半自动液压专用铣床液压系统设计.docx

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半自动液压专用铣床液压系统设计

半自动液压专用铣床液压系统设计

1概述………………………………………………………………3

1.1课题背景………………………………………………………3

1.2课题内容………………………………………………………3

1.3课题的意义……………………………………………………4

1.4课题的创新点…………………………………………………4

2机械制造技术毕业设计的基本任务和要求………………………4

2.1设计任务…………………………………………………………5

2.2毕业设计基本要求……………………………………………5

3刀库的设计……………………………………………………………5

3.1确定刀库容量…………………………………………………5

3.2确定刀库形式…………………………………………………6

3.3刀库结构设计…………………………………………………7

3.4初估刀库驱动转距及选定电机………………………………8

3.4.1初选电动机和降速传动装置………………………………8

3.4.2初估刀库驱动转距…………………………………………8

3.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计…………………8

3.6刀库驱动转矩的校核…………………………………………10

3.7花键联接的强度计算…………………………………………14

3.8夹紧机构插销剪切强度的校核………………………………15

3.9确定刀具的选择方式…………………………………………15

3.10刀库的定位和刀具的松夹…………………………………15

4刀具交换装置的设计……………………………………………16

4.1确定换刀机械手形式………………………………………17

4.2换刀机械手的工作原理……………………………………19

4.3机械手的自动换刀过程的动作顺序………………………21

4.4机械手回转轴4上的齿轮齿条设计………………………21

4.5自动换刀装置的相关技术要求……………………………22

4.5.1主轴准停装置……………………………………………24

4.5.2换刀机械手的安装和调试………………………………24

4.6自动换刀程序的编制……………………………………24

5夹具设计研资料究原始………………………………………24

5.1拟定夹具的结构方案………………………………………24

5.2确定工件的定位方式及夹具体元件的材料………………25

5.3工件的夹紧方式，计算夹紧力并设计夹紧装置………26

5.4机械加工工艺规程卡片……………………………………30

6.致谢…………………………………………………………33

参考文献书目…………………………………………………34

1概述

1．1课题背景

现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。

广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量和产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛使用正在日益改善着人类的生产和生活方式。

工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，使用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。

国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。

据联合国欧洲委员会（UNECE）和国际机器人联合会（IFR）的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。

进入20世纪90年代，机器人产品发展速度较快，年增长率平均在10%左右。

2004年增长率达到闯记录的20%。

其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%。

在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。

工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。

其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。

驱动-传动机构和执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分：

机械式、电气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。

本课题是数控机床上专用于工件和零件的夹持和自动运转的装置，其运动自由度多，且有严格的动作顺序要求、用液压驱动可实现动作自动循环，利于自动化和高效率等要求。

1．2课题内容

本课题的基本内容是：

1）功能原理方案分析

2）液压系统原理图设计

3）液压系统的计算

4）油箱和执行元件工作图设计

5）编写计算说明书

1．3课题的意义

本课题所研究的数控机床的装夹装置属于工业机器人这一范畴，对它的研究实际上就是对工业机器人的研究。

现在工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术极其产品发展很快，已成为柔性制造系统（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。

广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量和产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛使用正在日益改善着人类的生产和生活方式。

随着加工行业在我国的迅速发展，各行各业的自动化装备水平越来越高，现代化加工车间，常常配有机械手，以提高生产效率，代替工人完成恶劣环境下危险、繁重的劳动。

1．4课题的创新点

采用手动换向阀变换夹持方式，既可以双夹持也可以单夹持。

2机械制造技术毕业设计的基本任务和要求

2.1、设计任务

（1）设计一个中等复杂的零件的加工工艺规程；

（2）设计一个专用夹具；

（3）编写设计说明书。

2.2、毕业设计基本要求

（1）内容完整，步骤齐全。

（2）设计内容和说明书的数据和结论应一致，内容表达清楚，图纸准确规范，简图应简洁明了，正确易懂。

（3）正确处理继承和创新的关系。

（4）正确使用标准和规范。

（5）尽量采用先进设计手段。

3刀库的设计

刀库是带刀库自动换刀装置的主要部件之一，其容量形式、布局及具体结构对数控机床的性能有很大影响。

3.1确定刀库容量

决定刀库容量时，首先要考虑加工工艺的需要，同时还要调查分析同类型、相近规格的自动换刀机床的刀库容量及其发展趋势。

由于带自动换刀装置的数控机床主要是在多品种、单件小批生产时使用，因而应根据广泛的工艺统计，依大多数工件加工时需要的刀具数来确定刀库容量。

例如，对功能较为齐全的加工中心而言，它可承担多个工件的切削任务，因而要配备刀具的种类和规格较多。

通常，配备的刀具越多，机床能加工工件的比率也越高，但它们并不是成正比例关系。

图3-1为刀库容量和机床能加工工件的比率统计曲线。

刀库储存量过大，导致刀库的结构庞大而复杂,影响机床总体布局；储存量过小，则不能满足复杂零件的加工要求。

因此，刀库容量应在经济合理的条件下，力图将一组类似的零件所需的全部刀具装入刀库，以缩短每次装刀所需的装调时间。

对自动换刀数控机床的刀库容量，有关资料曾对15000个零件进行分组统计，指出不同工序加工时必须的刀具数不同，如图3-1所示。

由图可知，4把铣刀可完成加工工件的95％左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70％的钻削工艺，14把刀的容量就可完成70％以上工件的钻铣工艺，配有14—40把刀具的刀库就能够满足70％-95％工件的加工需要。

因此，对XKA5032A/C数控立式升降台铣床，从使用和经济效率角度来看，容量为6的刀库就可满足要求了。

3.2确定刀库容量

由以上考虑XKA5032A/C数控立式升降台铣床的结构布局等原因，决定采用轴向放置的鼓盘式刀库形式。

这种刀库结构简单，刀具排列较为紧凑，在刀库容理定为6的情况下体种不大，且取刀也较为方便，但需要考虑机械手的换刀动作空间。

3.3刀库结构设计

如刀库装配图所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机接通，其运动经过十字联轴器、波传动减速器、套筒式联轴器、蜗杆、蜗轮后，再经花键联接传到刀盘上，刀盘带动刀座上的6个刀套转动，完成选刀动作。

刀库装配图

3.4初估刀库驱动转矩及选定电机

刀库回转运动多数采用液压马达、直流电动机驱动，并没有降速传动装置。

3.4.1初选电动机和降速传动装置

刀库的驱动系统中，由于本刀库的驱动转矩小，且所需转速小，所以决定采用直流伺服电动机驱动。

直流伺服电动机具有体积小，重量轻、伺服性好、力能指标高等优点，且该电机可用信号电压进行无级调速。

采用型号为90SZ03的SZ系列电磁式直流伺服电动机，其基本参数为：

功率0.092KW，转速3000R/MIN（《袖珍机械师设计手册》P1275）；降速传动装置型号为XB3-50-100A的扁平式谐波传动减速器，其基本参数为：

输入功率0.092KW，输出转矩18N·m（《袖珍机械师设计手册》P1078-1079）。

3.4.2初估刀库驱动转矩

由于刀库容量6，下面就以THK6363型自动换刀数控镗铣床的刀库为设计参考（查参考资料14），采用经验法初估回转所需转矩。

THK6363型自动换刀数控镗铣床的刀库也是采用轴向放置的鼓盘式刀库形式，其容量为36把刀具，最大刀具重达10kgf，刀库回转由最大扭矩为25N·m的液压马达经谐波减速器驱动。

现在由于设计的刀库容量为6把刀具，可初估刀库驱动转矩（主要是指直接驱动刀盘转动的转矩）为T0=8N·m。

3.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计

刀库的主运动是圆周回转运动，如图3-3所示,直流伺服电动机1通过弹性柱销联轴器和谐波传动减速器2联接减速后驱动蜗杆3,设计刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动.由刀库转位机构实现。

己知直流伺服电动机1的功率为0.092KW,转速为3000R/MIN,谐波传动减速器2的传动比为100.传动效率为80%,1经2减速后驱动蜗杆3,蜗杆为主动,蜗轮为从动,要求传动此为6,单向旋转,单班工作制,预计寿命为5年.

图示3-3刀库转位机构传动示意图

1）选择蜗杆传动类型

根据GB10085—88的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。

2）选择材料

蜗杆采用45钢，齿面淬火，硬度为45～50HRC；蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10Pb1，金属模铸造，=220MPa，=220MPa。

3）确定主要参数

蜗杆蜗轮传动，以蜗杆为主动，蜗轮为从动。

为了提高传动效率，取Z1=6，传动比取6，单向旋转，单工作制，预计寿命为5年。

则Z2=Z1ⅹi=6ⅹ6=36。

4）按齿面接触疲劳强度设计

m2d1KT2（mm3）

a）计算蜗轮轴转矩T2

初估传动效率η=0.95,则

T2=9549=9549η=9549ⅹ0.95=133.53N·m

其中n1=3000/100=30（r/min）

b）载荷系数K=1.05

此处省略 NN

NNNNN

NNN

NN

字

1）主轴箱回到最高处（z坐标零点），同时实现“主轴准停”。

即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，