立式加工中心自动换刀装置设2计介绍

1、立式加工中心自动换刀装置设计摘要上个世纪九十年代以后，数控加工技术获得快速的发展，并且日益普及。数控加工中心作为新世纪数控机床的代表，已在机床领域普遍使用。加工中心的换刀装置作为加工中心最主要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。本论文基于VDL1000小型立式加工中心，进行了盘式刀库的主轴准停装置、旋转驱动装置和刀库横移装置的选择和设计。该机床的盘式刀库可满载装刀20把，以单环排列方式放置，按就近选刀方式选择，采用无机械手换刀方式。这种圆盘式刀库在数控加工中心上被普遍使用，它换刀过程非常简单，所需换刀时间也比较短，而且定位精度高；总体结构也简单、紧凑，动作精确可靠；维护成本较低。本

2、次刀库的主轴准停装置采用机械式槽轮机构，槽轮机构用有较小冲击,较高工作效率，较高工作稳定性等优点，横移装置采用气动装置，气动装置具有动作迅速，工作介质成本低等优点。关键词：立式加工中心，自动换刀，无机械手，槽轮机构东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第II页目录目录II1绪论11.1 加工中心的概述11.2 加工中心的发展史11.3 加工中心现状11.4 加工中心未来发展趋势21.5 本次研究内容22加工中心自动换刀装置概述32.1 自动换刀装置概述32.2 刀库32.3 选刀方式32.4 刀具交换装置42.5 本章小结43总体方案设计53.1 VDL加工中心的主要参数53.2 VDL1000立

3、式加工中心换刀装置设计参数53.3 换刀过程53.4 刀爪的设计63.5 本章小结74主轴准停装置设计94.1 主轴准停装置的选择94.2 槽轮机构的工作原理104.3 槽轮机构参数计算114.4 本章小结12中快东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第III页o5刀库转动电机的选择135.1 刀库负载扭矩TF的计算135.2 加速扭矩TJ的计算145.3 驱动电机输出扭矩TD计算145.4 电机的初选与校验145.6 本章小结166刀库横移装置设计176.1 刀库导轨的设计176.2 横移支架的设计176.3 横移驱动装置选择196.4 气动装置工作原理图206.5 横移装置图216.6 总装配

4、图216.7 本章小结23结论24致谢25参考文献错误！未定义书签。东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第1页1绪论1.1 加工中心的概述加工中心是在机床的机械部分基础上加上数控部分而产生，它能够加工一些特殊类型产品，工作效率和自动化程度都很高。因为加工中心可以自动换刀，所以不需要再次装夹就可以完成多道工序，可以大量减少工件装夹的次数、节省多次装火的时间，减少工件转运的功夫，这让加工中心的加工利用率一般三倍到四倍于普遍应用的机床。因此可以说，加工中心不但在加工精度方面有了较大提升，并且自动化程度和生产效率和普通机床相比都是最高的。加工中心正是因为它的工作效率和精度比较高，所有国家都比较重视，现

5、在它的发展速度和所占比重在各种数控机床产品中排第一，成为被制造加工业最广泛使用的设备。新世纪以来，我国的汽车、航空和模具等行业获得较快发展，对加工中心的需求量也越来越大。1.2 加工中心的发展史上世纪六十年代，美国的特雷克公司第一次把铳、钻、键等工序综合在一起生产出世界上首台加工中心。它是加工制造技术发展的一个标志性转折点，预示着制造加工业数控加工的到来，数控加工是当今时代生产产品中很重要的生产方法，它的面世对于生产制造行业来说，具有的影响尤为重要。在这个世界上，所有工业比较发达的国家对数控加工技术的钻研都非常注重。四十多年以来，加工中心有了飞跃性的进步，出现了很多类型的加工中心，而且每种类型

6、加工中心的加工能力在不断增强。1.3 加工中心现状加工中心在机械加工行业获得非常广泛应用，当下全球加工中心总的年产量已经超过五万台，美国、日本、德国和台湾等是最有代表性的出产国。日本的机床市场具有很强的出产力和消耗力，每年出产量高出上万台，此中以立式加工中心为主要机型，每年的出产量大约在五六千台，日本主要有三菱、庄田等公司出产加工中心。德国出产的加工中心的质量和加工效率都是最好的，近些年以来每一年的生产量在四五千台左“ 东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第2页右，以卧式加工中心为代表性机型，年出产量在一千五到两千台左右，其他加工中心的年生产量约在两千到三千台，德国主要有西门子、科恩等公司出产加

7、工中心。美国是全球出产机床具有代表性国家的其中一个，然而近些年因为他国内消耗力不足，出口也面临着强烈的竞争，以至于它的年出产量每年都有下降的趋势，每年出产量只能维持在七八千台，主要产量来源于MAG、哈挺等公司。台湾的加工中心产量在全球排第一，每年的生产量可以达到一万六到一万八千台，但是由于部分加工中心没有装微机控制器等重要原件的关系，每一台的售价基本上属于偏低的状态。韩国在全球的加工中心产量也比较靠前，每年生产的加工中心约为四千到五千台。在将来内地或许能成为加工中心主要的产地，主要因为上述产量比较大的地区和国家将生产基地转移到内地，再加上内地的厂商也在加大对加工中心研制的投入，将来内地技术成熟

8、后成为全球主要加工中心产地的可能性很大。1.4 加工中心未来发展趋势(1) .向局效、局精、局速发展由于我国经济的飞速发展，加工制造业对机床的生产速度、加工精度和加工效率的要求也在逐渐提高，尤其是汽车、电子技术、航空航天等行业。1(2) .五轴联动的技术五轴联动技术是一种专门用于加工特殊曲面的技术，这种技术代表着一个国家的加工中心加工水平。2(3) .与机器人配合使用把工业机器人和加工中心配合起来使用，由于机器人动作精确而且不会疲劳，可以大幅提高生产效率和节约生产成本。(4) .更看中绿色生产重视机器、环境、人三者之间的关系，在提高机器生产率的同时减少对环境的破坏和对机器使用者的健康影响。1.

9、5 本次研究内容本章先是概述了加工中心，接着介绍了下加工中心的发展史，然后把焦点转移到加工中心的现状，最后再根据现状来判断和预测将来的发展方向东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第5页2加工中心自动换刀装置概述2.1 自动换刀装置概述自动换刀装置的英文简为ATC对加工中心来说非常重要，是加工中心好坏与否的重要环节，它的换刀效率对加工中心的效率有着很大的影响，它的工作稳定性与加工中心的工作稳定性联系非常紧密。因此每一个加工中心的生产厂家都在花大本钱开发研究换刀速度快、准确可靠的自动换刀装置，使他们能够在激烈的市场竞争中获得一定的优势。自动换刀装置一般分为三部分，它们分别是刀库，选刀和刀具交换。3

10、2.2 刀库从加工中心出现发展到现在，国内外的加工中心刀库经常使用的有：转塔式、斗笠式和链式刀库。转塔式刀库，还可以分为水平和垂直两种转塔头刀库，把全部的刀装在一个转塔上,不用机械臂换刀，一般只能够容纳六到八把左右的刀，通常被用在小型或者轻型的加工中心，比如车削中心或者钻削中心等。斗笠式刀库呈盘状，刀具沿着圆盘阵列，斗笠式刀库的结构比较简单和紧凑，被使用的也比较多，但是刀具仅仅是单环阵列，对空间的使用率比较低。如果想要扩大刀库的容量，则需要增大盘子的直径，那么转动惯量会跟着盘子的变大而变大，选刀要用的时间也会更长长。链式刀库，链环的形状有很多种，经常被用在需要容纳较大数量刀的加工中心。链式刀库

11、占用很少的空间，通常能容纳三十到一百二十把刀，如果想要扩大刀具的容纳量,只要增加链长久可以了，或者把多个刀库并联或串联起来使用也是可以的，这样可在刀库容纳量变大的同时不会增加圆周速度，转动惯量也不会变大。2.3 选刀方式数控系统发出选择刀具的指令，然后机床本身在刀库中选出指令中所要求的刀具称为自动选刀，通常分为顺序选刀和任意选刀两种。顺序选刀是根据工艺流程的顺序在加工前把刀按这顺序放入刀库，在加工时只要根o据这顺序调用刀具就可以了。当工艺变了的时候，又得按照新的顺序重新放置刀具，每换个工件或者工艺就得重设，非常麻烦，而且在同一工艺中刀具不能反复使用，因此需要常备几把相同的刀具。如果一道工序只需

12、几把刀但是每把刀需要使用多次，此种选刀方式对刀库容量的要求就会变大几倍。任意选刀是根据工艺需要选出所需的刀具，然后编上编码放入刀库，不用按照工艺顺序，系统只要发出选哪把刀的指令，机床就可以按就近原则选择正确的刀具，这种选刀方法可以节省好多工作量，相同的刀具也只需一把即可。2.4 刀具交换装置刀具交换装置是ATC中用来实现刀具输送的，它是把刀库的刀具送到主轴换上或者把主轴的刀具换下送回刀库，一般分有机械手和无机械手两种换刀方式。大多数的加工中心都选择使用机械手换刀，机械手先将主轴上已经使用过的刀具卸下取回刀库，然后将刀库里即将需要使用的刀具送到主轴并且装上。虽然它需要的换刀时间比较短，但是它需要

13、有相当复杂的结构。无机械手换刀方式，一般在刀具刀柄小于四十号的小型加工中心或者需要换刀次数比较少的重型机床上使用。此换刀方式因为用不到机械手，所以仅需要比较简单的结构。换刀的第一步是将已经用过的刀具取回刀库，然后从刀库中选好即将使用的刀具换到主轴上，这两个动作不可以一起进行，所以换刀的过程比较繁复，换刀所需的时间相对有机械臂的也较长。另外，刀库的选刀时转动是在加工中心停止工作的情况下进行的，因此,减少了刀库转动时的震动对加工精度的影响。无机械手换刀方式可以用在斗笠式刀库也可以用在链式刀库。斗笠式的刀库可以安装在立柱顶上或者立柱主轴箱的侧面，也可安装在横梁一端，由主轴箱和刀库配合运动实现自动换刀

14、。链式刀库可以安装在工作台上方，也可以安装在工作台的一端或两端，由工作台配合进行自动换刀。2.5 本章小结本章先介绍了加工中心自动换刀装置的定义和组成部分，自动换刀装置是加工中心非常紧要部分的其中一个，是加工中心成败的关键环节，通常由刀库、选刀和刀具交换三部分组成，然后再具体介绍了每个部分分类和这些类别的工作原理等。3总体方案设计3.1 VDL加工中心的主要参数工作台1120/1300X560mm,采用了日本三菱E68控制系统，操作简单方便，可进行直线插补和圆弧插补操作。在工作台上一次装夹零件后可自动完成铳、链、钻、扩孔、攻丝等多种工序加工。其基本规格为：X轴最大行程：1020mmY轴最大行程

15、：560mmZ轴最大行程：600mm主轴最前端面到工作面台：135735mm主轴中心线到立柱前面距离：591mmT型槽（槽数X槽宽X槽距）：5X18X100工作台最大承重：750Kg工作台尺寸：1120x560mm锥口类型：ISO40#主轴的最大转速：8000r/minX/Y/Z轴最大功率：2KwX/Y/Z轴的最大进给率：30/30/24m/minX/Y/Z轴工作进给率：110000mm/min3.2 VDL1000立式加工中心换刀装置设计参数刀具数量：20刀具类型/锥柄：BT40最大刀具重量：7Kg最大刀具直径：100换刀类型：斗笠式3.3 换刀过程东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第6页图

16、3.2刀具的刀爪尺寸!号I号刀u2号刀主轴盛停2号濡刀库前迸号"(心)万库前进(a)刀库旋转(h)主轴下降主轴松刀匕开号刀I号荷库退回2号”号1号刀痘P2号刀I号刀2号刀(d)主轴松JJ(。刀库旋转(1)主轴下降(g)刀库退回图3.1换刀过程3.4刀爪的设计中快 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第7页如图3.2所示即为刀具的刀爪，上下两部分可以绕着螺锭旋转，中间部分固定，弹簧平时保持压缩状态，这样就可以一直夹着刀具。弹簧的中心有电磁铁，当电磁铁通上电相互吸引的时候，弹簧被再压缩，爪子打开，可以进行刀具的交换图3.3刀爪在刀盘上的装配如图3.3所示，为爪子与刀盘的装配，一共20个爪子

17、围绕着刀盘排列，爪子中间与刀盘固定住，两半与刀盘用螺锭连接，可以旋转。3.5本章小结I东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第8页本章简述了VDL1000加工中心的主要工作参数，以这些参数作为设计背景，确定本次毕设设计的自动换刀装置是斗笠式刀库并且是无机械手的自动换刀方式，最后还进行了夹刀具用的爪子设计。0东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第#页4主轴准停装置设计4.1 主轴准停装置的选择加工中心为了自动换刀的顺利实现，必须在机床上装有主轴准停装置，因为刀具安装在主轴上，切削时单单用锥孔的摩擦力来传递的切削转矩是远不够的，所以必须在主轴前端装有一个突键。当刀具要装到主轴上时，刀柄上的键槽务必与主

18、轴上的突键相一致，才可以换刀成功.也就是说想要换刀成功主轴必须能够正确停在一个固定的角度。由此可以知道主轴能否准停是自动换刀过程是否能够顺利实现的重要因素。一般主轴准停的方式主要有两种，分别为机械式和电气式。机械式准停一般使用槽轮机构或者光电盘机构完成大致定位，接着利用一个气动或者液动的插销插入槽轮机构上的销孔或销槽完成准确定位，换刀完成后插销缩回，主轴才又开始运行。电气准停一般分为以下两种方式：第一种是靠磁性传感器检测定位，在主轴上装上一个与主轴一块儿转动的发磁体，在间隔发磁体转动外轨迹一到两毫米处安装一个磁传感器，它通过放大器与主轴的控制单元连接，当主轴需要定位时，就可以准确地停止在原先设

19、定好的位置。第二种是用位置编码器来检测定位，这种准停方式是在主轴电动机里面装上一个位置编码器或在机器的主轴箱上装上一个位置编码器与主轴一比一同步旋转来达到准停控制，准停的角度能够随意设置。由于电气机构设计比较复杂，所以本次刀库设计的主轴准停装置选择机械式槽轮机构，定位销采用气动的形式。准停装置如图4.1所示的槽轮机构和小气缸，由槽轮机构实习刀库的分度运动，当刀库分度完成需要准停的时候，气缸的活塞伸出来插入槽轮的槽中阻止这些机构的惯性运动以实现准停。当换刀完成以后，气缸活塞缩回，以便下次换刀。图4.1准停装置示意图4.2 槽轮机构的工作原理槽轮机构工作的原理比较复杂，它能够将主动轴的持续匀速动作

20、变为从动轴的周期性间断动作，常常被用在各种需要分度转位运动的机器中。4槽轮机构常见的主要有外啮合和内啮合等两种结构形式。刀库可以使用外啮合或者也可以使用内啮合的结构形式，本次的换刀装置设计使用的是外啮合的结构形式。外啮合结构形式工作的原理图如下，它由主动曲柄、槽轮、拨销和锁止盘等工作原件组成。5外啮合结构形式的主动轴与主动曲柄连接，从动轴与槽轮连接，两轴平行，主动曲柄的转动通常是等速的，与主动曲柄固定一起，它如果在槽轮中快 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第11页o的槽中，则从动轴的转动方向与主动轴相反，如果图4.2槽轮机构原理图它离开槽轮的槽，则从动轮不转动，如果拨销就一个，那么主动轴转一

21、圈，从动轴只转动360册数的角度，以此来实现分度和定位等功能。4.3 槽轮机构参数计算槽轮机构的齿数z必须设定在三到十八之间，过大则会导致槽轮的尺寸太大，惯性力矩也会跟着它变大，在槽轮转动到需要需要停止的位置时停止的震动也会过大。本次我本次设计的刀库需要容下20把刀，因此在槽轮和刀盘传递转动时需加上一对减速比为2:1的直齿圆柱齿轮减速器，然后选择10齿的槽轮，这样就可以让槽轮转两圈，刀库转一圈，实现20把刀的准确定位。槽间角2巾2:2巾2=360o/Z=36o槽轮每次转位时曲柄的转角2巾1:2巾1=180o-22=144o槽轮与锁止盘问的中心距L:根据刀盘的实际允许安装空间大小初步确定L=13

22、0mm主动曲柄长度R1:R1=Lsin巾2=40.2mm槽轮半径R2:R2=Lcos巾2=123.6mm圆销半径r：r=R1/6=6.7mm槽底高b：b=L-R1-r-4=79.1mm槽深h:h=R2-b=44.5mm锁止弧半径RX:RX=R1-r-e=28.81mm(e=0.60.8r)东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第#页图4.3槽轮与1:2减速齿轮的示意图如上图4.3所以，就是槽轮机构的工作示意图，槽轮每转过一个槽轮槽，相当于转过一把刀具，槽轮拥有10个槽，在2:1的直齿轮副的作用下，槽轮机构完成两周的转动则刀盘完成一周的转动，这样就可以实现20把刀的分度。4.4 本章小结本章先是介

23、绍了刀库准停装置的选择，然后再着重介绍了槽轮机构的工作原理，介绍完原理之后根据加工中心的设计要求进行了槽轮机构的参数计算东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第13页5刀库转动电机的选择在选取刀库转动电机的时候，应该把刀库负载扭矩TF和加速扭矩TJ作为重点考虑,只有同时符合这两个要求的电机才可以作为本次换刀装置的驱动电机使用。65.1 刀库负载扭矩TF的计算斗笠式刀库扭矩TF的初步计算方法：此种刀库的负载扭矩的计算方法主要为了解WCP决刀具质量的不平衡的问题，初步计算有以下两种方法：第一，用均衡质量的刀具装满刀库的半个圆，按照工艺需要选出要用的所有刀具，确认每把刀具的的平均重量（包含刀柄的重量）

24、，它的中心则假设定在刀库转动中心的2/3半径处（如下图a）o假设当两个质量最大的刀具邻着放置时，他们的间距为5mm,那么相邻刀套中心第二，把重量最大的三把刀具放在一起，根据加工中心原先设定的最大刀具质量 Wmax,距为105mm,夹角为18o,可知刀套放置半径为R=105/sin18o=339.8mm,圆整为340mm。按方法二计算：TF=3XWmaxXgXR=3X7X9.8X340X10-3=69.97N-m中快 东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文)第14页5.2 加速扭矩Tj的计算TJ=2ttnm/60tJX(Jm+J1)N-m式中：nm-刀库选刀时的电动机转速(r/min)tJ-加速时间，

25、通常取150200msJm-电动机转子转动惯量(Kg-m2)J1-负载惯量折算到电动机轴上的惯量(Kg-m2)5.3 驱动电机输出扭矩Td计算驱动电动机的输出扭矩TD务必一起达到刀库负载扭矩TF和加速扭矩TJ之和，用上面计算出来的刀库负载扭矩和加速扭矩转计算驱动电机的输出扭矩的公式为TD=(TF+TJ)/i-7式中i-电动机轴传至刀库轴的速比”-传动效率5.4 电机的初选与校验假设刀库选刀时电机的转速nm为19r/min,加速时间假定为tJ=200ms,电动机轴传到刀库轴的速比假定为40,则电机的同步转速为750r/min,初选电机为Y90L-8。电机参数：额定功率：0.55Kw额定转矩TS=

26、2Nm额定转速：660r/min转动惯量：3.5x10-3Kg-m269.970.34负载惯量折算到电机轴上的惯量J1=98x40=60.7X10-3Kg-m2TJ=2兀X19/(60X0.2)X(3.5X10-3+60.7X10-3)N-m=0.64N-m驱动电机的输出扭矩必须稍大于刀库负载扭矩和加速扭矩之和才能选刀电动机轴到刀库轴的速比i=40,设减速器的传动效率7=0.969.970.64TD=400.9=1.96N-m由于初选电机的额定转矩转矩TS<TD,所以初选电机合适5.5 减速器的选择东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第#页减速器是一种连接原动机和工作机的独立开来的闭式或

27、者开式传动装置，是为了降低转速和变大转矩，进而达到工作要求。在一些特殊场合也可以用它来增速，便称之为增速器。在选取减速器时必须考虑到工作机的选取使用条件，技术参数，动力机的性能和价格等因素，对比各种型号和各种种类减速器的传动效率、承受载荷能力、经济性等因素，然后选用最适合的减速器。由于本次毕业设计的内容是加工中心的自动换刀装置设计，减速器只是一个辅助装置，所以本次不对减速器进行设计，直接选用标准的减速器。电机的同步转速为750r/min,传动比为40,所以初选减速器为ZSY160。减速器的承受载荷的能力受两因素的影响，分别为机械强度和热平衡许用功率，所以本次选择这两方面对初选的减速器进行校验。

28、一.P2m=P2KASA<P1式中P2m机械强度计算功率，kWP2负载功率，kWSA安全系数KA工况系数（即使用系数）P1减速器公称输入功率ZSY160减速器的P1=11kW,由于工作时冲击较小、安全系数较高，选择KA=0.8,SA=1.1P2=69.95X19+9550=0.14kWP2m=0.14X0.8X1.1=0.123kW<P1二.P2t=P2f1f2f3三PG1式中P2t计算热功率环境温度系数一一f1=0.9载荷率系数一一f2=0.56公称功率利用系数一一f3=1.25由于功率较小，无需冷却装置，所以PG1=24kWP2t=0.14X0.9X0.56X1.25<P

29、G1所以ZSY160减速器符合要求。图5.2电机减速器工作示意图减速器如图5.2所示的电机旁边的方块，在电机和涡轮蜗杆的装置中间增加一个减速器，因为电机转速太快的话会增大分度装置和准停装置的冲击，也可能会影响到准停的准确性。5.6 本章小结本章主要进行了刀库转动电机的选择，包括电机的初选和校验等计算过程，最后再进行了减速装置的选择和计算等。东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第17页6刀库横移装置设计6.1 刀库导轨的设计整个刀库需要用横梁托住，装满刀具的刀库质量比较大，所以横梁需要高的强度和刚度，而且刀库需要移动一段距离，横梁上还需装有供刀库移动的圆型导轨，为了防止刀库在导轨上旋转，导轨采用

30、三根导轨并排的方式。为了让横梁牢固安装在立柱上，横梁设计为长方体，横梁与立柱间用螺锭固定。再根据刀库换刀需要移动的距离，还要考虑滑台的宽度和刀盘的大小等，计算出圆导轨的总长。为了减少刀库移动到两端时的冲击力，需要在导轨两端都装一个减振器，。圆导轨使用三根不同直径的45号钢导轨，然后进行表面淬火或者全淬火，淬火后的硬度需要达至UHRC56。6.2 横移支架的设计图6.1横移支架图中快 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第19页如图6.1所示，图侧面的三个孔是用来穿三根横移导轨的，支架的另外三个孔是用来放穿齿轮和槽轮轴的。孔旁边的凹槽放上钢珠以便轴旋转。下图6.2即为此支架的加工图。aWL B 5

31、CAILE 20图6.2横移支架加工图下图6.3所示的为横移支架的工作示意图，轴的末端直径大于凹槽的直径，这样轴就可以被支架托住，因为有钢珠，还可以进行旋转图6.3横移支架与轴配合示意图6.3 横移驱动装置选择横向移动装置主要有三种方式：滚珠丝杠、液压装置、气动装置，以下是他们的比较：滚珠丝杠：它是一种能将旋转运动转化成直线进给的装置，该装置的螺母作用于内部的滚珠，然后滚珠再作用于螺杆，滚珠在螺母内部通过轨道一边做圆周运动一边向前运动，轨道在螺母上市循环相连的，所以滚珠也是循环使用。优缺点：较高的传动效率。（超过百分之八十五）。较高的灵敏度。（没有抖动和爬行现象）。高的定位精度。（可以比较好地

32、完成无间隙传动，而且刚度强，温开小）使用寿命长。使用、润滑和维修方便、可靠。可逆向传动，不自锁。东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第21页成本高。液压装置：在液压泵的压缩作用下，液压油带有一定的压力能，然后液压管将高压液压油输送到液压缸等执行元件，液压缸内的活塞两端有压力差，使活塞定向移动，释放液压能。优缺点：定位刚度较大，位置误差较小。能高速启动、制动与反向。易实现无级调速，具有自身润滑。可能会泄漏液压油，从而对系统的稳定性产生影响，降低了工作效率。液体粘度随温度升高而降低，从而对系统供油量和执行机构运动速度的稳定性产生影响。气动装置：由压缩气体的压力缸组成，气体在气压泵的压缩下具有一定的

33、能量，气体推动压力缸内的活塞做直线运动。优缺点：气动装置与液压装置相比，动作更快速，更加简单。使用的元件和工作介质成本低。运动不平稳。不能在气缸阀中间位置停止。考虑到本次横移装置只需要两点之间移动，气动装置能够实现，而且气动装置相对滚珠丝杠和液压装置成本较低，所以本次选择气动装置作为横移的驱动装置。图6.4气动原理图6.5横移装置图图6.5横移装置示意图图6.5所示的是横移装置的示意图，最左边的是气缸，中间的是三根圆导轨，由气缸推动刀库在三根圆导轨上移动。6.6 总装配图下图6.6所示的是本次毕设的总装配图，电机转动，经减速器减速然后在蜗轮蜗杆的作用下改变转动方向，槽轮的锁止盘与涡轮蜗杆同轴旋

34、转，都是键连接，然后由拨销带动槽轮盘旋转，槽轮盘和齿轮减速器的小齿轮同轴，也是键连接，最后是小齿轮带动与刀盘同轴的大齿轮旋转完成选刀。换刀的时候气缸推动支架前进，换刀完成气缸缩回,支架也跟着缩回。中快 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第23页图6.6总装配图图6.7装配图的平面图6.7 本章小结本章主要介绍了刀库横移驱动装置的选择，还给出了气动装置原理图和横移部分的效果图等，最后还展示了总装配图和装配的平面图。东北大学秦皇岛分校毕业设计 （论文）第25页结论本次毕业设计的题目是立式加工中心自动换刀装置设计。所针对的机床是VDL1000小型立式加工中心。本次论文是根据该立式加工中心中的工作能力

35、和一系列参数进行盘式刀库的旋转定位装置的设计和计算，刀库驱动电机的计算和校验，减速器的选择和校验和刀库横移装置的设计计算。由于刀库的内部结构较复杂，所以本次设计仅对刀库中重要工作部件如电机、减速器和槽轮机构等进行相关的选择、设计和计算,对于减速器和槽轮机构的内部轴和轴承等没做过多考虑。换刀过程主要由电机驱动、经减速器减速、再由槽轮机构进行选刀，最后由横移装置将刀库朝主轴运动进行换刀。总的来说，此次设计基本满足换刀装置设计要求。虽然本次毕业设计已基本完成，但自己觉得还是存在一些不足。比如刀库在选刀时可以进行正反转，如何克服空程差以保证精准定位等有待进一步研究。通过此次设计,我发现自己知识的运用能

36、力需要加强，解决问题的能力也有待提高，以后自己在这些方面一定要努力学习，提高自己工作以后的竞争力感谢东北大学秦皇岛分校四年来对我的辛苦培育，让我在大学这四年来学到很东西，特别感谢控制工程学院为我提供了良好的学习环境、感谢领导、老师们四年来对我无微不至的关怀和指导，让我得以在这四年中学到很多有用的知识。在此，我还要感谢在班级同学和朋友，感谢你们在我遇到困难的时候帮助我，给我支持和鼓励，感谢你们。特别感谢我的指导老师陈利强老师，在本毕业设计中给予我悉心指导，从系统开发到结束中过程遇到很多困难都是她给我鼓励与指引，使我能够克服重重困难，将毕业设计完成，在此谨向陈利强老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。谢

37、谢！加工中心自动换刀的分析与研究张连忠本文介绍了自动换刀装置的结构，单片机是用来实现自动换刀。自动换刀的过程。它适用于各种加工中心，适用于实际生产加工及机床及整条生产线的数控生产效率。加工中心ATC是一种装置来实现的ATC如在加工中心的重要组成部分，是为了减少非切削时间，提高生产效率，降低生产成本，从而提高工艺加工更重要的设备，并且该结构设计过程及其控制是实现设计和制造的关键。加工中心换刀过程比较复杂，行动，关系之间有更多的相互协调，从而空管系统的性能将不会对加工效率的高低直接影响。因此,它正在处理的主要教学实践和培训机构。一.引言90年代以来，数控加工技术已迅速普及和发展，数控机床在制造业已

38、经越来越广泛的应用。空管系统在现代先进制造全自动数控加工中心中扮演着越来越重要的作用，它可以缩短产品制造周期，提高产品加工精度和灵活性进行处理。数控加工中心是一个比较复杂的机加工设备，并广泛用于其处理能力与各种广泛的应用，从它的配置设备以其强大的处理能力和效率的好处，那就是自动换刀。.自动换刀结构设计中快 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第29页A.结构设计刀（1）设计刀的结构中，选择按照存储在所述刀工具的数量以及该工具的最大直径，计算出车轮刀直径最小，应该有相邻工具之间的一些空间。的维数刀爪是专为BT30刀柄。刀具容量是8,并且整个刀的直径圆盘270毫米。刀（2）传输1）,使用单蜗杆传动，

39、实现刀的旋转，这种传输机制，可以在任何时间上的差距，在使用蜗杆传动的进行调整，以实现准确的转运点，保证了刀的可靠性。蜗杆传动比为48:1，刀比，方便软件编程旋转圆盘刀的控制，以达到准确定位的人数的8%。2）使用步进电机来实现蜗杆传动。3）使用液压缸，实现由固定在主轴的轨道滑坡的刀，完成换刀过程。整刀的行程为130mm自动换刀能够在一次装夹加工中心完成几个甚至所有工件，它可以缩短辅助时间，降低了工件的错误一再引起安装，提高了产品的加工精度。ATC将满足时间短，重复的工具，工具足够的存储容量，工具小面积，以及安全可靠的小尺寸要求高的定位精度。三。自动换刀控制系统的设计为了实现自动换刀的数控系统连接

40、，我们使用的是单片机控制装置实现了自动换刀过程。两个输入信号的连接实现数控系统，也就是接受空中交通管制信号，并要求从数控系统的到来，以及数刀信号；有两个输出点，即，反馈信号给数控系统和完成空管，以及已完成的工具的信号。A.设计思路（1）第一ATC（1号刀具对齐到主轴的要求）ATC接收到的第一请求的信号，并且将所需要的刀，该刀快进到主轴位置时，所述旋转盘刀（实现最短时间）的判断的方向，并以旋转刀的方向设定在特定位置（加速-匀速-减速），判断刀是否到位，落实到位主轴周围的旋转后，等待空管完成的。空管完成后，刀迅速返回并设置了信号的数控系统。（2）第二个ATC（在这一点上有刀主轴）当主轴上的刀，这是

41、空中交通管制及所需的信号，刀快进到主轴位置的第二个请求。首先判断是否有在这个时候主轴刀，如果是这样，刀轴，旋转盘绞刀，与相对位置加速的基础上-恒-减速，然后判断刀是否到位，放在主轴周围的旋转后的地方，等待完成刀的回报。完成后，载完成的信号给数控系统，并等待主轴的迁移，重复，空管再次根据刀的需求的第一步。（3）最后的ATC在完成整个过程后，主轴上的刀具需要返回。刀快进到主轴位置，根据主轴上的刀，腐烂叉盘绞刀，用相对位置（加速-恒-减速），判断刀是否到位，落实到位主轴周围的旋转后，等待完成刀的回报。空管完成后，刀迅速返回并设置了信号的数控系统。B.系统组件（1）结构的决定，并自动换刀系统的工作原理

42、后，AT89C51单片机应该被用来控制步进电机实现精确的刀移，从而实现空中交通管制的过程。该系统采用110BF反应组分对步进电机的实施方式中，步距角为o0.75每个步骤中，步进电机是脉冲信号转换成直线或角位移，并广泛用于工业控制系统的无功分量。它的机械角位移和速度与电动机的脉冲频率和脉冲数的输入绕组与频率成比例，并且可以进行改变调速器的范围之内的电脉冲，同时，马达可以快速启动，制动器和拨自锁；此外，步进电机很容易实现与2.3的步进电机步距电力相序方向控制。（2）使用软件来代替环形脉冲分配器，从并行端口和控制字符（同一顺序的步进电机功率）实现直接控制的脉冲输出从存储器中读出，然后送到的嘴单芯片的

43、并行输出，从而实现步进电机的版本和倒置。此方案不仅简化了系统的硬件线路，降低了成本，而且还根据控制系统的需求改变步进电机的操作方式。当使用三相6拍步进电机，电顺序是A-AB-BC-BC-CA-A;电力相反的顺序是A-AC-C-CB-BA-AB-。止匕外，控制进给脉冲的频率，改变的MCUJ出端口（输出字）的状态码之间的间隔时间后，电机速度可以调整，以实现加速的发送-恒定-刀的转换，从而缩短时间，提高空管效率。四.结论本文介绍了自动换刀装置及其控制设计的结构，它承担结构简单，成本低，以及稳定可靠的工作特性。它适用于各种加工中心，适用于实际生产加工和数控加工教学实习和培训的主要机构。2.刀库的总体设

44、计方案2. I课程设计的仃务及要求设计题目,数控加工中心自动换J系统设计设计耍求：设诃-个立式数控加工中心口动换力系统的力库装置及其控制系统，主要性能指标参数如Fi刀库截刀显；E把；刀具形式工BT40,刀具苴径；中63口叩；刀盘最低咕速：60”min；刀架水平运动行程240小采用PLC控制,Z2刀库的类型选择目前般刀库按结构形式可以分为以下几种:）刀R佛存在恻型鼓轮上，这种刀库结构简单.但刀具环形排列.空间利用率低，为了不致于刀库外留过大导致转动惯量过大，般刀阵容量在32把以下。使刀库中处于换刀位和的刀具轴线平行于主轴轴线，以简单的回转式机械手对刀库和主轴进行交换.要求刀库容屋校大的场合.可以

45、采用空间利用率较高的多重型鼓轮式刀库,这种刀库的传动装置和控制装置较为复杂.2）链式刀昨。刀具错存在链条环节上，再以链轮驱动,结构紧凑，刀库容量较大，链环的现状可以根据机床的布局配置成各种形状，也可以耨换刀位置突出以利换刀“巧燧式刀库需要增加刀岸容量时.只需增加链条的长度,3.电机的选择3. 1电机的选型及相关参数法纳克公司生产的交流伺服电机性能型号3-02-01-0愉出功率（k唠0,10.20,4额定转矩勒力0.491.02.0筑大转矩温市2.27,816易高转遴Crmin）3000200口2000转了转动惯域时斗乂”）7.3泡0"3.6乂I。.6加4. 2各部分转动惯量的计算(1

46、)刀盘：Jnp=%其“1乂f)-=%x336x0,25*=0.1113(2)轴：%用"二%X4.35*0.13510.0264(3)刀具：JDJ=tn(R2+/J)=8*3MOJ5十%xO.Ol)=0.31方(4)槽轮：/45C-%(配+产)-Tx(01+0,0父)=0.0303锁止盘:眄解东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第33页折算到电机上的鱼载惯基惯量比在20倍以内.涡足要求曲整统的转动 惯居加弋耳兀所以电机符合要 求选用XB1型浙波 山轮，版速比 IIKIJ4.机械系统的设计©(5)锁止盘上(6)套筒工3T=命=0,068冥0.025*+0J29x0,0253-1.

47、23x104比3预选电机若设200W,则,订=3/1x10V最高转速为2000rinin速比：nc_2000100%-60-3可知：乙£二£JX)2=(0.1113+0.0264+0.3192+0.0303+%-小100、九人才0.0095+0.00(H)x(丁)=0.447*10Ji/=0.447xloV.=，4惯量比：/4/0,36力1厂'.满足N倍以下的要求.由此对tiJJIV系统的利动慌为:4=%+4广=0.447xIO036x0-5=0.S07x10JLL'L3.4电机的校核l1】由晔傣引起的摩擦力矩:Trc=国&=0.15x38.59x0.0678=0392<1,0(2)最大加速转矩:丁二j过S=0.807x丁>：*2。=054560r.60x02"11(3)电机的最大启动转知工TCr=Tcdm+T/f.=0X45+00807二】f52<7.X通过上述校核，得出电机符合要求.加速装置双用XB1型通用谐波减速器,战速比100；3,输出轴径20mnuR限侬CL4.机械系统的设计阳：341刃库转动定位机构的设计力动换刀装置.为了实现快速可靠.应该满足三点要求工运动平稳、无冲击,即最大加速度和最大速度要小.各相邻动作可重叠者，要按其规律尽量多重叠.住个砌作要可靠.为了实现白动换刀