立式加工中心自动换刀装置的设计【机械毕业设计说明书论文CAD图纸】.zip
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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.batA3-刀套零件图.dwgA3-蜗轮轴.dwg刀库装配图-A0.dwg底盘.dwg换刀座.dwg机械手装配图.dwg法兰.dwg立式加工中心自动换刀装置的设计4.7.doc轴.dwg轴套.dwg摘 要立式加工中心的自动换刀的快速发展，以满足要求换刀的次数，节省人力，节约时间和能源，是结合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、现代控制理论、传感器技术、测控通信、诊断和规划的高科技产品相结合。加工中心可以有多个进程，减少了工件的装夹，测量和调整工件的周转时间，使机器的利用率高于一般的机加工中心3倍，4倍，因此，需要调整加工精度和工件位置的机器要求，必须要满足。 小型立式加工中心的最重要的因素之一是自动换刀装置的设计，它有很大的影响对机械的生产效率，16刀库是最常用的中小型加工中心刀库，这是相对简单的，根据实际情况和设计要求，基础结构16刀适合使用圆盘式机械结构 ，首先要分析16刀的工作方式，分析了其组成和结构，然后计算各部分结构设计和控制的原理。刀库结构是本文的重点，这是一个关于蜗轮蜗杆减速器，齿轮，蜗杆，蜗轮轴的控制装置的设计和计算，是 刀和机械手自动换刀的结构计算，进给由液压控制系统和PLC控制系统。关键词：立式加工中心，16刀库，齿轮，机械手换刀目 录1 绪论11.1加工中心简介11.2本文研究的主要内容刀库及换刀装置72刀库驱动电动机的选定112.1 按负载转矩选112.2按加速时的最大转矩选122.3 校验132.4 分配传动比133刀库传动机构的设计143.1初定刀套线速度143.2刀库传动方式144传动轴的设计184.1轴的材料184.2蜗杆轴的初步估194.3 蜗轮轴的初步估算204.4 轴径的设计与校核225 轴承的校核316 其它零部件尺寸的设计与计算326.1 回零减速撞块尺寸的计算326.2 刀盘与刀套的设计336.3 刀具（刀座）识别装置337 液压系统的设计357.1 刀库液压缸的载荷组成和计算357.2 液压缸内径以及其它尺寸的确定357.3 油缸长度L的确定377.4 液压系统初步设计377.5换刀机械手的液压设计388 PLC控制408.1 位置检测408.2 电气控制409 结论45参考文献45致 谢47III 摘 要立式加工中心的自动换刀的快速发展，以满足要求换刀的次数，节省人力，节约时间和能源，是结合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、现代控制理论、传感器技术、测控通信、诊断和规划的高科技产品相结合。加工中心可以有多个进程，减少了工件的装夹，测量和调整工件的周转时间，使机器的利用率高于一般的机加工中心3倍，4倍，因此，需要调整加工精度和工件位置的机器要求，必须要满足。 小型立式加工中心的最重要的因素之一是自动换刀装置的设计，它有很大的影响对机械的生产效率，16刀库是最常用的中小型加工中心刀库，这是相对简单的，根据实际情况和设计要求，基础结构16刀适合使用圆盘式机械结构 ，首先要分析16刀的工作方式，分析了其组成和结构，然后计算各部分结构设计和控制的原理。刀库结构是本文的重点，这是一个关于蜗轮蜗杆减速器，齿轮，蜗杆，蜗轮轴的控制装置的设计和计算，是 刀和机械手自动换刀的结构计算，进给由液压控制系统和PLC控制系统。关键词：立式加工中心，16刀库，齿轮，机械手换刀ABSTRACTThe rapid development of vertical machining center automatic tool change, in order to meet the requirements of the times, change the knife save manpower, save time and energy, is the combination of the mechanical technology, electronic technology, computer software technology, modern control theory, sensor technology, communication, diagnosis and planning of high-tech products combination. The processing center can have multiple processes, reducing the workpiece clamping, measuring and adjusting the workpiece turnover time, the utilization rate of the machine is higher than the general machine machining center 3 times, 4 times, therefore, need to adjust the processing precision and the position of the machine must meet the requirements.One of the most important factors of the miniature vertical machining center is the design of automatic tool changer, it has great influence on the mechanical production efficiency, 16 knife is a small machining center of the most commonly used, which is relatively simple, according to the actual situation and the basic structure design, 16 knife suitable for use in machinery the structure of disc type, the first analysis of 16 knife work, analyzed its composition and structure, principle and calculation of various parts of the structure design and control. The structure of the knife is the focus of this article, this is a worm gear reducer, gear, worm, worm gear shaft control device design and calculation of the structure is calculated automatically change knife knife and manipulator, feeding by the hydraulic control system and PLC control system.Key words: vertical machining center, 16 tool library, gear, machine tool目 录1 绪论11.1加工中心简介11.2本文研究的主要内容刀库及换刀装置72刀库驱动电动机的选定112.1 按负载转矩选112.2按加速时的最大转矩选122.3 校验132.4 分配传动比133刀库传动机构的设计143.1初定刀套线速度143.2刀库传动方式144传动轴的设计184.1轴的材料184.2蜗杆轴的初步估194.3 蜗轮轴的初步估算204.4 轴径的设计与校核225 轴承的校核316 其它零部件尺寸的设计与计算326.1 回零减速撞块尺寸的计算326.2 刀盘与刀套的设计336.3 刀具（刀座）识别装置337 液压系统的设计357.1 刀库液压缸的载荷组成和计算357.2 液压缸内径以及其它尺寸的确定357.3 油缸长度L的确定377.4 液压系统初步设计377.5换刀机械手的液压设计388 PLC控制408.1 位置检测408.2 电气控制409 结论45参考文献45致 谢4749 1 绪论1952年第一个数控机床，使多品种、少量的机械，在灵活性、自动化程度、生产效率有很大的发展。 1958年发表第一个加工中心，它将更多的处理（铣，钻，镗，铰孔，攻丝等加工）在一个工件加工多品种、大批量；功能；增加机（自动工件自动换刀，自动检测等）和自动化程度，实现新的效率水平；无人（或长时间无人操作加工中心已成为现实）处理的基本单位的柔性制造系统，计算机集成制造系统和自动化工厂，加工中心为代表的高科技数控机床是典型的机电一体化机电一体化设备，得到了高度重视，世界上的发达国家，快速发展的技术在一个数量的增加和产品档次世界卓越的机械加工设备。1958年，美国首次卡尼的铣、钻、镗等工序集中在一个数控机床刀连续加工等，是世界上第一个似乎惊人的市场，吸引了日本、德国和美国，英国，法国，意大利和其他发达国家，以促进生产，不断扩大范围和提高机器的功能，数控机床中增长最快的一个，世界上最大的原料基地。今天的立式、卧式加工中心、龙门、登陆后的ST和其他不完 品种未来的发展趋势是高速加工中心，进一步提高精度和提高加工中心的代表数控机床是典型的机电一体化高新技术集成的机械加工设备和加工中心，从20世纪70年代开始在我国得到了很大的发展，但技术的多样性和数量，还不适应我国市场经济的发展和 工业的发展，促进发展的模具制造，机械制造，数控机床。 加工中心，其自动化程度高，是目前广泛 生产销售加工中心是大型、中型和小型加工中心几乎是空白，机械加工，模具制造，科技大学，技术学校，有很多的小型加工中心加工中心 加快发展我国的研究、开发、生产和加工中心的应用，应进一步加强。1.1加工中心简介1.1.1加工中心的发展简史 1952年第一个数控机床，使多品种、少量的机械在灵活性、自动化程度和效率，在一个巨大的易于改变和控制的数控程序的组合机床生产线，大批量生产，作为重型机床和凸轮控制，调整方便灵活，加工品种，许多品种的的功能在机数控系统功能和辅助功能，几何运动数字控制实现自动化，因为它是一种自动化程度较高的加工效率，极大地改变了正常的小批量加工机床的整体，两坐标联动的功能，其效率和精度比工人和模板控制复杂零件的加工要高得多。1958年第一个加工中心、美国卡尼是现代加工中心的，首先，它是基于工具的自动切换装置的数控机床，镗孔或数控铣床，工件可以位于一个地图，可以自动更换工件，刀具的数控机床铣，钻，镗，铰孔时，加工中心的自动标引和自动转盘主轴箱角，工件可以位于一个地图，完成了一系列的多平面、多角度，如果股票市场和加工中心的工作台上，工件在定位表，同时工件装卸官方在银行上的加载和卸载，不影响处理。加工中心的定义是什么？目前，世界上还没有统一的定义，但一般认为，它可以自动铣，钻，镗，铰孔、攻丝等多工序数控实现自动换刀加工中心是一种数控镗加工中心自动换刀装置的与数控车床或在中心。由于加工中心在加工过程中的重要作用，发达国家是非常重要的是技术的发展和全球加工中心，年生产能力约5万至约55000是最具代表性的单位和生产基地在日本，欧盟，美国，中国，台湾，韩国，日本等市场。消费能力，年生产能力超过10000立式加工中心的主要模式，年产约50006000，和发展的高速度，高精度，五轴五面加工，处理，使特殊和复杂的工件表面，日本MAZAK加工中心的生产和制造商，大隈，三菱和其他领域，产生最好的质量和加工效率高的处理中心，近年来，年产量约4000至5000。对典型的卧式加工中心，年生产能力约15002000加工中心约2000年产量约3000单位的生产和加工中心，德国西门子公司的制造商，马克莱莱，盖斯，科恩和其他美国是一个主要的机床制造商，在选定的国家，但近年来通过他们的消费和出口也在市场上的竞争，导致产量下降，生产和加工中心，每年只有大约5000至6000左右，制造商，和其他赫克公司是全球最大的公共关系数据中心，年生产能力可达16000 18000辆，其中一些空的机器没有安装，微机控制器，平均单价低是一个重要的生产国加工中心主要是在韩国的汽车工业和机械制造工业和加工中心，年产量在4000 5000台，未来加工中心这可能是大陆生产基地，特别是美国，日本，德国，台湾，韩国，中国工厂的竞争，中国公关。 在20世纪70年代，大多数加工中心，我国研制的不能使用通常的缺陷和配套部件的设计。进入80年代，由于日本FANUC、德国SIEMENS数控系统和主轴电机，直流伺服电机和交流伺服单元的数控机床的可靠性系统高度的可靠性 大体上是不够的。20世纪90年代中期以来，随着科技的进步和加工中心，提高国内企业采取标准的更换部件，部分产品的优先考虑，同时，世界著名的品牌产品的知名企业（如：数控系统、直线导轨、滚珠丝杠、轴承、ATC装置液压气动元件、电气元件和检测设备等为载体，提高国产加工中心的可靠性和质量，在一定程度上缩短与国外的差距， 类似国内加工中心的可靠性R仍不比国外同类 ，整机保护和密封，外观粗糙，形状不满意，等在一定程度上影响市场竞争力的国产加工中心。在国内生产和加工中心，沈阳机床厂、大连机床厂、上海玉和其他 如下主要成果：多年来，国外机床制造商开发了一系列的高速加工中心的主要技术参数如下：主轴转速为1500r/min 12000元，大约高如何60000r 40000min，加工轴的最高进给速度：3060米/分钟，速度快，可达7080米/分钟的换刀（刀）通常在1.5和3.5的快速交换0.9s；范围一般在68，综上所述，发生高速加工中心加工中心的效率上的单和多轴组合机床或专用 效率高、柔性加工中心已开始在汽车行业，并成为一个重要的技术：加工中心是世界著名的 xhc240卧式加工中心，德国前一个立式加工中心有限公司，德国Chiron公司，作品在日本MAZAK产品spn50新潟铁工厂， 卧式加工中心的类型和 卧式加工中心企业的已经非常多了。目前，主要品种是国内加工中心立式加工中心、卧式 主要产品都是市场上的通用规格（指的是表的宽度，单位：mm）通常是300、400、500、630和800.unter你前三个属于较小的大版；后者属于中等小型生产规模较小的国内 立式加工中心，具有本质上的垂直 规范我国中小，人们已经习惯了数控 ，按其技术水平由高、中、低三个 所谓的高端数控机床是数控机床高速、高精度五轴联动和集成技术，包括一些沉重的机器，所谓的 主要涉及的仪器如何控制步进电机的主要特点的经济型数控车床和铣床的音乐会，钻床，其精度和速度不高；另一个是中档数控机床，数控机床，是一种普遍的人常常说，最流行的数控 产品国产加工中心属于这一类. 1.1.2加工中心的结构组成组合加工中心类别很多， 本身的功能和参数分为基本部件和元器件的选择、数控系统的基本功能和选择 ，厂家可根据用户的要求，但基本功能和一般类似的机床部件小 加工中心一般是由以下几个部分组成。（1）基本组成主要由床身、立柱、 是磨损的基本结构的加工中心，加工中心的静载荷和应力在加工过程中，必须有一个非常高的刚度 大型铸铁件可以也可以通过刚性结构，是该中心的重量和体积最大的组成部分。（2）主轴传动系统主要由主轴箱、主轴电机、主轴和 启动，停止和可变主轴速度控制的数控系统，刀具安装在 主轴系统加工中心是最重要的部分，其结构和性能有很大影响.加工中心。（3）数控系统主要由数控装置，可编程控制器和伺服驱动的汽车零件的加工中心加工中心的加工和精加工的执行控制过程。（4）自动换刀系统主要由刀库和自动换刀装置 刀是一个用于存储在 工具所有工具必须改变，根据指令的数控系统，刀具（或其他）由刀库装在主轴孔 有许多类型的刀和滚筒的容量是多 和机械手的结构的相对位置和后刀库的基本结构有多种 单臂、双臂 ，加工中心主轴箱或刀库实现换刀。（5）辅助系统包括润滑、冷却、排屑、液压系统， 用以提高加工效率、加工精度和可靠性，因此它是加工中心的一部分。为了进一步降低，没有时间，有的加工中心配备了自动 托盘自动交换工件的中心，安装在桌子上一个工件，加工，其他位于表加载和 完成工作在一个托盘上，托盘自动对新的零件的加工，减少辅助时间，提高加工效率。1.1.3加工中心的分类根据不同的加工中心的分类，可分为立式、卧式加工中心、五坐标。（1） 立式加工中心立式加工中心的主轴垂直固定柱的结构形式， 适合加工小件，垂直轴立式加工中心的主轴是垂直排列的结构，一个固定的列在表的跨幻灯片，适合加工盘类零件，通常有三个直线运动坐标轴，NC和调解的一个水平轴转台（第4轴）加工，螺旋线 立式加工中心，具有结构简单，占地面积小，低在价格和可用于大多数工件程序根据不同的配件。（2）卧式加工中心 卧式加工中心主轴轴线是水平的国家有一个旋转的加工中心，主要加工部 35个运动坐标，共同的三个直线运动坐标（X，Y，Z轴）和一个旋转坐标（旋转表），使工件表面的外表面，并安装剩余的四个侧面中的一个尺寸加工完成，最适合加工箱体类工件。卧式加工中心涉及的水平轴的加工中心主轴 有多种形式，如水平固定柱或柱规定固定的加工中心，主轴箱上下运动的列和表可以在两个方向坐标；固定台卧式加工中心三个方向的运动定位立柱和主轴箱的移动，固定表安装工件. 35轴加工中心，三个直线运动坐标和一个旋转轴（旋转表）安装。可以发生在表面和表面剩余的四个边的成品件在一个机构，非常适合处理箱型立式加工中心 相比，本实用新型具有结构复杂，占地面积大，质量高，价格高。（3）五轴加工中心加工中心立式和卧式加工中心的距离5，夹紧工件，可以完成所有的边和表面安装表面，除了表面处理，5，因此，它也被称为五面加工中心有两种常见在中间的五个重点：一是是可旋转的主轴，和其他。1.1.4加工中心的主要优点（1）提高工件的加工质量，甚至可以实现多工序的集中处理，大大减少了错误，由于通过多个数控加工，较少依赖于操作者的技术水平，可以有很高的稳定精度。（2）缩短处理时间制备加工中心，因为它是一个系列的通用机床的加工，可代替一部分准备一个长时间的准备，每个单元是通过时间上的损失，因此，工准备时间短得多。（3）最后的处理模式之间的工件流和几个通用机床，有相当数量的产品和加工过程中的加工中心可以发挥优势，“过程”，一个机器上的多个进程可以大大减少产品。（4）降低成本的手段分散在普通机床加工中心，特别是在工具库，可以用最少的工具，以有效地利用不仅将提高资源利用，而且减少的道具。（5）直接人工费用最小的数控装置，使过程强化和多个信息管理和自动托盘交换装置（工作台自动交换装置称为APC）和其他辅助设备，实现无人操作，可以在节省直接劳动力成本。（6）劳动力成本至少引进过程中的浓度大大降低工件处理和质量控制，至少间接的劳动力成本。（7）设备的利用率高，设备的利用率和加工中心是多关节 ，经由过程集中，容易适应多品种，小批量生产。1.1.5加工中心的发展趋势立式加工中心主用户的水平是由汽车零部件产业、工业模具、飞机、医疗设备、光学设备等，飞机由于大多数加工多品种、小批量产品，五轴联动加工中心立式加工中心的未来具有潜在的精密机械零件，电子元器件，半导体模具和其他行业也有潜在的飞机制造商预期的扩大，模具，半导体和其他行业的发展，提高在几年在生产的零部件，尤其是对比一般的立式加工中心，加工设备良好的解决方案的形式，特别是连续生产，明显的速度快，效率高，加工精度高，加工质量 需求增强，一些制造商的发展难以切割机或严重浪费和相同的问题，以取代大会的工作为目的，不断 复合技术是进一步提高效率，一些制造商希望在立式加工中心的控制轴和L 2，5轴控制，如复杂的。RM和工件的自由曲面工件完成时间 产品开发的，由于用户要求严格，必须在追求低价格高性能 加速新技术的发展满足了环保的要求，需要的数量，多样性，柔性线结构的形成经历了过去几年的主要目标是发展加工中心主轴转速、进给速度和自动换刀装置（ATC）在较高的速度，缩短了辅助设备，提高加工。精度，缩短刀具的交换，提高了自动化程度。（1）高速度1主轴转速高速在20世纪80年代初加工中心的最高速度大约是40005000r/min。在80年代中期进一步提高生产率和加工精度，在发展的背景下，计算机控制系统的进一步发展和有效的工具，创造条件，实现处理速度越来越高。驱动控制技术的迅速发展和刀具主轴轴承，主轴转速，加工中心等， CIMT2001第七届中国国际机床展览会的加工中心，主轴转速超过10000rmin，共48套，其中中国生产20个单位（42 %）。主轴转速超过20000rmin沈阳中捷友谊d165立式加工中心的主轴速度是工业生产40000rmin，frp760主轴转速产生的42000r德国 700高速加工中心，瑞士米克朗公司 ，瑞士公司生产的 主轴种射频高速主轴系统的转速是3000 42000rmin。高速主轴电机采用的是外壳，转子包括压配合的形式直接套在主轴上，主轴安装的定子冷却套的住宅单位，一个内置的电主轴，以不同的速度运行，德国企业也采用磁悬浮轴承的砂轮主轴转速达到时，60000rmin应用。电主轴是世界上发达的机械设计，本实用新型的优点是高速加工不仅可以提高生产率，而且提高了加工精度和表面质量，解决一些特殊的材料来解决。常规处理（如铝和钛的钢模，高效处理问题等）。2）进给速度高20世纪80年代初加工中心主轴转速只有20mmin，90年代初的主轴速度mmin。在应用线性电机轴的速度和加速度的增加 速度可达100120米/分钟，xhc241型加工中心主轴速度可达120米/分钟，轴的加速度30m/s2。由于使用数字伺服控制系统具有良好的性能和直线电机的进给速度大大增加， 来看，高速加工中心进给速度可达到80米/分钟或更高的速度，高达100米/分钟。在CIM 97在德国西门子公司有一个线性的120米/分钟进给性能，社会是直线进给速度可达200米/分钟，最大推力，最大位移距离是直线电机的加速比达到2.5G。以直线电机驱动的高速加工中心电机是高于传统的高速加工中心，采用电动机械 。（2）高精密加工国内和国外制造商提高产品的加工精度和质量，一个接一个从机械结构，提高了机器的精度，在滑动表面上的塑料，减少 采用线接触电阻，使移动速度增加，除了应用精密球型脉冲编码器反馈，有些厂商（如德国MAHO公司）也采用光栅尺反馈单元实现闭环控制，定位精度重复性精度的主要指标，反向间隙等 偏离实现的例子重复定位精度偏差的反向间隙mc800h加工企业是德国MAHO加工中心定位精度0.005mm 0.002mm mcc65 +日本牧野公司，重复定位精度为0.001mm（JIS标准（+）。在加工精度，在过去的十年中，提高了数控机床的加工精度10um到5m，精密加工中心3 15um 1.5um精度的超精密加工与纳米（0.01um）（3）时间是非常缩短。卧式加工中心制造商的绝大部分，这把刀可以超过40刀，刀、60、90、120刀库有不同数量的 也基本2，3，4，6辆数，因此也为用户 旨在帮助用户选择最佳的性能性能价格比的产品，根据不同的加工要求。刀具交换是越来越短，企业的德国施BZ 26、日本牧野，mcc86，美国辛辛那提公司maxim500型加工中心换刀是34s。持续改进和通过换刀机制（直接拾取刀具，加工中心换刀时间减少，CIMT2001展会上，如在新潟铁展览独特的 拟人化的机制，是1.4s换刀。4）交流功率很强的还原大大提高了生产效率 到机床，夹具，刀具材料， 主轴的刚度，强度也相应提高 ，绝大多数交流电机无级调速也大大增加， 加工中心主轴BZ 26至28kw交流电机功率。（5）高档数控系统20世纪90年代初的生产加工中心，大多数厂家采用日本FANUC OMC系统或15m和德国西门子公司sinumenik850 880系统或一个小数量生产厂家自己 数控系统，数控系统是什么类型的CPU，在大多数第 速度超过16MHz，容量超过320kb数控轴数，通常超过4至6轴，8和CRT显示器30厘米或更多。大多数三维显示显示颜色，语言，德语，法语，意大利语，英语 HMC公司和500台630型加工中心的显示屏也可以显示在中国，极大的方便了运营商看到的。数值控制器的功能是监测和评估的功能，如对话功能故障诊断功能的编程工具， ，圆弧和螺旋圆柱插补系统也 问世（可编程逻辑控制是数控系统），该仪器还具有集成 c长度、半径和轴向坐标的每一电池支持间隙补偿功能的CMOS和轴回零偏移功能和G T，S，M，和COM编程接口的功能，输入和输出T接口（接口）在环境条件下，如有必要，将多数控程序输入设备和灵活的 面板键盘，磁盘，磁带和其他形式的记忆，大部分的记忆，磁记忆泡沫对日本牧野公司先进的内存，支持无电池可长期保存数据和程序。（6）冷却系统和排屑，提高成品的纯度和质量的提高所有的加工中心配备了自动排屑装置、油水分离装置和 有两种发展趋势 ，安装表和倾斜式的，水平 ，车间有关的表安装支架和水平面90度，有利于对执行工作的一部分。使深孔加工（816毫米）在加工中心主轴内部冷却系统的冷却剂是在 中心压力增加，如德国MAHO公司微机800，冷却液的压力，直到主轴精度，恒定的温度。此外，国际加工中心是一种自动化程度较高的精度更好，效率更高，功能更全面、更好的方法，工具结构。1.2本文研究的主要内容刀库及换刀装置在自动换刀装置的数控装置的指令后，刀具，工具库，将需要仔细选择的刀具和刀在刀库工具 选择通常在以下方式：1）选择方法的选择是根据预定的操作手段，加工，然后该工具回到原来的位置，你也可以在下一个刀座的加工顺序的方法，在识别装置，驱动控制简单的，可靠的工具，但不能重复同样的过程是不同的进程，但也重新安排工具，增加工具通用工具在加工中心加工大批量少品种少，但加工中心的刀片，泵站之间的直接和主要的ATC自动换刀的加工中心，数控机床在加工零件的批量生产。如果需要的话，需谨慎，否则会造成严重后果。2）任意选择工具，这种方法要求的程序指示任意选择所需刀具，刀具库中不必按照工件的加工顺序存储 刀具（或刀座 ）编写的旋转工具程序，每个工具的工具库（或M人是空间）”的工具，代码识别装置” 刀具和数控指令的代码是一致的，这是选择的工具库，工具，选择工具，刀具位置在机械手的优点 任意工具方法是顺序的工具是在工具库无论 相同的工具加工，可重复，所以仪器的数量是小于的顺序选择方法。1.2.1本文所设计的自动换刀机械手数控加工中心是一种产品，机械和电子技术相结合的结构，用电子机器中的流行，以及治疗的现代加工的要求灵活，效率高，自动化程度高，在现代的数控加工中心，有这样的想法：在数控镗（磨）加上基础（ATC自动换刀的自动换刀装置，工件安装在一个混合的地图，以便集中的程序和过程，因此，处理时间缩短，提高机械零件的安装定位时，提高加工的工件，可自动完成铣，钻，镗，铰孔，攻丝和其他先进的CNC加工中心。（自动换刀的自动换刀装置，ATC）是加工中心的重要组成部分， 需要更换刀具，十几个十几个甚至数百个，通常的形式，图书馆的结构是复杂的，各种各样的自动 加工中心自动换刀频繁，设备的技术要求自动换刀是非常严格的，如定位精度高、运行平稳、工作可靠、维修 要求加工效率密切相关。调整和协调过程中的快速、准确、满足现代数控逐步发展的过程，重要的配件，为数控机床的自动换刀装置（自动换刀），系统的新技术和生产力发展的要求分为两类：刀垂直和水平刀主要是以下几个方面：1换刀短。2刀具的高精度定位。3仪器很容易显示。4机制的设计是合理的，面积小，可以完全确保主机和剪切机。5装配，调整和维修。所有的结构和控制系统设计的毕业设计，我使用自动换刀换刀装置的立式加工中心，在主要工具，刀之间的转让和交流的主轴和工具的作用是保存按照工艺的要求，这反过来，取代工具机床主轴。在数据搜索和参考设计的主题，设计的自动换刀装置在垂直旋转臂式机械手刀。介绍了刀具的结构变化，首次刀库位于左侧栏，方向垂直于纵向轴，刀具的刀轴方向改变立场之前，应该改变刀具的主轴平行于主轴方向过程完成，可更换自动换刀装置，如图1-3所示。（1）变化旋转刀的刀的位置，改变工具的工具刀，刀具和轴平行。（2）机械手抓刀机械手1顺时针旋转从最初的位置（K观察到的两个爪） 。（3）刀具松开。（4）机械手的同时拔出把双刀。（5）仪器的位置交换两刀机械手逆时针（K观察），两个工具交换位置。（6）机械手刀需要插入锥孔和刀套中。（7）自动夹紧机制，该工具的主轴。图1-3 换到过程示意图1机械手 2刀库 3主轴 4刀套 5刀具（8）液压缸活塞复位驱动逆时针旋转液压缸活塞复位（机械手不动作）。（9）机械手的机械手工具（K 1逆时针方向观察），释放该工具返回到原来的位置。（10）刀具随着刀套上翻。1.2.2本文所设计的刀库加工中心上大多数采用的是：刀库为盘式刀库与链式刀库。密集型的固定刀库目前于用于FMS中的集中供刀系统。（1）盘式刀库 刀库结构简单，易于使用的应用，如图1 4. ，所以较少使用 双环系统，以利用空间，也带来了一个大惯性、长时间的换刀，具通常为刀具容量小于40， 结构简单， ，成本低，换刀的可靠性，缺点是换刀时间长。图1-4 盘式刀库的形式a）径向取刀形式 b）轴向取刀形式 c）刀具径向安装 d）刀具斜向安装（2）链式刀库 如图5所示，较大的链的大小是根据 机床布局，而且可以用A取代刀的刀。当链的增加，这是电容的刀，刀的长度的链和只数的支持。 还增加了许多机构的特点，设计并制作了一系列的工具库工具。一般数在30至120，使用链刀。刀具有结构紧凑，可以在不同的形状的能力，是链接形式的布局后的机器还可以在以高亮显示工具，修改工具，机床，能充分利用空间，通常轴向刀精度低，成本高的位置。图1-5 链式刀库的形式本实用新型圆盘式刀库，设计简单，以下是刀具的结构和简介。（1） 结构如图16， 结构主要由电机、蜗轮蜗杆的刀具，刀和叉，液压缸等组成 。（2）刀具的选择刀具的NC指令相对应的直流伺服电机1，2和3通过耦合驱动的蜗轮蜗杆 ，安装在12和16。刀11对应的旋转角度，选择工具。（3）刀套旋转过程来改变位置，改变刀具的刀尾部，10刀， 液压缸5液压缸连接的液压油，活塞带动拨叉， 用于相应的电路防止误动的刀座，走刀，刀轴和平行于压力开关6发出了一个信号，机械手抓住到，反之下降，刀套上翻。图1-6 刀库结构示意图图1-7 刀库结构图2刀库驱动电动机的选定驱动刀库，驱动伺服电机驱动的两种常见方法和流体驱动的加工中心，我国选择伺服电机驱动方式，使该草案也将伺服电机驱动。2.1 按负载转矩选 负载扭矩的伺服电机轴应小于连续的发动机扭矩的计算方法，计算负载转矩负载转 ，主要是由不平衡的热处理导致，计算方法如下：三个最重要的工具是在一起，加工中心的工具的规格，重量，重心位于刀具半径。设刀库半径为300mm，刀具平均重量为6kg，则： 把如上计算的负载转矩，转换为电机轴上的转矩的公式为： （2-1） 式中：传动比； 传动效率。 本设计中，为了降低传动速度，所以传动比定为。传动效率为： 式中：联轴器的传动功率； 蜗杆的传动功率； 轴承的传动功率。 考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电机额定转矩应为负载转矩的1.21.5倍，亦即： 2.2按加速时的最大转矩选加速时的最大转矩,包括加速转矩和负载转矩，即： 加速转矩按下式计算： （2-2）式中：刀库选刀时的电动机转速； 加速时间，通常取150200（ms）； 电动机转子惯量； 负载惯量折算到电动机轴上的惯量。设计中，初选，。 加速时的最大转矩应小于电机的最大转矩，即： 2.3 校验 该结果满足条件。根据以上计算结果，所选电机型号如下：表2-1 所选电机型号 额定转矩最大转矩最高转速转子惯量FB252.534.330910000.0322.4 分配传动比为了降低传动的速度，传动比选为20. 各轴转速轴 （2-3）轴 （2-4） 各轴的输入功率轴 （2-5）轴 （2-6）各轴的输入转矩电动机的输入转矩为: （2-7）故: 轴 （2-8） 轴 （2-9）表2-2 分配传动比轴名功率转矩转速传动比效率电机轴2.523875100010.99轴2.47523636.251000200.99轴1.764336958.3850200.723刀库传动机构的设计 3.1初定刀套线速度刀的刀具线速度的影响效率，但快速的速度和可靠性的影响arbeiten.die图书馆一般建议2230米/分钟。在本设计中，daotao在25米/分钟的速度。3.2刀驱动以伺服电机伺服电机工作在最佳状态，不能在低速abteilung.das蜗杆蜗轮减速器的使用。以下是蜗杆传动的设计和计算：蠕虫是由# 45钢，表面硬度45，蜗杆材料ZCuSn10P1，砂型铸造：（1） 确定作用在蜗轮上的转矩 已知传动比为20，机械设计表11-1选用荐用值，估取效率 （2）确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由表11-5选得使用系数，转速不高，冲击不大 可选动载系数，那么：K= （3-1）（3） 确定弹性影响系数 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆，故(4) 确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径与中心距比值，从机械设计图11-18查得=2.9（5） 确定许用接触应力 根据蜗轮材料ZCuSn10P1，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从表11-7查得蜗轮基本许用应力=268MPa，应力循环次数：N=, （3-2）寿命系数：,则： （3-3）= （3-4）(6) 计算中心距 取a=160mm （3-5）由表11-10查得，m=6.2，57.6mm，0.661（三）传动基本尺寸1、蜗杆头数 2、蜗轮系数 取413、模数 m=6.2 取mm4、蜗杆分度圆直径 取63mm5、 蜗轮分度圆直径 取265.19mm6、 蜗杆导程角 取7、 蜗轮宽度 取50mm8、 蜗杆圆周速度 （4) 校核齿根弯曲疲劳强度 （3-6）当量齿数 由图11-19查得齿形系数螺旋角系数 许用弯曲应力 = （3-7）由表11-8查得ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 =56 弯曲强度是满足的。（5） 验算效率 = （3-8）由表11-18用插值法查得，代入式子得=0.830.84 大于假定效率，所以不需要重算。所有计算结果如表3-1所示：表3-1 蜗轮蜗杆的几何尺寸名称符号计算结果蜗杆头数=2模数m蜗杆分度圆直径=63mm中心距a蜗轮齿数=41蜗轮分度圆直径=265.19mm蜗轮宽度蜗杆轴向齿距蜗杆导程蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径节圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮外径=271.49mm4传动轴的设计轴是机器的重要组成部分，在设计摘要蜗杆涡轮减速器的减速比，轴不仅维持，而且通过扭矩轴的弯矩。轴的设计，主要包括以下内容：选择轴的材料，初步估算轴的直径，轴的结构设计和强度校核轴的扭转疲劳强度，合成后，根据精确的正交轴，轴的公差与配合 。4.1轴的材料轴的材料用碳钢及合金钢，减速装置的轴以45号钢调质处理应用最为广泛，硬度217HB255HB，。4.2蜗杆轴的初步估4.2.1初步估算轴的最小直径轴的直径，可根据轴所传递的功率及轴的转速,按下式进行估算： （4-1）该段轴上有一键槽将计算值加大3%，应为16.074.2.2选择联轴器一、根据传动装置的工作条件拟选用YL,YLD型凸缘联轴器。计算转矩为： = （4-2）式中：T联轴器所传递的名义转矩； k工作情况系数，；根据，查机械设计课程设计手册YL4,YLD4型凸缘联轴器就能满足传递转矩的要求，其轴孔直径范围为。二、最后确定蜗杆轴轴伸处的直径为，型轴孔长度，螺栓数量为4，直径M8，型。4.2.3确定滚动轴承的类型由于采用的是蜗杆蜗轮传动，既受径向力，也受轴向力，所以采用角接触球轴承（GB292-94）.表4-1 所选轴承型号轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸70000C70000AC极限转速dDBmin基本额定基本额定脂润滑油润滑动载荷静载荷动载荷静载荷minmaxKNKN7007C35621410.34156113.519.514.218.318.513.58500120004.2.4初步估计蜗杆轴各段的尺寸根据轴上零件的受力情况，固定和定为的要求，初步确定轴的阶梯段，该轴有5段。图4-1 蜗杆轴估计各段尺寸：1、3段 由于1、3段轴上安装的是轴承，轴承的直径，所以可以确定这两段轴的直径为，长度为25mm。2段 由于蜗杆的齿根圆直径为，所以确定这段轴的直径为，长度为250mm。4段 选用直径为，长度为50mm。5段 直径为，长度为100mm，键，L=50mm。4.3 蜗轮轴的初步估算 4.3.1初步估算轴的最小直径估算直径，可根据轴所传递的功率及轴的转速,按下式进行估算： （4-3）该段轴上有一键槽将计算值加大3%，应为38.85mm式中：C与轴材料有关的系数，根据轴的材料取115。4.3.2确定轴伸处的最小直径根据刀盘的设计要求，最后确定蜗轮轴轴伸处的直径为。4.3.3确定滚动轴承的类型与蜗杆一样，采用角接触球轴承（GB292-94）表4-2 所选轴承型号轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸70000C70000AC极限转速dDBmin基本额定基本额定脂润滑油润滑动载荷静载荷动载荷静载荷minmaxKNKN7010C50801610.35674116.726.522.023.221.06700670090004.3.4初步估计蜗轮轴的各段尺寸根据轴上零件的受力情况，固定和定位的要求，初步确定轴的阶梯段，该轴有6段。图4-2 蜗轮轴估计各段尺寸：2、6段 由于2段和6段轴上安装的是轴承，轴承的直径，所以可以确定两端轴的直径为，长度为；1段 直径为，长度为，键149，L=80mm；3段 直径为，长为50mm；4段 直径为，长为10mm；5段 直径为，长为60mm，。4.4 轴径的设计与校核4.4.1 蜗杆轴一、计算蜗杆受力： （4-4） 二、蜗杆受力：(a) 垂直面受力图：解得： (b) 垂直面弯矩图：（c）水平面受力图：（d）水平面弯矩图：(e) 合成弯矩图：(f) 转矩图：三、许用应力1、许用应力值 ，2、应力校正系数 3、当量弯矩 （4-5）4、当量弯矩 在蜗杆中间截面处： （4-6） 在左轴颈中间截面处： （4-7）(g) 当量弯矩图：四、校核轴径1、齿根圆直径 （4-8） 2、轴径 （4-9） （4-10五、用安全系数法校核转轴的强度（一）、 判断危险截面初步分析、四个截面有较大的应力和应力集中，下面以截面为例进行安全系数校核。1、对称循环疲劳极限 轴材料选用45#钢调质，公式可求得疲劳极限； （4-11） （4-12）2、脉动循环疲劳极限 （4-13） （4-14）3、等效系数 （4-15） （4-16）（二）、截面上的应力1、弯矩（截面） 2、弯曲应力幅 （4-17）3、弯曲平均应力 （4-18）4、扭转切应力 （4-19）5、扭转切应力幅和平均切应力 （4-20）（三）安全系数1、弯曲安全系数 设为无限寿命， （4-21）2、扭转安全系数 （4-22）3、复合安全系数 （4-23）结论：根据校核，截面足够安全。4.4.2蜗轮轴的计算一、 计算蜗轮受力圆周力： （4-24）径向力： （4-25）轴向力： （4-26）（a） 垂直面受力图：（b） 垂直面弯矩图：（c） 水平面受力图：（d） 水平面弯矩图：（e） 合成弯矩图：（f） 转矩图：二、 许用应力1、许用应力值 ，2、应力校正系数 三、画当量弯矩图1、当量转矩 如（g）图所示2、当量弯矩 在蜗轮轴的中间截面处； （4-27） 在左轴颈中间截面处； （4-28）（g）当量弯矩图：三、 校核轴径1、轴径 （4-29） （4-30）四、 用安全系数法校核轴的强度（一）、判断危险截面 初步分析、四个截面有较大的应力和应力集中，下面以截面为例进行安全系数校核。1、对称循环疲劳极限 轴的材料选用45钢调质，公式可求得疲劳极限： 2、脉动循环疲劳极限 3、等效系数 （二）、截面上的应力1、弯矩（截面） （4-31）2、弯曲应力幅 （4-32）3、弯曲平均应力 （4-33）4、扭转切应力 （4-34）5、扭转切应力幅和平均切应力 （4-35）（三）安全系数1、弯曲安全系数 设为无限寿命，,由机械设计式16.5得： （4-36）2、扭转安全系数 （4-37）3、复合安全系数 （4-38）结论：根据校核，截面足够安全。5 轴承的校核5.1蜗杆轴查手册7007C轴承主要性能参数如下：, , ；用插入法查得：，查机械设计课程设计手册,计算额定动载荷：5.2 蜗轮轴查机械设计课程设计手册7010C轴承主要性能参数如下：，；用插入法查得：，查机械设计课程设计手册，计算额定动载荷： 6 其它零部件尺寸的设计与计算6.1 回零减速撞块尺寸的计算为了使刀套准确地回到坐标零点，在零点前面设置减速行程开关，其回零减速撞块尺寸如图6-1所示，按下列公式计算：图6-1 回零减速撞块尺寸计算减速撞块长度: （6-1）式中：快速移动速度（）； 快速移动时间常熟（），通常取； 伺服时间常熟（），； 减速后速度（），可在范围内设定，一般设在30左右为好，在该设计中，取； 。6.2 刀盘与刀套的设计6.2.1 刀套参照数控机床与机械结构一书中对刀套的设计，由于本设计用于小型加工中心，所以采用40号刀柄的尺寸而进行设计，草图如图6-2所示，尺寸参照零件图；图6-2 刀套结构图1弹簧 2螺纹套 3球头销钉 4刀套体 5滚套 6销轴 7滚子6.2.2 刀盘刀盘尺寸由装配图可知。6.3 刀具（刀座）识别装置刀具的自动换刀装置，是设计工具的重要组成部分。该工具识别装置使用更少的空间，特别是对于小的识别工具，编程，图3中的控制理论是1编码两种不同直径的环，规则的二进制“1”直径，直径较小的圈“0”的人物，有五个环4，在刀库固定在附近的一个工具识别装置2，从一个手写笔3，数量和代码的数量控制在触继电器连接的编码，而大直径接触环接触，继电器和数字“1”编码环自不小直径和，没有电，没有数字“0”的，如阅读数字和必要的工具，使一个信号的编码装置、刀等刀。图6-3 刀柄编码示意图1刀柄 2刀具识别装置 3触针 4编码环7 液压系统的设计7.1 刀库液压缸的载荷组成和计算设刀套重量为10kg，拨叉重量为10kg，作用在活塞杆上的外部载荷为刀具，刀套以及拨叉所有重力之和； （7-1） 除载荷外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力，由于各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为： （7-2） 式中：液压缸的机械效率，一般取0.900.95N； （7-3） （7-4）7.2 液压缸内径以及其它尺寸的确定 液压缸不同负载时的工作压力不同，取工作压力，根据所选工作压力查机械设计手册，取背压力。7.2.1计算液压缸的主要结构尺寸活塞杆受压时： （7-5）活塞杆受拉时： （7-6）式中：无杆腔活塞有效作用面积 有杆腔活塞有效作用面积 液压缸工作腔压力 液压缸回油腔压力 活塞直径 活塞杆直径 一般液压缸在受力状态下工作，其活塞面积为： （7-7）令杆径比，选取 （7-8）取，则根据液压缸内径D查取活塞杆直径。活塞杆直径的强度在高压系统中需要进行校核： （7-9）式中：F活塞杆上所受的作用力。 活塞杆材料的许用应力，初选材料为45号钢，则许用应力为。 即 则设计符合要求。7.2.2 油缸壁厚的计算对于低压系统或当,油缸的壁厚有： （7-10）式中：缸筒试验应力，当缸的额定压力时，取，当时，取； 缸筒材料的许用应力，初选为45号钢，。根据结构需要取7.2.3 缸底厚度计算平形缸底无油孔时： （7-11）式中：缸底厚度 液压缸内径 试验压力 缸底材料的许用应力 ，初选缸底材料为45号钢，所以。7.3 油缸长度L的确定液压缸的缸筒长度由最大工作行程决定，缸筒的长度一般最好不超过其内径的20倍。假设伸缩行程为，故根据结构需要取7.4 液压系统初步设计 图7-1 液压系统图 表7-1 电磁阀动作表动作1YA2YA工进+-工退-+停止-7.5换刀机械手的液压设计设计理念是用机械手抬起刀具，利用液压插刀放刀，转动，用机械手旋转筒轴工具改变动作完成。7.5.1 换向回路 对于机械手的自动控制，从设计角度看，系统压力大，流量不高，所以通常用电磁线圈实现自动化，具有较好的经济效益。该工具用机械手泵，一般拆卸，手臂，手臂，与相应的燃料转动，使油和压力有效减少，中位数“H”与螺线管。卸荷位置与数控加工中心的两个电磁阀，主要是因为机体容易受相关单元的执行，以信号为精确定位的机械手工具的效率的时间，以确保系统不相互干扰，同步或不同步。7.5.2 调速方案 整个的液压系统都采用单泵工作，一个泵，旋转筒的液压系统，使必要的 气缸的升降，有一个与 液压缸的速度是确保液压缸可以选择 。每缸，进料或油气为低，因为系统，一个合适的选择气体速度。自动换刀缸或旋转气缸通过节流阀工作，及使用的要求设计的。 所有的最大的选择泵，具有系统简单，一些元素导致系统损耗，能量利用率低。 图7-2 7.5.3系统安全的可靠性在自动换刀器中，气缸在系统中的压力损失要自由或在回路中，所以平衡顺序阀要做一个阀门。特别是在液压回路中，加上其他油路原件（如卸料和压力表等），正常工作。8 PLC控制电气控制接近于与人脑，指挥机械动作的手，机械手和生产和协调系统之间的关系。机械手的顺序，应实现位置，如手臂和手臂升降的所有运动的旋转和时间，速度，在命令控制下定期运行的工具更换手。电气控制设计过程如下：8.1 位置检测对机械手的要求与行程可以达到指定的位置和控制，以确保跳闸是正确的，即设计和选择传感器的位置。机械手位置设计后元件的选择：模拟跳闸传感器。驱逐良好的价格/性能比，特别是在模拟测量。8.2 电气控制8.2.1刀库的控制主要任务是，本章PLC，PLC是机床的核心技术，加工中心，内置PLC芯片的主轴和刀库要起草以下PLC的梯形图.图8-1 PLC梯形图接线图如下图所示：图8-2 外部接线图原理是SB2、SB3和SB1正“开始和停止knopf.sq1 SQ2的 反向按钮，FR是与中队触点的保护，在外端的PC直接关闭换向接触器KM1和KM2功率为可信的ssiger.x400 X401常数密切联系的Y430和y431扣在一起通常接近Y430和y431互相实施。为了确保在每一种情况下（例如，一个接触器，触点焊接，在同一时间两个接触器，除了上面提到的PLC软件的交互也KM1和KM2位于常闭联锁硬件之外。程序：LD X400OR Y430ANI X402ANI X401ANI Y431ANI Y432OUT Y430LD X401OR Y431ANI X402ANI X400ANI Y430ANI Y432OUT Y4318.2.2机械手的换刀控制由于任务书要求必须选用plc控制，经过查找资料，在这里选用三菱plc，型号为F1-40MR，具体控制流程如下：启动旋转一定角度执行抓刀 延时1s 升降缸下降 延时0.5s 旋转 延时1
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