机械工艺夹具毕业设计138加工中心刀具库设计正文Word下载.docx

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数控机床实现了中、小批量加工自动化，改善了劳动条件。

此外，它还具有生产率高、加工精度稳定、产品成本低等一系列优点。

为了进一步发挥这些优点，数控机床遂向“工序集中”，即一台数控机床在一次装夹零件后能完成多任务序加工的数控机床（即加工中心）方面发展。

钻、镗、铣、车等单功能数控机床只能分别完成钻、镗、铣、车等作业，而在机械制造工业中，大部分零件都是需要多任务序加工的。

在单功能数控机床的整个加工过程中，真正用于切削的时间只占30％左右，其余的大部分时间都花费在安装、调整刀具、搬运、装卸零件和检查加工精度等辅助工作上。

在零件需要进行多种工序加工的情况下，单功能数控机床的加工效率仍然不高。

加工中心一般都具有刀具自动交换功能，零件装夹后便能一次完成钻、镗、铣、、攻丝等多种工序加工。

我国数控系统的发展概况

在对内搞活，对外开放的方针指引下，于1980年开始引进日本就有70年代末期水平的微处理器数控系统和直流伺服拖动技术。

并于1981年开始生产，到1988年又开始引进美国的GE和DYNAPATH公司的数控系统和拖动技术，在上海市机床研究所和辽宁精密仪器厂组织生产。

1985年以后，我国的数控机床的可供品种已超过300种，其中数控机床占40%，加工中心占27%，其它品种为重型机床、镗铣床、电加工机床、磨床、齿轮加工机床等。

目前我国数控机床生产厂家共有100多家，其中能批量生产的企业有42家，平均年产量40~50台，几家重点企业年产量可以达到400~700台；

数控系统生产企业约50家，但生产具有一定批量的只有8家，生产数控机床配套产品的企业共计300余家，产品品种包括八大类2000种以上。

我国的数控系统分为三种类型，经济型、普及型、和高级型。

在经济型数控系统中，我国具有很大优势，在当前每年数千台经济型数控车床和电加工机床的市场上，国产数控系统占据了绝大份额。

在普及型数控系统的市场上，我们正在取得进展。

当然，拥有自主知识产权的数控系统在市场的开拓上仍要尽更大的力量。

新开发的国产数控机床产品大部分达到国际80年代中期水平，部分达到90年代水平，在技术上也有所突破，如高速主轴制造技术、快速进给、快速换刀、柔性制造、快速成型制造技术等为下一代国产数控技术的发展奠定了基础。

数控系统的发展趋势

国际上，数控系统的发展趋势正朝着高速度高精度化、高可靠性、多功能化、智能化、集成化、具有开放性、网络化数控系统、并联机床及数控系统的方向发展。

第二章加工中心刀具库的选择

2.1加工中心的组成部分

2.11概述

加工中心分两大部分：

数控机床和刀具自动交换装置。

刀具自动交换装置应能满足以下几个方面的要求：

①换刀时间短；

②刀具重复定位精度高；

③识刀、选刀可靠，换刀动作简单；

④刀库容量合理，占地面积小，并能与主机配合，使机床外观完整；

⑤刀具装卸、调整、维护方便。

刀具自动交换系统由刀库、刀具交换装置、刀具传送装置、刀具编码装置、识刀器等五个部分组成。

2.11、刀库

刀库存贮加工所需各种类型刀具的仓库。

它是刀具自动交换系统中的重要组成部分，具有接受刀具传送装置送来的刀具和将刀具给予刀具传送装置的功能。

它的容量、布局和具体结构对整个加工中心的总体布局和性能有很大的影响，按其结构、形状可分为以下六种：

①圆盘式刀库，又分为轴向式（刀具中心线与圆盘中心线平行）、径向式（刀具中心线与圆盘中心线垂直）和多盘式（在一根旋转轴上分设几层圆盘刀库）。

②转塔式刀库，又分倾斜式和水平式。

③鼓轮式刀库。

④链式刀库。

⑤格子式刀库。

⑥直线式刀库。

应当根据被加工零件的工艺要求合理的确定刀库的存储量。

根据对车床、铣床和钻床的所需刀具的数的统计表明，在加工过程中经常使用的刀具数目并不很多，对于钻削加工，用14把不同的规格的刀具就可以完成约80%的加工，即使要求完成90%的工件加工，用20把刀具也就足够了。

对于铣削加工，需要的刀具更少，用4把不同规格的铣刀就能完成约90%加工，用5把不同规格的铣刀可以加工95%的工件。

因此从使用角度来看，刀库的存储量一般为20~40把较为合适，多的可达60把刀，超过60把刀的很少。

采用链式刀库。

本次设计的刀库容量为32把刀，为中型加工中心刀库。

2.12、刀具交换装置（机械手）

它的职能是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行交换，其动作循环为：

拔刀─新旧刀具交换─装刀。

换刀机械手种类繁多，可以说每个厂家都推出自己的机械手，基本上换刀装置按交换方式又分为两类。

①无机械手换刀，由刀库与机床主轴的相对运动实现换刀。

在这类装置中，刀库一般为格子式，装在工作台上。

换刀时，先使工作台与主轴相对运动，将使用过的旧刀送回刀库，然后再使工作台与主轴相对运动一次，从刀库中取出新刀。

这种换刀方式的换刀时间长，另外刀库设置在工作台上，减少了工作台的有效使用面积。

②采用机械手换刀，机械手刀具交换装置，有单臂单手式机械手、回转式单臂双机械手、双臂机械手、多手式机械手。

特别是双臂机械手刀具交换装置具有换刀时间短、动作灵活可靠等优点，应用最为广泛。

双臂机械手中最常用的几种结构有：

钩手；

抱手；

伸缩手；

叉手。

双臂机械手进行一次换刀循环的基本动作为：

抓刀（手臂旋转或伸出，同时抓住主轴和刀库里的刀具）；

拔刀（主轴松开，机械手同时将主轴和刀库中的刀具拔出）；

换刀（手臂转180°

，新、旧刀交换）；

插刀（同时将新刀插入主轴，旧刀插入刀库，然后主轴夹紧刀具）﹔缩回（手臂缩回到原始位置）。

机械手的手爪，大都采用机械锁刀的方式，有些大型的加工中心，也有采用机械加液压的锁刀方式，以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出。

对于本次设计采用双机械手换刀装置。

2.13、运刀装置

当刀库容量较大、布置得离机床较远时，就需要安排两只机械手来完成新旧刀的交换动作，一只靠近刀库，称为后机械手，完成拔新刀、插旧刀的动作；

一只靠近主轴，称为前机械手，完成拔旧刀、插新刀的动作。

在前后机械手之间则设有运刀装置。

它一方面将前机械手从主轴上拔出的旧刀运回刀库旁，以便后机械手将该旧刀拔出并插回刀库；

另一方面则将后机械手从刀库中拔出的新刀运到主轴旁，以便前机械手将该新刀拔出并插入主轴。

运刀器的职能就是在前后机械手之间来回运送新、旧刀具。

此设计无此动作。

2.14、刀具编码装置

将加工所需的刀具自动地从刀库中选择出来称为自动选刀，有顺序选择和编码选择两种方式。

①顺序选择方式：

将在加工中心上加工某一零件所需的全部刀具按工序先后依次插入刀库中。

加工时按加工顺序一一取用。

采用这种选刀方式不需要识刀器，刀库结构及其驱动装置都非常简单，每次换刀时控制刀库转位一次即可。

采用顺序选刀方式时，为某一个工件准备的刀具，不能在其他工件中重复使用，这在一定程度上限制了机床的加工能力。

②固定地址选择方式：

这是一种对号入座的方式，又称为刀座编码方式。

这种方式是对刀库的刀座进行编码，并将与刀座编码相对应的刀具一一放入指定的刀座中。

然后根据刀座的编码选取刀具。

该方式使刀柄的结构简化，刀具可以做得较短，但刀具不能任意安放，一定要插入配对的刀座中。

与顺序选择方式相比较，刀座编码方式最突出的优点是刀具可以在加工过程中多次使用。

③编码选择方式：

将加工某一项零件所需的全部刀具（或刀座）都预先编上代码，存放在刀库中。

加工时根据程序寻找所需要的刀具。

由于每把刀具都有自己的代码，它们在刀库中的位置和存放顺序可以与加工顺序无关。

每把刀具都可被多次重复使用。

刀具编码有多种方式，常用的有三种。

刀具编码：

在每一把刀具的尾部都用编码环编上自己的号码。

选刀时根据穿孔带所发出的刀号指令任意选择所需的刀具。

由于每把刀具都有自己确定的代码，无论将刀具放入刀库的哪个刀座中都不会影响正确选刀。

采用这种编码方式可简化换刀动作和控制线路，缩短换刀时间。

这种编码现已获广泛应用。

刀座编码：

在刀库的每一个刀座上用编码板编码。

这种编码方式的优点是刀柄不会因尾部有编码环而增加长度﹔缺点是刀具必须对号入座，换刀时间长。

编码钥匙：

预先给每把刀具都系上一把表示该刀具代码的编码钥匙。

本设计采用刀具编码形式。

2.15刀具识别装置

通常有接触式和非接触式两种。

本设计采用非接触式刀具识别装置。

2.2刀库的驱动及定位

刀库的旋转可分为电气驱动和液压驱动两种方式。

电气驱动可以将伺服半闭环系统用作驱动刀库的转动,也可采用系统的PLC直接发出运转信号控制电机的运转来带动刀库旋转。

液压驱动仍需电气信号的配合,PLC给出运转信号,一般通过电磁阀来实现前级控制,只是执行机构是液动马达。

在执行ATC过程时,除了主轴头的定向及主轴箱的定位外,为确保所更换的刀具准确地被机械手抓住,所以刀库的定位也是必要的功能。

电气驱动时可在电机上安装位置编码器进行定位,也可以在抓刀位置安装接近开关来检测定位。

液动结构的刀库往往采用机电结合式的销定位方式。

半闭环伺服驱动刀库的定位精度较高,其它几种方式也足以满足刀库定位精度的要求。

此刀库的驱动及定位采用电气驱动。

第三章刀库的自动换刀装置

3.1概述

带刀库的自动换刀系统由刀具换刀机构组成，目前这种换刀方法在数控机床上的应用最为广泛。

带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱和转塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，所以主轴部件有足够的刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。

另外，刀库可以存放数量很多的刀具，可以进行复杂零件的多工序加工，可明显的提高数控机床的适应性和加工效率。

3.2换刀装置

3.21换刀简述

其换刀过程：

（M6换刀指令前，用T指令完成选刀）——刀盘旋转选刀完成——刀套垂直放下——Z轴运动至第一换刀点——机械手旋转卡刀——主轴松刀——机械手旋转换刀——主轴锁刀——机械手回原点——刀套水平收回刀库——换刀完成。

如3.1所示

1-机械手；

2-刀库；

3-主轴；

4-刀套；

5-刀具

图3.1换刀示意图

3.21换刀流程

其具体换刀过程为：

本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图所示。

换刀之前，刀库2将待换刀具送到换刀位置，之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90度，使之与主轴轴线平行；

在机床切屑加工过程中，机械手的手臂1与主轴中心换刀位置的刀具中心线的连线成75度，该位置为机械手的原始位置。

机械手换刀的第一给动作是顺时针转75度，两手分别抓住刀库中和主轴上的刀柄；

然后，机械手执行拨刀动作，即机械手下降，同时拨出两把刀具；

机械手将带着两把刀具逆时针转180度，使主轴刀具与刀库刀具交换位置；

然后，机械手将上升，将刀具主轴锥孔和刀套中；

刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构会将刀具自动夹紧.然后，驱动机械手逆时针转180度的液压缸复位，机械手无动作，机械手反转75度，回到原始位置。