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哈尔滨理工大学荣成学院 毕业设计（论文） 开 题 报 告 学生姓名 胡晓阳 学 号 0930060126 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械 09 指导教师 2013 年 03 月 8 日 课题题目及来源： 题目： 自动换刀机械手结构设计 题目来源： 课题研究的意义和国内外研究现状： 课题研究 的意义： 自动换刀系统是数控铣床的重要组成部分，刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响铣床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响铣床的换刀效率，自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响 国内外发展状况 ： 目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构， 刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。在种模式中，机床主轴常采用空心的带有拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放 松刀柄的动作。利用这种机构夹持刀具进行数控加工的最大问题是，它不能同时获得高的夹持刚度和刀具振摆精度，而且主轴结构复杂，主轴轴向尺寸过大，加上它的液压驱动装置及刀具辅具锥柄的制造成本，使得自动换刀系统的造价在机床整机中占有较大的比重。据有关资料介绍，在刀具采用锥柄夹头、侧压夹头以及弹簧夹头夹紧性能的对比实验中，采用弹簧夹头夹持刀具是唯一可同时获得高的夹持刚度和振摆精度的理想元件。采用这种夹持元件，刀具或刀具辅具可作成圆柱柄，其制造成本低，精度易保证，这对大容量刀库降低刀具辅具的制造成本，意义更为显著。在现代 数控机床上亦有采用弹簧夹头作为刀具的夹持元件，但机床的主轴结构、驱动方式仍然采用与上述锥柄刀具完全相同的结构形式。采用这种结构模式，在实际数控加工中，尤其是在需要超高速主轴、主轴的径向、轴向尺寸都很小、没有足够的换刀空间的微细加工场合中实现自动换刀将会是很困难的，如果实施自动换刀那将使机床成本大幅度提高。如在 制磨削球面铣刀的数控磨削机床上，直接由高速电机驱动主轴，使用小直径盘形砂轮和指形砂轮加工球面铣刀，换刀空间很小，在这种条件下，将难以实现自动换刀。国外最新研制的内圆磨床上采用的弹簧夹头自动换刀装 置售价昂贵。 随着机械加工业的发展制造行业对于带有自动换刀系统的高效高性能加工中心的需求量越来越大，在现有的各种类型的加工中心中，传统结构的自动换刀系统的造价在机床的整体造价中总是占着很大比重，这是加工中心价格居高不下的原因。 数控机床为了进一步提高生产率，进一步压缩非切削时间，现代的机床逐步发展为在一台机床上在一次装中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称为自 动换刀装置 (自动换刀（ 称 统由控制系统和换刀装置组成。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称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工能的数控机床，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。自动换装置的 功能，对整机的加工效率有很大的影响。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，）故增加自动换刀装置并同时自动变换主轴转速。可减轻劳动强度，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、应用范围也最广的一种，对其附加能够快速、准确地换刀的自动换刀装置是非常有必要的。 自动换刀装置应该满足的基本要求： 1）刀具换刀时间短。 2）刀具重复定位精度高。 3）足够的刀具储存量。 4）刀库占地面积小。 5）换 刀安全可靠。 课题研究的内容： 通过网络、期刊、教材、厂家资料及国内外相关文献查阅。根据要求完成对升降台铣床自动换刀装置系统设计 。完成设计图纸的绘制并进行相关校核工作，完成设计说明书的编写。 数控立式升降台铣床设计主要技术参数为： 1）刀库容量： 4 2）选刀方式：顺序选刀 3）重复精度： 5 数控立式升降台铣床主要由床身、升降台、工作台、立铣头、主传动、主变速、拉刀机构、液压系统、自动润滑系统、冷却系统、吊挂、电柜等部分组 成。机床本身并不带自动换刀装置。自动换刀装置作为一套独立的、完整的机床部件，设计依据是该机床的型式、工艺范围及刀具的种类和数量等。 数控立式升降台铣床及其主要参数 数控立式升降台铣床是一种使用范围广泛的机床，根据用户要求，配置国内外（ 中号）先进数控系统，可手动或自动操作。它可以实现 X、Y、 Z 三轴同时定位 /直线插补，同时二轴圆弧插补。 域绝对位置检测。每次开机无须回零，简化机床操作。尤其在发生停机、断 电、更换程序等情况后再启动时不用整机回零，可以直接开机，方便操作。尤其方便不熟练操作工、繁忙操作工、电力不良等情况下的使用。可采用主程序、子程序进行编程，最小单位可选 有标准机床坐标系、工件坐标系，绝对值、增量可并用。各有50 组刀具长度、半径长度补偿。彩色 文显示，具良好人机对话窗口，系统具有 160m 存储容量，可进行程序编辑、管理，可用 口、 盘进行数据输入、输出 , 便于加工程序的管理。可以对程序进行模拟加工，刀具轨迹跟踪及动画仿真、图形动画显示，记录运行时间及作 业信息。 数控立式升降台铣床是北京第一机床厂生产的带有立铣头的立式铣床，为机电一体化结构，三坐标联动，是一种使用很广的机床，它可以使用各种圆柱铣刀、角度铣刀及端面铣刀完成直线铣削，组成各种往复循环和框式循环或按坐标位置加工孔，也可以铣削具有轮廓的零件，如凸轮、样板、模具、叶片、弧形槽等；该机床适用于机械制造的各种类部门，也适用于军工部门。 课题研究的主要方法： （ 1） 搜集资料，了解并掌握 数控立式升降台铣床的结构和工作原理。 （ 2） 确定设计大体思路，撰写开题报告，要求完成具体的设计 内容及计算。 （ 3） 根据设计任务书的要求，熟悉相关软件 定设计方法及设计要点。按要求完成完整的设计计划及预期达到的结果，进行相关设计及计算。 （ 4） 对所设计的 数控立式升降台铣床自动换刀装置进行相关校核，准备相关资料。 （ 5） 对设计说明书初稿进行相关格式修改，对设计图纸并进行修改。 研究过程中的主要问题和解决的方法： (1) 确定铣床的技术参数 查阅相关资料可纵、横向进给范为 6向进给范围 31600mm/ 纵、横向快进速度 6000mm/传动电动机功 率 传动电动机转速 1440r/轴最大扭矩 1000N m，机床重量 2800（ 3000） 床外形尺寸（长 X 宽 X 高） 1929 X 2055 X 2216 2） 确定自动换刀装置的设计参数 实际的生产加工中，常尽量选用直径较大的铣刀，因为大直径铣刀刚性好，耐用度高。由 数控立式升降台铣床推荐使用的最大切削范围可知，当铣切钢时，铣刀直径为 100 铣灰铸铁时，铣刀直径达 250此，为了满足该机床的实际加工能力与生产情况，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 250刀具。 （ 3）确定自动换刀装置的形式 机床的自动换刀装置结构形式多种多样，选取何种形式的主要取决于机床的种类和工艺范围以及刀具的种类和数量等。已知机床是一种可加工较高精度工件的机床，因而对精度要求也较高，故采取带刀库的自动换刀形式 （ 4） 确定刀库的主要参数 （ 5） 最后选用 司生产的 伺服电动机，具体参数如下：额定电压 200V，额定功率 400W，启动转距为 m ，转速 15001800动功率 22W，启动电 流 动电压 90V。 （ 6）刀库转位蜗杆传动的设计 课题研究所需的参考文献： 1 吴宗泽 ， 罗圣国 机械设计课程设计手册 第二版 北京高等教育出版社 2 廖念钊，莫雨松 互换性与技术测量 第四版 中国计量出版社 3 冯辛安，黄玉美 机械制造装备设计 机械工业出版社 4 濮良贵，纪名刚 机械设