小型立式加工中心刀库虚拟样机设计.docx

摘要1、本文概述了加工中心在加工过程中要使用各类刀具，刀库进行了阐述；本次设计中选用立式,卧式以及加工中心盘式刀库的传动,结构设计。此种刀库的应用是较为广泛的，换刀十分简便，而且定位非常精准。原先的手工制作已经朝向一台机床就可以实现多道工序或全部工序加工的方向发展。传动轴的公式与设计，对轴的材料选定轴径估算、本次设计也进行介绍；液压装置辅助机械化生产，液压油缸助力机械的正常运行，液压油缸的行程动作保证了刀具精度、稳定性；本文使用三维建模UG建立各个部位的三维模型；UG具有十分强大的功能，通过其能够高效完成复杂实体的建构。关键词：刀库液压系统的设计刀库的三一建'模传动轴设计当前时期，科技发展的速度是飞快的，在此背景下，制造技术也迈上了快速发展的道路。从现代制造业的角度来说，加工中心的重要性是毋庸置疑的，为了能够使得超高速切削以及超精密加工等技术能够得到有效应用，加工中心的相关性能指标就必须要切实提升。数控机床、加工中心的发展和经济发展是存在紧密关联性的。经济发展加速，机床工业也就随之加快发展，而机床工业的发展又会对经济发展起到一定的推动作用。从机械制造业的角度来说，机床工业是十分重要的基础，因而必须要对其予以重点关注。在1958年，世界首台集铳、钻、锚等工序为一体的数控机床诞生，只要通过换刀就能够保证加工持续进行。从这个产品问世之后，销售量就呈现出汽线攀升的态势，美国、日本、德国等工业发达国家对其也是十分关注，先后展开了研发生产的相关工作，这就使得机床所具有的功能得到进步完善。应该说，此种产品的发展速度是惊人的，在现阶段，加工中心的类型是多样的，主要包括立式、卧式、龙门式以及落地式等。从相关结构的研究结果来看，其品种、规格已经超过了100o个。我们国家一宜重视数控机床的研究。在1973年，北京机床研究所就完成了卧式加工中心JCSOI3的研发工作。到了1980年，又从日本引入了数控系统制造技术。在“六五”规划以及“七五”规划这段时间中，我们国家针对加工中心进行了卓有成效的研究，进入了更为先进的技术，众多企业和域外国家的厂商展开了紧密合作。而在“八五”期间，数控系统已经实现了自主版权，这就为数控机床的普遍应用打下了坚实的基础。到了“九五”期间，数控机床的产业化已经实现。在当前时期，加工中心的性能、种类以及功能等均实现了长足的发展。从品种来看，更为先进的立式、卧式五轴联动加工中心已经研发成功，可以满足航空航天领域的零件加工需要：为了满足模具加工的实际需要，高性能加工中心将CAD、CAM切实整合起来，保证了纭杂曲面的超精加工.从性能来看加工中心选用的电主轴通常是在万转以上的,通过直线电机能够确保机床的加速度达到3g至5g。从功能来看，加工中心真正实现了机电与通讯的整合。第一章绪论1.1 加工中心及刀库简介加工中心是集精密机械、信息技术、光学以及光电子技术、计算机技术、人工智能技术为一体的。一股来说，加工中心可以实现自动更换刀具、互换工作台与更换部件，它能够准确完成铳、钻、纯包括攻丝等加工任务，并且还可进行多轴互动，对平面、曲面、叶面与叶轮进行精密加工。可以这样讲，加工中心具备的优势就是功能多样、精度很高、自动化程度也非常高。加工中心的应用范用是较为广泛的。在加工中心当中是设置好刀库的，而且能够白动完成换刀，一台机床当中可以完成众多的工序，这样一来，工件夹装、测量，以及机床调整所需的时间就能够减少很多，对工件半成品予以周转、搬运以及存储所要花费的时间也是很少的，如此就可并保证机床切效率有大幅提升，相较于普通机床来说，切削的效率能够高出三至四倍。另外来说，加工中心在加工精度方面也是非常高的，加工的工序也能够集成起来，这样就使得人为因素产生的影响能够切实消除，这样一来，加工的精度就能得到保证，加工质量更加稔定。从机床形态来说，加工中心包括立式、卧式、龙门式以及五面加工中心。其外形图如下：立式加工中心卧式加工中心龙门加工中心加工中心的研发事物依然在持续展开，高效率和高精度是发展的主要方向。在现阶段，全球每年制造的加工中心数设在10万台以上，产值在全部机床产值中的占比达到了17%。在加工中心之中，刀阵是不可或缺的组成部分。在进行自动化加工之时，利用刀库可以实现储刀以及换刀。在自动换刀机构当中，能够储放一定量的刀具，这样一来，就可使得人工换刀的方式被替代。通过电脑程序来进行控制，就可满足铳削、钻孔、镣孔以及攻牙的实际需要，加工的时长能够切实缩短，生产的成本也能够控制在合理的范围之中，而这就是刀库的优势所在。在对刀库进行设计之时，要从刀具存放的具体数量:，还有取刀的具体方式出发，设计出最为合适的类型。一般来说，刀库的类型主要包括直线、圆盘、链式等。直线刀库的结构是十分简单的，然而能够存放的刀具不是很多；圆盘刀库的形式多样，可以存放的刀具较多，最多能够达到60把；链式刀库主要有两种形式，即单排、加长链条。具体的形状见下图：F1.TII而rg直线刀库格子箱式刀冻刀具交换装置所起到的主要作用就是确保刀库和机床主轴能够真正实现刀具的传递以及装卸。自动换刀的数控机床一般采用的是刀库式自动换刀装置。其自动换刀系统的构成部分主要是刀库以及刀具交换机构，此种换刀方法的应用是十分普遍的。换刀的整个过程最具有一定夏杂性的。要先将加工之时所要用到的所有刀具安装于刀柄之上，并对尺寸进行适当的调整，然后再按照既定的方式存放于刀库当中.在换刀之时，要先从刀库当中选择所需的刀具，在通过交换装置来将刀具取出来。完成刀具交换以后，新的刀具要装入到主轴之上，而旧的刀具则要存放于刀库之中。用于刀具存放的刀底所拥有的容量应该是足够的，在安装刀库之时，可将其装于主轴箱的侧面，或者是上方，也可以进行独立安装。数控机床换刀之时，可采用的方式主要有两种：一是无机械换刀，也就是先将已经使用完毕的刀具存放到刀库之中，继而将所要使用的新刀具取出来，这两个动作是无法同时完成的，所以说花费的时间较长。二是机械换刀，也就是通过机械手来完成刀具的交换。通过机械手来进行换刀是具有一定灵活性的，换刀所要花费的时间也很少，因而其得到了普遍的应用。机械手换刀的具体机构见下图：卜主轴2-主轴箱3-刀库4-机械手从工具机产业发展的前景来看，高速度、高精度以及高效率是主要的发展目标。在切削速度持续加快之际，切削的时间也必然会缩短很多，因而换刀的时间也一定要减少。在对高等级匚具机进行衡量之时，换刀速度是十分关键的指标。通过快速自动换刀技术能够使得辅助加工所要花费的时间大幅减少。通常来说，卧式机台时于换刀速度的要求是较高的，此种机台所呈现出的特点主要包括以下几点：一是刀牌相对较短：二是刀惜并非全部是直线：三是两刀能够呈现出相互垂克的状态；四是凸轮箱相对较小，同时能够移动。这样在进行换刀的过程中，可动件的转动惯量对小些，换刀速度就能够切实提升。1.2 简述课题任务和研究思路课题任务：要求新设计的装置具有以下功能：刀库，能够实现刀具的存储和翻转以及转盘刀具的转动和计数等，最重要的是要和机械手配合完成刀具的交换。研究思路：（1）查阅现有资料，了解加工中心相关的内容以及刀库的工作原理；（2）针对课题任务，拟定选择制定整机总体方案，进行刀库运动及动力参数计算：（3）时刀库进行结构设计；（4）使用三维建模软件UG建立各个部件的三维模型：（5）绘制部件装配图和主要零件零件图：（6）撰写毕业设计论文（说明书）。第二章刀库总体传动方案拟定根据课题任务要求，刀库必须要能实现对刀具的装夹、存储以及翻转。查阅资料,参考现仃刀库的普遍结构，拟定刀库机构方案如图所示：图3-2XKA5032A/C刀库结构图I-It流网版电机，2-宾筒联轴器I3-虫毋4郎杆t5-气缸：6-活杆I77ft又：8螺杆：务位置开关：IO定位开关：11、15强子：12布轴：13-刀套；I，I-刀盘（导盘）；16-支承板；17-球头惮灯；18-冲黄；19-浪子销Jg=Z=N一笏is咨盘刀使的11伺电动机，经由套筒联轴器、蜗轮以及蜗杆使得刀盘以及刀盘之上的刀套开始旋转。刀座滚子位于并不跟随旋转的刀盘槽当中受到限位，在其最下端进行换刀的位置上开个缺口。刀座和支承板进行连接所采用的是较链。平时通过弹簧来使得滚子销压于刀套的凹槽当中，确保刀座能够定位于水平的位置。因为是立式主轴，所以要对刀盘最下面的刀套进行90°旋转，确保刀具的头部朝下。若想完成此动作，就要通过气缸活塞杆来使得拨叉上升。从剖视图能够看出，为最下部的刀套的右尾部滚子恰好进到了拨叉缺口。在拨叉上升之时，刀套以及刀具均会在逆时针方向上进行90°旋转，在滚子销从支承板凹槽中退出之后，刀座就会处于垂直位置，继而由机械手来进行换刀。刀具的具体构造见图b。从图中就能够看出，在锥尾部存在两个球头销钉，进而利用弹簧来将刀具夹住，所以在刀具旋转了90°之后，刀具就不可能出现卜.落的状况。位于刀套顶部的滚子所起到的作用是刀套在水平位置之时，能够对刀套予以支承。在换好刀具之后，就能够将替换下的刀具平头插入到刀座当中。在气缸作用之下，则会和上述的动作截然相反，刀座会带动刀具夹头来进行顺时针移动，进而到达水平位置，在这个时候，滚子销就会再次进入到支承板的凹槽当中。第三章刀库驱动电动机的选定在对刀库予以驱动之时，常用方式主要包括伺服电动机驱动和液动机驱动两种，我们国家的加工中心一般采用的是同服电机驱动，本设计所采用的也是这种方式.3.1按负载转矩选负载转矩Ti应加于伺服电动机轴之h相较于帆机的额定连续转断S要小一些。对圆盘式刀库的负载本规进行计算之时，其负载转矩源T自于刀具重量的不平衡。所采用的计算方法是：三把重量最大的刀具紧挨起来，依据力旺中心确定的最大刀具重量WnIX来进行计算。所设定的刀库半径是300M.而刀具的最大揖量则是8kg。计算公式T=8kf×9.8Nkg×3OOmm=23.52Nmm通过计算所得的负载转矩转换成电机轴转矩T,具体的公式是：嘱t在上面的公式当中，i所指的是传动比：而7所指的是传动效率。从本设计来看，传动比设定的是i=20.这样可使得传动的速度切实降低。传效率是：7总=72n3=0.72×0.99×0.99j=0.699在上面的公式当中，7所指的是联轴器传动功率：72所指的是娴杆传动功率：73所指的是轴承传动功率。=1.68mm=T,_23.524i20x0.699从实际的情况来看，其相较于计免之时所设定的条件是更为豆杂的，电机的额定转矩Ts应该达到负懒矩1.2倍至1.56,也就是:T>(1.21.5)TT5>U.2-1.5)×I.68NnunTs>(2.OI6-2.52)Nmm3. 2按加速时的最大转矩选在加速之时，最大转矩T包含的是加速转值以及负臃矩石,也就是：>+对力腱转矩Ta三计算冽，公式如F：1.等(+”M)在上面的公式当中，in斯描述的为刀库选刀时的电机的转速(i7min);ta所描述的为加速时间，正常取150200(11MJ111所描述的为电机转子的惯量；J2所描述的为负载惯载逊闽嫡上蹒1。实行设计时,首选nm=1000mJm=O.O32Nms2,J=0.016Nms2,1.=IsOmS=1.8s°2x3.14x10006×1H×(O.O32+O.O16:三2.7Ww>+T>2,79÷IHZ.47加速时候的最高转值相对电机最高转¾来说应该要小一些，也就是T<Tmx3.3校验J1=0.01Nm1sJm=O.032Nmsj.J1VJnt.该结果满足条件。从上面计算所得的结果出发，断定出电机型号是:表3-1选定电机型号型