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1、实验室用自动换刀装置的设计摘 要如今数控技术已经是当今社会制造业的主导技术，数控技术大力发展同时教学资源也得到了提升，研究教学用装置模型已是必不可少的，将装置的模型在课堂上展示能更好地体现真实性，但是现在实验室模型技术不够完善。其中实验室用自动换刀装置主要是为教学提供，可以真实的体现在数控机床上，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。随着数控机床的普及运用，加工机械的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。加工中心带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。自动换刀装置应当满足换刀时间短
2、、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和刀库、机械手与主轴间自动换刀。本课题就是对实验室用自动换刀装置进行设计，利用PLC对刀库的选刀控制和刀库、机械手与主轴间的自动换刀控制。实验室用自动换刀装置不仅能方便的为教学提供模拟仪器，更能让研究者对换刀装置的深入了解，从而对装置的研究与开发。关键词 实验室用教学用具，主轴刀库系统，自动换刀功能。目 录摘 要.I1 绪论.11.1 课题背景.11.2 研究的主要内容.12 自动换刀系统机械部分设计.32.1刀座的设计.3 2.1.1 刀座基本形状及尺寸的确定.3 2.1.2 刀座强度的校核.6
3、2.2 刀盘主要尺寸的确定.72.3 传动齿轮的设计.82.4 刀架主轴的设计.82.4.1 初步确定轴的最小直径.82.4.2 轴的结构设计.92.4.3 校核键的强度.112.5 共轭分度凸轮机构基本参数的确定.112.5.1 共轭分度凸轮的介绍.112.5.2 主要运动参数的选择.122.5.3 主要几何尺寸的确定.122.6 端齿盘的选择.122.6.1 端齿盘的介绍.132.6.2 端齿盘的特点.132.6.3 端齿盘主要参数的设计计算.132.6.4 螺栓组强度校核.172.5 润滑剂的选择.202.51 对压力油的要求.205 结论.39参考文献.40致谢.411 绪论1.1课题
4、背景随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业中起着愈来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工。自动换刀系统一般由刀库、机械手和驱动装置组成。刀库容量可大可小，其装刀数在8180把之间刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀臂，总称为机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进
5、电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀(新刀)与主轴上的刀(旧刀)的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80
6、年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竟相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。1956年，日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期研制成功了“APT(刀具程序控制装置)的加工中心。1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装自动换刀装置及其
7、控制的研究。1967年出现了FMS，1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置可实现多工序加工的机床步入了机床发展的黄金时代。中国1958年研制出第一台数控机床以来，发展过程大致可分为两大阶段在19581979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从美、日、德等引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在20余年问，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训了一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进零部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床
