基于无机械手圆盘式刀库的卧式加工中心换刀系统的研究dkke.docx

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1、目录1.课题题名称12.课题题来源1 3.绪论论1 3.1课题题的意义义1 3.2国内内外自动动换刀系系统的发发展现状状1 3.3本课课题的主主要内容容104.刀库库的设计计111 4.1换刀刀系统总总体布局局图11 4.2换刀刀流程11 4.3刀库库装配图图12 4.4刀库库各部分分技术方方案125.立柱柱的设计计155 5.1立柱柱装配图图15 5.2滚动动直线导导轨的选选型与计计算16 5.3滚珠珠丝杠的的选型与与计算186.主轴轴的设计计333 6.1主轴轴装配图图33 6.2主轴轴结构分分析337.整体体的三维维造型458.课题题设计结结论4669.毕业业设计总总结488 9.1思想

2、想心路历历程48 9.2毕业业设计体体会49 9.3心得得与收获获5010. 致谢55111.参参考文献献522附录1566附录2566附录3577基于无机机械手圆圆盘式刀刀库的卧卧式加工工中心换换刀系统统的研究究 与设设计学 生：XXXXXXXXXX机电电与建筑筑工程学学院教导教师师：XXXXXXXX机机电与建建筑工程程学院 摘 要要加工中心心是数控控机床出出现之后后，为提提高加工工效率，减减少非切切削时间间，将自自动换刀刀装置与与数控机机床集成成而形成成的具有有高自动动化程度度和高效效率的数数控机床床。它的的发展备备受世界界各国关关注，其其发展状状况是一一个国家家制造业业发展水水平的重重要

3、标志志。加工工中心在在我国各各行各业业中都起起着重要要作用，但但是我国国的加工工中心发发展水平平并不高高，大部部分精密密加工中中心依然然需要进进口。为为努力达达到发达达国家的的技术水水平，应应将发展展精密加加工中心心置于优优先战略略地位。本本课题主主要研究究无机械械手圆盘盘式刀库库的卧式式加工中中心换刀刀系统。通过对立立柱、主主轴、刀刀库三个个部件设设计与研研究以及及其中重重要功能能零、部部件的设设计、选选型和计计算，加加深对加加工中心心结构了了解并增增强实际际设计能能力。关键词：数控机机床、加加工中心心、换刀刀系统、部部件设计计与研究究Absttracctmachhiniing cennte

4、rr iss onne oof tthe CNCC maachiine apppearrs aafteer nnormmal CNCC maachiine whiich inttegrratee thhe aautoomattic toool cchanngerr wiith CNCC maachiine toools to impprovve pproccesssingg effficcienncy, reeducce nnon-cutttinng ttimee. IIts devveloopmeent mucch aatteentiion arooundd thhe wworlld, an

5、dd itts ddeveeloppmennt iis aan iimpoortaant inddicaatorr off a couuntrryss leevell off deevellopmmentt off maanuffactturiing inddusttry. Prroceessiing cennterr pllayss ann immporrtannt rrolee inn alll wwalkks oof llifee inn ouur ccounntryy , butt thhe lleveel oof ddeveeloppmennt oof CChinnass prroc

6、eessiing cennterr iss noot hhighh, mmostt prreciisioon mmachhiniing cennterrs sstilll nneedd too immporrt.TTo nnarrrow thee gaap wwithh thhe ddeveelopped couuntrriess ass sooon as posssibble, wee shhoulld pplacce tthe devveloopmeent of preecissionn maachiininng ccentterss onn prriorrityy sttrattegii

7、c pposiitioon.TThe ressearrch maiin oon ttooll chhangger sysstemm wiithoout horrizoontaal mmachhiniing cennterr maanippulaatorr diisc maggaziine.Thrrouggh tthe collumnn, sspinndlee, mmagaazinne ddesiign andd reeseaarchh thhe tthreee ccompponeentss ass weell as somme iimpoortaant funnctiionss coompoo

8、nennt. deeepenn unnderrstaandiing andd ennhannce macchinningg ceenteer sstruuctuure thee acctuaal ddesiign cappaciity.Keywwordds: CNCC maachiine toools, maachiininng ccentterss, AATC sysstemms, commponnentts, dessignn annd rreseearcch.1.课题题名称基于无机机械手圆圆盘式刀刀库的卧卧式加工工中心换换刀系统统的研究究与设计计2.课题题来源指导老师师的科研研项目3.绪

9、论论 3.11课题提提出的意意义 制造造业是一一个国家家综合实实力的最最直接表表现，而而机床作作为机械械制造行行业中的的主要设设备，尤尤其是具具有高精精度加工工能力的的数控机机床在我我国重点点发展的的能源、汽汽车制造造业、航航天制造造业等领领域中占占有举足足轻重的的地位。近近年来随随着高科科技技术术的蓬勃勃发展，数数控机床床也开始始呈现出出高速度度、高精精度、高高效率、柔柔性制造造等发展展趋势。 加工中中心作为为数控机机床和自自动换刀刀装置融融合的产产物，能能一次完完成零件件装夹中中的铣、镗镗、钻、扩扩等多道道工序，更更是成为为数控机机床发展展的重中中之重，直直接影响响着现代代高新制制造业的的

10、发展。自动换刀刀系统作作为加工工中心的的重要组组成部件件，是保保证加工工中心能能完成多多道加工工工序的的基本条条件，其其性能的的好坏对对加工效效率和产产品质量量有着至至关重要要的影响响，自动动换刀系系统主要要由刀库库、主轴轴和立柱柱组成。它它应当满满足换刀刀时间短短、精确确定位、储储存所需需全部刀刀具、结结构紧凑凑等要求求。本课课题就是是要对加加工中心心中无机机械手圆圆盘式刀刀库换刀刀的自动动换刀系系统的研研究与设设计。 33.2当当代自动动换刀系系统的发发展现状状 3.22.1几几种典型型的换刀刀装置1.回转转刀架换换刀回转刀架架换刀作作为一种种比较简简便实用用的自动动换刀方方式，在在数控机

11、机床的设设计中使使用广泛泛。根据据不同的的需求，它它可以相相应的设设计成四四方刀架架或者六六角刀架架等多种种形式。这这些回转转刀架上上也就储储存着相相同数量量的的刀刀具，并并根据数数控装置置的程序序换刀。回转刀架架在结构构上应能能保持较较高的刚刚度和强强度，能能抵抗粗粗加工时时的切削削抗力。由由于刀尖尖位置将将对加工工精度有有很大影影响，故故于数控控车床而而言，进进行加工工时刀具具位置将将不会人人工调整整，所以以说确定定完善的的定位方方案以及及合理的的定位结结构是必必须的，用用来确保保回转刀刀架每次次转位之之后，具具有比较较高的重重复定位位精度。回回转刀架架按照工工作原理理的不同同分为若若干不

12、同同种类。2.更换换主轴换换刀 至于更更换主轴轴换刀则则是携带带旋转刀刀具的加加工中心心的一种种常用的的换刀方方式。 主轴头头分为卧卧式和立立式两种种形式，采采取旋转转转塔头头的方式式来更换换主轴头头，达到到自动换换刀的目目的。在在转塔的的每一个个主轴上上，提前前安装有有每道加加工所需需要的刀刀具，发发出换刀刀指令后后，每个个主轴头头按照程程序指令令依次旋旋转到加加工位，并并联通主主运动，让让对应的的主轴带带着刀具具旋转，其其他在不不加工位位置上的的主轴都都不会接接通主运运动。 转塔头头每次转转位包括括下列动动作：脱离开开主传动动；转塔头头脱开；转塔头头转位；转塔头头定位压压紧；联通主主轴传动

13、动；这种换刀刀方式，精精简了自自动松夹夹、卸刀刀、装刀刀以及刀刀具运输输等许多多的操作作步骤，从从而减少少了换刀刀时间，提提高换刀刀效率，同同时也增增加了换换刀的稳稳定性。这这种换刀刀方式受受到空间间位置的的制约，主主轴部件件结构尺尺寸一般般较小，在在一定程程度上影影响了主主轴系统统的刚性性。为了了确保主主轴的刚刚性，必必须对主主轴的数数目进行行限制。所所以这种种换刀方方式普遍遍适用于于工序较较少、精精度要求求不高的的机床，如如数控钻钻、铣床床等。3.更换换主轴箱箱换刀有的加工工中心和和组合机机床一样样，选用用具有多多个主轴轴的主轴轴箱，通通过更换换主轴箱箱来实现现换刀的的目的。主主轴箱库库里

14、悬挂挂备用主主轴箱。在在主轴箱箱两端的的导轨上上，安装装同步运运动的小小车，通通过它们们进行对对主轴箱箱库与机机床动力力头之间间主轴箱箱的运送送。依照根据据加工需需要，选选定所需需的主轴轴箱，等等到两小小车运行行到所需需主轴箱箱的地方方时，把把主轴箱箱推到小小车上，两两只小车车同时运运动到机机床动力力头两边边互换位位置。等等上一道道工序加加工完成成后，动动力头携携带使用用完后的的主轴箱箱上升到到更换位位置，夹夹紧机构构松开这这只主轴轴箱，在在定位孔孔中拔出出定位销销，推杆杆机构会会把使用用完的主主轴箱推推上小车车。同时时，又将将另一个个待用主主轴箱推推到机床床动力头头上，同同时定位位并夹紧紧。

15、然后后，两小小车同时时返回主主轴箱库库，停在在下道工工序所需需的主轴轴箱旁。推推杆机构构把下道道工序所所需的主主轴箱装装到小车车上，同同时把用用过的主主轴箱从从小车上上卸下并并放入主主轴箱库库里面的的空位中中。机械械手也可可以用于于刀库和和主轴箱箱之间进进行刀具具交换。这这种换刀刀形式，特特别有利利于箱体体类零件件的加工工，提高高生产效效率。4.带刀刀库的自自动换刀刀系统带刀库的的换刀系系统由刀刀库、选选刀机构构、刀具具自动装装卸装置置和刀具具交换机机构等部部分组成成，在以以上几种种换刀方方式中采采用最多多。刀库-机械手手自动换换刀系统统，换刀刀流程非非常复杂杂。开始始要把加加工过程程中所需需

16、的每一一把刀具具安装装装在各自自相应规规格刀柄柄上，在在未插进进刀库之之前进行行尺寸预预调整，然然后放入入刀库中中。换刀刀时根据据发出的的选刀程程序在刀刀库里选选刀，由由刀具交交换装置置从刀库库和主轴轴上取出出刀具，进进行拉刀刀和松刀刀，然后后将下道道工序所所需的刀刀具装入入主轴，将将加工完完成的刀刀具放回回刀库。这种换刀刀装置和和之前几几种换刀刀方式相相比，机机床主轴轴箱内只只有一根根主轴，在在结构上上可以提提高主轴轴的刚性性，适合合用于精精密加工工和切削削。刀库库中刀具具可根据据加工需需要和机机床结构构布局来来选用，刀刀具数目目可多可可少，来来实现复复杂加工工面的多多工序加加工，从从而增强

17、强了机床床的适应应性和提提高切削削效率。此此外，刀刀库应放放置在远远离加工工区的地地方，消消除刀库库对工件件加工产产生干扰扰的可能能性。然而使用用这种自自动换刀刀系统，需需要添加加刀具自自动夹紧紧、放松松机构、刀刀库运动动和定位位机构，同同时也需需要设置置清洁刀刀柄及刀刀孔、刀刀座的装装置，导导致结构构较复杂杂。有换换刀过程程繁多、时时间长的的缺点。存存在较多多因素影影响换刀刀工作可可靠性。为减少换换刀时间间，可选选择带刀刀库的双双主轴或或多主轴轴换刀系系统。当当水平方方向的主主轴在进进行切削削加工时时，需要要更换刀刀具的主主轴转换换到换刀刀位，由由刀具交交换装置置进行提提前换刀刀，等到到上一

18、道道工序加加工完成成，转塔塔头旋转转实现交交换主轴轴（即换换刀），这这种换刀刀方式，换换刀时间间和机械械加工时时间大部部分重合合，只消消耗转塔塔头转位位的时间间，故换换刀所需需时间少少，转塔塔头上的的主轴数数目少，有有利于提提高主轴轴的结构构刚度，刀刀库中刀刀具的数数目也可可增加，对对多工序序连续加加工加工工有利。但但这种换换刀方式式不易保保持较高高主轴精精度来进进行精镗镗加工。所所以，这这种换刀刀方式主主要用于于钻床，也也适用于于铣镗类类和数控控组合机机床。 3.22.2 自动换换刀系统统中关键键技术1.滚动动直线导导轨 滚动导导轨具有有较长的的历史，伴伴随着数数控机床床朝着高高速化趋趋势不

19、断断发展而而被应用用得愈发发广泛。与与滑动导导轨区别别的是，滚滚动直线线导轨采采用了钢钢球或滚滚柱做为为滚动体体，其与与导轨的的接触特特点为点点接触或或线接触触，拥有有摩擦系系数小的的特点。而而且滚动动导轨在在安装过过程中施施加了一一定的负负荷，阻阻尼特性性较好，但但这种阻阻尼特性性相比于于传统滑滑动导轨轨的阻尼尼特性存存在一定定差距。滚滚动导轨轨相比于于滑动导导轨所具具有的较较大的接接触面积积而言，具具有“最小的的接触面面积”的特点点，能极极大地减减小摩擦擦，从而而使机床床的响应应更迅速速，快移移速度更更高，非非常适合合于复杂杂外形的的精密零零件加工工。 根据滚滚子在导导轨与滑滑块之间间的接

20、触触形式，滚滚动导轨轨可以分分为歌德德式牙型型滚动导导轨和圆圆弧式牙牙型滚动动导轨。如如图5所所示，这这两种滚滚动导轨轨相比，承承受切向向力时，歌歌德式滚滚动导轨轨由于滚滚珠完全全被约束束住，故故无侧向向偏移，切切向刚性性非常稳稳定；而而圆弧式式滚动导导轨在切切向力的的垂直方方向无完完全约束束，且接接触形式式为圆弧弧型，会会产生一一定的偏偏移，致致使接触触角发生生改变影影响导轨轨的性能能。而歌歌德式牙牙型其接接触角能能保持不不变，刚刚性亦较较稳定。 图3-1 导轨轨样式图图2.滚珠珠丝杠 滚珠丝丝杠可以以作为滚滚动轴承承的一种种变形，由由于使用用场合的的不同，有单螺母或双螺母，可以是单插管、双

21、插管或三插管；也可以是插管外循环或塞块内循环。其主要的受力摩擦点都在滚道的45方位上，淬硬加工后必须保证45。存在以下几大特点：（1）高高效率：利用滚滚动摩擦擦，所以以静态和和动态的的摩擦系系数都很很小，一一般是在在0000300005。其其作功效效率都在在90ggb上。与与滑动摩摩擦的梯梯形丝杠杠相比，效效率提高高1一33倍。 （2）高高寿命：滚珠丝丝杠一般般淬硬至至HRCC56以以上，在在滚动回回转下，工工作载荷荷不大，一一般都能能保证运运转2000万次次以上，比比梯形丝丝杠寿命命提高5510倍倍。在正正常的机机械上工工作810年年，精度度可以基基本不变变，磨损损量不到到0001mmm。正

22、常常工作寿寿命可达达到10020年年。 （3）高高精度：精密滚滚珠丝杠杠经过淬淬硬和精精密螺纹纹磨削及及研磨或或珩磨后后，能达达到很高高的精度度，可以以作为长长度基准准，用于于数控机机床及其其他机械械。 滚珠丝丝杠的预预紧方式式：（1）双双螺母调调整间隙隙实现预预紧结构构。滚珠珠丝杠两两螺母副副通过平平键与外外套相联联，用两两个锁紧紧螺母调调整丝杠杠螺母的的预紧量量。简单单易实现现，但是是精度很很低。 （2）通通过改变变垫片厚厚度，使使滚珠丝丝杠的左左右螺母母无相对对旋转，作作轴向位位移，实实现预紧紧。这种种结构简简单，有有利于提提高刚性性。加工工过程中中需卸调调整垫片片进行修修磨，为为易于实

23、实现，调调整垫片片做成半半环。 （3）齿齿差式预预紧结构构。在左左右螺母母的的端端部做成成外齿轮轮，齿数数Z1比比Z2少少一个。两两个齿轮轮分别与与两端对对应内齿齿圈啮合合。内齿齿圈固定定在螺母母座上，预预紧时脱脱开内齿齿圈，两两螺母向向同一方方向进给给一样的的齿数，合合上内齿齿圈，两两螺母的的轴向位位置发生生变化达达到调整整间隙和和施加预预紧力的的目的。 滚珠丝丝杠的支支承方式式：(1)两两端固定定 目前大大部分的的普通数数控机床床的滚珠珠丝杠副副采用两两端固定定的支承承方式，丝杠两端通过配对好的角接触推力球轴承进行支承，丝杠两端均为固定，不能自由伸缩。通过结构设计，增加调整垫片可以实现对丝

24、杠的准确预拉伸，以提高丝杠刚性和消除部分热变形误差。(2)一一端固定定一端游游动 该支撑撑方式与与前一种种支撑方方式不同同之处在在于，丝丝杠一端端固定一一端游动动，该方方式通过过结构设设计，让让丝杠一一端（一一般为电电机轴端端）固定定，另一一端能游游动，丝丝杠可以以自由伸伸长；由由于没有有预拉伸伸轴承的的轴向载载荷不大大，可以以支承丝丝杠高速速运转，提提高进给给速度。3.驱动动电机及及连接方方式电机作为为驱动装装置，需需要为整整个系统统提供动动力，所所以电机机的选择择至关重重要，电电机的动动力需要要靠连接接装置来来将动力力传动到到主轴上上，所以以连接装装置的选选择也同同样重要要。（1）步步进电

25、机机 步进电电机是一一种将电电脉冲转转换成相相应的机机械角位位移或直直线位移移的控制制电动机机。步进进电机也也成脉冲冲电动机机或电脉脉冲马达达。对步步进电机机输入一一个控制制脉冲，则则输出一一个位移移（角位位移或直直线位移移）称为为一步。脉脉冲数增增加，位位移量随随之增加加；脉冲冲频率增增高，则则位移变变化的速速度增高高。脉冲冲的相序序反向，则则位移的的方向反反向。由由于其没没有积累累误差( 精度度为1000%) 的特特点, 它被广广泛应用用于各种种开环控控制。现现在比较较常用的的步进电电机包括括反应式式步进电电机( VR) 、永永磁式步步进电机机( PPM) 、混合合式步进进电机( H B)

26、和和单相式式步进电电机。(2)伺伺服电机机伺服电机机内部的的转子是是永磁铁铁，驱动动器控制制的U/V/WW 三相相电形成成电磁场场，转子子在此磁磁场的作作用下转转动，同同时电机机自带的的编码器器反馈信信号给驱驱动器，驱驱动器根根据反馈馈值与目目标值进进行比较较，调整整转子转转动的角角度。广广泛应用用于对精精度有较较高要求求的机械械设备，如如机床和和CNCC 数控控设备、装装配线和和材料夹夹持自动动生产、激激光加工工设备、机机器人、自自动化生生产线等等对工艺艺精度、加加工效率率和工作作可靠性性等要求求相对较较高的设设备。数控机床床进给驱驱动对位位置精度度、快速速响应特特性、调调速范围围等有较较高

27、要求求。电动动机与丝丝杠间的的连接主主要有三三种方式式：(1)带带有齿轮轮传动的的进给运运动 采用齿齿轮副达达到一定定的降速速比要求求，由于于齿轮制制造中存存在误差差及一定定降速比比要求，由由于齿轮轮制造中中存在误误差及一一定的齿齿侧间隙隙，对于于传动正正常工作作必要的的齿侧间间隙会造造成进给给系统的的反向失失动量，也也会影响响系统的的稳定性性。因此此，齿轮轮传动副副常采用用消隙措措施来尽尽量减小小齿轮侧侧隙，但但此措施施结构较较复杂。（2）经经同步带带传动的的进给系系统这种连接接形式的的机械结结构比较较简单。同同步带传传动综合合了带传传动和链链传动的的优点，可可以避免免齿轮传传动时引引起的振

28、振动和噪噪声，但但只适合合低转矩矩特性要要求的场场合。安安装时中中心距要要求严格格，且带带与带轮轮的制造造工艺复复杂。（3）电电机通过过联轴器器直接与与丝杠连连接电动机轴轴与丝杠杠之间采采用锥环环无键联联接或高高精度十十字联轴轴器联接接，从而而使进给给传动系系统具有有较高的的传动精精度和传传动刚度度，并大大大简化化了机械械结构。在在加工中中心和精精度较高高的数控控机床进进给运动动中，得得到普遍遍应用。4.刀库库（1）单单盘式刀刀库 一般存存放155400把刀，为为适应机机床主轴轴的布局局，刀库库上刀具具轴线可可以按不不同方向向配置，如如轴向、径径向或斜斜向。采采用这种种结构可可以简化化取刀动动

29、作。单单盘式结结构简单单，取刀刀也很方方便，因因此采用用广泛。（2）鼓鼓轮弹仑仑式刀库库， 又称刺刺猬式刀刀库，这这种刀库库结构紧紧凑。在在相同的的空间里里，它的的刀库容容量最大大，但选选刀和取取刀的动动作比较较复杂。（3）链链式刀库库， 其结构构有较大大的灵活活性，单单排链式式刀库置置于机床床立柱侧侧面，可可容纳445把刀刀具，如如刀具储储存量过过大，将将使刀库库过高。为为增加链链式刀库库的储存存量，可可采用多多排链式式刀库。刀具的选选择方式式通常有有两种方方式：（1）顺顺序选择择刀具 刀具按按预定工工序的先先后顺序序插入刀刀库刀座座中，使使用时按按顺序转转到取刀刀位置。用用过的刀刀具放回回

30、原来的的刀座内内，也可可以按加加工顺序序放入下下一个刀刀座内。（2）任任意选择择刀具 刀具在在到库中中任意摆摆放，每每把刀具具（或刀刀座）上上都有代代码，自自动换刀刀时，刀刀库旋转转，每把把刀具（或或刀座）都都经过“刀具识识别装置置”进行识识别。选选刀符合合要求的的刀具时时，刀库库会将刀刀具送到到换刀位位置，等等待机械械手来拾拾取。 5.主轴（1）支支承方式式前支承承采用双双列短圆圆柱滚子子轴承和和60角接触触双列向向心推力力轴承组组合，后后支承采采用向心心推力球球轴承。此此配置方方式使主主轴的综综合刚度度大幅提提高，可可以满足足强力切切削的要要求。因因此普遍遍应用于于各类数数控机床床的主轴轴

31、。前支承承采用高高精度双双列向心心推力轴轴承，向向心推力力球轴承承具有良良好的高高速性能能，主轴轴最高转转速可达达40000r/minn，但它它的承载载能力小小，因而而适用于于高速、轻轻载和精精密的数数控机床床的主轴轴。双列和和单列圆圆锥滚子子轴承，这这种轴承承能承受受较大的的径向和和轴向力力，能承承受重载载荷尤其其是能承承受较强强的动载载荷，安安装与调调整性能能好，但但这种配配置方式式限制了了主轴最最高转速速和精度度，因此此，适用用于中等等精度、低低速与重重载数控控机床主主轴。（2）传传动方式式图3-22 传传动方式式主轴电电动机直直接驱动动 如图88-1（aa）所示示，电动动轴与主主轴用联

32、联轴器同同轴连接接，大大大简化主主轴箱和和主轴结结构，有有效地调调高了主主轴部件件的刚度度。但主主轴输出出转矩小小，电动动机发热热对主轴轴精度精精度影响响大。近近年来采采用的交交流伺服服电动机机，功率率可以很很大，而而且其输输出功率率与消耗耗的功率率又保持持同步，效效率很高高。电动机机经同步步齿形带带带动主主轴 如图88-1（bb） 所所示，电电动机将将其运动动经同步步齿形带带以定比比传动传传递给主主轴。由由于输出出转矩较较小，这这种传动动主要用用于小型型数控机机床低转转矩特性性要求的的主轴，可可以减小小传动中中的振动动和噪声声。电机经经齿轮变变速传动动主轴 如图88-1（cc）所示示，主轴轴

33、电动机机经二级级齿轮变变速，使使主轴获获得低速速和高速速两种转转速系统统，使之之成为分分段无级级调速，这这种现置置方法在在大中型型数控机机床中采采用较多多，通过过齿轮传传动减速速后，输输出转矩矩可以扩扩大，以以满足主主轴低速速时输出出转矩特特性的要要求。 3.33本课题题的主要要内容1.设计计无机械械手圆盘盘式刀库库的卧式式加工中中心换刀刀系统，包包括主轴轴、立柱柱和刀库库三个部部件。2.关键键零件的的设计与与计算；3.功能能部件的的选型与与计算、进进给传动动系统地地刚度计计算、伺伺服电机机的选型型与计算算。4.设计计参数：主电机机功率：5.55kw，主主轴转速速范围220880000r/mm

34、in 主轴轴锥孔序序号：IIOS40 滚珠珠丝杠直直径：40mmm；行行程（YY轴）：6000mm； 快速速移动速速度：1180000mmm/miin Y轴轴承载重重量：440000N； 定位位精度：0.002mmm，重复复定位精精度：00.011mm； 刀库库容量：24把把，刀柄柄规格：BT440.5. 成果展现现形式：论文及及图纸。6. 设计方案案要求：1、确确定滚珠珠丝杠支支承方式式、型号号与结构构；2、选选择滚动动直线导导轨型号号与 支承方方式；33、选择择交流伺伺服电机机型号与与安装方方式；44、确定定主轴支支承方 式。 4.刀库库的设计计 44.1换换刀系统统总体布布局图图4-11

35、 刀刀库总体体布局图图 4.22换刀流流程 上一工工序结束束后执行行换刀指指令，主主轴定向向准停，主主轴箱带带动主轴轴快速上上升到换换刀位置置，做好好换刀准准备，如如图（aa)所示示；主轴轴向上移移动，上上一把刀刀具进入入刀库交交换刀具具的空位位，刀具具被刀库库夹紧，主主轴内的的刀具夹夹紧装置置放松，刀刀具被松松开，如如图（bb)所示示；主轴轴箱上升升，从主主轴锥孔孔中将刀刀拔出，主主轴上的的刀具放放回刀库库的空刀刀座中，如如图（cc）所示示；刀库库转位，按按照程序序指令要要求将选选好的的的刀具转转到下一一个工序序所要用用的刀具具位置，主主轴孔吹吹气进行行清洗，如如图（dd）所示示；主轴轴箱下

36、降降，将新新刀插入入主轴锥锥孔，主主轴内刀刀具夹紧紧装置将将刀柄夹夹紧，如如图（ee）所示示；主轴轴快速向向下移动动回到加加工位置置，进行行下一工工序的加加工，如如图（ff）所示示。4.3刀刀库装配配图 44.4刀刀库各部部分技术术方案 4.44.1刀刀库形式式的选择择由于本课课题加工工中心刀刀库中装装有244刀具，刀刀具数量量不多，属属于是中中小型的的加工中中心，为为简化刀刀库结构构和换刀刀动作，同同时能尽尽量减小小刀库的的体积，故故选择了了盘式刀刀库，将将刀库置置于立柱柱上方，取取刀简便便，方便便换刀动动作的实实现。以以下是刀刀盘的零零件图： 图4-3 刀盘盘 4.44.2刀刀具编号号方式

37、的的选择(1)顺顺序选择择刀具 刀具按按照预定定的工序序先后顺顺序插入入刀库的的刀座中中，使用用时按顺顺序转到到取刀位位置。用用过的刀刀具放回回原来的的刀座中中，也可可以按加加工顺序序放入下下一个刀刀座中。该该方法不不需要刀刀具识别别装置，驱驱动控制制也比较较简单，工工作可靠靠。但刀刀库中每每一把刀刀具在不不同的工工序中不不能重复复使用，为为了满足足加工需需要只有有增加刀刀具的数数量的刀刀库的容容量，这这无形中中降低了了刀库的的使用率率，增大大了刀库库的体积积。同时时，装刀刀时必须须非常小小心，必必须得按按照预先先指定的的工艺加加工流程程对应的的安放刀刀具，否否则极易易损坏设设备。故故在现今今

38、加工中中心设计计中使用用较少。(2)任任意选择择刀具 这种方方式使通通过指令令控制任任意选择择刀具，刀刀具在刀刀库中可可以随意意摆放，不不必受加加工顺序序的限制制。但是是每把刀刀具上都都有相应应的的编编码，在在执行换换刀指令令时，刀刀库旋转转，每一一把刀具具都将经经过刀具具识别器器，根据据数控指指令来选选择所需需要的刀刀具。当当所需刀刀具被选选中后，刀刀库会将将刀具送送到换刀刀位置，等等待通过过刀库和和主轴的的相对运运动来实实现刀具具的交换换。任意意选择刀刀具法的的特点是是刀库中中刀具的的摆放顺顺序和加加工顺序序无关，刀刀具可以以循环使使用。故故相比于于顺序换换刀，刀刀具数量量可相应应减少，同

39、同时刀库库也会小小一些。这这种选刀刀方式的的三种编编码方式式如下：刀具编编码此种方式式是把每每一把刀刀具进行行编码，因因而每一一把刀具具都有一一个不同同于其他他刀具的的代码，所所以刀具具可以在在刀库中中任意摆摆放。这这样每一一把刀具具在加工工中就可可以重复复使用，刀刀具使用用完之后后，不需需要放回回原来的的刀座中中，也就就不存在在因为刀刀具放置置顺序错错误而引引发事故故。同时时，缩短短了换刀刀用的时时间，简简化了换换刀动作作。刀座编编码方式式该编码方方式对每每个刀座座进行编编码，同同时对刀刀具也编编码，将将刀具摆摆放到与与其编码码相同的的刀座中中，进行行换刀动动作时，刀刀盘转动动，各个个刀座依

40、依次转过过编码识识别器，找找到需要要的刀座座后，刀刀盘便停停止转动动。这种种编码方方式不需需要编码码环，使使刀柄结结构大大大简化。故故此种刀刀库的编编码识别别器可以以放在较较适合的的地方，不不用受刀刀柄结构构限制。缺缺点是换换刀时，刀刀具必须须摆放在在编码对对应的刀刀座中，增增加了换换刀动作作，降低低了换刀刀效率。编码附附件方式式编码附件件方式可可以分为为编码钥钥匙、编编码卡片片、编码码杆和编编码盘，编编码钥匙匙应用最最为广泛泛。这种种方式在在每把刀刀具上都都系一把把记录该该刀具编编码的编编码钥匙匙，每把把刀具放放回刀座座中时，编编码钥匙匙将放入入旁边钥钥匙孔里里面，这这样就可可以把每每把刀具

41、具的编码码转记到到刀座上上，对刀刀座进行行了编码码。识别别器可以以通过刀刀座上的的编码来来选择旁旁边刀座座中的刀刀具。此此种编码码方式为为临时性性的编码码，当刀刀具取出出时，刀刀座中的的编码也也会随之之消失，因因此具有有更大的的灵活性性。但是是放回的的刀具必必须放回回原来的的刀座中中。 本课题题中加工工中心刀刀具数为为24把把，属于于中小型型加工中中心，从从降低成成本、减减小刀库库体积、提提高换刀刀效率、简简化换刀刀动作等等方面综综合考虑虑来看。选选择任意意选择刀刀具中的的刀具编编码方式式。 4.44.3刀刀库传动动方式的的选择刀库为保保证换刀刀动作的的顺利完完成，常常采用单单独的驱驱动装置置

42、。一般般有以下下几种方方式：(1)带带传动带传动为为一种挠挠性传动动。其基基本组成成零件为为带轮（主主动轮和和从动轮轮）以及及传动带带。当主主动轮转转动时，借借助皮带带和带轮轮之间的的摩擦或或啮合，将将动力通通过皮带带传递给给从动轮轮。这种种传动方方式具有有结构简简单、传传动平稳稳、价格格低廉等等特点，在在机械中中应用很很广。(2)链链传动这种传动动是一种种挠性传传动，由由链条和和链轮（小小链轮和和大链轮轮）组成成。通过过链轮齿齿和链条条链节的的啮合来来传递运运动和动动力，链链传动在在机械设设备中使使用广泛泛。这种传动动方式与与带传动动相比，无无滑动和和打滑现现象，能能保持较较准确地地传动比比

43、，传动动效率高高，由于于无需张张紧而对对轴径向向力较小小，结构构紧凑，且且适应在在温度高高、湿度度高的环环境下工工作，成成本较低低。但是是链传动动只能平平行轴间间的同向向传动，无无法保证证瞬时传传动比的的恒定，工工作时存存在噪声声，无法法在高速速、载荷荷变化大大的情况况下工作作。（3）齿齿轮传动动 齿轮传传动的应应用最为为广泛。可可适应大大功率、高高速度的的传动。主主要具有有以下优优点：效率高高，在四四重常见见机械传传动中，齿齿轮传动动的效率率最高。结构紧紧凑，同同等传动动条件下下，齿轮轮传动的的所需的的空间最最小；传动可可靠、寿寿命长，一一般的齿齿轮传动动，只有有结构合合理正确确，及时时进行良良好的润润滑维护护，寿命命可长达达数十年年。传动比比稳定，瞬瞬时传动动比和平平均传动动比均为为恒定值值(4)蜗蜗轮蜗杆杆蜗杆传动动是在空空间交错错两轴间间传递运运动的一一种机构构，两轴轴线之间间可以以以任意角角度交叉叉，一般般为900，具有有以下特特点：使用单单头蜗杆杆时，可可以实现现较大的的传动比比，传动动比范围围为580；由于蜗蜗杆传动动是逐渐渐啮合和和逐渐退退出啮合合，所以