí)間：最大換刀時(shí)間6.5s 鄰刀換刀時(shí)間0.63s； 相鄰刀位的刀具最大直徑：Φ100mm； 刀具最大長(zhǎng)度：500mm； 刀具最大重量：

27、8kg； 初選刀庫直徑：660mm 刀盤最低轉(zhuǎn)速：60r/min 選刀電機(jī)功率：0.04Kw； 由于刀具形式為BT40，其刀具直徑為100mm選的刀庫直徑660mm來排列可知每把刀之間的間隔約為6mm。 2.2主軸的定位精度 斗笠式刀庫在換刀的過程中對(duì)主軸的定位精度的要求非常高，這是有標(biāo)準(zhǔn)刀具和主軸的結(jié)構(gòu)決定的。標(biāo)注刀具有兩個(gè)對(duì)稱的定位鍵槽，應(yīng)主軸上有兩個(gè)配合鍵，這就要求主軸在換刀過程中始終定位到同一位置。只用PLC是不能實(shí)現(xiàn)上述要求，還需要主軸和NC程序配合才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到該程序執(zhí)行M06TXX信號(hào)時(shí)，NC程序發(fā)出換刀準(zhǔn)備和主軸定位信號(hào)，PLC控制主軸變頻使主軸定位，使主軸

28、編碼器反饋主軸位置給NC程序，由于NC程序檢測(cè)主軸是否定位到要求范圍內(nèi)，定位完成后NC程序發(fā)出換刀開始信號(hào)并輸給PLC。 2.3電動(dòng)機(jī)的初選 （1） 選擇電動(dòng)機(jī)類型 按工作要求和條件，選用三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓380V，Y型。 （2） 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y2—712—2，其主要參數(shù)如下表2-1： 表2-1 電機(jī)參數(shù)表 型號(hào) 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量 Y2－712－2 0.55 2820 2.2 2.3 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩： Nm = Nm =1.86 Nm 在此論文中、分別為軸承、齒輪傳動(dòng)（包括蝸輪蝸桿）的傳動(dòng)效率

29、。 取=0.98(滾子軸承), =0.97(齒輪精度為8級(jí),不包括軸承效率)。 （3） 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 刀庫工作刀庫轉(zhuǎn)盤所必需滿足的轉(zhuǎn)速最低為： n = 60 根據(jù)傳動(dòng)比合理取值，取一級(jí)齒輪的傳動(dòng)比i2,二級(jí)渦輪蝸桿減速器傳動(dòng)比i20，則總傳動(dòng)比合理范圍為i40，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約為 n= in=40=2400 2.4定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 由選定電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n,可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為 （2-1） 總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比的乘積，即 電動(dòng)

30、機(jī)型號(hào)為Y2－712－2，滿載轉(zhuǎn)速n=。 （1） 總傳動(dòng)比 由式(2-1) （2） 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 按展開式布置。考慮潤(rùn)滑條件，得2，=19.5 則此時(shí)的輸出轉(zhuǎn)速為 2.5定各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率 （1） 各軸轉(zhuǎn)速 （2-2） 式中：——電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速； ——電動(dòng)機(jī)至軸的傳動(dòng)比。 以及 = （2-3）

31、 （2-4） 由式（2-3）~（2-4）得 I軸 II軸 = = 1410 III軸 （2） 各軸輸入功率 kW （2-5） kW , （2-6） kW, （2-7） 式中、分別為軸承、齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率。 由式（2-5）~（2-7）得 I軸 = 0.55 ×0.98 =0.54kW II軸 = =

32、 0.5390.980.97 =0.51kW III軸 0.51 0.40 kW I—III軸的輸出功率則分別為輸入功率乘軸承效率0.98,例如I軸輸出功率為0.53kW,其余類推。 （3） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 Nm （2-8） 其中為電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，按下式計(jì)算： Nm （2-9） 所以 = Nm （2-10） = Nm

33、 （2-11） = Nm （2-12） 由式（2-8）~（2-12） 電動(dòng)機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩 === 1.86 Nm 2.6動(dòng)機(jī)的校核 （1）轉(zhuǎn)矩校核 加載在刀盤轉(zhuǎn)軸上的重力為 刀庫旋轉(zhuǎn)刀架的重力，其中刀架厚度為15mm： G1==5.6××[4×0.015×0.16×0.06+（-）×0.03×（-）×0.03]×10=150N 刀庫轉(zhuǎn)盤的重量，其中轉(zhuǎn)盤厚度為30mm： G2=+70×24=5.6××0.15×=4560N 則可得刀庫作用在軸3上的轉(zhuǎn)矩 T/3 =Gd3=0.004×(4560+150)×0.0

34、6 Nm =1.13 Nm 可得T/3,故此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩符合刀庫的設(shè)計(jì)要求。 （2）轉(zhuǎn)速校核 由上述計(jì)算可知電動(dòng)機(jī)要滿足刀庫最低每分鐘60轉(zhuǎn)的要求，則此電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)不低于n= in=40=2400，而此次選的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=2820，即n> n，故此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也滿足刀庫的轉(zhuǎn)速要求。 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、轉(zhuǎn)矩、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見此電動(dòng)機(jī)比較合適。因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y2-112-2。 2.7輪傳動(dòng)的計(jì)算 1、選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 選用直齒輪 加工中心為一般工作機(jī)器且輕質(zhì)載荷，故選用7級(jí)精度（GB10095－88）

35、材料選擇。選擇小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 選小齒輪齒數(shù)，傳動(dòng)比為, 大齒輪齒數(shù) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù)1.3。 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 =0.3657 Nmm 3)選取齒寬系數(shù)1。 4)材料的彈性影響系數(shù) 5)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=;大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=。 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 = 6014101（283658）= 1.441 7)取接觸疲勞壽命系數(shù)0.95;0.96。 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 可靠

36、程度 SH SF 高可靠性 1.25 1.5 一般可靠性 1.00 1.00 低可靠性 0.8 0.7 取失效概率為，有上表得S = 1得 []== []= 計(jì)算 試算小齒輪分度圓直徑，代入[]中較小的值。 =mm =22.6mm 由于機(jī)床實(shí)際的尺寸關(guān)系，這里小齒輪的分度圓直徑取為40mm 2)計(jì)算圓周速度v。 v= 3)計(jì)算齒寬b。 根據(jù)機(jī)床經(jīng)驗(yàn)公式，齒寬為模數(shù)的6～8倍，這里模數(shù)先試取2，故b =（6～8）m = 16mm , 這里取b=20mm 4)計(jì)算齒寬與齒高之比。 模數(shù) 40/20 m

37、m = 2 mm 齒高 h = = 2.252 mm = 4.5 mm 5)計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù)v = , 7級(jí)精度，動(dòng)載系數(shù) 1.06 直齒輪，1 使用系數(shù)； 用插值法得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，。 由, 1.35； 故載荷系數(shù) ==1.251.0611.420 = 1.8815 6）計(jì)算模數(shù)m m mm = 2.26mm 3、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 m 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限= 取彎曲

38、疲勞壽命系數(shù),； 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4得： []= []= 計(jì)算載荷系數(shù)K。 K==1.251.0611.35 =1.789 查取齒形系數(shù)。 ;。 查取應(yīng)力校正系數(shù)。 ;。 計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計(jì)計(jì)算 m mm =0.81 mm 故可知上面所預(yù)選的模數(shù)m=2符合設(shè)計(jì)要求。 20 大齒輪齒數(shù) 4、幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 =m=202=40 mm =m=402=80 mm （2）計(jì)算中心距

39、a= （3）計(jì)算齒輪寬度 根據(jù)機(jī)床實(shí)際設(shè)計(jì)取值，取=20mm,=15mm。 3斗笠式刀庫的換刀 3.1刀庫動(dòng)作簡(jiǎn)介 刀庫的換刀動(dòng)作如下：1刀庫轉(zhuǎn)到換刀坐標(biāo)處如圖3.1（a）所示；2主軸準(zhǔn)停；3刀庫前進(jìn)抓舊刀，如圖3.1（b）所示；4主軸松刀5Z軸向上移動(dòng)（讓出刀庫旋轉(zhuǎn)尺寸），如圖3.1（c）所示；6刀庫旋轉(zhuǎn)（選刀）。如圖3.1（d）所示7Z軸向下移動(dòng)（移動(dòng)至換刀位置）如圖3.1（e）所示；8主軸緊刀（抓新刀）；9刀庫后退（換刀結(jié)束），如圖3.1（f） 圖3.1斗笠式刀庫換刀過程動(dòng)作圖 3.2Z軸的定位精度 Z軸的定位精度指的是Z軸準(zhǔn)確定位到圖3.1（c）和圖3.1（

40、e）所示位置，NC程序是通過Raipid命令快速定位到換刀點(diǎn)和上升點(diǎn)，坐標(biāo)值是通過多次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)出來的。定位完成后接近開關(guān)的信號(hào)傳輸給PLC，PLC將順序執(zhí)行下一動(dòng)作。 3.3PLC與NC程序的配合 PLC在整個(gè)換刀過程中主要控制刀庫的正/反轉(zhuǎn)，刀庫的前進(jìn)/后退，松刀/緊刀閥的動(dòng)作以及換刀動(dòng)作順序。主軸的的上升，下降和定位都是由NC程序配合 在整個(gè)換刀過程中動(dòng)作順序是由PLC控制的，利用PLC控制的，應(yīng)用PLC中的D儲(chǔ)存器，D儲(chǔ)存器放置的不同數(shù)字代表換的不同動(dòng)作（參見表3.1）。 表3.1換刀動(dòng)作與數(shù)字 D800 換刀動(dòng)作順序 1 換刀開始 2 氣缸前進(jìn)到位 3 松刀完成

41、 4 刀位信號(hào)讀取完畢 5 刀庫回轉(zhuǎn)到位 6 Z軸換刀點(diǎn)到位 7 緊刀完成 8 換刀完成 從表3.1和圖3.1中可以知道，NC程序和PLC的配合應(yīng)該在D800=3和D800=5的動(dòng)作。當(dāng)D800=3是，動(dòng)作如圖3.1（b）所示，下一動(dòng)作如圖3.1（c），Z軸上升，這就要求NC程序在PLC的配合，所以當(dāng)松刀完成后，PLC會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)給NC程序，NC程序?qū)⒖刂芞軸上升。當(dāng)D800=5，動(dòng)作如圖3.1（d）所示下一動(dòng)作如圖3.1（e），Z軸下降到換刀點(diǎn)，這就要求NC程序和PLC配合，所以當(dāng)?shù)侗P回轉(zhuǎn)到位后，PLC會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)給NC程序，NC程序?qū)⒖刂芞軸下降到換刀點(diǎn)。當(dāng)D80

42、0=8時(shí)，環(huán)島完成，PLC會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)給NC程序，NC程序?qū)?zhí)行M06TXX后的命令。 PLC和NC程序的配合體現(xiàn)在當(dāng)換刀過程中需要Z軸動(dòng)作時(shí)，PLC就會(huì)提前告訴NC程序，NC程序會(huì)根據(jù)PLC所給的條件判斷執(zhí)行什么命令，PLC將順序執(zhí)行下一動(dòng)作。PLC和NC程序的配合在整個(gè)換刀過程中至關(guān)重要，之后配合恰到好處才能順利完成整個(gè)換刀過程。 致 謝 從十二月份接受課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，我的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一直是在我的導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的，衷心的感謝我的指導(dǎo)老師給予了精心的指導(dǎo)和熱情的幫助，尤其在課題設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備階段和本人的總體的設(shè)計(jì)階段，導(dǎo)師提出許多寶

43、貴的設(shè)計(jì)意見，在最后的修改階段老師在百忙之中抽出時(shí)間為我提供了必要的幫助，這樣使得我得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)工作，在短暫的幾個(gè)月的相處時(shí)間里，老師淵博的知識(shí)，敏銳的思路和實(shí)事求是的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，這將使得我終身受益。 常老師治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，為人和藹可親，在機(jī)械及自動(dòng)化方面具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我的實(shí)驗(yàn)工作給予了很多的指導(dǎo)和幫助，使我能夠?qū)⒗碚撝械慕Y(jié)果與實(shí)際相結(jié)合。并且在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，老師不斷對(duì)我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問題，使我做了許多有益的思考。另外，他對(duì)待問題的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)也給

44、我留下了深刻的印象。在此表示深深的謝意！ 參考文獻(xiàn) [1] 夏田．?dāng)?shù)控加工中心設(shè)計(jì)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006． [2] 高德文．?dāng)?shù)控加工中心[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003． [3] 邱混城．刀庫之發(fā)展趨勢(shì)與未來展望[J]．制造技術(shù)與機(jī)床，2007，(4)：114-115． [4] 余仲裕．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003． [5] 孫漢卿．?dāng)?shù)控機(jī)床維修技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001． [6] 熊永超，陶勇．國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．煤礦機(jī)械，2006，27(3)：361-363． [7] 譚春暉．加工中心換刀方式的選擇[J]．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2004，(3)：112． [8] 雷才洪，陳志雄.數(shù)控機(jī)床[M]．北京：科學(xué)出版社，2005．