圆盘式换刀器的结构设计毕业设计开题报告.doc

毕业设计开题报告设 计 题 目: 圆盘式换刀器的结构设计 院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级: 机械设计制造及其自动化08-13 学 生 姓 名: 张萌 导 师 姓 名: 任忠先 开 题 时 间: 2012年3月24日 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日1课题研究目的和意义随着数控机床功能、结构的发展，数控机床上所使用的数控刀具已经不是普通机床“一机一刀”的模式，而是多种不同类型的刀具同时在数控机床上轮换使用，来达到自动换刀和快速换刀的目的。为了进一步减少非切削时间，数控机床正朝着在一台数控机床的一次装夹中完成多工序加工的方向发展。通常各工序所用的刀具是不同的，因此要完成多工序一次完成的任务，自动换刀装置是必须的。当今时代，高速加工中心已成为加工行业未来的发展趋势。高速功能部件如电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率。为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。未来机床产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。随着切削速度的提高，切削时间不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等机床的一项重要指标。因此，对数控机床的倒库机器自动换刀装置的研究和发展有着重要的意义。2 文献综述（课题研究现状及分析）2.1国内外自动换刀装置的发展情况自动换刀系统数控机床的重要组成部分。刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整体的成本造价产生直接影响。从换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国ibm公司同期也研制成功了“apt”(刀具程序控制装置)。1958年美国k&t公司研制出带atc(自动刀具交换装置)的加工中心。1967年出现了fms(柔性制造系统)。1978年以后，加工中心迅速发展，带有atc装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。随着机械加工业的发展，制造行业对于带有自动换刀系统的高效性能加工中心的需求量越来越大，在现有的各种类类型的加工中心中，传统结构的自动换刀系统的造价在机床整机造价中总是占有很大的比重，这是加工中心价格居高不下、应用不普遍的重要原因。目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。在现代数控机床上亦有采用弹簧夹作为刀具的夹持元件，但机床的主轴结构、驱动方式仍采用与上述锥柄刀具完全相同的结构形式。采用这种结构模式，在实际数控加工中，尤其是在需要超高速主轴、主轴径向、轴向尺寸都很小、没有足够的换刀空间的细微加工场合中实现自动换刀将会是很困难的，如果实施自动换刀将使机床成本大幅度提高。金属切削机床的高速化已成为机床发展的重要方向之一，因此，快速换刀技术已经成为高速加工中心技术的重要组成部分。新技术和新方法在不断的出现和改进，其目的只有一个，即在准确可靠的基础上，缩短换刀时间，全面提高高速加中心的切削效率。我国数控机床制造业起步较晚，而如今，各机床厂家正力图寻求走具有自主知识产权的发展道路，在引进与国外机床厂商合资合作的形式中，消化吸收，逐步掌握国外的先进技术，并把它融入到自己设计开发的思维中。经过多年的努力，我国机床制造业通过与国外合作，技术引进以及国家组织公关等方式，解决了一大批关键性技术，掌握了许多先进的设计手段与制造工艺，机床整体水平进步很大，与国外先进制造水平的差距正在缩小。数控机床是主导性的机床产品，其发展受到国内外有关政府和工业企业界的高度重视，从而得以迅速发展。本设计的主要设计内容是完成圆盘式换刀器设计的整体设计，使其能够实现自动换刀功能，从而提高机床生产效率。该设备的结构由以下几部分构成：盘式刀库，刀库移动装置（包括刀库电机、气动装置），刀库转动装置(电动机、槽轮分度机构)和刀具交换装置等。如图2、1、2、21-支撑架 2-直线导轨 3-刀库电机 4-气动装置 5-刀库 图2、1换刀器总体结构简图1-电动机 2-支撑架 3-联轴器 4-槽轮分度机构 5-刀柄 6-刀盘 7-轴承图2、2刀库结构简图通过刀库移动装置将刀库移动到主轴的换刀位置；通过刀库转动装置进行选刀；通过刀具交换装置实现换刀；经过这几部分最终完成换刀工作。气动装置在接受到控制信号后推动支撑架及固定在支撑架上的刀库电机和刀库沿着两直线导轨运动，从而实现刀库的前进和退回动作既刀库的移动。电机在接受到控制信号以后转动，通过联轴器带动槽轮分度机构的锁止盘转动，锁止盘拨动槽轮间歇转动，而槽轮与刀盘通过螺钉联结，从而实现刀盘的间歇转动既刀库转动，来实现刀盘旋转选刀动作。2.2加工中心刀库的形式及特点刀库系统是提供自动化加工过程所需的储刀及换刀需求的一种装置，其自动换刀机构可以储放多把刀具的刀库，从而大幅缩短加工时程，降低生产成本。加工中心刀库形式很多，结构各异，刀库的容量、布局，针对不同的机床，其形式也有所不同和结构也各不相同，最常用的有鼓轮式刀库、链式刀库。1.鼓轮式刀库鼓轮式刀库也称圆盘式刀库，其刀具环形排列，呈盘状，这种刀库结构简单，适用于刀库容量较少的中小型加工中心，一般不超过32把刀具。为了增加刀库空间利用率，可以采用双环或多环排列的刀具的形式。但鼓径越大，转动惯量就增加，选刀时间也就越长。此刀库结构简单，应用较多。此换刀装置的优点是结构简单，成本较低，环岛可靠性较好，缺点是换刀时间长，适用于刀库容量较小的加工中心上采用。圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。（1）制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都能自制。（2）刀号的计数原理。一般在换刀位安装一个无触点开关，1号刀位上安装挡板。每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡板靠近（距离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准，“马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。只要机床不关机，当前刀号就被记忆。刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。如要换10号刀，刀库是顺时针转。机床关机后刀具记忆清零。（3）固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削到另一次切削）。（4）圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把。2.链式刀库包括单环链和多环链，链环形式可有多种变化，适用于刀库容量较大的场合，所占空间小。一般适用于刀具数在30120把。仅增加链条长度即可增加刀具数，可以不增加圆周速度，其转动惯量不像盘式刀库增加的那样大。此刀库结构紧凑，刀库容量较大，链环的形状可根据机床的布局制成各种形状，也可将换刀位突出以便于换刀，能充分利用机床的占地空间，通常轴向取刀，位置精度较低，造价也较高。2.3加工中心的自动换刀装置(atc)的换刀方式1.刀具从刀库中直接由主轴交换适用于小型加工中心，刀库较小，刀具较少，换刀动作简单，出现掉刀等故障时容易发现并能及时排除。2.依靠机械手完成主轴与刀库上刀具的交换从结构上和动作上看均属于比较复杂的一种。3设计的基本内容、拟解决的主要问题3.1设计基本内容1.总体结构方案的拟定；2.盘式刀库结构设计；3电动机的选择；4.刀库移动装置，刀库转动装置和刀具交换装置结构设计。3.2拟解决的主要问题1.合理确定刀库的储存量；2.尽量缩短换刀时间；3.刀库运动平稳；4.造价低廉。4 技术路线1.收集资料，分析研究资料，明确设计内容；2.根据设计技术要求，完成总体结构方案的拟订；3.盘式刀库的设计；4.刀库转动装置的设计；5.刀具交换装置的设计；6.利用cad绘制总体装配图及零件工作图；7.整理设计说明书。5 进度安排2月27日3月15日：查找相关资料，完成文献综述。 3月16日4月19日：撰写开题报告。初步确定设计总体方案。4月20日5月24日：大体完成各部分的设计和绘制装配图和相应零件图撰写设计说明书。5月25日6月7日： 提交正式设计教师审核。6月8日6月15日： 按照学院的规范要求排版打印设计说明书。上交毕业设计文件准备毕业答辩，参加毕业答辩。 6 参考文献1 王先科,杨庆东,赵宏林.高速加工中心的快速自动换刀技术j制造技术与机床.2007.2 刘建慧,邹慧君.加工中心自动换刀装置类型综述及设计特点j机械设计与研究2007.3 濮良贵，纪名刚机械设计m北京：高等教育出版社，2008. 4 吴宗泽.机械设计课程设计手册s.北京：高等教育出版社，2007. 5 杨可桢.机械设计基础（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.6 陈芳，李继伟.盘式刀库加工中心自动换刀系统控制j.机械设计与制造2007.7 余仲裕数控技术m北京：机械工业出版社，20038 罗洪田.机械原理课程设计指导书m.北京：机械工业出版社，2006.9 机械设计手册编写组 机械设计手册 第二册（上下册）10 张策.机械原理与课程设计（上）m.北京：机械工业出版，2004.11 苗淑杰.机械设计实践m.哈尔滨：哈尔滨工业出版社，2000.12 邱混城刀库之发展趋势与未来展望j制造技术与机床，2007.13 冯辛安机械制造装备设计m北京：机械工业出版社，200514 夏田数控加工中心设计m北京：化学工业出版社，2006.15 专用机床设计与制造编写组 专用机床设计与制造5 下册 第二版 黑龙江人民出版社16 夏田数控加工中心设计m北京：化学工业出版社，200617 高德文数控加工中心m北京：化学工业出版社，200318 周建东加工中心盘式刀库的设计j工艺与装备，2