JCS-018A立式加工中心盘式刀库的结构设计【含CAD图纸、说明书】
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JCS-018A立式加工中心盘式刀库的结构设计【含CAD图纸、说明书】
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JCS-018A立式加工中心盘式刀库的结构设计摘要随着科学技术的发展，从第一台数控机床成功的研制出来至今，基本上所有类型的机床都实现了自动化。从1978年以后，数控技术发展到一定的程度，加工中心为了满足市场的需要而产生，随着科学技术的快速发展。如今数控技术已经基本发展成熟，这在30年来说，这也是一个不敢相信的奇迹，但是对于我国来讲，我国的加工中心发展的时间与西方发达国家相比还是相对比较落后。本文主要是从CNC刀库和换刀装置这两个方面来进行重点说明，以研究应用带刀库的的自动换刀装置为主。主要是研究设计JCS-018A立式加工中心盘式刀库的结构，其中应用UG三维技术完成3D实体建模，这样子在设计的过程中能够更加充分的了解加工中心刀库及换刀装置的结构和原理。虽然盘式刀库的刀具数目相对来说较少，但是它的换刀时间短，精度高。关键词盘式刀库；刀具；机械手换刀AbstractWith development of the science and the technology. From the first CNC machine successfully developed up to now.almost all types of machine tools are automated.after 1978,numerical control technology development to a certain extent,machining center also arises at the historic moment.and now the numerical control technology has been basically mature,it is a miracle of human machinery manufacturing, but for our country,the machining center is still relatively backward compared with western developed countries.This article around the CNC machining center knife library and tool change device. The application of the automatic tool change device knife library.Library type mainly from the knife,Cutting tool switching device of these two aspects.Mainly design JCS-018A vertical machining center disc knife library structure.the application of UG 3D solid modeling.3D technology to facilitate better understanding processing center knife library.although the number of the cutter disc knife library is relatively less,but its tool change time is short and high precision.Keyword disc knife library；the Cutting tool；automatic tool changer摘要1Abstract21.绪论41.1 课题内容相关介绍41.2自动加工装置的组成41.3 刀库的类型和特性51.4 刀具交换装置72.总体设计方案92.1 刀库及换刀装置的设计92.2主要设计参数92.3 刀库的相关方案的设计和选定92.3.1 机械手的驱动方案103.刀库的设计及校核123.1 刀库的结构设计123.2 刀库主要零件参数设计123.2.1 刀库驱动电动机的选择123.3刀库传动机构的设计153.3.1蜗杆蜗轮机构的设计153.3.2 蜗杆轴的设计173.4刀具系统及刀具的选择213.4.1刀具系统213.4.2刀具的选择方式213.4.3刀具识别装置224.刀具交换装置的设计244.1自动换刀的顺序244.2自动夹紧装置244.3机械手的结构和原理255.UG实体建模275.1 UG的简介275.2主要零件的建模275.2.1 电机275.2.2.联轴器285.2.3蜗杆蜗轮装置296设计总结367 致谢37参考文献381 绪论1.1 课题内容相关介绍我所设计的课题的原理就是利用刀库中存放的一定的刀具来完智能化换刀，在一台普通的数控机床上，对于一个机械零件的加工往往需要很多道复杂的工序，这就造成了在加工中零件的装夹，换刀，测量，转移的过程中浪费了很多时间，既浪费了工厂工时又加重了工人的劳动量。20世纪60年代末，随着科学的迅速发展，各国的工业特别是西方资本主义的制造业迅猛发展，又人说一个国家制造业的水平反应了国家的综合国力水平，为了加快生产的节奏，带有自动换刀装置的数控机床就这样产生了。它能够把分散的工序集中在一起减少了不必要的换刀进行加工，这就是加工中心。在今天，各个机械制造的大国都在提高自己国家的数控技术，特别是中国，相关高科技的制造水平不是特别高，先进的制造技术不仅能提高国家的经济而且在军事和航天这两个方面也起着举足轻重的作用。不过与发达国家相比。我国的机械制造业还是落后很多，近年来， 数控机床已经广泛的使用在汽车，造船，建筑等各个领域，所以近年来国内的数控机床的需求量持续增长，但是进口的数控机床也在增加，甚至进口的机床数目增加的更多，特别对于一些高精尖的技术，我国的产品远远赶不上西方发达国家，国产的数控机床与之相比缺乏竞争力。目前国内的刀库主要依靠进口，使用台湾的刀库较多，也有其他国家知名企业的产品。自动换刀装置的发展左右了数控加工中心的未来发展，国内企业要尽快拥有自己独立的产品脱离进口才是关键。而研究数控机床加工中心换刀装置在当前的制造业中来讲是一件比较紧迫的事情，因为我国的好多高精尖的东西都是依赖国外进口，从目前的全球环境这样一个大环境下来讲，一个国家的技术如果是依赖进口，那么这个国家在经济全球化这样一个环境下的科学技术是没有什么竞争力的，特别是我国是一个发展中的制造业大国，纵观整个制造业的发展，我们数控机床应用的范围越来越广，与计算机技术结合的越来越紧密，PLC，数控编程，三维制图软件在制造生产的过程中越来越普及，人们追求的是劳动力度小，生产效率高的一个生产流程，数控机床以后也越来越向着高可靠性，制造系统自动化，多功能复合化控制精准化等方面发展。固步自封只能导致技术的不断落后，我们要看向最先进的技术，从自身已有的技术出发，才能不断前进。但是我同时也相信在一代一代中华儿女的努力之下，我国的数控技术一定会越来越成熟，与其他的国家的差距一定会越来越小，我们要相信在不久的未来，我国的数控机床也会在国际市场中占有一席之地。1.2自动加工装置的组成本文主要研究的是带刀库的自动换刀系统，方面包括刀库类型的选择，选刀方式的确定，刀具交换装置这三个部分组成，在加工的工程中，要使得能达到智能化换刀就必须满足相关的必要条件：1.我们要把加工的时间控制在要在预期的范围之内，提高产品生产的效率；2，定位精度高；3，刀具储存量要足够多，在加工时要满足加工的刀具的需求；4，占地面积小；5，安全性能高。1.3 刀库的类型和特性(1)盘式刀库盘式刀库最大的特点在于是它的能够快速换刀并且能够保证换刀过程中的可靠性能。它是在数控机床中较为常见的一种刀库形式，这种刀库的适合大批量生产。它的制造的过程中成本相对较低，主要是由刀库体和刀具盘这两个部分组成；换刀时间较长；刀具的储存量有一定的限制，一本是15-40把刀；在数控加工中机床开机后，刀库要先回零，机床关机后，刀具库应该要清零。图1-1 盘式刀库(2)链式刀库众所周知的，链式的刀库它的最主要的也是深受用户喜欢的优点是在较小的空间里面可以放置多种刀具，普遍的最少的情况下是把，大型机床和多功能的机床可以放置120把左右。这些刀具是由链条传送，等到达要换刀的指定位置，在借由机械手和控制程序进行自动换刀。而且链条具有的折叠性，通过折叠链条可以放进去更多的刀具。但是链式刀库的定位精度不高，因此在现在机床中的运用不高。图1-2 链式刀库(3)格子式刀库格子式刀库储存量很大，它最大的特点是刀库可以单独放在机床外，但是结构复杂，在操作的过程中选刀和取刀的动作多，所以在加工的过程中一般不会使用。图1-3 格子式刀库(4)转塔式刀库转塔式刀库的结构比较简单，而且在加工的过程中噪音比较小，适用于各类机床。图1-4 转塔式刀库(5)斗笠式刀库斗笠式刀库一般情况下能够容纳的刀具数目比较少。在实际的生产过程中，一般用它来加工一些简单的零件，而对于一些工序较多或是表面和复杂的零件来讲它不能满足在加工时的要求。图1-5 斗笠式刀库1.4 刀具交换装置刀具交换装置主要分为两大类，第一是无机械手换刀（又称为“由刀库和主轴的相对运动试验刀具交换”）；第二则就是是利用我们的机械式手臂来实现功能。无机械手换刀是在换刀的过程中，它是利用刀库和主轴这两个之间的相对位置关系来实现换刀的过程。它的缺点就是换刀时旧刀具送回刀库和取即将要使用的刀具这两个过程不能再同一时间工作。这样就导致了换刀过程的时间较长，而且由于刀库是放在工作台上的，工人在操作的过程中会觉得工作台就会比较拥挤，这样不利用操作。机械手换刀在实际工作中常常与控制技术联系起来共同完成自动换刀的过程，在操作的过程中，利用PLC 对换刀的过程进行编程，这样使得在换刀的过程中方便简洁。一般机械手都可以通过进行机械手抓起刀具，从刀套和主轴中拔出刀具，交换刀库和主轴的刀具，分别把交换后的刀具插入刀库和主轴中以及返回等来实现换刀过程。机械手主要有以下5种主要的形式。第一类的回转式单臂单爪机械手只有一个相应的卡爪，它的手臂能够转动到范围内的多个地方地方进行换刀，但是因为只有一个刀爪，所以不能同时装刀和卸刀，这样就导致了它的换刀时间比较长。第二类的单臂双爪回转机械手有两个相应的卡爪，都有其各自的使用用途，其中的一个刀爪装刀，而另一个刀爪就卸刀。装刀和卸刀可以在同一时进行，这样子的话它的换刀时间相比单臂单爪回转式机械手短。第三类的双臂回转式机械手换刀的动作相对来说比较单一，它的换刀时间能够减少很多是因为这种方式能够抓取同时刀库和主轴上的刀具，在同一时间他也可以装卸这个刀具。第四类的双机械手的原理是两个单臂单爪的机械手组合在一起配合完成换刀的过程。所以看上去双机械手就像是人的两个手臂一样，虽然他的机构就比较复杂，但是它的换刀的过程很精确。双臂往复交叉式的机械手的两个手臂交叉在一起并且形成一个角度，这样类型的机械手可以实现直线移动或绕着轴旋转。第五类的双臂端面夹紧式机械手是靠机械手夹紧刀具的端面来抓紧刀具，不过一般在实际的操作中用的较少。图1-6 各种机械手2 总体设计方案2.1 刀库及换刀装置我选用的机床为十分典型的机床即JCS-018A立式加工中心盘式刀库，所采用的是单臂双手的回转式换刀装置。2.2主要设计参数刀库直径：400mm；刀具数量：16把；刀具形式：BT40；最大刀具的直径为：40mm；平均刀具的重量为：8kg；刀盘最低的转速为：70r/min；换刀时间：3.0；2.3 刀库设计考虑到刀库的重量和在换刀过程中的运用，故刀盘选用幅轮式刀盘。考虑到在蜗杆传动是在空间交错中的两个轴之间的传动，这样得传动方式可以改变传动的方向，这一点符合刀库中运动和动力的传动，故选择蜗杆蜗轮传动。在选择驱动装置时，由于刀库在运动的过程中不需要调速，而且蜗轮蜗杆机械传动机构定位准确性不高等等的归纳在一定的众多因素，因此采用交流伺服电机就可以满足驱动的要求，在电机和蜗杆之间可以用联轴器连结。这种传动方案过程较为简单，且在传动的过程中很平稳，能符合相关工作中对精度的条件要求。图2-1刀库的传动图2.3.1 机械手的驱动方案加工中心换刀使用的机械手臂的动力驱使方式主要有电气控制方式、液压方式、气压控制方式、机械控制驱动这四种。其中这液压驱动和气压驱动两种驱动方式在实际的生产中用的最多，液压驱动，在生产中约占50%左右，气压驱动在生产中约占40%左右。a) 电气驱动电气驱动是直接用电动机进行驱动，他采用较大的减速比减速器进行驱动，这样就能够可以带动丝杠，螺母机构，有的也采用直线电动机。它有维修简单，动力方便等优点，但是由于控制响应速度较慢，所以这种驱动方式使用很少。b) 液压驱动液压驱动是采用了用压力油进行传动，它的驱动力很大，一般在传动的过程中没有停滞的现象。运动的过程中平稳，而且液压油能够吸收震动和减小冲击力的优势，能够频繁的实现换向，因此在生产的过程中最常见到。c) 气压驱动气压驱动是用较为常见的压缩空气进行驱动，这种的驱动方式能源（即压缩气体）获得较为简便，对环境没有任何的污染，而且机械手反馈速度快，无停滞的现象。压缩空气的粘度较小，适合于远距离的运输和远程遥控。但是有出力小，体积大，润滑较差的缺点。d) 机械驱动机械驱动是将所在的动力传递给凸轮和连杆一些机构等进行驱动。一般不常使用。 在本次设计中，由于我在机械手的选用中采用的是回转式单臂双爪机械手换刀这种换刀方式动作的换向多，而且要用的驱动力不用特别大，所以我选择用液压传动作为机械手的驱动方式。2.3.2 刀具交换装置的选择由前文的讨论说明，选择了回转式单臂双爪机械手换刀（图2-2是机械手传动机构示意图）1. 抓刀 当压力油进入油缸的时，活塞杆受到液压缸的推力的作用，带动齿条向左移动，然后齿轮开始转动，齿轮带动齿轮轴转动，由于机械手安装在齿轮轴上，所以机械手手臂转动，这个时候，机械手逆时针转动75抓刀。2. 拔刀 第一个动作完成后，齿条上的挡环压下相对应的开关，这个时候加工中心发出拔刀系统信息，油进入到油缸中，这个时候传动盘下降，传动盘上的销子插入到连接盘的孔中，使得活塞杆推动机械手手臂向下移动进行拔刀。3. 换刀 拔刀过程完成后，挡环压下相关的开关，加工中心发出交换刀具的系统信息。然后压力油进入油腔中，活塞杆带着齿条左移，机械手转动180，对主轴和刀库上的刀具进行互换。4. 插刀 换刀过程结束后，挡环压下对应的开关，加工中心发出插刀的系统信息，压力油进入油腔中，活塞杆带动轴上升插刀。销子从连接盘中退出。5. 复位 插刀过程完成后，挡环压下相关的开关，压力油进入油缸中齿条右移复位，机械手不动。3 刀库的设计及校核3.1 刀库的结构设计图3-1 刀库的结构当数控机床接到换刀信号的时，电机接通，电机轴转动，带动联轴器，涡轮蜗杆转动，它的动力传动给刀盘，刀盘带动刀套转动，每个刀套上都有一个滚子，最后由液压缸带动活塞是拨叉提起刀套，与换刀装置一起完成换刀的过程。3.2 刀库主要零件设计3.2.1 刀库驱动电动机的选择按负载转矩选择理论上加载在伺服电机上的转矩（Tl）应该比选定的电动机的额定转矩要小设计的刀库刀具的最大重量为8kg，刀盘直径为400mm。圆盘式刀库的加载在伺服电动机上的转矩应该是来自于刀具在刀库上的位置不平衡造成的。在计算时按刀具的最大重量进行计算，重心设计为刀库的回转中心。则有转化为加载在电机轴上的负载为:电动机转轴上的负载转矩传动比传动效率在本设计中，传动比定为i=20传动效率为：0.72*0.99*0.99*0.99=0.699联轴器机械传动效率；蜗杆的传动效率；轴承的传动效率；Tl=19600/20/0.699=1.402n.m在考虑实际传动过程的误差，故电机额定转矩Ts应该是Tl 的1.2-1.5倍。Ts(1.2-1.5)*1.402Ts1.68-2.103根据要求我们因该按最大的转矩来选定。加速时的最大转矩（T）应该是加速转矩（Ta）和负载转矩（Tl)之和:加速转矩计算:Ta=2*()/()加速时间（通常选择）;进行选刀时的电机的转速;-负载惯量折定到电机的轴上的惯量；电动机转子惯量；=1500r/min =0.019n.s.s =0.016n.m.s.s=180ms=1.8sTa=2*n*m*()/()Ta=2*3.14*1500*20*(0.019+0.016)/(60*1.8)=3.05 n.mTTa+Tl 3.05+1.4024.455加速时最大转矩（T）理论上讲应该小于电机的额定最大转矩（T max），这样才能满足使用的条件。T13.3N.m轴孔的直径范围为12-18mm确定其轴孔的直径为16mm在蜗轮蜗杆的传动过程中，轴既受径向力又受轴向力的作用，故轴承的类型选择角接触球轴承，根据轴径选择70000C如图3-1所示图3-3 蜗杆轴在第三段和第五段是轴承，故=20mm,长度=20mm;第六段和第二段是锁紧螺母，用双螺母来进行锁紧，故=18mm,长度=25mm;第一段与联轴器相连，故=16mm,长度=30mm,键为8*5，长度为20mm;第四段长度=250mm;2. 蜗杆轴的结构设计3. 蜗杆轴的最小直径蜗轮轴选用调质处理的45号钢。根据表15-3（机械设计）有=112=26.45mm由于该轴上有键槽，在计算的过程中应该考虑这个因素的影响，故计算出来的最小轴=27mm。在蜗轮蜗杆的传动过程中，轴既受径向力又受轴向力的作用，故轴承的类型选择角接触球轴承，根据轴径选择7006C。图3-4 涡轮轴在第二段和第六段是轴承，故=30mm,长度=20mm,第六段长度为50mm;第一段和第七段是锁紧螺母，故=28mm,长度=30mm;第五段与涡轮相连,直径为40mm,长度为50，上面有一个键12*5，长度为28mm;第三段直径为40mm,长度为50mm;第四段直径为长度为12mm;第八段为花键轴，它与刀盘连接，长度为100mm.蜗杆轴轴径的校核蜗杆轴；由可知=2*4/40 =11.3蜗杆受力轴向力：=1564 N径向力：=312.85 N圆周力：=366.26 N垂直受力； ； 得图3-3 垂直受力图垂直面弯矩图图3-6 垂直面弯矩图水平面受力F得=145 N =167.85 N图3-7水平面受力图水平面弯矩图图3-8 水平面弯矩图-合成弯矩图图3-9合成弯矩图转矩图图3-10 转矩图设他的故5320.2当量弯矩图：图3-11 当量弯矩图又由可知在涡轮轴中=2195.2故=45542/2185.2=20.84查表15-1（机械设计）可知=55故轴满足设计的条件。涡轮轴的校核蜗杆受力：轴向力：=1564N径向力：=366.26 N圆周力：=312.85 N在垂直方向上受力：图3-12 垂直方向受力得 垂直面弯矩图图3-13 垂直面弯矩图水平面受力图 得： 图3-14 水平面受力图水平面弯矩图图3-15水平面弯矩图合成弯矩图图3-16 合成弯矩图转矩图图3-17 转矩图当量弯矩图图3-18 当量弯矩图有在蜗轮轴上有28.7故齿轮轴合格。3.4刀具系统及刀具的选择 3.4.1刀具系统 刀具理论上说虽然不是属于机床本体的一部分，但是在数控机床的使用中，为了使刀具在机床上迅速有效的进行定位夹紧，现在在工厂中一般使用的是一套标准化的刀具系统，刀具一般是上来讲由刀柄和拉丁两部分已经实现标准化组成。我国制定了TSG刀具系统的刀柄标准为直柄和7:24的锥度，使得各种刀柄都有可以参考的标准。 3.4.2刀具的选择方式（1） 顺序选择刀具刀具按照一定的顺序插入到刀库中，到了工作状态中使用的时候也会按顺序的取出来使用，这种选择刀具的方式就叫做顺序选择刀具。这种选择刀具的方式十分方便，控制简单，而且很可靠。但是这样子的话，就会使得刀库中的刀具在每个工序中不能重复使用，而且也降低了刀具使用的利用率，而且为了满足工作的要求，刀具的数目不断增加的话，就会使得刀库的尺寸也会随之不断的增加，机床变大，这样工厂的空间利用率就会减小，增加了公司的成本，也降低了工作的效率。（2） 任意选择刀具 这种选择刀具的方式是利用编程来管理刀库中的刀具，刀具在刀库中可以随意放置，不需要按照一定的顺序排列。使用的时候可以任意选择，发出换刀指令后，要根据刀具识别装置来识别是哪一把刀具。这种选择刀具的方式主要有刀座编码方式，刀具编码方式和编码附件方式。1. 刀座编码方式 刀座编码方式的设计原理是：刀座按一定的顺序进行编码，而且在对应的刀库里每一把刀具也进行相应的编码，把编码后的刀具放在对应编码的刀座之中，当CNC发出换刀的顺序，及其开始换刀的时候，刀库就旋转。这样，刀座就可以通过相应的识别刀具的装置找到那道工序需要的那把刀。这种选择刀具的方式的优点是刀具是可以被重复利用的。但是他也有自己的缺点，它的主要缺点是在自动换刀时要把用过的旧刀放回到相应的刀座中，这样就增加了换刀的动作。2. 刀具编码方式 刀具编码方式是在刀柄之后后端的拉杆上装上能够被识别的编码环，这样使得每一把刀具都有自己特定的代码，但是刀座自身没有编码，这样刀具可以放在任意的刀座中，这种方式的编码方式刀具也可以被重复利用。3. 编码附件方式 编码附件可以有编码杆，编码盘，编码卡片和编码钥匙等等，在实际中用最多的是编码钥匙，编码钥匙就像门的钥匙和锁一样，这样就给刀座安上特定的号码，就像一个电话机对应一个电话号码一样，识别装置就是通过识别编码钥匙钥匙来选择刀具。这种编码方式有很大的灵活性，刀具利用率高，因为它具有暂时的特性，从刀座中取刀具后刀具就成为无编码的刀具。但是它的缺点是，刀具要必须得放回原来的刀座中。3.4.3刀具识别装置（1） 接触式刀具识别装置 接触式刀具识别装置的原理是通过触针与编码环相互接触来进行识别，对于识别装置的每个触针都与一个继电器相连接，当触针与编码环接触时继电器通电，代码为1，当触针与编码环不接触代码为0，然后由继电器来判断是不是所需要的刀具，如果是的话那么控制装置发出信号让刀库停止。（2） 利用非接触式刀具识别装置 非接触式刀具识别装置的原理是利用磁和光的识别，这种识别方式一般不用和编码环相接触，这样就可以提高编码环的寿命，一般用于高速，或者是换刀比较频繁的场合。（3） 利用可编程控制器 这是利用计算机软件编程取代传统的识别方式，现在已经发展成为一门大学生的必须基本掌握的课程-数控编程，这样提高了工作效率和准确度。消除了由于在换刀过程中的各种误差。在这个中又分为自动换刀控制和刀号数据表，刀具识别和刀具交换及刀号数据表的修改三种类型，都是通过计算机控制技术进行控制。4 刀具交换装置的设计4.1自动换刀的顺序 在机床上，刀库是位于机床主轴的左侧，刀具在刀座中，刚开始刀具轴线与主轴垂直，所以在换刀前，刀库首先将要交换的刀具通过刀库旋转，刀库旋转到指定的位置，由识别装置识别出来，刀库停止旋转，送到换刀的位置，然后由拨叉把刀套上的滚子提起来，然后让刀套向下旋转90度；接着机械手按顺时针方向转动75度，这样机械的两个手柄分别夹持着刀库和主轴上的刀具，手柄上有自锁机构，夹紧刀具后机械手柄自动进行锁紧；当主轴上的自动夹紧装置处于放松时，机械手向下移动，拔出刀具；然后机械手按顺时针方向转动180度的角度，这个过程中的机械手就像人的两个手臂，人转180度后，刀具的位置交换，机械手交换刀库和主轴上的刀具；换刀动作完成后，机械手就向上移动，机械手的两个手柄分别将刀具插到刀库的刀套和主轴中；主轴这时就被夹紧，机械手复位，逆时针方向旋转75度的角度；刀套复位，向上旋转90度。4.2自动夹紧装置刀具的自动夹紧装置一般安装在主轴上，刀具在主轴上的夹紧和放松是为了更好的安装和换刀。如图所示：主轴的前端是用最常用的7:24的锥孔来装夹刀具，主轴的端面有键槽是为了更好的给刀具定位，还可以传递扭矩。当刀具夹紧时，蝶形弹簧通过拉杆和双瓣卡爪在套筒的动作下下可以使刀柄的尾端拉紧从而实现刀具的夹紧；在换刀时压力油就会进入到油腔中，活塞通过推动拉杆来压缩弹簧，在弹簧的作用下卡爪张开，导致喷气头将刀柄顶住，当压力达到一定的值时，刀柄松开，这个时候刀具就可以被机械手拔出，完成拔刀的动作；当机械手换刀后，机械手要把新的刀具放到主轴中，压力油进入油腔中，上述提到的使刀具夹紧。这样就完成了刀具的在主轴上的自动夹紧的过程。在这个装置中，活塞的极限位置中都有行程开关开控制在刀具的夹紧和松开。图4.1 主轴夹紧装置4.3机械手的结构和原理图4.2 机械手爪结构 机械手由两个固定刀爪，每个刀爪上有一个活动销，刀爪后面有一个弹簧，抓刀之后顶刀爪顶住刀具。在换刀的过程中为了保证刀具的脱落或者被甩出去，机械手有自己的自锁机构，就是一个锁紧销，当活动销顶住刀爪的时候，这个时候，锁紧销被弹簧顶住，使活动销不能往后退。这样就实现了机械手爪的锁紧。5 UG实体建模5.1 UG的简介UG作为一款功能强大的三维建模软件，他主要是为客户提供虚拟产品建模，为了让客户更加了解产品的结构，UG在建模，成型，模拟产品的运动方面都可以很清楚的表现出来。在使用UG这款软件的过程中，我发现他的上手比较简单，但是如果想要彻底精通这款软件又比较困难。在本次设计中我选择用UG作为制图的软件，正是因为它强大的制图功能和更好地说服力，而且在很多公司把UG作为平时工作的第一软件。5.2主要零件的建模由于UG的功能强大且比较简单，所以介绍一下在加工中心刀库中的主要零件的建模。5.2.1 电机电动选用直流伺服电机，主要是考虑到他的稳定性好能满足启动频繁，和准停的需求，这样的话可以弥补涡轮蜗杆在传动的过程的不足方面，是比较合适的采用。以下是电机的外围轮廓尺寸。图5-1 电机三维建模图图5.2 电机的外形尺寸5.2.2.联轴器联轴器器的类型我选用的凸缘联轴器，查电子手册可知：图5-3.联轴器尺寸图5-4 联轴器图5-5左联轴器图5-6 右联轴器5.2.3蜗杆蜗轮装置在UG中，由于涡轮蜗杆在建模过程很复杂，所以应用了这个插件的功能，从已经安装的GRX文件中进行加载，同时按住Ctr l +G，会弹出蜗轮蜗杆参数的对话框，选择所需的单击确定后会出现你设计的尺寸的设定，参数输入完毕后，你所需要的蜗杆蜗轮就会建模完成。这样就大大缩短了我们在画图的时间。图5-7 蜗轮图5-8 蜗杆轴承后用双螺母锁紧5-14锁紧螺母总装图：电机带动联轴器，蜗杆蜗轮旋转，刀盘和蜗杆用花键连接，刀具放在刀套中，液压缸进油，活塞杆带动拨叉使得刀套旋转90，这样完成换刀的准备工作。5-15 总装图刀具交换装置图：刀具交换装置用的是单臂双爪回转式机构，这种换刀方式可以使得刀具的新到和旧刀都可以同时进行，大大节省了很多的时间。5-16刀具交换装置刀套刀具放在刀套中，最后又提升机构吧刀套和主轴平行，利用换刀机构进行换刀。5-17刀套 在这一次的设计中，对于UG的实体建模花费的时间最多，从对UG这个软件只懂皮毛到现在基本的掌握，在建模的过程中，从中体会到了很多的东西，一个结构的构成慢慢的构成一个部件一个装配图，也走了不少弯路，比如说零件建模过程中虽然成功但是装配时却不能很好的装配，需要用心的制定零件的尺寸，反复推敲零件的结构，才能让它成为一个合格的零件。我觉得实践是最好的老师，纸上谈兵终觉浅，在实践的检测下我们才能更好的完善自己，才能更好的提高自己的专业认知能力。6设计总结我国国内的制造业水平与西方科技强国相比还有比较大的一段距离，特别是在加工中心这一块，很多高精尖的产品都主要依赖国外的进口，从刀库和换刀装置这一块来讲，我国的数控机床换刀的时间和换刀的精度与国外相比还有很大的不足，刀库和换刀装置关系到我们在产品制造中所耗工时的多少，我觉得这一块很有研究的实用性。我所选用的是比较典型的JCS-018A立式数控镗铣床，他是可以容纳16把刀具的盘式刀库，主要设计思路是有伺服电动机带动蜗轮蜗杆传动，中间用联轴器连接。蜗轮与刀盘之间用花键连接，这样可以满足传动的要求，而且传动平稳。在换刀时，让刀套翻转。而刀具用7:24锥度的刀具，在主轴可以准停，换刀装置用单臂双爪机械手换刀，在机械手爪的设计时考虑它的自锁性，不让刀具从手爪上掉下来。7 致谢毕业设计是我们大学四年来的最后一门时间课程，同时也是最重要的一门课程之一，是对我们即将走出出的学生的最后一次大检验，我们要利用我们大学四年来所学的所有的课程来全力完成，从拿到题目时的完全都不理解到通过查资料，老师的解惑到完全做
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