数控立式铣床毕业设计

摘 要本 论 文 介 绍 的 是 XKA5032A/C 数 控 立 式 升 降 台 铣 床 自 动 换 刀 装 置 （ 刀 库 式 ） 的 设 计 .刀 库 式 的 自 动 换 刀 装 置 是 由 刀 库 和 刀 具 交 换 装 置 （ 换 刀 机 械 手 ） 组 成 。 它 是 多 工 序 数 控 机床 上 应 用 最 广 泛 的 换 刀 装 置 ， 其 整 个 换 刀 过 程 比 较 复 杂 。 首 先 把 加 工 过 程 中 需 要 使 用 的全 部 刀 具 安 装 在 标 准 的 刀 柄 上 ， 在 机 床 外 进 行 尺 寸 预 调 后 ， 按 一 定 的 方 式 装 入 刀 库 。 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 。 因 为 XKA5032A/C 数 控 立 式 升 降 台 铣 床 外 形 及 其 他 性能 参 数 等 均 与 THK6363 型 自 动 换 刀 数 控 镗 铣 床 相 似 ， 所 以 本 机 床 的 自 动 换 刀 装 置 的 设 计将 仿 效 THK6363 型 自 动 换 刀 数 控 镗 铣 床 换 刀 装 置 ， 设 计 成 采 用 轴 向 放 置 的 鼓 盘 式 刀 库 形式 和 回 转 式 双 臂 机 械 手 组 成 。刀 具 按 预 定 工 序 的 先 后 顺 序 插 入 刀 库 的 刀 座 中 ， 使 用 时 按 顺 序 转 到 取 刀 位 置 。 用 过的 刀 具 放 回 原 来 的 刀 座 内 ， 也 可 以 按 加 工 顺 序 放 入 下 一 个 刀 座 内 。 该 法 不 需 要 刀 具 识 别装 置 ， 驱 动 控 制 也 比 较 简 单 ， 工 作 可 靠 。 但 刀 库 中 每 一 把 刀 具 在 不 同 工 序 中 不 能 重 复 使用 ， 为 了 满 足 加 工 需 要 只 有 增 加 刀 具 的 数 量 和 刀 库 的 容 量 ， 这 就 降 低 了 刀 具 和 刀 库 的 利用 率 。 此 外 ， 装 刀 时 必 须 十 分 谨 慎 ， 如 果 刀 具 不 按 顺 序 装 在 刀 库 中 ， 将 会 产 生 严 重 的 后果 。 顺 序 选 刀 是 在 加 工 之 前 ， 将 加 工 零 件 所 需 刀 具 按 照 工 艺 要 求 依 次 插 入 刀 库 的 刀 套 中 ，顺 序 不 能 有 差 错 。 加 工 时 按 顺 序 调 刀 。 适 合 加 工 批 量 较 大 、 工 件 品 种 数 量 较 少 的 中 、 小型 自 动 换 刀 装 置 。 可 知 数 控 铣 床 用 4 把 刀 就 可 完 成 大 多 数 的 铣 削 加 工 。 所 以 这 个 容 量 为 6把 刀 的 刀 库 ， 几 乎 不 存 在 加 工 过 程 中 需 要 重 复 利 用 刀 具 的 情 况 ， 所 以 刀 具 的 选 择 方 式 确定 为 顺 序 选 择 刀 具 。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 好 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 用 于 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 装 置 ， 因 此 ， 在 XKA5032A/C 数 控 立 式 升 降 铣 床 的 自 动 换 刀 装 置 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ABSTRACTThis thesis introduction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, is taken out knife to have from the knife database and the principal axis by the machine hand, then exchange position, insert the new knife into the principal axis, the old knife puts back a knife database.The knife database that deposits knife to have has bigger capacity, its capacity has for six knifes, adopting the dish form structure, the left side that installs in the tool machine signs pillar up.The XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller shape and other function parameter etc.s to all change the knife with THK6363 typeses automatically number to control the boring miller likeness, so this tool machine changes the knife the design of the device to change the knife in the wake of THK6363 typeses automatically automatically the number control the boring miller to change the knife device, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute.The knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife position in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesnt need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility.But the knife database in each knife have in the different work preface and cant repeat an usage, for satisfying to process to need to only increase the capacity of the quantity and the knife database that the knife have, this utilization that lowers knife to have with the knife database.Have to be very careful while packing knife in addition, if the knife doesnt in order have to pack in the knife database, will produce serious result.Sequences choosing knife is before process, will process the knife that spare parts need to have to request to be one by one in order in the knife set of insert the knife database according to the craft, the sequence cant have mistake.Process adjust knife in order.Suit to process a batch quantity to compare greatly,the work piece the species quantity less of medium,small scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so the knife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have.Two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device.Key Words： Numerical control milling machines； Automatic tool changer； Tool storage； Tool changing-manipulator目 录摘 要 I第 1 章 设 计 说 明 书 结 构 及 要 求 11.1 题 目 11.2 摘 要 与 关 键 词 11.2.1 摘 要 11.2.2 关 键 词 21.3 目 录 21.4 设 计 说 明 书 正 文 21.4.1 XKA5032A/C 数 控 立 式 升 降 台 铣 床 自 动 换 刀 装 置 设 计 21.4.2 数 控 机 床 知 识 21.5 数 控 铣 床 的 分 类 31.5.1 数 控 立 式 铣 床 31.5.2 卧 式 数 控 铣 床 31.5.3 立 、 卧 式 两 用 数 控 铣 床 31.6 数 控 铣 床 的 结 构 特 征 41.6.1 数 控 铣 床 的 主 轴 特 征 41.6.2 控 制 机 床 运 动 的 坐 标 特 征 41.7 数 控 铣 床 的 主 要 功 能 及 加 工 对 象 41.7.1 数 控 铣 床 的 功 能 41.8 自 动 换 刀 装 置 （ ATC） 及 其 形 式 51.8.1 回 转 刀 架 换 刀 形 式 51.8.2 更 换 主 轴 头 换 刀 形 式 51.8.3 带 刀 库 的 自 动 换 刀 形 式 61.9 自 动 换 刀 装 置 应 当 满 足 的 基 本 要 求 61.9.1 刀 具 换 刀 时 间 短 61.9.2 刀 具 重 复 定 位 精 度 高 61.9.3 足 够 的 刀 具 储 存 量 61.9.4 刀 库 占 地 面 积 小 61.9.5 换 刀 安 全 可 靠 6第 2 章 总 体 方 案 的 确 定 72.1 XKA5032A/C 数 控 立 式 升 降 台 铣 床 及 其 主 要 参 数 72.1.1 其 主 要 结 构 特 点 72.1.2 其 主 要 规 格 及 技 术 参 数 82.2 初 定 其 自 动 换 刀 装 置 的 设 计 参 数 92.3 确 定 其 自 动 换 刀 装 置 的 形 式 92.4 刀 库 的 设 计 102.4.1 确 定 刀 库 容 量 102.4.2 确 定 刀 库 形 式 112.4.3 刀 库 结 构 设 计 112.5 初 估 刀 库 驱 动 转 矩 及 选 定 电 机 132.5.1 初 选 电 动 机 与 降 速 传 动 装 置 132.5.2 初 估 刀 库 驱 动 转 矩 132.6 刀 库 转 位 机 构 的 普 通 圆 柱 蜗 杆 传 动 的 设 计 142.7 刀 库 驱 动 转 矩 的 校 核 182.7.1 花 键 联 接 的 强 度 计 算 182.7.2 夹 紧 机 构 插 销 剪 切 强 度 的 校 核 192.7.3 确 定 刀 具 的 选 择 方 式 192.7.4 刀 库 的 定 位 与 刀 具 的 松 夹 202.8 刀 具 交 换 装 置 的 设 计 212.8.1 确 定 换 刀 机 械 手 形 式 212.8.2 换 刀 机 械 手 的 工 作 原 理 222.8.3 机 械 手 的 自 动 换 刀 过 程 的 动 作 顺 序 232.8.4 机 械 手 回 转 轴 4 上 的 齿 轮 齿 条 设 计 242.9 自 动 换 刀 装 置 的 相 关 技 术 要 求 252.9.1 主 轴 准 停 装 置 252.9.2 换 刀 机 械 手 的 安 装 与 调 试 252.9.3 自 动 换 刀 程 序 的 编 制 252.9.4 自 动 换 刀 装 置 的 控 制 原 理 262.9.5 自 动 换 刀 装 置 的 液 压 系 统 原 理 图 272.9.6 自 动 换 刀 装 置 换 刀 动 作 的 顺 序 控 制 过 程 27第 3 章 典 型 零 件 的 设 计 293.1 联 轴 器 293.1.1 联 轴 器 的 选 用 293.1.2 联 轴 器 的 校 核 293.2 选 择 离 合 器 的 类 型 303.3 蜗 杆 蜗 轮 传 动 设 计 的 一 些 相 关 技 术 要 求 303.4 托 架 的 设 计 30结 论 31致 谢 32参 考 文 献 34附 录 35第 1章 设 计 说 明 书 结 构 及 要 求设 计 说 明 书 包 括 题 目 、 中 文 摘 要 、 外 文 摘 要 、 目 录 、 正 文 、 参 考 文 献 、 附 录 和 致 谢等 部 分 。1.1 题 目数 控 立 式 铣 床 自 动 换 刀 装 置 设 计1.2 摘 要 与 关 键 词1.2.1 摘 要本 论 文 介 绍 的 是 XKA5032A/C 数 控 立 式 升 降 台 铣 床 自 动 换 刀 装 置 （ 刀 库 式 ） 的 设 计 .刀 库 式 的 自 动 换 刀 装 置 是 由 刀 库 和 刀 具 交 换 装 置 （ 换 刀 机 械 手 ） 组 成 。 它 是 多 工 序 数 控 机床 上 应 用 最 广 泛 的 换 刀 装 置 ， 其 整 个 换 刀 过 程 比 较 复 杂 。 首 先 把 加 工 过 程 中 需 要 使 用 的全 部 刀 具 安 装 在 标 准 的 刀 柄 上 ， 在 机 床 外 进 行 尺 寸 预 调 后 ， 按 一 定 的 方 式 装 入 刀 库 。 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 。 因 为 XKA5032A/C 数 控 立 式 升 降 台 铣 床 外 形 及 其 他 性能 参 数 等 均 与 THK6363 型 自 动 换 刀 数 控 镗 铣 床 相 似 ， 所 以 本 机 床 的 自 动 换 刀 装 置 的 设 计将 仿 效 THK6363 型 自 动 换 刀 数 控 镗 铣 床 换 刀 装 置 ， 设 计 成 采 用 轴 向 放 置 的 鼓 盘 式 刀 库 形式 和 回 转 式 双 臂 机 械 手 组 成 。刀 具 按 预 定 工 序 的 先 后 顺 序 插 入 刀 库 的 刀 座 中 ， 使 用 时 按 顺 序 转 到 取 刀 位 置 。 用 过的 刀 具 放 回 原 来 的 刀 座 内 ， 也 可 以 按 加 工 顺 序 放 入 下 一 个 刀 座 内 。 该 法 不 需 要 刀 具 识 别装 置 ， 驱 动 控 制 也 比 较 简 单 ， 工 作 可 靠 。 但 刀 库 中 每 一 把 刀 具 在 不 同 工 序 中 不 能 重 复 使用 ， 为 了 满 足 加 工 需 要 只 有 增 加 刀 具 的 数 量 和 刀 库 的 容 量 ， 这 就 降 低 了 刀 具 和 刀 库 的 利用 率 。 此 外 ， 装 刀 时 必 须 十 分 谨 慎 ， 如 果 刀 具 不 按 顺 序 装 在 刀 库 中 ， 将 会 产 生 严 重 的 后果 。 顺 序 选 刀 是 在 加 工 之 前 ， 将 加 工 零 件 所 需 刀 具 按 照 工 艺 要 求 依 次 插 入 刀 库 的 刀 套 中 ，顺 序 不 能 有 差 错 。 加 工 时 按 顺 序 调 刀 。 适 合 加 工 批 量 较 大 、 工 件 品 种 数 量 较 少 的 中 、 小型 自 动 换 刀 装 置 。 可 知 数 控 铣 床 用 4 把 刀 就 可 完 成 大 多 数 的 铣 削 加 工 。 所 以 这 个 容 量 为 6把 刀 的 刀 库 ， 几 乎 不 存 在 加 工 过 程 中 需 要 重 复 利 用 刀 具 的 情 况 ， 所 以 刀 具 的 选 择 方 式 确定 为 顺 序 选 择 刀 具 。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 好 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 用 于 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 装 置 ， 因 此 ， 在 XKA5032A/C 数 控 立 式 升 降 铣 床 的 自 动 换 刀 装 置 中 可 采 用 这 种 机 械手 形 式 。1.2.2 关 键 词数 控 铣 床 ； 自 动 换 刀 装 置 ； 刀 库 ； 换 刀 机 械 手1.3 目 录目 录 应 独 立 成 页 ， 包 括 论 文 中 全 部 章 、 节 的 标 题 及 页 码 。 含 有 ：摘 要 （ 中 、 外 文 ）正 文 章 、 节 题 目 要 求 编 写 到 第 3 级 标 题 ， 即 .致 谢参 考 文 献附 录1.4设 计 说 明 书 正 文1.4.1 XKA5032A/C数 控 立 式 升 降 台 铣 床 自 动 换 刀 装 置 设 计1.4.2数 控 机 床 知 识数 字 控 制 机 床 是 用 数 字 代 码 形 式 的 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 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 ； 加 工 性能 比 一 般 自 动 机 床 高 ， 可 以 精 确 加 工 复 杂 型 面 ， 因 而 适 合 于 加 工 中 小 批 量 、 改 型 频 繁 、精 度 要 求 高 、 形 状 又 较 复 杂 的 工 件 ， 并 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 日 益 增 多 ， 有 车 床 、 铣 床 、 镗 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 。数 控 机 床 主 要 由 数 控 装 置 、 伺 服 机 构 和 机 床 主 体 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 手 动 输 入 。随 着 微 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 和 软 件 技 术 的 迅 速 发 展 ， 数 控 机 床 的 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 ； 可 靠 性 也 大 大 提 高 ； 数 控 系 统 本 身 将 普 遍实 现 自 动 编 程 。 未 来 数 控 机 床 的 类 型 将 更 加 多 样 化 ， 多 工 序 集 中 加 工 的 数 控 机 床 品 种 越 来 越 多 ； 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 多 种 监 控 功 能 ， 从 而 形 成 一 个 柔 性 制 造 单 元 ， 更 加 便 于 纳入 高 度 自 动 化 的 柔 性 制 造 系 统 中 。1.5数 控 铣 床 的 分 类1.5.1数 控 立 式 铣 床数 控 立 式 铣 床 是 数 控 铣 床 中 数 量 最 多 的 一 种 ， 应 用 范 围 也 最 为 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 方 式 ， 与 普 通 立 式 升 降 台 铣 床 相 似 ； 中 型 数控 立 式 铣 床 一 般 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 ， 缩 小 占 地 面 积 及 刚 性 等 技 术 问 题 ， 往 往 采 用 龙 门 架移 动 式 ， 其 主 轴 可 以 在 龙 门 架 的 横 向 与 垂 直 溜 板 上 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 来 看 ， 目 前 3 坐 标 数 控 立 式 铣 床 仍 占 大 多 数 。 一 般可 进 行 3 坐 标 联 动 加 工 ， 但 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 数 控 立 式 铣 床 。 一 般 来 说 ， 机 床 控 制 的 坐 标 轴 越 多 ， 特 别 是 要 求 联 动 的 坐 标 轴越 多 ， 机 床 的