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1、徐州工程学院毕业设计(论文)刀具库总装与控制系统设计DESIGN OF THE TOOLS ASSEMBLY AND CONTROL SYSTEM 摘要随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的各种组成部分提出了更高的性能指标。由于加工中心备有刀具库，大大增加了刀具的储存容量。有利于提高主轴的刚度，独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好的隔离各种影响加工精度的干扰因素。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安
2、全可靠等特性。刀库的作用是储备一定数量的刀具，刀具库中的刀具主要用于对工件的切、钻、铣、镗等的加工。加工中心的刀具库主要由电动机、制动器、减速器、槽轮机构、链轮链条组成。减速器是三级圆柱齿轮减速器，其结构紧凑、传动比大，均载效果好。做为动力源的电动机，要选择经济实惠的电动机；减速器中的轴与齿轮均要进行强度校核，轴按照计算弯曲应力来校核其强度；槽轮机构要选择适当的槽数与拨销数；链条链轮同样要选择好链轮的齿数；控制部分主要研究PLC在选刀方面的作用。关键词 加工中心；刀具库；数控系统；总装与控制 AbstractWith the development of science and technol
3、ogy, the rise of advanced manufacturing technology and continues to mature, while very important in modern manufacturing processing center a higher demand high-speed cutting， ultra-precision processing technology, the processing center The elements of a higher performance index. As the machining cen
4、ter with tool libraries, greatly increasing the storage capacity of the tool. Help to improve spindle rigidity, independent tool storage, tool storage significantly increased the number of help expand the functions of machine tools, and can better isolate the various factors that affect the machinin
5、g accuracy of the interference. Automatic tool changer with tool change time should be short, high repeat positioning accuracy tool, adequate reserves tools, small size, security and reliability features. Knife is the role of the Treasury reserves a certain number of tool, cutting tool in the tool u
6、sed for the main part of the cutting, drilling, milling, processing, and so boring. Processing center of the main tool by the motor, brakes, reducer, geneva, sprocket chain formed. Reducer are three cylindrical gear reducer, the compact structure, transmission ratio, are contained good effect. As a
7、power source for the motor, it is necessary to choose the economic benefits of the motor; reducer in the shaft and gear are required to check for strength, calculated in accordance with the shaft bending stress to check their strength; tank round of institutions to choose the appropriate slot for th
8、e number of sales ; Chain sprocket have to choose the good sprocket teeth; control of the main PLC elections knife in the roleKey words machining centers tool library numerically controlled lathe assembly and control目 录1 绪论111 加工中心的定义和在国内外的发展情况及趋势112刀具库的概述和形式选择413 链式刀具库原理图514本文的主要研究内容、意义与前景52 HP型链条及
9、链式刀库机械传动系统设计721 HP型链条及链式刀库传动系统注意问题722 HP型刀库专用链条823 链条参数的选择924 支承1025系统布置113链轮的设计124 槽轮机构的设计145 电动机的选择1751 计算刀库的总重量1752 电动机的选择176 减速箱的设计与计算2061 确定减速箱的总传动比及分配传动比20611 确定总传动比20612 分配减速箱各级传动比2062 计算减速箱的动力参数20621 各轴的转速21622 各轴的输入转矩21623 各轴的输入功率（减速器的效率为0.95）2163 减速箱内齿轮的设计21631 第一级圆柱齿轮的设计22632 第二级圆柱齿轮的设计24
10、633 第三级圆柱齿轮的设计2564 轴的计算与校核26641 轴的计算设计26642 轴的计算设计27643 轴的计算设计31644 轴的计算设计3465 轴承的选用与计算37651 轴与轴上轴承的选用37652 轴上轴承的选用与计算38653 轴上轴承的选用与计算397 PLC控制系统的设计41总结45致谢46参考文献47附录48附录148附录259 I1 绪论11 加工中心的定义和在国内外的发展情况及趋势加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数字控制机床。 工件经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对
11、工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80左右(普通机床仅为 1520)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。(1)加工中心的定义扩展各国对加工中心的定
12、义并不完全一样。1992年，德国EMAG公司发明了被誉为10年内最佳机床的倒置立车，并在此基础上相继开发了倒立加工中心，即在一台机床上能对轻型回转体零件作车、铣、铰、锉等多工序加工，甚至还可以磨削、滚齿以及激光加工等。20世纪90年代初，奥地利WFL公司首创了用于凸轮轴及其他复杂轴类零件加工的车铣复合中心M100，该类机床目前发展势头非常迅猛。21世纪初日本MAZAK公司在JIMTOF上提出了DONEINONE的口号，即力争在一台机床上能进行所有工艺加工。我国的加工中心定义还是停留在20年前所制订的金属切削机床术语上面，即自动换刀的数控锉铣床，显得太落后了。(2)加工中心的结构在不断改进加工中
13、心按主轴的布置方式分为立式和卧式两类。卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工。此外，还有带立、卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。卧式加工中心是结构花式翻新最多的。起源于主轴箱侧挂的卧式加工中心，在20世纪80年代初期就逐步向正挂箱方向发展了，也就是我们目前见得最多的那种主轴箱处于立柱对称中心位置的那一种。但是，卧式加工中心的工作台设置也在变化。较早的卧式加工中心工作台配置一般采用十字滑板型式，即X、Z两向运动都由滑
14、板实现。但这种形式对工件交换甚不方便，故20世纪90年代后所谓的T型与反T型结构就应运而生了。T型和反T型结构主要用在立柱移动型的卧式加工中心上面，其优点是能避免因工件质量不均匀而造成的工作台承载不均匀，乃至在运动过程中形成倾覆力矩。立式加工中心结构变化要比卧式加工中心少，但日本安田、牧野等研发的主轴箱在立柱顶部移动型非常有道理，是高精度加工的佼佼者。立柱倾斜型结构也颇为新鲜，为了改善叶片加工的切削状态，增加刀具与叶片的接触面，瑞士UECHTI公司将机床的立柱设计成与垂直线倾斜一个角度，而叶片加工的名牌瑞士st别汀ag公司则是将铣头倾斜22.5仅为了避免与夹具的干涉及便于排屑，更是使刀具能够切
15、削至叶根。(3)多轴联动加工中心争奇斗妍为不断满足复杂工件所提出的加工要求，多轴联动加工中心的发展也日新月异。最初的多轴联动加工中心，是在立柱上加一个连续分度头(A轴)或连续转台(C轴)来实现四轴联动的，但这不能解决复杂异形件加工的需要，特别是叶片与叶轮。(4)系统和功能部件发展日新月异当今数控系统的发展方向，朝着扩大控制轴数、联动轴数、控制通道、运动速度以及编程容量等方向发展。为了适应高速、高精度等加工需要，机床的信息流必须及时指挥刀具与工件作相对运动，不得失真与偏差。目前数控机床的主轴转速和进给速度都非常高，而机床的定位精度也越来越高，因此提高位置精度的增益、实现系统的前馈控制、提高系统的分辨率以及在电动机与闭馈元件上采取措施等，都是有效的解决方法。为了适应复杂的多轴联动加工以及车铣复合、铣车复合加工，系统必须增强预处理能力，必须不断开发高档的插补功能，以满足不断提出的复杂曲面的加工要求。数控系统的发展具体表现在硬件的不断变革，操作系统的更新也十分迅速，软盘驱动器与显示器的分辨率亦同步提高，系统的可靠性更有较大延长。随着网络通信功能的不断增
