【JQ055】立式铣床换刀机构设计[XKA5032AC][2A0]【机械专业毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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- 内容简介：
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无锡太湖学院信 机系 机械工程及自动化 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目立式铣床换刀机构设计 2、专题 换刀机构设计 二、课题来源及选题依据 课题来源为南京某机械有限公司生产实际。通过毕业设计是为了培养学生开发和创新机械产品的能力，要求学生能够结合企业现有数控立式铣床自动换刀装置，针对实际使用过程中存在的问题，综合所学的机械理论设计与方法，对数控立式铣床自动换刀装置进行改进，从而达到解决问题。 在设计传动件时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 该部件工作时，能运转正常； 拟定工作机构和传动系统的运动方案，并进行多方案对比分析； 当电动机输入功率时，对主要工作机构进行运动和动力分析； 设计数控立式铣床自动换刀装置总装图1张； 设计数控立式铣床自动换刀装置刀库装配图1张； 设计绘制零件工作图若干； 编制设计说明书1份。 四、接受任务学生： 机械91 班 姓名 五、开始及完成日期：自2012年11月12日 至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名2012年11月12日编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相关资料 题目： 立式铣床 换刀机构设计 换刀机构设计 信机 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923031 学生姓名： 褚 浩 指导教师： 鲍虹苏 （职称： 高 工 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目： 立式铣床 换刀机构设计 换刀机构设计 信机 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923031 学生姓名： 褚 浩 指导教师： 鲍虹苏 （职称： 高 工 ） （职称： ） 2012年 11月 25日 课题来源 南京某机械有限公司生产实际。 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 该课 题主要 是为了培养学生开发和创新机械产品的能力，要求学生能够结合企业现有的数控立式铣床，针对实际使用过程中存在的换刀问题，综合所学的机械理论设计与方法，对数控立式铣床换刀装置进行改进设计，从而达到在数控机床实现自动换刀。 在设计换刀装置时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。 使用自动换刀机构，可以大幅度提高生产效率，节约成本。 应用前景非常广泛，目前国内外都普遍研究开发新的自动换刀机构。 研究内容 通过调研应明白要对一个产品进行改进或创新以满足用户的需求，信息的获取是非常重要的， 分析 数控立式铣床 的功能要求，完成 数控立式铣床自动换刀装置 的结构分析、刀库的设计、刀具交换装置的设计、自动换刀装置的控制原理等， 在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本 。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 通过实践与大量搜集、阅读资料相结合，掌握好基本原理后，对 企业现有数控立式铣床自动换刀装置 进行数学建模，并通过模拟实验分析建立 数控立式铣床自动换刀 装置 的实体模型，设计 出数控立式铣床自动换刀装置 ，进行现场实验，来进行传动件的最优化设计。 研究计划及预期成果 研究计划： 2012 年 11 月 25 日 12 月 25 日 ：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填 毕业设计开题报告书。 2013 年 1 月 10 日 2 月 29 日 ：网上查询相关资料，了解国内外研究发展状况。 2013 年 3 月 5 日 3 月 12 日 ：按照要求设计换刀机构整体部分。 2013 年 3 月 13 日 3 月 24 日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。 并且开始轴 蜗轮蜗杆 的计算。 2013 年 3 月 24 日 4 月 18 日： 完成刀具换刀机构刀库图，此外还画了其他几张图，并完成了 换刀机构液压设计。 2013 年 4 月 26 日 5 月 21 日：毕业论文撰写和修改工作。 预期成果： 现场调研、模拟、建模、实验、机器调试，达到产品的最优化设计，大大降低劳动强度和提高生产效率。 特色或创新之处 适用于企业 普通数控立式铣床自动换刀装置 的优化设计，可降低工人的劳动强度、减少机械加工工艺时间和降低机械零件的生产成本。 已具备的条件和尚需解决的问题 针对实际使用过程 中数控立式铣床自动换刀装置 存在的问题，综合所学的机械理论设计与方法，如何对 数控立式铣床自动换刀装置 进行改进，进而提高学生开发和创新机械产品的能力。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 英文原文 in in it a in a of or to is to of is of of a on is of of of in a is by on ad it is .a is in ad to be a is a is at a of by a of in be is by in up to 000of a a at At is a in in is by to of in is is Q is Q to a as of a is in at a 20hp 003hp at 0 5on 20it 0000Q is on a of as of ,to ,of a t it lf on of in 0pp a 200000 to as by lf is in of or if of a is to or of or of a be as of or it be in a of to or of in is by or to in of or a as in is is is of In in an of by is a at of is I, of in of I is is I. of up 500 to in to as in to of is to 500of at of be in to of or a to of in in as or of a in be of a is a It in be so it is to of or is a of is a so 80 of 80 of is a of of of is at As in a As to a to to in A is a of to of a or to of an is is so on a or of is by if by is is to a is to is at of 00 500of a in so be of in a an of a of of a a 00a is of 00an or to a of so of is by as a of is a It is in a or to a to a as of at to in No at be a or is in is a a is to is by . is by . is by . To us a 000be by a 5It a 40at up 00it 000at A an on 000to a 00or , up or in of 0so be of of 0is go 000 on . of 5 of . 00be 50025By we of 0As in 00is at to in is a to to 00in a on of on , in a to of of . is to in of 0to at to 0to to as 000is at 00It a 00to 0to 0000 on . is to 0000is to to to in a NC to NC a of NC by NC is to be or NC to do NC by be NC to is as to a NC is s a is or be A by NC is a is as a a it be is to be to to up is s of NC is to as is in a NC or of be of a a of by as is on to be to of NC A to a of of in A on to of a be on a As a in on By a on a is of of is It be NC to by to to in to a (be to of on a to NC to be in a by of NC By of is of in a to a is be if to be to a to of is If to is to to m 摘 要 本论文介绍的是 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 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 of of of on it of is of of At be of be to is in of C of of is of of of is of of of of of of is of of is of of NC of of 4 目 录 摘 要 . I . 录 . 4 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 控机床发展历史及趋势 . 错误 !未定义书签。 控铣床的分类及组成 . 错误 !未定义书签。 控立式铣床 . 错误 !未定义书签。 式数控铣床 . 错误 !未定义书签。 卧式两用数控铣床 . 错误 !未定义书签。 控铣床的组成 . 3 控铣床的选用 . 错误 !未定义 书签。 控铣床的 主要功能及加工范围 . 4 控铣床的 主 要功能 . 4 控铣床的 加工范围 . 错误 !未定义书签。 2 数控铣床自动换刀装置总体要求 . 6 控铣床自动换刀装置产生背景及换刀方法 . 6 控铣床自动换刀装置的总体要求 . 8 动换刀装置的分类 . 8 自动换刀装置的要求 . 8 3 自动换刀装置总体设计 . 9 动换刀装置设计数据 . 9 控铣床主要技术参数 . 9 构参数 . 错误 !未定义书签。 要规格及技术参数 . 10 定数控铣床加工工况 .定自动换刀装置的方式 . 自动换刀控制原理 . 13 动换刀机构液压系统的设计 . 13 液压的特点 . 13 动换刀机构液压系统原理图 . 13 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 库类型 . 15 具识别 . 15 库容量的设计 . 16 库结构的设计 . 错误 !未定义书签。 动装置的选择 . 错误 !未定义书签。 库回转机构的设计 . 18 定刀具的选择方式 . 错误 !未定义书签。 库的定位与刀具的松夹 . 错误 !未定义书签。 6 刀具交换装置的设计 . 错误 !未定义书签。 定换刀机械手结构形式 . 错误 !未定义书签。 刀机械手的工作原理 . 错误 !未定义书签。 动换刀的动作顺序 . 错误 !未定义书签。 械手回转传动机构的设计 . 错误 !未定义书签。 动换刀装置对主轴准停的要求 . 错误 !未定义书签。 刀机械手的安装与调试 . 错误 !未定义书签。 动换刀程序的编制 . 27 7 结论与展望 . 29 论 29 望 . 29 致谢 . 30 参考文献 . 31 附录 . 32 存档编码：无无锡锡太太湖湖学学院院 2013 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表 系别：信机系 班级 ：机械91 学生姓名：褚浩 课题（设计）名称：立式铣床换刀机构设计 开始日期：2012年11月12号周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备 注1-32012年11月12日-2012年11月27日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书存在问题：对于实际操作不是很了解。改进方法：参与工作，逐渐了解，参与其中。4-82012年11月28日-12月31日指导专业实训填写毕业设计开题报告存在问题：对课题难易程度理解不够，难点分析不足，分析能力欠缺，许多问题不是很明白。改进方法：在指导老师的帮助下，进一步消化本课题。9-102013年1月9日-2月12日指导毕业实习修改完善毕业设计开题报告存在问题：对课题难点分析不足，分析能力欠缺，对课题理解不深，头脑里没设计的东西的概念改进方法：在指导老师的帮助下，整改开题报告。112013年2月13日-2月17日完成毕业设计开题报告毕业设计开题报告定稿存在问题：由于工作原因，空闲时间很少，查阅资料太少。改进方法：在指导老师的帮助下，完成开题报告。122013年2月20日-2月24日检查毕业设计准备情况开始正式做毕业设计存在问题：由于工作原因，空闲时间很少，查阅资料太少。改进方法：在指导老师的帮助下，开始正式做毕业设计。132013年2月27日-3月2日查阅参考资料晚上和周末上网和去图书馆找资料存在问题：工作原因时间少，进度慢。改进方法：提高效率。142013年3月5日-3月9日了解机床发展历史绪论开始存在问题：无改进方法：无152013年3月12日-3月16日了解铣床的分类和组成查阅资料了解机床分类和组成存在问题：第一次接触铣床，不太了解。改进方法：多查阅资料。162013年3月19日-3月23日了解铣床功能和加工范围查阅资料，了解铣床功能和加工范围。存在问题：无实际经验。改进方法：多接触。周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备 注172013年3月26日-3月30日工艺方案确定结合实际制定方案存在问题：缺乏实际操作经验，制定的工艺方案不合理。改进方法：多去咨询老师了解实际生产过程，重新确立合理的工艺方案。182013年4月2日-4月6日总体设计开始总体设计存在问题：工程有点大。改进方法：不急躁，慢慢做。192013年4月9日-4月13日刀库设计开始刀库设计存在问题：有很多不懂得。改进方法：多查阅资料，多咨询老师。202013年4月16日-4月20日整理设计准备绘图完成设计，开始准备绘图存在问题：部分数据计算有误。改进方法：重新核对数据，重新计算。212013年4月23日-4月27日装配图绘制装配图存在问题：2D装配图中部分标准件画法不正确，尺寸不精确。改进方法：按机械制图要求改正不正确的画法，修改尺寸。222013年4月30日-5月4日完成零件图绘制零件图存在问题：2D装配图中技术要求填写不合理，明细栏填写不正确。改进方法：按机械制图要求改正不当之处。232013年5月7日-5月11日说明书、摘要、小结整理说明书、摘要、小结存在问题：工程量大。改进方法：细心整理。242013年5月14日-5月18日检查、指导设计说明书、摘要和小结编写完成设计说明书、摘要和小结存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理，关键词不恰当。改进方法：根据说明书规范要求更改，重新按要求编写摘要。252013年5月21日-5月25日上交资料、答辩整理所有资料上交指导教师，答辩存在问题：资料整理欠合理。改进方法：按学院要求整理并装订，进行答辩。 说明： 1、“工作计划、进度”、“指导教师意见并签字”由指导教师填写，“每周主要完成内容”，“存在问题、改进方法”由学生填写。 2、本表由各系妥善归档，保存备查。编号 无锡太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 立式铣床换刀机构设计 换刀机构设计 信机 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923031 学生姓名： 褚 浩 指导教师： 鲍虹苏 （职称： 高 工 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 立式铣床换刀机构设计 换刀机构设计 是本人在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 91 学 号： 0923031 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、题目 立式铣床换刀机构设计 2、专题 换刀机构设计 二、课题来源及选题依据 课题来源为南京某机械有限公司生产实际。通过毕业设计是为了培养学生开发和创新机械产品的能力，要求学生能够结合企业现有数控立式铣床自动换刀装置，针对实际使用过程中存在的问题，综合所学的机械理论设计与方法，对数控立式铣床自动换刀装置进行改进，从而达到解决问题。 在设计传动件时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可 能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 该部件工作时，能运转正常； 拟定工作机构和传动系统的运动方案，并进行多方案对比分析； 当电动机输入功率时，对主要工作机构进行运动和动力分析； 设计数控立式铣床自动换刀装置总装图 1 张； 设计数控立式铣床自动换刀装置刀库装配图 1张； 设计绘制零件工作图若干； 编制设计说明书 1 份。 四、接受任务学生： 机械 91 班 姓名 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 本论文介 绍的是 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 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 of of of on it of is of of At be of be to is in of C of of is of of of is of of n of of of of is of of is of of NC of of V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 控机床发展历史及趋势 . 1 控铣床的分类及组成 . 1 控立式铣床 . 1 式数控铣床 . 2 卧式两用数控铣床 . 2 控铣床的组成 . 3 控铣床的选用 . 3 控铣床的 主要功能及加工范围 . 4 控铣床的 主要功能 . 4 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 控铣床自动换刀装置产生背景及换刀方法 . 6 控铣床自动换刀装置的总体要求 . 8 动换刀装置的分类 . 8 自动换刀装置的要求 . 8 3 自动换刀装置总体设计 . 9 动换刀装置设计数据 . 9 控铣床主要技术参数 . 9 构参数 . 9 要规格及技术参数 . 10 定数控铣床加工工况 . 11 定自动换刀装置的方式 . 11 4 自动换刀控制原理 . 13 动换刀机构液压系统的设计 . 13 液压的特点 . 13 动换刀机构液压系统原理图 . 13 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 库类型 . 15 具识别 . 15 库容量的设计 . 16 库结构的设计 . 16 动装置的选择 . 17 刀库回转机构的设计 . 18 定刀具的选择方式 . 22 库的定位与刀具的松夹 . 22 6 刀具交换装置的设计 . 24 定换刀机械手结构形式 . 24 刀机械手的工作原理 . 25 动换刀的动作顺序 . 26 械手回转传动机构的设计 . 26 动换刀装置对主轴准停的要求 . 27 刀机械手的安装与调试 . 27 动换刀程序的编制 . 27 7 结论与展望 . 29 论 29 望 . 29 致谢 . 30 参考文献 . 31 附录 . 32 立式铣床换刀机构设计 换刀机构设计 1 1 绪论 控机床 发展历史及趋势 数控技术是现代制造技术的基础。 数控机床出现在 20 世纪 50 年代，从数字控制（ 直接数字控制（ 今天制造业普遍使 用的计算机数 字 控 制 （ 数控技术的基础是加工设备 可编程自动化，机床可以按照设定的程序自动运行， 从而 使操作者与加工设备 能够在时间和空间上得以分离，让 机床和加工系统 具有一定的智能和自主性，它 基本轨迹是信息 之间 的交互、处理和集成。 由于 数控机床相对于普通机床具有广泛的适应性，加工对象改变时 ，只需要改变输入的程序指令。至于 加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复 杂型面，从 而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求 较 高、形状又较复杂的工件，并 且 能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品 种 也 日益变 多，有车床、镗床、 铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 随着微电子技术、 软件技术和计算机技术的迅速发展，数控机床控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能，并且 可靠性也大大 得到提高， 数控系统本身也 将普遍实现自动编程。 未来数控机床的类型 也将更加多样化，多工序集中加工 数控机床 的 品种 也 越来越多；再加上 激光 加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围。 数控机床的自动化程度更加提高，并具有 很 多 种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于加 入高度自动化的柔性制造系统中。 数字控制机床 一搬 是用数字代码形式 信息 (程序指令 )，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体 等 组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接 来 手动输入。 控铣床的分类 及组成 控立式铣床 数控铣床中种类最多的一种是数控立式铣床，应用范围也最广泛。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降、及主轴不动 等 方式， 这与普通立式升降台铣床相似。 中型数控立式铣床一般 都 采用纵向和 横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动。大型数控立式铣床因要考虑到扩大行程和 缩小占地面积及刚性等技术问题 ， 所以 往往采用龙门架移动式，它的 主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上 面 运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。 从机床数控系统控制的坐标数量 看，目前大多数是 3 坐标数控立式铣床。一般 来说 可进行 3 坐标联动 的 加工，但 是 也有部分机床只能进行 3 坐标中的任意二个坐标联动加工。此外，还有机床主轴可以绕 X、 Y、 Z 坐标轴中其中一个或两个轴作数控摆角运动的 4 坐标和 5 坐标 的 数控立式铣床。一般来说，机床控制的坐标轴越多，尤其 是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围 以 及可选择的加工对象也越多。但随之而来的是机床的结构更复杂，对数控系统的 要求更高，编程的难度更大，设备的价格也更高。 无锡太湖学院学士学位论文 2 图 立式数控铣床的实物图，床身固定在底座上，用于安装和支承机床各部件，控制台上 面有彩色液晶显示器、机床操作按钮以及 各种开关及指示灯。纵向工作台、横向溜板安装在升降台上，通过纵向进给伺服电机、横向进给伺服电机和垂直升降进给伺服电机的驱动，完成 X、 Y、 Z 坐标的进给。电器柜安装在床身立柱 后面，其中装有电器控制部分。 图 式数控铣床实物图 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。 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。 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立式铣床换刀机构设计 换刀机构设计 3 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。 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。 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 400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500 600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 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 升降台铣床已有专业标准。标准规定其直线运动坐标的定位精度为 00复定位精度为 圆精度为 际上，机床出厂精度均有相当的储备量，比国家标准的 允差值大约压缩 了 20%左右。因此，从精度选择来看，一般的数控铣床即可 以 满足大多数零件的加工需要。对于精度要求比较高的零件，则应考虑选用精密型的数控铣床。 无锡太湖学院学士学位论文 4 4）根据零件的批量或其他要求选择 对于大批量的，用户可采用专用铣床。如果是中小批量而又是经常周期性重复投产的话，那么采用数控铣床 就 是非常合适的，因为第一批量中准备好多工夹具、程序等可以存储起来重复使用。 所以 从长远考虑，自动化程度高的铣床代替普通 铣床 ，减轻劳动者的劳动量提高生产率的趋势是不可避免的。 控铣床的 主要功能及加工范围 1. 控铣床的 主要功能 1)点位控制功能 数控铣床的点位控制主要用于工件的孔加工，如中心钻定位、扩孔、钻孔、锪孔、镗孔和铰孔等各种孔加工 的 操作。 2) 连续控制功能 通过数控铣床的直线插补、圆弧插补或复杂的曲线插补运动，铣削加工工件的平面和曲面。 3)刀具长度补偿功能 改变刀具长度的补偿量，可以补偿刀具换刀后的长度偏差值， 另外 还可以 改变切削加工的平面位置，控制刀具的轴向定位精度。 4)刀具半径补偿功能 如果直接按工件轮廓线编程，在加工工件内轮廓时，实际轮廓线将 增 大了一个刀具半径值 ;在加工工件外轮廓时，实际轮廓线又小了一个刀具半径值。使用刀具半径补偿的方法，数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具中心偏离工件轮廓 一个刀具半径值，从而加工出符合图纸要求的轮廓。利用刀具半径补偿 功能，改变刀具半径补偿量，还可以补偿刀具磨损量和加工误差， 从而 实现对工件的粗加工和精加工。 5)固定循环加工功能 应用固定循环加工指令，可以简化加工程序，减少编程 的工作量。 6)子程序功能 如果 有 加工工件形状相同或相似部分，把其编写成子程序，由主程序调用，这样 就 简化 了 程序结构。引用子程序的功能使加工程序模块化，按加工过程的工序分成若干个模块，分别编写成子程序， 并 由主程序调用，完成对工件的加工。这种模块式的程序便于加工 的 调试，优化加工 的 工艺。 7) 特殊功能 通过 在数控铣床上配置仿形软件和仿形装置，用传感器对实物扫描及采集数据，经过数据处理后自动生成 序，进而实现对工件的仿形加工和 反向加工工程。总之，配置一定的软件和硬件之后， 就 能够扩大数控铣床的使用功能。 1. 控铣床的 加工范围 1)平面类零件加工 平面类零件是指加工面平行或者垂直于水平面。数控机床铣削平面可以分为对工件的水平面 (工，对工件的正平面 (工和对工件的侧平面 (工。只要使用两轴半控制的数控铣床就能完成这样平面的铣削加工。 立式铣床换刀机构设计 换刀机构设计 5 2)曲面加工 曲面加工又分为直纹曲面类零件和立体曲面类零件。 直纹曲 面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。 立体曲面类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触。一般采用行切加工法和三坐标联动加工。 如果铣削复杂的曲面则需要使用三轴甚至更多轴联动的数控铣床。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2 数控铣床自动换刀装置总体要求 控铣床自动换刀装置产生背景及换刀方法 数控 铣床是高效率机床的典型产品，然而对于多数数控铣床而言，未配备自动换刀装置成了最大的缺陷。因此为了配合机床的高效率，自动换刀装置（ 配置及其高速化的运作应成为数控铣床进行结构改进的重要技术内容。 数控机床为了进一步提高生产率，进一步压缩非切削时间， 所以 现代的机床逐步发展为在一台机床上完成多工序或全部工序的加工。数控机床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差，通常 都 带有自动换刀系统。对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置 被 称为自动换刀装置 ( 自动换刀（ 称 统由控制系统和换刀装置 两部分 组成。在数控铣床的基础上，如果再配以刀具和自动换刀系统，就构成 了 加工中心（ 称 在这类数控机床上，自动换刀装置（ 必不可少的。例如加工中心机床又 被 称 为 多工序自动换刀数控机床，它主要是指具有自动换刀及自动改变工件加工位置功能的数控机床， 且 具有自动换刀装置是加工中心机床的典型特征，是多工序加工的必要条件。自动换 刀机构 的功能，能大大 提高整 个 机 器 的工作效率，节约加工时间。由于普通的数控立式铣床加工的一般是中小零件，其大多需要几把刀具加工（ 10把刀具以内，）所以增加自动换刀装置的同时也要增加自动变换主轴转速，如此便可以减轻劳动强度，减少换刀时间，既提高了机床的自动化程度，又提高了劳动生产率。因此，数控立式铣床作为数控铣床中数量最多、应用范围也 是 最广的一种，对其附加能够快速、准确地自动换刀装置是非常有必要的。 随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高，换刀的速度已成为衡量一台机床加工效率的一项重要指标。 由于 自动换刀要求准确可靠，而且它的 结构相对比较复杂，因此加大了提高换刀速度技术难度。目前国外机床为了适应高速加工， 都 采用了新技术、新方法，为其配备快速自动换刀装置。 1）换刀速度指标 衡量换刀速度的方法主要有 以下 三种：刀到刀换刀时间，切削到切削换刀时间，切屑到切屑换刀时间。由于切屑到切屑换刀时间基本上就是数控铣床两次切削之间的时间，反映了数控铣床换刀所占用的辅助时间，因此切屑到切屑换刀时间应 该 是衡量数控铣床效率高低的最直接指标。而刀到刀换刀时间则主要反映自动换刀装置本身性能的好坏，更适合作为机床自动换刀 装置的性能指标。这两种方法通常用来评价换刀速度。至于换刀时间多 少才是高速机床的快速自动换刀装置并没有确定的指标，在技术条件允许 的情况下，构的机床，实现了切屑到切屑换刀时间仅为 目前世界上切屑到切屑换刀时间最短的机床。这种结构的机床和通 常的加工中心结构已大不相同。不仅可以用于需要快速换刀的加工，同时 可以多轴同时加工，适合在高效率生产线上使用。 （ 2）刀库布置在主轴周围的转塔方式 这种方式，刀库本身就相当于机械手，即通过刀库拔插刀并采用顺序换刀，使机床切立式铣床换刀机构设计 换刀机构设计 7 屑到切屑换 应尽可能的提高换刀速度。 2）提 高换刀速度的基本原则 数控铣床自动刀具交换的基本出发点是在多种刀具参与的加工过程中，通过自动换刀，减少辅助加工时间。在高速数控铣床上，由于切削速度的大幅度提高，自动换刀装置和刀库的配置也要考虑尽可能缩短换刀时间，从而和高速切削的机床相配合。 数控铣床的换刀装置通常由刀库和刀具交换机构组成，常用的有机械手式和无机械手式等方式。刀库的形式和摆放位置也不一样。为了适合高速运动的需要，高速数控铣床在结构上已和传统的加工中心不同，以刀具运动进给为主，减小运动件的质量已成为高速数控铣床设计的主流。因此，设计换刀装置时 ，要充分考虑到高速机床的新结构特征。 在设置高速数控铣床上换刀装置时，时间并不是唯一的考虑因素。首先，应该在换刀动作准确、可靠的基础上提高换刀速度。特别是 数控铣床功能部件中故障率相对比较高的部分，这一点尤其重要。其次，要根据应用对象和性能价格比选配 换刀时间对生产过程影响大的一些应用场合，要尽可能提高换刀速度。例如，在汽车等生产线上，换刀时间和换刀次数要计入零件生产节拍。而在另外一些地方，如模具型腔加工，换刀速度的选择就可以放宽一些。 3）提高换刀速度的主要技术方法 适合于数控铣床的快速自 动换刀技术主要有以下几个方面： 在传统的自动换刀装置基础上提高动作速度，或采用动作速度更快的机构和驱动元件。例如，机械凸轮结构的换刀速度要大大高于液压和气动结构。比如日本 司生产的 式加工中心的机械凸轮结构的快速换刀装置，刀到刀换刀时间只有 适合于数控铣床的刀柄。 柄质量轻，拔插刀行程短，可以使自动换刀装置的速度提高。快速自动换刀装置采用 心短锥柄刀是发展的趋势。 根据高速机床新的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如，传统的立式加工中心的刀库和换刀装置多装 在立柱一侧：而高速数控铣床则大多为立柱移动的进给方式，为减轻运动件质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。 采用新方法进行刀具快速交换。不用刀库和机械手方式，而改用其它方式换刀。例如不用换刀，用换主轴的方法。 利用新开发的加工中心的主轴部件可作 6 自由度高速运动这一特点，让主轴直接参与换刀过程，不仅可使刀库配置位置灵活，而且可减少刀库运动的自由度，显著简化刀库和换刀装置的结构。 除了在传统换刀装置的基础上提高动作速度外，还出现了一些新方法和新结构换刀装置。 （ 1）多主轴换刀 这种机床没有传统的刀库和换刀 装置，而是采用多个主轴并排固定在主轴架上，一般为 3 18 个。每个主轴由各自的电动机直接驱动，并且每个主轴上都安装了不同的刀具。换刀时不是主轴上的刀具交换，而是安装在夹具上的工件快速从一个主轴的加工位置移动到另一个装有不同刀具的主轴，实现换刀并立即加工。这个移动时间就是换刀时间，而且非常短。由夹具快速移动完成换刀，这样省去了复杂的换刀机构。奥地利 司无锡太湖学院学士学位论文 8 生产的这种结 刀时间较短。这种方式如果要实现任意换刀，则就随所选刀在刀库的位置不同而存在时间长短不等，最远的刀可能切屑到切屑换刀时间较长。因此，这种方式 作为高速自动换刀装置 一般 只能采用顺序选刀的方式。 （ 3）多机械手方式 同样，刀库布置在主轴的周围，但采用每把刀有一个机械手的方式使换刀几乎没有时间的损失，并可以采用任意选刀的方式。 控铣床自动换刀装置的总体要求 动换刀装置的 分类 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的型式、工艺范围及刀具的种类和数量等。这种装置主要可以分为以下几种形式： 1、回转刀架换刀形式 2、更换主轴头换刀形式 3、带刀库的自动换刀形式 自动换刀装置的要求 数控铣床上的自动换刀装置由刀库和刀具交换装 置
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