加工中心小型链式刀库系统设计机械毕业设计

摘要 数控机床是在传统机床基础上发展起来的机械装备，能用来加工不同形状的零件。随着现代制造技术的发展，越来越多企业开始选用数控设备。加工中心是一类具有自动换刀装置的数控机床，能对零件进行车、铣、镗等多工序的高速、高精度的加工。自动换刀装置包括换刀装置和刀库，换刀装置主要指换刀机械手，起交换刀具的作用；刀库是用来存储刀具的，刀库中存储的多种刀具能使加工中心单独加工出外形复杂的零件。本次毕业设计的主要内容是设计加工中心小型链式刀库系统。刀库系统是加工中心必不可少的部件，是加工中心完成其功能的保证。加工中心的刀库系统的设计是集电、机、气等为一体的综合设计，能使我们对自动化加工设备有深入的了解，能在巩固已学知识的基础上提高我们自己的实践能力关键字:加工中心;链式刀库；设计目录第一章 概论11.1 加工中心介绍11.1.1 加工中心的发展11.1.2 加工中心的组成11.1.3 加工中心的分类11.1.4 加工中心的特点及其发展方向31.2 加工中心刀库介绍31.2.1 刀库简述31.2.2 刀库形式41.2.3 刀库的选刀方式51.2.4 刀库刀具交换形式61.2.5 刀库的发展方向71.3设计任务书7设计任务7设计内容及工作量81.3.3 进度安排8第二章 总体方案确定92.1 刀库设计考虑因素92.2 刀库总体方案的确定92.2.1 链式刀库的刀库形式92.2.2 刀库驱动形式102.2.3 刀库传动形式102.2.4 刀库夹爪形式10第三章 链式刀库的设计与计算113.1 链式刀库链传动设计11链传动简述11链传动链节型号选择113.1.3 链传动计算113.2 伺服电动机的选择123.2.1 伺服电动机介绍123.2.2 伺服电动机型号的选择133.2.3 伺服电动机的校核13伺服电动机的安装133.3 联轴器的设计143.4 蜗轮蜗杆设计计算153.4.1 蜗轮蜗杆计算153.4.2 蜗杆支撑结构设计173.4.3 蜗轮轴设计183.4.4 蜗轮支撑轴部分弯扭强度校核193.5 刀库准停装置设计213.6 链传动张紧方法的设计223.7 刀库夹爪设计243.7.1 刀库夹爪结构设计243.7.2 夹爪夹紧力大小计算263.8 刀库附件26第四章 刀库控制系统简述284.1 刀库控制过程简述284.2 刀库选刀方式28结论32致谢33参考文献34附录35附录36第一章 概论1.1 加工中心介绍1.1.1 加工中心的发展1952年世界上出现了第一台数控机床，使多品种、变批量的机械加工在自动化程度和加工效率上得到了大大的提高。第一台加工中心于1958年在美国问世，加工中心是能在一次装夹中实现自动铣削、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝等工序且具有自动换刀装置和刀库的数控机床。加工中心使机械加工的柔性、加工效率和自动化程度又提升了一个层次。1.1.2 加工中心的组成加工中心的组成随机床的类型不同而有一定的区别，但从总体上来看主要由以下几个部分组成：（1）、基础部件 主要由床身、工作台、立柱等组成，承受加工中心的载荷。（2）、主轴部件 主要由主轴箱、主轴等组成，是加工中心的关键部件。（3）、数控系统 主要由数控装置、PLC、电机等组成，是加工中心的控制中心，根据输入信息进行运算处理，输出给执行件，控制执行件的动作。（4）、伺服系统 主要由驱动控制单元、机床、执行单元和反馈检测元件等组成，是联系数控装置与机床的重要环节。（5）、刀库 刀库中存储加工中心加工过程中所需的刀具。（6）、换刀装置 主要由机械手组成，能根据数控指令将刀库中刀具与主轴上刀具进行交换，完成工件的加工。（7）、辅助装置 主要由冷却、润滑、保护、排屑、液压等组成，对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起重要的保障作用。1.1.3 加工中心的分类 按加工中心的结构形式，可将加工中心分为以下几类：（1）、卧式加工中心 卧式加工中心是指主轴轴线为水平设置的加工中心，如图1-1。图1-1 卧式加工中心1- 主轴头 2-刀库 3-立柱 4-立柱底座 5-工作台6-工作台底座（2）、立式加工中心 立式加工中心是指主轴轴线为竖直设置的加工中心，如图1-2。图1-2 立式加工中心1-X轴的直流伺服电动机 2-换刀机械手 3-数控柜 4-盘式刀库5-主轴箱 6-操作面板 7-驱动电源柜 8-工作台 9-滑座 10-床身（3）、万能加工中心 即立卧式加工中心，在一次装夹中，能对工件的除安装面外的其余表面进行加工，如图1-3.图1-3 万能加工中心1.1.4 加工中心的特点及其发展方向加工中心能提高加工质量、缩短加工准备时间、减少在制品、减少刀具费用，能实现最少的直接劳务费用和最少的间接劳务费用，提高了设备的利用率。目前加工中心正朝着以下几个方面快速发展：（1）、高精度、高速高效、高可靠性 使加工效率、工件精度和工件的可靠性提高。（2）、模块化、柔性化、智能化 能适应多品种、变批量的生产。（3）、复合化 将工件加工时的工序复合在一起，提高了生产效率。（4）、开放性体系结构 使加工中心能适应数控技术的快速发展。（5）、网络化 能是加工中心满足生产线、制造系统和企业对信息的需求。（6）、行业化 能形成专门生产加工中心各个主要部件的厂商及相应的系列产品。1.2 加工中心刀库介绍1.2.1 刀库简述 刀库是在数控机床的基础上发展起来的加工中心的一个关键部件。在数控机床刚出现的一段时间内，数控机床的应用范围十分广泛。随着数控技术的发展，所要求加工零件也变得越来越复杂。对于某些形状复杂具有自由曲面的零件，一般的数控机床（具有的刀具数量不多）已不能加工或需要花费很多时间才能加工出来。数控机床上需要带有的刀具数量也随着零件复杂而变多，这样就出现了加工中心，刀库的概念也随着加工中心的出现而产生。刀库中存储的刀具能保证加工中心完成其相应的加工过程。逐渐地，刀库系统在加工中心中起着越来越重要的作用。现在有些厂家已经将刀库当做一个部件来看待，也渐渐的出现了专门生产刀库的厂家，如德大机械、吉辅公司、臻赏工业等刀库的主要功能是存储加工工件所需的各种刀具（如车刀、铣刀、镗刀、麻花钻等），根据数控系统给定的程序指令，把下一工序要用的刀具准确的送到换刀位置，与主轴进行换刀，完成工件的加工。1.2.2 刀库形式现在的刀库按结构形式可分为以下几类：（1）、转塔式刀库 如图1-4，这种刀库刀具容量小，主要用于小型立式加工中心。图1-4 转塔式刀库（2）、圆盘式刀库 如图1-5，这种刀库刀具容量小，一般不多于30把刀，换刀时间较长，制造成本低，但适用于各种形式小型加工中心。图1-5 圆盘式刀库（3）、链式刀库 如图1-6，这种刀库刀具容量较大，一般在20把刀以上，结构紧凑，布局方便，换刀时间短，适用于各种加工中心。图1-6 链式刀库（4）、格子式刀库 如图1-7，这种刀库刀具容量大，可单独安置于机床外，但刀库选刀与取刀的动作较复杂，应用较少。图1-7 格子式刀库按设置部位可以分为以下两类：（1）、设置在机床上的刀库 如上面所述的转塔式刀库、圆盘式刀库和部分链式刀库。这些刀库结构小，可直接安装在机床侧面或上面。（2）、设置在机床外的刀库（落地式刀库） 如上面所述的部分链式刀库(主要是大型链式刀库)和格子式刀库。这些刀库刀具容量大，结构尺寸比较大且整体较重，安置在地面上可以将刀库的运动与机床隔离开，而且刀库的重量主要由地面来承受。1.2.3 刀库的选刀方式目前刀库的选刀方式主要有以下两种：（1）、顺序选刀 刀具按指定工序的先后顺序依次存入刀库中。换刀时，按工序顺序 依次换刀。该方法不需要刀具识别装置，控制简单，但由于同一刀具在不同工序中不能使用，这降低了刀具的使用效率。（2）、随机选刀 刀具在刀库中随机存放，根据指令程序选择所需的刀具。该方法需要刀具识别装置。换刀时，刀具先经过刀具识别装置识别，当刀具代码与程序的代码相同时，将该刀具送到换到位置进行交换。由于刀具能重复使用，大大的提高了刀具的使用效率。1.2.4 刀库刀具交换形式 加工中心刀库刀具的交换一般有以下两种形式：（1）、无机械手换刀 这种方式是利用机床主轴与刀库间的相对运动来实现刀具的交换。具体过程如图1-8。（a）:执行换刀命令时，主轴先实现准确停止，再按要求运动到换刀位置，等待换刀。（b）：主轴停在换刀位置时，主轴上刀具进入刀库的空刀位置，等刀库夹爪将刀具夹紧后，主轴放开刀具。（c）：刀库运动将刀具从主轴孔中取出。（d）：刀库运动将下工步需要的刀具送到主轴位置。（e）：刀库运动将新刀具插入主轴孔中，同时主轴通过夹紧机构将刀具夹紧。（f）：主轴运动至正常位置进行下一步的加工，同时刀库也回到初始位置。图1-8 无机械手换刀过程（2）、机械手换刀 这种方式是采用机械手来实现刀具的交换。具体过程如图1-9图1-9 机械手换刀过程1.2.5 刀库的发展方向目前刀库系统正朝着以下几方面发展：1、能承受超重刀具的刀库系统 研究能承受重量70KG以上的刀具的链式刀库，该刀库同时带有强力锁刀结构的刀架结构，以防止重型刀具在换刀过程中掉落。2、高效率、高精度的刀库系统的研究 研究能实现刀具高精度定位且换到时间小的刀库系统，换刀的快慢直接影响到了加工中辅助时间的多少，换刀速度越快，辅助时间越短，生产效率越高。高的定位精度可以防止换刀过程中产生误动作。以满足数控加工中心选刀迅速、换刀精确地性能要求。3、能容纳多型式刀具的刀库系统的研究 研究能容纳多型式刀具（如ISO50和ISO60）且能实现不同型式刀具间自动换刀的刀库系统，而且多型式刀库是常使用多主轴的数控加工中心的必要装置。 4、轻量化、低成本的刀库系统的研究 研究以轻量化塑钢为刀架结构的刀库系统，以降低刀库生产成本。5、高容量刀库系统的研究 研究能容纳120/180/200以上刀具的刀库系统，这样的刀库能使生产效率大大提高。1.3设计任务书设计任务设计一个加工中心小型链式刀库系统，该自动换刀系统满足以下要求：刀具容量 20把选刀方式 任意刀具最大重量 7kg刀具最大长度 260mm刀具最大直径 100mm 换刀时间（刀对刀） 68s刀柄 NO.40设计内容及工作量1.链式刀库系统机械结构2.A0图纸3张，可包括装配图、零件图和控制原理图3.外文翻译资料不少于5000汉字4.开题报告3000-5000字5.设计说明书2万字6.计算程序不少于100条语句1.3.3 进度安排2010.10.012011.03.11 搜集资料、翻译外文文献、撰写开题报告2011.03.212011.04.10 确定总体方案2011.04.112011.04.30 确定各部分参数并绘制草图2011.05.012011.05.30 绘制零件图及计算机绘图2011.05.312011.06.07 撰写说明书2011.06.08 准备答辩及最终答辩详细设计说明书及设计图纸 联系qq：1285906077