VMC850立式数控加工中心换刀机构

毕业设计(论文)23486摘要 I14912ABSTRACT II111731绪论 3193691.1数控加工中心知识 3323091.2数控铣床的分类 385011.2.1数控立式铣床 3289261.2.2卧式数控铣床 4238641.3数控铣床的结构特征 4133061.3.1数控铣床的主轴特征 448231.3.2控制机床运动的坐标特征 4277791.4数控铣床的主要功能及加工对象 5239741.4.1数控铣床的功能 5115151.4.2自动换刀装置（ATC）及其形式 5161751.4.3自动换刀装置应当满足的基本要求 537572总体方案的设计 6148032.1运动方案的设计 6101582.1.1运动数目的确定 670812.1.2运动方案的确定 694122.2功能部件的设计方案 7167022.2.1主传动系统 7203892.2.2进给伺服系统 859842.2.3自动换刀系统 11194662.2.4基础部件 1272742.2.5数控系统 13272352.2.6辅助装置 13257562.3总体布局 1395262.4主要技术参数 136473刀库的设计 15180303.1确定刀库容量 15316413.2确定刀库容量 15235873.3刀库结构设计 16292623.4初估刀库驱动转矩及选定电机 1783573.4.1初选电动机与降速传动装置 17149873.4.2初估刀库驱动转矩 17224743.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 18292293.6刀库驱动转矩的校核 21296523.7刀库驱动转矩的校核 22181423.8夹紧机构插销剪切强度的校核 2298383.9确定刀具的选择方式 2370763.10刀库的定位与刀具的松夹 23262464刀具交换装置的设计 2450584.1确定换刀机械手形式 24312544.2换刀机械手的工作原理 26301914.3机械手的自动换刀过程的动作顺序 26192264.4机械手回转轴4上的齿轮齿条设计 27127754.5自动换刀装置的相关技术要求 28187524.5.1主轴准停装置 28255734.5.2换刀机械手的安装与调试 28261374.6自动换刀程序的编制 2828359结论 3130624致谢 321绪论1.1数控加工中心知识数控机床的程序指令是通过数字代码来控制机床上的刀具按照设定的工作程序、工作速度和运行轨迹进行加工的机床，简称数控机床。数控机床具有非常宽广的适用性，改变加工对象时只要改变输入的程序指令的输入；和一般自动机床相比具有较高的加工性能，并且可以对需要精确加工的型面也可以很简单的完成加工，较为简单的加工出繁琐的复杂改型、批量娇小、但加工精度高、形状复杂的工件，具有较为良好的经济效益，为很多中小企业带来福音。伴随数控技术的革新，数控机床的种类也越来越多。另外还有部分车床的加工中心和车削中心可以进行一次性装卡和多种工序加工。数控机床的组成成分包括数控装置伺服机构和机床主体。在信息载体上记录数控装置输入的程序指令通过程序读入装置接收。由于微电子技术、计算机技术和软件技术的快速提高，数控机床不断发展出更多小型化多功能化的控制系统，并且这些控制系统可以拥有完善的自我诊断功能；一定程度上提高了可靠性；使数控机床的自动变成将趋于普遍化。未来数控机床种类包括更加多样化，实现多工序集中加工；切削加工机床上也将应用激光加工技术，这样可以扩充多种多种工序和工艺种类的实用性；提高数控机床的自动化进程，实现有多种监控功能。1.2数控铣床的分类1.2.1数控立式铣床数控铣床中立式数控铣床是最为常见应用范围最广的的一种。小型数控铣床和普通立式升降台铣床的相似之处在于通过工作台移动、升降、及主轴不动方式，；而中型数控立式铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴溜板上下运动；大型数控立式铣床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来解决缩小占地面积及扩大其运动行程等技术问题。通过机床数控系统控制中坐标数量可以反映出数控立式铣床仍占大多数的仍然是3坐标数控立式铣床。一般来说，需要增加机床的功能和加工范围及可选择的加工对象，就需要机床具有的坐标轴越多，特别是要求联动的坐标轴越多。但这样会导致机床的结构复杂化，数控系统更加精细，同样编程难度也加大，设备的价格也会相应的增高。为了扩大数控立式铣床的功能及加工范围和对象，可以附加数控转盘，采用自动交换台，增加靠模装置等来达到目的。1.2.2卧式数控铣床为了扩大加工范围，我是数控铣床对4.5坐标的加工需要增加数控转盘和万能转盘，这样既可以把工件侧面的连续复杂轮廓加工出来。可以省去很多不必要的角度和夹具的铣刀。通常情况选用带数控转盘的卧式铣床来对箱体类零件或需要在一次安装中改变工位的工件进行加工是较为合适的。这类机床随着制造需求的增加而增加，并且这类机床的应用范围更广功能全面加工对象种类更多，因为它的主轴方向是可以更换，并且可以在一台机床上采用立式加工和卧式加工两种加工方式，给制造商带来很多便利，针对小批量生产且品种较多需要两种不同方式加工时，制造商就可以大大节省加工成本。立、卧两用数控铣床的主轴方向的更换可以通过手动和自动两种方式切换，这两种之中采用数控万能主轴的数控铣床，其主轴头可以任意转换方向，这样这些铣床就可以加工与水平面不同角度的表面。要想要实现五面加工则应对立，卧铣床增加数控转盘。其加工性能之所以非常优越是因为除工件与转盘贴合的定位面外，可以再一次性装卡过程中加工其他表面。。1.3数控铣床的结构特征1.3.1数控铣床的主轴特征可以通过输入介质上编的程序控制数控铣床株洲的开启和停止和主轴的旋转方向和速度自动执行。不同的机床具有不同的功能和变速范围。采用变频机组，固定几种转速的机床可自选一种编入程序，但不能在运转时改变。一些机床采用变频器调整调整转速分并且分为为几档，编程时可任选一档，在运转过程中可调整控制板上的按钮，在同一挡防卫内自由调整速度；另外一些则不分档,编程时可在整个范围内无级调速。但在实际运转过程中，速度的变化不能有大起大落的突变，只能在允许的范围内调高或调低，只能在允许的范围内一般都设有可以自行拉刀或者退刀的装置，能在短时间内装刀与卸刀，机床换刀较为方便。此外，拥有较为复杂的主轴结构的多坐标数控铣床的主轴可以绕X、Y或Z轴作数控摆动，从而扩大了主轴自身的运动范围。1.3.2控制机床运动的坐标特征刀具必须沿着平面上设定得轨迹运动这样才能准确的表达出来共建上的复杂轮廓，因此，数控铣床的伺服拖动系统必须能够在保持预定的相互关系的同时完成多坐标方向同时协调动作，这就要求机床能够实现多坐标联动。数控铣床要控制的坐标数最少是3坐标中任意两坐标联动。只有实现四坐标联动才能实现连续加工直线变斜角工件。更高的要求上若要实现五坐标联动需达到加工曲线变斜角工件。因此，数控铣床所配置的数控系统的要求一般都比其它类数控机床要高出许多。1.4数控铣床的主要功能及加工对象1.4.1数控铣床的功能数控铣床的功能分中包括一般功能和特殊功能两大类。一般功能是指各类数控铣床都具有的功能，如控制功能，刀具半径补偿功能等。特殊功能是指数控铣床在附加了一些特殊装置或附件后，具有或兼备一些普通机床所不具备的一些特殊功能。如刀具长短补偿功能、自动变换工作台功能、自适应功能、数控采集功能等。使用数控铣床进行工件加工时，应妥善利用好数控机床的简单操作和各种功能，可以较为简单的加工许多普通铣床难以加工的工件。数控铣床的主要加工平面类零件；倾斜角类零件；曲面零件等等。1.4.2自动换刀装置（ATC）及其形式现代数控机床可以在一台机床上在一次装卡中完成多工序甚至全部工序的加工这样可以提高生产率以及压缩非切削时间。数控机床的附带自动换刀机构为能在工件一次装夹中完成多个工序，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差起到关键作用。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(AutomaticToolChanger，ATC);自动换刀（AutomaticToolChange简称ATC）系统由控制系统和换刀装置两部分组成。。在这类数控机床上，自动换刀装置（ATC）是加工中心（Machiningcenter简称MC）必不可少的。自动换刀装置对机床的加工效率有很大的提高。由于中小零件一般用普通的数控立式铣床加工，通常情况下需要多把刀具进行加工，所以可以附加自动换刀装置并同时增加自动变换主轴转速功能这样既减少了人力物力的浪费又提高了数控机床的加工效率。因此，数控立式铣床是数控铣床中最为普遍、加工范围最广的所以对数控立式铣床付加上一个能够准确快速的换到机构是很关键的。数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的型式、大小、加工范围及数控机床所需要的刀具的种类、数量等。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1.4.3自动换刀装置应当满足的基本要求1）刀具换刀时间较短。2）刀具重复定位精度较高。3）具有一定的刀具数量。4）刀库具有较小的空间占有率。5）换刀稳定。2总体方案的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3刀库的设计刀库是带刀库自动换刀装置的主要部件之一，其容量形式、布局及具体结构对数控机床的性能有很大影响。3.1确定刀库容量0决定刀库容量时，首先要考虑加工工艺的需要，同时还要调查分析同类型、相近规格的自动换刀机床的刀库容量及其发展趋势。由于带自动换刀装置的数控机床主要是在多品种、单件小批生产时使用，因而应根据广泛的工艺统计，依大多数工件加工时需要的刀具数来确定刀库容量。例如，对功能较为齐全的加工中心而言，它可承担多个工件的切削任务，因而要配备刀具的种类和规格较多。通常，配备的刀具越多，机床能加工工件的比率也越高，但它们并不是成正比例关系。图3-1为刀库容量与机床能加工工件的比率统计曲线。刀库储存量过大，导致刀库的结构庞大而复杂,影响机床总体布局；储存量过小，则不能满足复杂零件的加工要求。因此，刀库容量应在经济合理的条件下，力图将一组类似的零件所需的全部刀具装入刀库，以缩短每次装刀所需的装调时间。对自动换刀数控机床的刀库容量，有关资料曾对15000个零件进行分组统计，指出不同工序加工时必须的刀具数不同，如图3-1所示。由图可知，4把铣刀可完成加工工件的95％左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70％的钻削工艺，14把刀的容量就可完成70％以上工件的钻铣工艺，配有14—40把刀具的刀库就能够满足70％-95％工件的加工需要。因此，对XKA5032A数控立式升降台铣床，从使用和经济效率角度来看，容量为6的刀库就可满足要求了。3.2确定刀库容量决定采用轴向放置的鼓盘式刀库形式。这种刀库结构简单，刀具排列较为紧凑，在刀库容理定为6的情况下体种不大，且取刀也较为方便，但需要考虑机械手的换刀动作空间。3.3刀库结构设计如刀库装配图所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机接通，其运动经过十字联轴器、波传动减速器、套筒式联轴器、蜗杆、蜗轮后，再经花键联接传到刀盘上，刀盘带动刀座上的6个刀套转动，完成选刀动作。图3—2刀库装配图图3-2刀库装配图3.4初估刀库驱动转矩及选定电机刀库回转运动多数采用液压马达、直流电动机驱动，并没有降速传动装置。3.4.1初选电动机与降速传动装置刀库的驱动系统中，由于本刀库的驱动转矩小，且所需转速小，所以决定采用直流伺服电动机驱动。直流伺服电动机具有体积小，重量轻、伺服性好、力能指标高等优点，且该电机可用信号电压进行无级调速。采用型号为90SZ03的SZ系列电磁式直流伺服电动机，其基本参数为：功率0.092KW，转速3000R/MIN（《袖珍机械师设计手册》P1275）；降速传动装置型号为XB3-50-100A的扁平式谐波传动减速器，其基本参数为：输入功率0.092KW，输出转矩18N·m（《袖珍机械师设计手册》P1078-1079）。3.4.2初估刀库驱动转矩由于刀库容量6，下面就以THK6363型自动换刀数控镗铣床的刀库为设计参考（查参考资料14），采用经验法初估回转所需转矩。THK6363型自动换刀数控镗铣床的刀库也是采用轴向放置的鼓盘式刀库形式，其容量为36把刀具，最大刀具重达10kgf，刀库回转由最大扭矩为25N·m的液压马达经谐波减速器驱动。现在由于设计的刀库容量为6把刀具，可初估刀库驱动转矩(主要是指直接驱动刀盘转动的转矩)为T0=8N·m。3.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计刀库的主运动是圆周回转运动，如图3-3所示,直流伺服电动机1通过弹性柱销联轴器与谐波传动减速器2联接减速后驱动蜗杆3,设计刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动.由刀库转位机构实现。己知直流伺服电动机1的功率为0.092KW,转速为3000R/MIN,谐波传动减速器2的传动比为100.传动效率为80%,1经2减速后驱动蜗杆3,蜗杆为主动,蜗轮为从动,要求传动此为6,单向旋转,单班工作制,预计寿命为5年.图示3-3刀库转位机构传动示意图1)选择蜗杆传动类型根据GB10085—88的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。2)选择材料蜗杆采用45钢，齿面淬火，硬度为45～50HRC；蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10Pb1，金属模铸造，=220MPa，=220MPa。3)确定主要参数蜗杆蜗轮传动，以蜗杆为主动，蜗轮为从动。为了提高传动效率，取Z1=6，传动比取6，单向旋转，单工作制，预计寿命为5年。则Z2=Z1ⅹi=6ⅹ6=36。4)按齿面接触疲劳强度设计m2d1KT2(mm3)式（3.1）a)计算蜗轮轴转矩T2初估传动效率η=0.95,则T2=9549=9549η=9549ⅹ0.95=133.53N·m式（3.2）其中n1=3000/100=30(r/min)b)载荷系数K=1.05c)许用接触应力==220ⅹ0.9ⅹ1.48=293.04MPa式（3.3）式中,=220MPa,估计滑动速度<5m/s，用浸没润滑,则由(参考文献11)(P972图18—2)查得滑动速度影响系数=0.9,=1.48（其中=60at=60ⅹ1ⅹⅹ5ⅹ300ⅹ8=3.6ⅹ,按图18—3查得）；d)计算m2d1值,并选定模数m和蜗杆分度圆直径d1m2d1ⅹ1.05ⅹ133.53=283.46mm3;式（3.4）按表18—3查得模数m=3.15(mm),d1=35.5(mm)(m2d1值应大于计算值)5)验算滑动速度a)计算蜗杆速度===0.0558m/s式（3.5）b)计算滑动速度=/=0.0558/=0.0632m/s式（3.6）其中===,则初估的值合适。6)验算蜗轮齿弯曲强度验算公式为式（3.7）a)使用系数=1b)动载荷系数=1.03c)载荷分布系数=1d1=35.5mm，=m=3.1536=113.4mm,其中模数m=3.15(mm)。d)蜗轮齿形系数=4.00e)按蜗轮当量齿数=/=36/=52.34,由图17—2查得。f)导程角系数=1-/120°=1-/120=0.766g)许用弯曲应力==700.542=37.94MPah)计算弯曲应力=22.132式（3.8）由于<，故满足蜗轮轮齿强度条件。7)计算蜗杆蜗轮的主要参数a)分度圆直径=35.5，=m=3.1536=113.4mmb)中心距aa=(++2m)/2=[35.5+113.4+2(-0.1349)3.15]/2=74mmc)蜗杆导程角8)计算其他尺寸a)蜗杆齿顶圆直径=+2=35.5+23.15=41.8mm，其中为蜗杆齿顶高，且=m=3.15mm；b)蜗轮喉圆直径=+2=113.4+20.86513.15=118.85mm，其中为蜗轮齿顶高，且=+=1-0.1349=0.8651mm；c)蜗轮外圆直径=+m=118.85+3.15=122mm；d)蜗杆齿宽由于=6，故按结构设计，取=64mme)蜗轮齿宽0.67=0.6741.8=28.006mm,取=28mm；f)蜗轮齿顶圆弧半径=-m=-3.15=14.6mmg)蜗轮齿根圆弧半径=+c=+0.2m=+0.23.15=21.53mm；h)蜗杆轴向齿厚=/2==3.15/2=4.948mm,其中为蜗杆轴向齿距；i)蜗杆法向齿厚==4.948=4.368mm；j)蜗轮分度圆齿厚=0.5=0.53.15=4.948mm。9)热平衡计算蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量大。在闭式传动中，如果产生的热量不能及时地散逸，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大磨擦损失，甚至发生胶合。所以必须根据单位时间内的发热量等于同时间内的散热量的条件进行热功平衡计算，以保证油温稳定牌规定的范围内。由于摩擦损耗的功率=（1-）kW,则产生的热流量（单位为1W=1j/s）为=1000（1-）W式中为蜗杆传递的功率（单位：kW）。以自然冷却方式，从箱体外壁散发到周围空气中去的热流量为=kA(-)W式（3.9）式中k——热导率，一般取k=8.7～17.5W(),环境空气流通较差时，取较小值，否则取较大值；A——传动装置散热的计算面积，即内面被没浸溅的，而外面又被空气所能冷却的的箱壳面积（）；——润滑油的工作温度，一般限制在60～70，最高不能超过80；——周围环境温度，一般取室温=20。按热平衡条件=，可求得在既定工作条件下的没温为=+式（3.10）在绘制传动装置结构图的基础上进行热平衡计算：=0.09280=0.0736kW取=20,=0.95,k=10,并估算A=0.006，则=20+=81.33＞80式（3.11）由于＞80,超过最高工作温度，所以必须采取一些散热措施，以提高散热能力，如在传动箱内装循环冷却管路。3.6刀库驱动转矩的校核蜗轮转速=5r/min,所能传递的功率为P=0.092800.95=0.07Kw,此时刀库的驱动转矩为：T===120.3N·m＞T0=8N·m，其中=0.9为外花键带动刀盘回转的传动效率。由于T＞T0，所以，刀库驱动转矩满足要求。3.7刀库驱动转矩的校核在刀库的传动系统中，刀盘是利用花键联接带动刀座上的刀套转动而进行选刀的，花键的联接属于动联接。已知所用的花键类型为渐开线花键d=26mm,以下对其进行必要的强度计算。计算公式如下：p=[p]MPa式中:式（3.12）T——转距（N·mm），此处T=120.3N·m=120.31000N·mm；——各齿间载荷不均匀系数，通常取=0.70.8，此处取=0.75；z——齿数，此处z=6；——齿的工作高度（mm），对渐开线花键，=m,此处m为模数，且取m=1.5mm；——齿的工作长度（mm），此处=48mm；——平均直径（mm），对渐开线花键，此处=d=26mm。于是，把数据代入计算公式，得p===28.6MPa式（3.13）由于该花键联接为不在载荷作用下移动的动联接，查表9-13可知，若齿面经热处理且使用和制造情况为良好时，[p]可达4070MPa，p[p],故花键联接的强度满足要求。3.8夹紧机构插销剪切强度的校核刀套在刀座上的夹紧由插销实现（见刀库装配图）。插销承受的主要是剪切力，以下对单个插销进行剪切强度的校核。插销材料为45钢，[]=60MPa,直径d=6mm。剪切力由重力引起，估算P=100N,插销受力如图所示。该情况为双剪切，且由平衡方程易得Q=P/2,于是，插销横截面上的剪切力为=Q/A=(100)/[]=1.8MPa[]式（3.14）故插销满足强度条件要求。3.9确定刀具的选择方式按数控装置的刀具指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。在刀库中选择刀具通常采用两种方式。1)顺序选择刀具2)任意选择刀具3.10刀库的定位与刀具的松夹刀库旋转定位是依靠简易定位装置来实现的。其控制过程示意图如下：发出选刀发出选刀信号牙嵌离合器脱离啮合从动轴惯性慢转刀库定位停止定位完毕发出信号刀库的定位是由接近开关使直流伺服电机停止转动，然后由双向液压带动定位销6，插入刀座5上的定位孔，实现精确定位。在刀座5的每一个刀位上都装有如图所示的弹簧、导柱3、键块1和销2所组成的刀具固定装置。由此实现刀具在刀库上的固定锁紧。图中所示为刀具卡在刀座上的状况。当液压缸4通油后，将导柱3拉出，使销2退出，此时刀具在刀座上处于自由状态，控制刀具固定装置的液压缸4有两个，一个和定位销在一起，自动换刀时用，另一个在靠近立柱方向，用于刀库手动装卸刀。图3-4刀库定位示意图

4刀具交换装置的设计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。刀具的交换方式通常分为两种:一种是采用机械手交换刀具,另一种是由刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换即无机械手交换刀具。无机械手交换刀具方式：结构简单，成本低，换刀的可靠性较高；刀库因结构所限容量不多。这种换刀系统多为中、小型加工中心采用。刀具的交换方式及它们的具体结构对机床的工作效率和工作可靠性有直接的影响。由XKA5032A数控立式升降台铣床的结构特性决定难以实现由刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换，故采用机械手交换刀具的方式。机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后，把这一工步的刀具送回刀库，并把下一道工步的所需要的刀具从刀库中取出并装入主轴继续进行加工的功能部件。对机械手的具体要求是迅速可靠，准确协调。4.1确定换刀机械手形式在自动换刀数控机床中，换刀机械手的形式是多种多样的，常见的有以下几种。两手呈180°的回转式单臂双手机械手；2)两手互相垂直的回转式单臂双手机械手图4-1机械手臂和手爪1.手爪2.锥销3.手臂4.5.弹簧6.活动销7.长销8.锁紧销图4-2换刀装置3)两手平行的回转式单臂双手机械手；4)双手交叉式机械手；由于不同的数控机床（加工中心）的刀库与主轴的相对位置不同。所以各种数控机床所使用的换刀机械手也不尽相同。上图是两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的结构示意图。这种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，在加工中心的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。4.2换刀机械手的工作原理该机械手安装在主轴的左侧面，随同主轴箱一起运动。机械手由机械手臂与45°的斜壳体组成。机械手臂1形状对称。固定在回转轴4上，回转轴与主轴成45°角，安装在壳体3上，5为手臂托，可由液压缸带动（图中未标出），机械手有伸缩、回转、抓刀、松刀等动作。伸缩动作：液压缸（图中未标出）带动手臂托架5沿主轴轴向移动。回转动作：液压缸2中的齿条轮通过齿轮带动回转轴4转动。从而实现手臂正向和反向180°的旋转运动。抓刀、松刀动作：机械手对刀具的夹紧和松开是通过液压缸6。碟形弹簧7及拉杆8、杠杆9、活动爪10来实现。碟形弹簧实现夹紧，液压缸实现松开。在活动爪中有两个销子11，当夹紧刀具时，插入刀柄凸缘的孔内，确保安全、可靠。4.3机械手的自动换刀过程的动作顺序自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。选刀即刀库按照选刀命令（或信息）自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备，换刀即是机械手把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴之上。a）（b）（c）（d）图4-6换刀机械手的换刀过程换刀动作的大致过程为：1)主轴箱回到最高处（z坐标零点），同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。2)机械手抓住主轴和刀库上的刀具。如图4-6（a）所示。3)把卡紧在主轴和刀库上的刀具松开4)活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具5)机械手回转180°，交换刀具位置，6)将更换后的刀具装入主轴和刀库7)分别夹紧主轴和刀库上的刀具8)机械手松开主轴和刀库上的刀具9)当机械手松开具后，限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其他程序动作。在自动换刀的整个过程中，各项运动均由限位开关控制，只有前一个动作完成后，才能进行下一个动作，从而保证了运动的可靠性。4.4机械手回转轴4上的齿轮齿条设计1)回转轴上齿轮采用渐开线标准直齿圆柱齿轮形式2)取模数M=1。5。初取齿数z=303)表4.1为齿轮几何尺寸设计的基本参数：4)齿条的基本尺寸，按外齿轮几何尺寸的计算公式进行计算表4.1齿轮几何尺寸设计基本参数表名称代号计算公式模数m压力角分度圆直径dD=mz=1.530=45齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径齿根圆直径齿距p齿厚s顶隙c4.5自动换刀装置的相关技术要求4.5.1主轴准停装置为了传递扭矩，在主轴的前端装有端键，当刀具刀柄装入锥孔时，刀柄上的键槽位置必须与该键对准才能装入。当机械手从刀库取刀时，为了确保刀具其后能顺利地装入主轴锥孔中，必须使主轴准确地停在刀具交换位置上。同时，由于工艺上的需要，也必须使主轴准停在固定位置上。这种使主轴端在定位键停在固定位置的技术要求称为主轴准停。VMC85立式数控加工中心的自动换刀装置，在每次自动装卸刀具时，都必须要求主轴准确地停止在固定的周向位置上。因此，可在主轴上安装电气控制的主轴准停装置以实现主轴准停功能。4.5.2换刀机械手的安装与调试（1）换刀机械手安装在主轴箱的左侧面，加工零件时，换刀机械手随主轴箱一起上下运动。(2)当初装上换刀机械手后，必须进行调试：用手动操纵主式调整换刀机械手相对于主轴的位置，使用调整心棒，有误差时可调整机械手行程、刀库位置、机械手支座、修正主轴坐标原点等。安装最大重量刀具时，要进行多次刀库到主轴位置的自动交换，使机械手换刀时做到准确无误，无撞击。4.6自动换刀程序的编制1)换刀动作（指令）：选刀（T××）；换刀（M06）2)选刀和换刀通常分开进行。3)为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。4)换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。5)换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点（Z0），要求在换刀前用准备功能指令（G28）使主轴自动返回Z0点。6)换刀过程:接到T××指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。7)换刀程序编制方法a)主轴返回参考点和刀库选刀同时进行，选好刀具后进行换刀。…N02G28Z0T02Z轴回零，选T02号刀；N03M06换上T02号刀…缺点：选刀时间大于回零时间时，需要占机选刀。b)在Z轴回零换刀前就选好刀…N10G01X_Y_Z_F_T02直线插补，选T02号刀N11G28Z0M06Z轴回零，换T02号刀…N20G01Z_F_T03直线插补，选T03号刀N30G02X_Y_I_J_F_顺圆弧插补c)有的加工中心（TH5632）换刀程