立式铣床换刀机构设计
43页 20000字数+说明书+任务书+开题报告+5张CAD图纸【详情如下】
A1图纸 换刀机械手结构图.dwg
A2图纸 零件图.dwg
A2图纸 机床外观图.dwg
A2图纸 液压控制图.dwg
AO图纸 刀库装配图.dwg
任务书.doc
立式铣床换刀机构设计开题报告.doc
立式铣床换刀机构设计说明书.doc
计划周记进度检查表.xls
摘 要
本论文介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀机构的设计。自动换刀机构一方面可以减轻工人劳动强度，另一方面可以提高加工效率。刀库式的自动换刀机构是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。
数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠，换刀时间短，缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。一般来说，这种机械手与刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直，刀库为径向存取刀具形式的自动换刀机构，因此，在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动换刀机构中可采用这种机械手形式。
关键词：数控铣床；自动换刀装置；刀库；换刀机械手
目 录
摘 要III
AbstractIV
目 录V
1 绪论1
1.1 数控机床发展历史及趋势1
1.2 数控铣床的分类及组成1
1.2.1 数控立式铣床1
1.2.2 卧式数控铣床2
1.2.3 立卧式两用数控铣床2
1.2.4 数控铣床的组成3
1.3 数控铣床的选用3
1.4 数控铣床的主要功能及加工范围4
1.4.1 数控铣床的主要功能4
1.4.2数控铣床的加工范围4
2 数控铣床自动换刀装置总体要求6
2.1 数控铣床自动换刀装置产生背景及换刀方法6
2.2 数控铣床自动换刀装置的总体要求8
2.2.1 自动换刀装置的分类8
2.2.2 对自动换刀装置的要求8
3 自动换刀装置总体设计9
3.1 自动换刀装置设计数据9
3.2 XK5032数控铣床主要技术参数9
3.2.1 结构参数9
3.2.2 主要规格及技术参数10
3.3 确定数控铣床加工工况11
3.4 确定自动换刀装置的方式11
4 自动换刀控制原理13
4.1 自动换刀机构液压系统的设计13
4.1.1 液压的特点13
4.1.2 自动换刀机构液压系统原理图13
4.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程14
5 刀库结构设计15
5.1 刀库类型15
5.2 刀具识别15
5.3 刀库容量的设计16
5.4 刀库结构的设计16
5.4.1 传动装置的选择17
5.4.2 刀库回转机构的设计18
5.4.3 确定刀具的选择方式22
5.4.4 刀库的定位与刀具的松夹22
6 刀具交换装置的设计24
6.1 确定换刀机械手结构形式24
6.2 换刀机械手的工作原理25
6.3 自动换刀的动作顺序26
6.4 机械手回转传动机构的设计26
6.5 自动换刀装置对主轴准停的要求27
6.6 换刀机械手的安装与调试27
6.7 自动换刀程序的编制27
7 结论与展望29
7.1 结论………………29
7.2展望………………… 29
致谢30
参考文献31
附录32
数控立式铣床可附加数控转盘，采用自动交换台，增加靠模装置等措施来扩大数控立式铣床的功能以及加工范围和加工对象，进一步提高生产效率。
1.2.2 卧式数控铣床
卧式铣床其主轴级平行于水平面。为了扩大加工范围和扩大功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘以实现4、5坐标加工。这样不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”，这样可以省去许多专用夹具或专用角度成型铣刀。对于箱体类零件或需要在一次安装中改变工位的工件来说，选择带数控转盘的卧式铣床进行的加工也是非常合适。
1.2.3 立卧式两用数控铣床
这类铣床目前在逐渐增多，它的主轴方向可以变化，并能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工的作用，所以其使用范围更广，功能更全，选择加工的对象和余地也更大，同时给用户带来了很多方便，尤其是当生产批量小，品种较多，又需要立卧两种方式加工时，用户只需购买一台类似这样的机床就行了。
立、卧两用数控铣床的主轴的方向更换分为手动与自动两种。采用数控万能主轴头的立、卧两用式数控铣床，其主轴头可以任意转换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。当立、卧两用数控铣床增加数控转盘后，就可以实现对工件的“五面加工”。即出除了工件与转盘贴合的定位面外，其它表面也都可以在一次安装中进行加工。因此，其加工性能非常优越。
1.2.4 数控铣床的组成
数控铣床一般是由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。：
1）主轴箱
这部分包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。
2）进给伺服系统
这部分由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度来实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。
3）控制系统
数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序来控制机床进行加工。
4）辅助装置
如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。
5）机床基础件
一般是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。
1.3 数控铣床的选用
数控铣床在现代金属切削加工中的应用越来越广泛，在对数控铣床的选用的时候，一般按以下几个原则进行选择：
1）根据被加工零件的尺寸选用
规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度一般在400mm以下，它最适宜中小零件的加工和复杂形面的轮廓铣削的任务。规格较大的如龙门式铣床，工作台在500—600mm以上，用来解决大尺寸复杂零件的加工需要。
2）根据加工零件的加工特点来选择
对于加工部位是框形平面或不等高的各级台阶，那么选用点位-直线系统的数控铣床就可以。
如果加工部位是曲面轮廓，应根据曲面的几何形状决定选择两坐标联动和三坐标联动的系统。
也可根据零件加工的要求，在普通的数控铣床的基础上，增加数控分度头或者数控回转工作台，这时机床的系统为四坐标的数控系统，也可以加工螺旋槽、叶片零件等。
3）根据加工零件的精度要求选用
我国已经制定了数控铣床的精度标准，其中数控立式铣床升降
，这样既可以使主轴向外伸出，也不会影响刀具装卸。
3.2.2 主要规格及技术参数
表3-1XKA5032主要规格及技术参数
参数名称单位数量
工作台面尺寸（长X宽）mm320 X 1320
工作台纵向（X）行程mm780
工作台纵向（Y）行程mm300
工作台纵向（Z）行程mm380
主轴孔径mm29
主轴端面至工作台面的距离mm70～450
主轴中心线至床身导轨面距离mm350
定位精度及重复定位精度mm±0.015、±0.005
主轴端部锥度ISONo.50
立铣头最大回转角度45°
主轴转速级数18
主轴转速范围r/min30～1500
工作台进给级数无级
纵、横向进给范围mm/min6～3200
垂向进给范围mm/min3～1600
纵、横向快进速度mm/min6000
垂向快进速度mm/min3000
主传动电动机功率kw7.5
主传动电动机转速r/min1440
工作台最大承载重量kg320
主轴最大扭矩N·m1000
机床外形尺寸（长×宽×高）mm1929 × 2055 ×2216
机床重量kg2800(3000)
该机床推荐使用的最大切削范围如下：
铣切钢：钢的含碳量0.45%，抗拉强度600N/mm2。铣刀直径100mm，齿数4；
铣切宽度50mm，铣切深度3 mm；主轴转速750 r/min，进给量750mm/min。
铣切灰铸铁：材料HT200，硬度HB150～225。铣刀直径250mm，齿数14；
铣切宽度150mm，铣切深度3.7 mm；主轴转速47.5 r/min，进给量300mm/min
3.3 确定数控铣床加工工况
在进行铣削轮廓时，为了保证一次连续地加工出全部表面，应选用半径小于工件最小轮廓半径的刀具，但是在实际的生产加工中，由于大直径铣刀刚性好，耐用度高的优点，通常会选用大直径铣刀来提高生产率。由XK5032数控立式升降台铣床推荐使用的最大切削范围可知，当铣削钢质零件时，铣刀最大的直径为100 mm。当铣削灰铸铁时，铣刀直径可达250mm。因此，为了满足该机床的实际加工能力与生产情况，一般在设计其自动换刀装置时，应该根据最大的刀具直径来设计，即设计的换刀装置能交换250mm的刀具。
依上分析，初估最大直径刀具的重量为8kgf。
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