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30#-12T型立式加工中心盘式刀库设计【3张图/11400字】【优秀机械毕业设计论文】

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30#-12T型立式加工中心盘式刀库设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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A3-刀库外形示意1.dwg

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数控加工中心自动换刀机构动作过程及控制原理研究.caj

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关键词：: 30 12 十二立式加工中心盘式刀库设计优秀优良机械毕业设计论文

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说明书一份,32页,11400字左右.

图纸共3张:
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A3-刀库外形示意2.dwg
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摘要
90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。刀库作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。本论文完成的是盘式刀库的总体设计、传动设计、结构设计以及传动部分的运动和动力设计。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库减速传动部分分两级减速，一级传动部分采用齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。本刀库满载装刀24把，采用单环排列方式排放，按就近选刀原则选刀。

关键词：加工中心；刀库；数控加工

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 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 a processing center one of the most important part, it has a direct bearing on the development of the processing center's development. This paper completed the overall design,transmission design,structure design and the transmission part's movement and dynamic design of the disc tool house. Such a tool house in the CNC Machining Center is widely used, the tool change is simple, tool change time is short, high-precision positioning; overall structure is simple and compact , Action is accurate and reliable; convenient maintenance and low cost. The slowdown part in the transmission of the tool house includes two parts, the first part of the transmission is gear deceleration device, the second transmission part of the transmission is Worm Gear deceleration device, such design can increase the output shaft of the transmission smooth performance, improve the smooth functioning of the tool house. The tool house which can load with the maximum of 24 tools use single-ring arrangement of emissions and according to the principle of the nearest to election tools.

Key words: Machining centers; Tool house; NC

目录
1 引言 1
1.1 数控加工中心概述 1
1.2 数控加工中心的分类 1
1.3 加工中心的主要加工对象 2
1.4 加工中心的特点 3
1.5 加工中心刀库的形式 4
1.6 换刀装置的形式 5
2 总体方案的确定 7
2.1 刀库主要参数 7
2.2 电动机的初选 7
2.3 确定传动装置的总传动比和分配传动比 8
2.4 确定各轴转速、转矩和功率 9
2.5 电动机的校核 11
3 刀库设计与校核 13
3.1 齿轮传动的计算 13
3.2轴的校核 17
3.3滚动轴承的校核 21
3.4蜗轮蜗杆的设计 22
3.5键的校核 22
4 刀具交换装置 23
4.1换刀简介 23
4.2换刀过程 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录1 27
附录2 28

30#--12T型立式加工中心盘式刀库设计

内容简介：: 盘式刀库随机换刀的程序设计发布： 20077:59:38 来自：转载浏览： 1498 次关键字：自动刀具交换装置（随机换刀；数据刷新；摘要：采用制程序和宏程序（固定换刀循环程序）组成的两部分完成复杂的刀库随机换刀控制程序是比较有效的方法。机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。马克思在资本论中有一段论述：“大工业必须掌握这特有的生产资料，即机器的本身，必须用机器生产机器。这样，大工业才能建立起与自己相应的技术基础，才得以自立 ”。我国数控技术及其数控机床设备在各工业部门中应用的整体水平与工业发达国家相比还有一定差距。为了实现 “十一五 ”规划的发展目标，进一步发展我国的装备制造业，加快机床的数控化，对各行各业尤其对于加工批量零件、关键零件和形状复杂零件的行业，如航空、电力、船舶、模具制造业等都具有十分重要的意义。数控机床尤其是加工中心的制程序设计是比较复杂的。因为加工中心自动换刀的控制程序是一个比较复杂的控制过程。按自动换刀方式通常可以分为随机换刀和固定换刀两种方式。如图 1，圆盘式刀库是机换刀典型的形式之一。其换刀机构（过凸轮机构来完成整个换刀过程。换刀的动作过程准确可靠，是一种被经常采用的刀库。在链式、盘式或箱式刀库程序设计时，通常可以将刀具交换分为两个步骤， T 命令主要完成搜索刀库中的刀具， M 命令完成刀具的交换，使主轴上更换新的刀具。因此，刀具交换实际上就是指搜索和交换目标刀具。随机换刀是一个非常复杂的逻辑控制过程。它只对刀具进行编码而不对刀套进行编码，刀具在刀库中的位置是随机的。理想的随机换刀控制通常包括圆盘式刀库制程序和宏程序（固定循环换刀程序）两部分组成。制程序根据 T 码完成搜索刀库中的刀具，程序完成刀具交换的整个过程。 1 随机换刀序设计以工中心（控系统）圆盘式刀库为例，刀库刀具交换的制程序设计主要考虑搜索目标刀具在刀库上的刀套位置、大小刀具管理和判别、刀库旋转方向（目标刀套最短路径）的判别、刀具数据的刷新和管理以及可预选刀具（主要为了可以缩短换刀时间），从而完成目标刀具的搜索，为刀具交换作准备。无论是西门子（控系统还是发那科（控系统，它们接受的 T 码都是二进制数据格式。因此在着手编制刀库制程序时首先考虑好选用功能指令的数据格式。这样就能保证正确选用功能指令，避免功能指令数据格式的不一致性。很多类型，如，要正确理解有的回转控制如图 2、数据检索如图 3、逻辑乘如图 4 和变址修改如图 5 等功能指令的用途，充分掌握合理应用数据检索指令完成对目标刀具所在刀套号的搜索；用回转控制指令解决刀库旋转最短路径的判别；用逻辑乘和变址修改指令完成刀具交换后的数据刷新；用比较指令解决大小刀具的判别，这样就可以比较容易简化一些复杂的判别和逻辑控制的程序。同时制程序还必须考虑一些必要的报警提示信息和必要的互锁条件：比如机械手不在原位 Z 轴必须锁住；刀套翻下时刀库不得旋转；主轴刀具未松开机械手不得交换等。随机换刀要防止杜绝发生刀具交换不正确的乱刀现象，否则会发生由于刀具选错而使加工工件报废的可能。 2 程序程序可以进行赋值、判断、比较、跳转、各种运算和轴运动指令。 i 数控系统系列的用系统变量 ( 应的变量号： #1000-#1015； )将序中大小刀具交换的条件状态位作为换刀宏程序判断跳步执行的条件，通过用户宏程序和间的信号应答，非常容易地实现了大小刀具的随机换刀；通过对机床数据的设定可以非常容易地使得轴移动到固定换刀点；可以定义不同的 M 辅助功能代码与制程序有机结合激活每一步换刀动作，整个换刀执行过程之间的复杂关系就十分简单明了。使用系统变量和机床参数不仅是一个非常有效简捷的方法，而且可以简化制程序设计，最终共同完成复杂的刀具交换的过程。下面是以工中心（控系统）为例的随机换刀宏程序 09002 101=#4001 (存储当前 1/02/03 状态 ) ; 102=#4002 (存储当前 18/态 ) ; 103=#4003 (存储当前 1 状态 ) ; F#1001 70 ； #1001：统变量号，对应 060 2 19 ； Z 到第一换刀点 , 参数 #1241, 主轴定位 ,参数 #4077 87 ；进入换刀模式 80 ；刀套倒刀 04 ；延时 82 ；刀 83 ；主轴松刀 84 ；换刀具 85 ；主轴紧刀 86 ；原位 81 ；刀套回刀 F #1000 50 ； #1000：统变量号，对应 4=#4120 ； # 4120:态信息的系统变量号 ,读入的 T 码赋给 #4 #4 ；将赋给 #4 的 T 码再赋给 T 80 ；刀套倒刀 04 ；延时 82 ；刀 83 ；主轴松刀 ) 84 ；换刀具 85 ；主轴紧刀 86 ；原位 81 ；刀套回刀 #101 G#102 G#103 ；恢复 G 代码 88 ；换刀结束 99; ；子程序返回 3000=1 ； #3000:报警系统变量号显示屏显示 280 ；子程序返回根据系统变量 #1000的状态，当 #1000 时完成对小刀与小刀或大刀与大刀的一次交换；当 #1000 时完成对小刀与大刀或大刀与小刀的二次交换，因为该盘式刀库机械手拔刀到位时无检测信号装置。宏程序中的主轴准停位置、换刀固定点无论是控系统还是控系统都可以通过机床参数进行设定。 3 结束语随机换刀的控制过程是比较复杂的。将宏程序与序有机结合使得机床的换刀过程控制更为方便、简捷。制程序设计没有固定的模式。参考吸收他人好的设计思路，经过自己的理解动手编制，并在数控机床上通过调试才会有更深刻的体会。参考文献 1吴祖育，秦鹏飞主编上海科技出版社 ,2000. 2北京发那科编译 . 规格 /特色载区降低重量，避免造成机身的负担，让精度更加准确。让负荷更重，品质更稳定。经工机一体加工完成，精度准确，强度增加，不慎撞机也不会断裂。承受更强的重量，让品质更稳定，旋转时更顺畅。轮材质采用镍铬钼合金钢，经第四轴及工机一体加工成型，精度高，稳定性佳，旋转时摩擦噪音特低。精心设计，可有效并简单的调整其正确位置，让品质更加稳定容易控制。用二个圆锥滚子轴承固定，可有效固定，并加强其可承受的力量，让品质更稳定。使其角度绝对正确，没有松脱的疑虑。有效并稳定的控制。质可更有效的控制。 :1 设计传动，可有效并确实的传动。装配或拆卸时更简单、确实。合马达板设计，可使拆、装更容易。用近接开关感应方式，可让电控更加得心应手。畅柔和，可靠稳定。更加强其刀具的重负荷。有效并正确的达到刀套直角上下的要求。 45C 中碳钢一体加工成型，强度高、可靠，没有断裂疑虑。产品系列 : 0 (刀 ) ( 4 (刀 ) ( 为了生产线上的顺畅及电脑系统的识别请在下订单时於产品编号後方加上 A B C D A:表示标准系统 B:表示选配系统 (长刀臂 ) C:表示选配系统 (大刀径设计 90D:表示选配系统 (长刀臂 +大刀径设计 90机型格 20T(#40) 20T(#40) 24T(#40) 24T(#40) 24T(#40) 24T(#40) 满刀量93300具直径最大刀具直径 1353535353535大刀具重量 8大刀具长度 3000000000000对刀速度 606060606060刀库重量 2809580950015动机构电动马达电动马达电动马达电动马达电动马达电动马达刀臂长度 5307030703070刀 65 70 65 70 65 70 角度规格 /特色载区降低重量，避免造成机身的负担，让精度更加准确。让负荷更重，品质更稳定。经工机一体加工完成，精度准确，强度增加，不慎撞机也不会断裂。承受更强的重量，让品质更稳定，旋转时更顺畅。轮材质采用镍铬钼合金钢，经第四轴及工机一体加工成型，精度高，稳定性佳，旋转时摩擦噪音特低。精心设计，可有效并简单的调整其正确位置，让品质更加稳定容易控制。用二个圆锥滚子轴承固定，可有效固定，并加强其可承受的力量，让品质更稳定。使其角度绝对正确，没有松脱的疑虑。开关设计，可有效并稳定的控制。质可更有效的控制。 :1 设计传动，可有效并确实的传动。装配或拆卸时更简单、确实。合马达板设计，可使拆、装更容易。用近接开关感应方式，可让电控更加得心应手。畅柔和，可靠稳定。更加强其刀具的重负荷。有效并正确的达到刀套直角上下的要求。 45C 中碳钢一体加工成型，强度高、可靠，没有断裂疑虑。产品系列 : 2 (刀 ) ( 为了生产线上的顺畅及电脑系统的识别请在下订单时於产品编号後方加上 A B A:表示标准系统 B:表示选配系统 (长刀臂 ) 机型格 12T(#50) 12T(#50) 满刀量刀具直径 13838大刀具直径 16060大刀具重量 200大刀具长度 35050对刀速度 6060刀库重量 36580动机构电动马达电动马达刀臂长度 60000刀角度 60 灣原裝 “聖傑 ”斗笠式刀庫特點： 1. 獨創滾珠式凸輪機構，分割精度高，運轉速度僅次於伺服刀盤。 2. 分離式持刀夾同刀盤支撐，長期保持刀杆垂直度、間隙，取刀動作順暢。 3. 空壓缸位於滑杆外側，氣缸速度調整、維修便利。 4. 刀盤與鈑金配合嚴密，下側防屑高過 90%。 5. 進口直線軸承支撐滑動順暢、平穩。庫鑄件以鋁合金製作，產品較輕。例 :40#1250#168740#20740#2400減輕立柱負擔、安裝檢修方便。有低噪音、定位準確 ,可提供高速運轉之效能。夾上下可浮動吸收主軸松夾刀時的力量，減少對刀盤 (夾 )的損傷，進而保護主軸壽命。供各種尺寸參考，並可提供刀數需求， 40# 8T;12T; 16T;20T。除以上技術支援外，確保產品穩定性，系列產品出貨前跑合測試次數為 1000次，並提供產品一年保固期 (正常使用條件下 )。加工中心刀库，斗笠式刀库 ,圆盘式刀库 ,链条式刀库加工中心使用的刀库最常见的形式是圆盘式刀库和机械手换刀刀库。一、特点圆盘式刀库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。机械手刀库机械手刀库换刀是随机地址换刀。每个刀套上无编号，它最大的优点是换刀迅速、可靠。 1、制造成本高。刀库有一个个刀套链式组合起来，机械手换刀的动作有凸轮机构控制，零件的加工比较复杂。装配调试也比较复杂，一般由专业厂家生产，机床制造商一般不自制。 2、刀号的计数原理。与固定地址选刀一样，它也有基准刀号： 1号刀。但我们只能理解为 1 号刀套，而不是零件程序中的 1号刀：统中有一张刀具表。它有两栏。一栏是刀套号，一栏是对应刀套号的当前程序刀号。假如我们编一个三把刀具的加工程序，刀具的放置起始是 1 号刀套装 1号刀）， 2号刀套装 3号刀套装们知道当主轴上刀后，号刀套，同理，在号刀套里。一个循环后，前一把刀具就安装到后一把刀具的刀套里。数控系统对刀套号及刀具号的记忆是永久的，关机后再开机刀库不用 “回零 ”即可恢复关机前的状态。如果 “回零 ”，那必须在刀具表中修改刀套号中相对应的刀具号。 3、机械手刀库换刀时间一般为 4秒（从一次切削到另一次切削）。 4、刀具数量一般比圆盘刀库多，常规有 18、 20、 30、 40、 60等 5、刀库的凸轮箱要定期更换起润滑、冷却作用的齿轮油。二、使用的选择两种刀库形式各有优缺点。选择哪一种？常规选择大家关注两点：一是价格，二是使用场合。价格：以 40#刀库 20把刀为例。圆盘式刀库价格约为械手刀库为使用场合：一般单件小批量生产用圆盘式刀库为好，大批量生产用机械手刀库。另外大家也知道机械手刀库可靠性比圆盘式刀库高，但圆盘式刀库维护保养简单方便。其实还有几点大家容易忽略。 1、圆盘式刀库的刀柄在刀库内放置时 7： 24的锥面是敞开的，无保护，时间久了或车间环境恶劣，锥面易脏。影响刀具的重复安装精度。而机械手刀库的刀套包容全部锥面，不易脏。特别对精镗刀的镗孔精度稳定性有好处。 2、机械手刀库对刀具重量要求严格，一旦超重，刀具会从机械手中甩出去，易出危险。长度也必须在要求范围内，机械手旋转时所占的空间比较大，编程者须计算换刀是否会碰夹具等。 3、圆盘式刀库从使用上讲，刀具应在圆盘周围均匀放置，尽可能使质量重心在圆盘中心。以延长刀库使用寿命。 4、从承重的角度讲，圆盘式刀库的刀柄以 40#和 30#比较好， 50#的刀柄最好选机械手刀库。 5、机械手刀库在使用大直径刀具（大于相邻刀位的最大直径）时处理比较麻烦。要么每一把刀具间隔位置都一样。要么通过特区 ”。三、刀库的故障情况圆盘式刀库的故障概率比机械手刀库高，易损件主要是 “马式机构 ”中拨叉上的滚针轴承损坏，如果刀库长时间满载或者偏重运行。那导轨副会磨损、圆盘中心的轴承也会磨损。但是更换都是比较方便的。机械手刀库主要是靠凸轮机构完成换刀动作的，简单、可靠。平时只要按时更换凸轮箱里的油即可。使用寿命长。如果凸轮槽磨损到一定程度后不更换，刀库就不能用了 1 毕业设计 (论文 ) 题目： 30#立式加工中心盘式刀库设计学生姓名学号学校专业班级指导教师年月中文摘要 2 摘要 90 年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。刀库作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。本论文完成的是盘式刀库的总体设计、传动设计、结构设计以及传动部分的运动和动力设计。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库减速传动部分分两级减速，一级传动部分采用齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。本刀库满载装刀 24 把，采用单环排列方式排放，按就近选刀原则选刀。关键词：加工中心；刀库；数控加工英文摘要 3 990s, as a of C in of of s in to C of in of to as of as a of it a on of s s of a in is is is is is in of of is of of of 4 of to of to 录 4 目录 1 引言 1 控加工中心概述 1 控加工中心的分类 1 工中心的主要加工对象 2 工中心的特点 3 工中心刀库的形式 4 刀装置的形式 5 2 总体方案的确定 7 库主要参数 7 动机的初选 7 定传动装置的总传动比和分配传动比 8 定各轴转速、转矩和功率 9 动机的校核 11 3 刀库设计与校核 13 轮传动的计算 13 17 21 22 22 4 刀具交换装置 23 23 23 结论 24 致谢 25 参考文献 26 附录 1 27 附录 2 28 附录 3 28 广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 5 1 引言数字控制是 20 世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号进行控制的一种方法 16。采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床 8。加工中心（称一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求而发展起来的，它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现在控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品，将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可以在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、内外倒角、环形槽及攻螺纹等加工 4。随着电子技术的迅速发展，以及各种性能良好的传感器的出现和运用，加工中心的功能日趋完善，这些功能包括：刀具寿命的监视功能，刀具磨损和损伤的监视功能，切削状态的监视功能，切削异常的监视、报警和自动停机功能，自动检测和自我诊断功能及自适应控制功能等 1。加工中心还与载有随行夹具的自动托板进行有机连接，并能进行切屑自动处理，使得加工中心成为柔性制造系统、计算机集成制造系统合自动化工厂的关键设备和基本单元。式数控加工中心的定义和组成部件立式加工中心指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心。立式加工中心一般具有三个直线运动坐标，工作台具有分度和旋转功能，可在工作台上安装个水平轴的数控转台用以加工螺旋线零件。立式加工中心多用于加工筒单箱体、箱盖、板类零件和平面凸轮的加工。立式加工中心具有结构简单、占地面积小、价格低的优点。加工中心的组成部分同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上有区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自动换刀装置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成。其中本次论文主要研究刀库和自动换刀装置。广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 6 工中心刀库的分类加工中心刀库主要分为：斗笠式刀库 ,圆盘式刀库 ,链条式刀库。加工中心使用的刀库最常见的形式是圆盘式刀库和机械手换刀刀库。而我设计的刀库是无机械手的盘式刀库。式刀库的组成刀库由刀盘部件、轴承、轴承套、轴、箱盖、拨销、锁止盘、电机、凸轮、箱体和感应开关等组成 . 广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 7 （ 1）带刀库机械手的加工中心加工中心换刀装置由刀库、机械手级组成，换刀动作由机械手完成。（ 2）机械手的加工中心这种加工中心的换刀通过刀库和主轴箱配合动作来完成换刀过程。（ 3）转塔刀库式加工中心一般应用于小型加工中心，主要以加工孔为主。加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。按加工中心立柱的数量分；有单柱式和双柱式（龙门式） 7。加工中心根据数控系统控制功能的不同分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制 11。工中心的主要加工对象加工中心适宜于加工复杂、工序多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多刀具夹具，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。其加工的主要对象有箱体类零件、复杂曲面、异形件、盘套板类零件和特殊加工等五类 4 箱体类零件一般是指具有一个以上孔系，内部有型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。这类零件在机床、汽车、飞机制造等行业用的较多。箱体类零件一般都需要进行多工位孔系及平面加工，公差要求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪，攻丝等工序，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量次数多，加工时必须频繁地更换刀具，工艺难以制定，更重要的是精度难以保证。加工箱体类零件的加工中心，当加工工位较多，需工作台多次旋转角度才能完成的零件，一般选卧式镗铣类加工中心。当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。复杂曲面在机械制造业，特别是航天航空工业中占有特殊重要的地位。复杂曲面采用普通机加工方法是难以甚至无法完成的。在我国，传统的方法是采用精广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 8 密铸造，可想而知其精度是低的。复杂曲面类零件如：各种叶轮，导风轮，球面，各种曲面成形模具，螺旋桨以及水下航行器的推进器，以及一些其它形状的自由曲面。这类零件均可用加工中心进行加工。铣刀作包络面来逼近球面。复杂曲面用加工中心加工时，编程工作量较大，大多数要有自动编程技术。异形件是外形不规则的零件，大都需要点、线、面多工位混合加工。异形件的刚性一般较差，夹压变形难以控制，加工精度也难以保证，甚至某些零件的有的加工部位用普通机床难以完成。用加工中心加工时应采用合理的工艺措施，一次或二次装夹，利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，完成多道工序或全部的工序内容。、板类零件带有键槽，或径向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盘套或轴类零件，如带法兰的轴套，带键槽或方头的轴类零件等，还有具有较多孔加工的板类零件，如各种电机盖等。端面有分布孔系、曲面的盘类零件宜选择立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。在熟练掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工装和专用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工艺工作，如在金属表面上刻字、刻线、刻图案；在加工中心的主轴上装上高频电火花电源，可对金属表面进行线扫描表面淬火；用加工中心装上高速磨头，可实现小模数渐开线圆锥齿轮磨削及各种曲线、曲面的磨削等 7， 8。加工中心（典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，因此在国内外企业界都受到高度重视。如今，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，加工广泛应用于机械制造中 8， 9。与普通数控机床相比，它具有以下几个突出特点：集中加工中心备有刀库并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工，使得工件在一次装夹后，数控系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，以及其他辅助功能，现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序集中，这是加工中心最突出的特点。加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上而且可以快速实广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 9 现批量生产，提高市场竞争能力加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，而且加工中心由于加工工序集中，避免了长工艺流程，减少了人为千扰，故加工精度更高，加工质量更加稳定。零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。加工中心带有刀库和自动换刀装置，在一台机床上能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半成品的周转、搬运和存放时间，使机床的切削利用率（切削时间和开动时间之比）高于普通机床 3 4 倍，达 80以上。加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到很大的改善。使用加工中心加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的，但在单件、小批生产的情况下，可以节省许多其他方面的费用，因此能获得良好的经济效益。例如，在加工之前节省了划线工时，在零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间，减少了直接生产费用。另外，由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸轮、钻模板及其他工夹具，省去了许多工艺装备，减少了硬件投资还由于加工中心的加工稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。用加工中心加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于使生产管理现代化。当前有许多大型成软件已经开发了生产管理模块，实现了计算机辅助生产管理。加工中心使用的刀库最常见的形式是圆盘式刀库和机械手换刀刀库 2。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广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 10 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（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 8 机械手刀库换刀是随机地址换刀。每个刀套上无编号，它最大的优点是换刀迅速、可靠。（ 1）制造成本高。刀库有一个个刀套链式组合起来，机械手换刀的动作有凸轮机构控制，零件的加工比较复杂。装配调试也比较复杂，一般由专业厂家生产，机床制造商一般不自制。（ 2）刀号的计数原理。与固定地址选刀一样，它也有基准刀号： 1 号刀。但我们只能理解为 1 号刀套，而不是零件程序中的 1 号刀：统中有一张刀具表。它有两栏。一栏是刀套号，一栏是对应刀套号的当前程序刀号。假如我们编一个三把刀具的加工程序，刀具的放置起始是 1 号刀套装 1 号刀）， 2 号刀套装 3 号刀套装们知道当主轴上加工时，即准备好，换刀后，进 2 号刀套，同理，在工时，装在 3 号刀套里。一个循环后，前一把刀具就安装到后一把刀具的刀套里。数控系统对刀套号及刀具号的记忆是永久的，关机后再开机刀库不用 “ 回零 ” 即可恢复关机前的状态。如果 “ 回零 ” ，那必须在刀具表中修改刀套号中相对应的刀具号。（ 3）机械手刀库换刀时间一般为 4 秒（从一次切削到另一次切削）。（ 4）刀具数量一般比圆盘刀库多，常规有 18、 20、 30、 40、 60 等（ 5）刀库的凸轮箱要定期更换起润滑、冷却作用的齿轮油 8 换刀装置的形式有回转刀架换刀、更换主轴换刀、更换主轴箱换刀、带刀库广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 11 的自动换刀系统 1。 2 总体方案的确定广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 12 连轴器电动机I I I 轴I 轴图 2统设计简图库主要参数载刀量： 12 把主轴鼻端：刀具形式具直径： 80均重量： 4选刀库直径： 660盘最低转速： 60r/于刀具形式为其刀具直径为 80按初选的刀库直径 660符合安装要求。刀库的系统传动部分的简图如上图示。动机的初选（ 1）选择电动机类型按工作要求和条件，选用三相异步电动机，电压 380V， Y 型。（ 2）选择电动机的容量初选电动机型号为 122，其主要参数如下表 1：广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 13 表 2需添加表名）型号额定功率满载转速额定转矩最大转矩质量 712 2 820 电动机输出转矩： 550m =m = m 在此论文中 1 、 2 分别为轴承、齿轮传动（包括蜗轮蜗杆）的传动效率。取 1 =子轴承 ), 2 =轮精度为 8 级 ,不包括轴承效率 )。（ 3）确定电动机转速刀库工作刀库转盘所必需满足的转速最低为： n = 60 根据传动比合理取值，取一级齿轮的传动比 i1 2,二级涡轮蜗杆减速器传动比i2 20，则总传动比合理范围为 ia 40，故电动机转速约为 nd= ia n=40 60 =2400 定传动装置的总传动比和分配传动比由选定电动机满载转速 n,可得传动装置总传动比为（ 2 总传动比为各级传动比 1i ,、 2i 、3i 的乘积，即电动机型号为 712 2，满载转速 820 （ 1）总传动比由式 (1) 60282047 （ 2）分配减速器的各级传动比按展开式布置。考虑润滑条件，得 1i 2， 2i =东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 14 则此时的输出转速为 =定各轴转速、转矩和功率（ 1）各轴转速 01 m （ 2 式中：电动机满载转速； 0i电动机至轴的传动比。以及 101 （ 2 2102 （ 2 由式（ 2（ 2 I 轴 01 m = 22820 =1410 1410 102 = （ 2）各轴输入功率 P 3 （ 2 12 P 3212 （ 2 23 223 （ 2 式中 2 、3分别为轴承、齿轮传动的传动效率。由式（ 5）（ 7）得 I 轴 P 01= I 轴 12 P = 32 3223 东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 15 I的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率如 I 轴输出功率为 P 余类推。（ 3）各轴输入转矩 010N m （ 2 其中下式计算： m （ 2 所以 010= 9550010 m （ 2 121 9550 120110 m （ 2 232 9550231201210 m （ 2 34 T= 955034231201210 m （ 2 由式（ 8）（ 13）电动机轴输出转矩 550 m I的输入转矩 I 轴 010= 955001 0i =2 = m T 1 = 1T m 232 212 广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 16 = m I的输出转矩则分别为各轴的输入转矩乘轴承效率如 I 周的输出转矩为 T m,其余类推。运动和动力参数计算结果如下表 2 表 2需添加表名）轴名转矩 T N m 功率 P 速 n 传动比 i 效率输入输出输入输出电动机轴 820 2 轴 410 1 I 轴 410 动机的校核（ 1）转矩校核加载在刀盘转轴上的重力为刀库旋转刀架的重力，其中刀架厚度为 15 g =310 4（（ 10=150N 刀库转盘的重量，其中转盘厚度为 30 g +7024=310 4560N 则可得刀库作用在轴 3 上的转矩 T/3 = 4560+150) m = m 可得 T/3 nd，故此电动机的转速也满足刀库的转速要求。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、转矩、价格和带传动、减速器的传动比，可见此电动机比较合适。因此选定电动机型号为 3 刀库设计与校核广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 18 轮传动的计算 1、选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）选用直齿轮 2）加工中心为一般工作机器且轻质载荷，故选用 7 级精度（ 88） 3）材料选择。选择小齿轮材料为 40 调质），硬度为 280齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240者材料硬度差为 40 4）选小齿轮齿数 1z =20，传动比为 i = 2, 大齿轮齿数 2z = 2 20 = 40 2、按齿面接触强度设计由设计计算公式（ 10 9a）进行试算，即 1 )(1(1) 确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数 2）计算小齿轮传递的转矩。 1T = n P 1410 N 410 N )由表 10 7 选取齿宽系数d= 1。 4)由表 10 6 查得材料的弹性影响系数 1表 10 21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 1=600齿轮的接触疲劳强度极限 2=550 6）由式 10 13 计算应力循环次数。 1N = 6060 1410 1 （ 2 8 365 8） = 910 2N = =910 7)由图 10 19 取接触疲劳寿命系数121 8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1 00 ，安全系数 S = 1，由式（ 10 12）得广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 19 H 1 =60070H 2 =N 255028) 计算 1）试算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值。 1 )(1=4 ) 于机床实际的尺寸关系，这里小齿轮的分度圆直径取为0)计算圆周速度 v。 v=100060 11 nd t=100060 51440 3)计算齿宽 b。根据机床经验公式，齿宽为模数的 6 8 倍，这里模数先试取 2，故 b =（ 6 8） m = 16 这里取 b=20)计算齿宽与齿高之比模数 140/20 2 高 h = 2 4.5 mm )计算载荷系数。根据 v = 7 级精度，由图 108 查得动载系数21；直齿轮，由表 10 2 查得使用系数广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 20 由表 10 4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，由图 10 13 得故载荷系数 K = AK 1 ）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式 (10 10a)得： 1d = 40 3 ）计算模数 m m = 11 、按齿根弯曲强度设计由式 (10 5)得弯曲强度的设计公式 21为 m3 211 )(2（ 1）确定公式内的各计算数值 1）由图 10 20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 1=500=380由图 1018 取弯曲疲劳寿命系数1 3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S=式 (10 12)得： F 1 =1= F 2 =2= 计算载荷系数 K。 K= 1 ）查取齿形系数。由表 10 5 查得 1 广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 21 6）查取应力校正系数。由表 10 5 查得 1 7）计算大、小齿轮的加以比较。 111 =22 Y=齿轮的数值大。（ 2）设计计算 m3 24 0 1 6 4 可知上面所预选的模数 m=2 符合设计要求。 1z = 240 =20 大齿轮齿数 2z =2 20=40。 4、几何尺寸计算（ 1）计算分度圆直径 1d = 1z m=20 2=40 d = 2z m=40 2=80 2）计算中心距 a=2 21 =28040 60 3）计算齿轮宽度根据机床实际设计取值，取 1B =202B =15 5、结构设计及绘制齿轮零件图 3东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 22 图 3添加图名）受力分析图及弯扭矩图： z 1F y 1F z 3F z 4F y 2A 添加图名）图 3需添加图名）广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 23 图图图图图 3添加图名）广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 24 （ 1）计算作用在轴上的作用力蜗轮：由于轴 3 的输入转矩3T= m 则由式3T=3F 3d=得3F=3T/3d=个力是作用在蜗轮上，对轴 3 产生转矩，由已知导程角和齿形角可算出其余的力，蜗轮的受力情况可由蜗杆的受力图分析： F=向力 20 向力104875N 4刀库旋转刀架的重力，其中刀架厚度为 15 4 g =310 44 （ 4 （ 10 =150N 3中转盘厚度为 30 图 3添加图名）广东白云学院（论文）错误 !未指定书签。 25 3g +7024=310 =4560N (2) 计算支座反力 a、垂直面上的轴承的支承力。由和以左齿轮中点 A 的弯矩平衡得： 4 3 2 1 即 150+4560+2 14 168+ 389= 46+ 275 可得 110790N 25220N b、水平面上的轴承的支承力。由和以右齿轮 B 中点的弯矩平衡得： 1 即 175= 29 可得123)、水平面上的弯矩 4 79= 左4 168+39=*M 右2 75+6=*M 2 29=*M (4)、垂直面上的弯矩左46= 右29= (5)、两平面上的弯矩的合成 22 M

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