机械5

随着数控技术的发展和普及，加工中心的作用越发突显它的重要性。为进一 步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成 多道工序或全部工序加工的方向发展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如 车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，也就是所说的刀库，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。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、占地面积孝安全可靠等特性。 本是开发设计出一种体积孝结构紧凑、价格较低、生产周期短的小型立式加工中心刀库本文。首先介绍了国内外加工中心研究现状及发展趋势，阐明了本课题研究的目的、意义。然后进一步介绍本小型加工中心刀库总体结构和各部件方案的选择，并在此基础上进行了小型加工中心刀库的机械结构的设计计算，主要包括刀盘部件设计（含刀盘，夹块，刀爪），刀库转动定位机构设计（含转臂，槽轮，滚子，锁止盘），刀库总体机构设计（含轴承套，轴，箱盖，箱体）刀库移动部分设计。 刀库是加工中心的象征，是加工中心区别于NC镗床和NC铣床的本质所在，因此来说，刀库的设计是加工中心设计的核心。由于作者所要设计的加工中心是一个主要用来加工中小批量电子元件等小型零件的小型加工中心，在满足加工要求，经济实用的条件下，应尽量使加工中心的结构紧凑，减小加工中心的外形轮廓尺寸，刀库在满足使用要求的前提下，尽量结构使其简单紧凑，易制造，从而降低生产加工中心的成本。 3.1刀库的结构设计 在总体设计方案中已确定：自动换刀系统采用无机械手换刀，且刀库置于立柱侧面的横梁上。刀库在横梁上的移动采用滚珠丝杠传动和快速移动电机。采用盘型刀库，由槽轮机构实现回转、分度和转位，由交流伺服电机驱动。刀库的结构设计从以下几个方面进行。 3.1.1刀库主要参数的确定 1.刀库容量 本加工中心主要用来加工小型零件或多孔零件上的小孔和小平面，所以刀库上主要安装一些孔加工刀具（如钻头、扩孔钻等）和加工小平面的立铣刀及小直径的面铣刀；同时又考虑到所选用电主轴轴端的尺寸及刀盘直径等的限制；再考虑到主要用于中小批生产及教学实验等，刀具的品种不宜过多，以免造成不必要的浪费和刀库尺寸过大，采用8把刀。 2.刀具最大直径和长度 立铣刀的最大直径定为40mm,钻头的最大直径定为10mm,最大工作部分长度定为 150mm. 3.刀具最大重量为1kg. 4.刀具最大运动线速度为22m/mi
n～30m/mi
n. 3.1.2刀盘部分的设计 1.刀盘尺寸的确定 刀盘采用轮辐式结构，这样既能满足使用的要求，又能保证刀盘的强度。在整个设计的过程中要保证各个尺寸在换刀过程不发生干涉即可，刀盘直径为720mm,其他尺寸见刀盘零件图。 2.刀爪尺寸的设计 刀爪的外型尺寸根据30号刀柄设计。 3.1.3刀库转动定位机构的设计 1.刀库转动定位机构的选择 目前圆盘式刀库大多采用的是单头双导程蜗轮蜗杆传动，此传动机构在使用中可随时调整蜗轮蜗杆的传动间隙，实现准确的转位分度，保证刀库工作的可靠性，但此传动机构较复杂，而且单头双导程蜗轮和蜗杆的加工较困难。槽轮机构具有冲击小，工作平稳性较高，机械效率高，可以在较高转速下工作，且结构简单，易制造等优点，在目前生产的鼓轮式刀库的加工中心机床上很多采用槽轮机构来驱动刀库的分度回转运动。因此本设计采用槽轮机构，来实现刀库的转动、分度和定位。但此机构定位精度不够高，为提高其定位精度可采用带制动器和交流伺服电机，从而可保证较高的定位精度。 2.槽轮机构的工作原理 槽轮机构（又称马耳他机构）能把主轴的匀速连续运动转换为从动轴的周期性间歇运动，常用于各种分度转位机构中。槽轮机构又三种基本类型：外啮合槽轮机构、内啮合槽轮机构和球面槽轮机构。此刀库采用外啮合槽轮机构。外啮合槽轮机构的工作原理如图 3.1所示。 外啮合槽轮机构的转臂回转轴线与槽轮回转轴线平行，通常转臂作等速回转，当转臂上的滚子进入槽中，就拨动槽轮作反向转位运动，当滚子从槽中脱出，槽轮即静止不动，并由锁止盘定位。当只有一个滚子时，转臂转一周，槽轮作转一个角度的步进运动，从而实现转位、分度和定位。1.转臂2.槽轮3.滚子4.锁止盘 图3.1外啮合槽轮机构的工作原理 槽轮机构的设计 1）槽数Z因刀库容量为8把刀，所以槽轮槽数Z = 8 . 2）槽间角2 2 ο ο ο 8 452 360 360 2 = Z = = (3.1) 3）槽轮每次转位时曲柄的转角1 22 180ο 2 135ο __________1 2 = = (3.2) 4)槽轮与锁止盘间的中心距L为了使转为定位机构的结构紧凑，采用L = 360mm。 5）主动曲柄长度1 R R LSi
n 360Si
n22.5 138mm 1 2 = = ο = (3.3) 6）槽轮半径R2 R LCos 360Cos22.5 333mm 2 2 = = ο = (3.4) 7）圆销半径r r R 6 23mm1386 = 1 = = (3.5) 8)槽底高b b L (R r) (3 ~ 5) 194mm 1 = = (3.6) 9)槽深h h R b 139mm 2 = = (3.7) 10)锁止弧半径x R R R r e x = 1式中， e = (0.6 ~ 0.8)r ，且必须大于3～5mm, 取e mm R mm x = 18 , = 97 (3.8)根据以上参数可设计出槽轮和锁止盘的尺寸，如槽轮和锁止盘的零件图所示。 3.刀库转动电机的选择 刀库的回转驱动电机的选择时，须考虑由摩擦引起的负载转据和各负载的转动惯量。