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1、加工中心刀库自动换刀装置摘要切削加工正在进入以高速切削为特性的发展阶段,因高速切削而切削效率飞速提高， 进一步减少机床加工辅助时间的技术也随着高速切削的发展而不断发展。迅速换刀技术是减少加工辅助时间重要手段。刀库和互换主轴换刀装置是转塔头换刀装置和刀库式换刀装置的结合。一方面把加工过程中需要使用的所有刀具分别安装在原则刀柄上,在刀库中进行选刀，并由刀具互换装置从刀库中取出刀具,把刀具安装在非工作主轴上。换刀时间通过转塔头互换装置旋转180，互换主轴。这样就可以使切削加工和主轴换刀同步进行,由此可知换刀时间实际就是已经装好刀具的两个主轴的换位时间，使辅助时间减少到至少，即机床切屑对切屑时间达到最
2、短。同步，刀库可以寄存数量很大的刀具,因而可以进行复杂的多工序加工,这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。核心词高速切削;刀库；互换主轴;换刀装置;换刀时间Dsign Of Auoatic ool angen Toolaazine AstatCuttngis dvelopng wih has the harctritc ohgh-pe cutting.Th ighspeedcuttg hs lead te ri impoveent o eiciency ctting，then thethnlywhihwill further reduce mahing aistant ime deveopn
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5、y an ocssg eficen macine ca be improed. Keywords Hi-speeduting;Tool agazie；Echage Spindle;AC；To- chasing im目录摘要IAbtractI1.1 背景及研究意义31.自动换刀装置国内外发展与现状31.3 工作内容41.4 设计设想5第章 设计总体方案论证62.1刀库和互换主轴换刀装置的原理7.1主轴互换的原理72.2 主轴抬起及转位的原理72.3刀库及换刀装置82.2 本章小结9第3章 主轴转动的设计计算103.1传动系统的原理设计1031.1 电动机的选择03.1.2计算传动装置的运动和动力
6、参数13 圆柱齿轮的构造设计11.2.设计内容及措施13.2.齿轮的设计123.23 齿轮的构造设计13.4 齿轮的受力分析133 输出轴齿轮的设计计算163.3.1齿轮的设计16.2 齿轮的构造设计18.3.3齿轮的受力分析183 主轴及组件的设计计算1.4. 主轴组件的设计规定183.4.2 主轴及组件的设计与校核19.4键连接的设计计算233.44 夹紧装置的设计计算23.5 花键轴的设计计算2635.1花键轴构造设计23.5.2 传动齿轮键连接的设计计算83.6 润滑与密封296.1 系统的润滑2932 轴承的密封23.7本章小结29第章 转位装置的设计计算3041 中心液压缸的设计计
7、算304.2 转位齿轮的设计计算314.2.1 选择齿轮传动的材料及热解决314.2.2 拟定选择齿轮传动的参数和尺寸2.3验算齿根弯曲应力32.3 本章小结33第5章刀库的设计计算34.1电动机的选择3.2 蜗轮蜗杆的设计计算34.1 蜗轮蜗杆的计算345.2. 蜗轮、蜗杆承载能力计算3753本章小结8第6章机械手驱动装置的设计3961 概述396.2凸轮联动装置的原理396.1 基本原理396.2.2 凸轮曲线的设计406.本章小结41结论42道谢3参照文献44附录A4附录B48绪论1.1 背景及研究意义随着机械加工工业的发展,制造行业对于具有高效高性能的加工中心的需求量越来越大。自动换刀
8、装置作为加工中心的重要构成部分其重要的作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率、减少生产成本,进而提高机床及至整个生产线的生产率,因此自动换刀装置在交工中心中扮演着重要角色。1.2 自动换刀装置国内外发展与现状从换刀系统发展的历史来看,56年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国M公司同期也研制成功了“A”（刀具程序控制装置）。1958年美国K&公司研制出带TC(自动刀具互换装置）的加工中心。19年浮现了M(柔性制造系统）。1978年后来，加工中心迅速发展,带有AC装置,可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。183年国际原则化组织制定了数控刀具锥柄的国际原则，自动换刀系统
9、便形成了统一的构造模式。目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄构造,刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种构造模式。在这种模式中,机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的构造形式，由液压或气动装置提供动力,实现夹紧放松刀柄的动作。切削加工正在进入以高速切削()为特性的发展阶段,因高速切削而切削效率飞速提高，因此,进一步减少机床加工辅助时间的技术也随着高速切削的发展而不断发展。迅速换刀技术是减少加工辅助时间重要手段，并且正在处在发展阶段。许多研究人员运用多种措施来缩短换刀时间来提高切削速度。下面简介几种常用加工中心的换刀措施:1、多主轴换刀这种机床
10、没有老式的刀库和换刀装置，而是采用多种主轴并排固定在主轴架上,一般为 3 个。每根主轴由各自的电动机直接驱动，并且每个主轴上安装了不同的刀具。换刀时不是主轴上的刀具互换，而是安装在夹具上的工件迅速从一种主轴的加工位置移动到另一种装有不同刀具的主轴,实现换刀并立即加工。这个移动时间就是换刀时间,并且非常短。由夹具迅速移动完毕换刀,省去了复杂的换刀机构。奥地利 ANEG公司生产这种构造的机床，实现了切屑对切屑换刀时间仅为04s,是目前世界上切屑对切屑换刀时间最短的机床。这种构造的机床和一般的加工中心构造已大不相似，不仅可以用于需要迅速换刀的加工,并且可以多轴同步加工，适合在高效率生产线上使用。、双
11、主轴换刀加工中心有两个工作主轴,但不是同步用于切削加工。两个主轴交替将刀送到工作位置,一种主轴用于加工，另一种主轴在此期间更换刀具。在需要换刀时，加工的主轴迅速退出,换好刀具的主轴立即开始加工。由于两个过程可以同步进行，换刀时间实际就是已经装好刀具的两个主轴的换位时间,使辅助时间减少到至少，也即机床切屑对切屑换刀时间达到最短,这样每个主轴换刀时间的长短对加工几乎没有影响。每个主轴的换刀装置和一般加工中心同样。由于有两个主轴,这种机床的刀库和换刀机械手可以是一套，也可以是两套,如德国 fingesle公司生产的加工中心采用双主轴系统，使用一套刀库和换刀机械手;而德国Hornsg Lmb 公司生产
12、的 HS50、HC630和FC 63 加工中心有两个主轴和两套换刀系统，两个主轴可以用 1 . 01 . 5s的时间移动到加工位置并启动加速到加工的最大速度,具体的互换时间取决于机床的尺寸。3、刀库布置在主轴周边的转塔方式刀库布置在主轴的周边刀库自身就相称于机械手，即通过刀库拔插刀并采用顺序换刀，使机床切屑对切屑换刀时间较短。这种方式如果要实现任意换刀，则换刀时间将随所选刀在刀库的位置不同而长短不等，最远的刀也许换刀时间较长，因此，这种方式作为高速自动换刀装置最佳采用顺序选刀的方式。 、多机械手方式刀库同样布置在主轴的周边,但采用每把刀有一种机械手的方式使换刀几乎没有时间的损失,并可以采用任意
13、选刀的方式。德国 CHN公司生产这种构造的机床。其刀库布置在加工主轴的周边可随主轴一起移动,每一种刀具有一套换刀机械手,这样换刀时就几乎没有时间的损失,实现了切屑对切屑换刀时间仅为15s,是目前世界上单主轴机床切屑对切屑换刀时间最短的加工中心。本文重要是对双主轴换刀进行研究。1.3 工作内容1、主轴箱先抬起30mm，然后旋转18；2、主轴互换时间2.5s;3、刀柄锥度为0度,机械手拔刀行程为84m;、机械手可以实现抓刀、180换刀和回零,换刀时间为3.s。1.4 设计设想1、主轴互换装置由于交流电动机一般为鼠笼式感应电机构造，其体积小,转动惯性小,动态响应快。无电刷，最高转速不受火花限制。采用
14、全封闭构造,具有空气强冷，可保证高转速和超载能力,有很宽的调速范畴。因此选择交流电动机驱动。用液压缸来实现转塔体的抬起动作,运用活塞的行程来实现抬起的高度，同步用定位销来保证转塔体的定位，用活塞杆齿条和齿轮的啮合使转塔体实现转位。2、刀库刀库由伺服电机带动蜗轮蜗杆驱动。刀具有一套辨认装置来控制电机的停止和转动。3、换刀装置由于凸轮联动式单臂双手爪机械手由电动机驱动，不需要复杂的液压系统及其密封、缓冲机构，没有漏油现象,构造简朴，工作可靠。同步机械手的手臂回转和插刀、拔刀的动作式联动的，部分时间常数可重叠,从而大大缩短了换刀时间。因此本设计也采用了这种装置。研究内容:总体方案设计、主轴转动的设计计算，
