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XKA5032AC數控立式升降臺銑床自動換刀裝置設計
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- XKA5032AC數控立式升降臺銑床自動換刀裝置（刀庫式）的設計
目 錄
I
摘要 ………………………………………………………………………………………I
Abstract ………………………………………………………………………………………II
1 緒論 1
1.1 數控機床知識 1
1.2 數控銑床的分類 1
1.2.1 數控立式銑床 1
1.2.2 臥式數控銑床 2
1.2.3 立、臥式兩用數控銑床 2
1.3 數控銑床的結構特征 2
1.3.1 數控銑床的主軸特征 2
1.3.2 控制機床運動的坐標特征 3
1.4 數控銑床的主要功能及加工對象 3
1.4.1 數控銑床的功能 3
1.4.2 自動換刀裝置（ATC）及其形式 3
1.4.3 自動換刀裝置應當滿足的基本要求 5
2 總體方案的確定 5
2.1 XKA5032A/C數控立式升降臺銑床及其主要參數 5
2.1.1 其主要結構特點 6
2.1.2 其主要規格及技術參數 6
2.2 初定其自動換刀裝置的設計參數 7
2.3 確定其自動換刀裝置的形式 7
3 刀庫的設計 8
3.1 確定刀庫容量 8
3.2 確定刀庫形式 9
3.3 刀庫結構設計 9
3.4 初估刀庫驅動轉矩及選定電機 11
3.4.1 初選電動機與降速傳動裝置 11
3.4.2 初估刀庫驅動轉矩 11
3.5 刀庫轉位機構的普通圓柱蝸桿傳動的設計 11
3.6 刀庫驅動轉矩的校核 15
3.7 花鍵聯接的強度計算 15
3.8 夾緊機構插銷剪切強度的校核 16
3.9 確定刀具的選擇方式 16
3.10 刀庫的定位與刀具的松夾 17
4 刀具交換裝置的設計 18
4.1 確定換刀機械手形式 18
4.2 換刀機械手的工作原理 19
4.3 機械手的自動換刀過程的動作順序 20
4.4 機械手回轉軸4上的齒輪齒條設計 21
4.5 自動換刀裝置的相關技術要求 21
4.5.1 主軸準停裝置 21
4.5.2 換刀機械手的安裝與調試 22
4.6 自動換刀程序的編制 22
5 自動換刀裝置的控制原理 23
5.1 自動換刀裝置的液壓系統原理圖 23
5.2 自動換刀裝置換刀動作的順序控制過程 24
6 典型零件的設計 24
6.1 聯軸器 24
6.1.1 聯軸器的選用 25
6.1.2 聯軸器的校核 25
6.2 選擇離合器的類型 25
6.3 蝸桿蝸輪傳動設計的一些相關技術要求 25
6.4 托架的設計 25
鳴 謝 26
參考文獻 28
摘要
本論文介紹的是XKA5032A/C數控立式升降臺銑床自動換刀裝置（刀庫式）的設計.刀庫式的自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置（換刀機械手）組成。它是多工序數控機床上應用最廣泛的換刀裝置，其整過換刀過程比較復雜。首先把加工過程中需要使用的全部刀具安裝在標準的刀柄上，在機床外進行尺寸預調后，按一定的方式裝入刀庫。換刀時，先在刀庫中進行選刀，由機械手從刀庫和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊刀放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，其容量為六把刀具,采用盤形結構,安裝在機床的左側立柱上。因為XKA5032A/C數控立式升降臺銑床外形及其他性能參數等均與THK6363型自動換刀數控鏜銑床相似，所以本機床的自動換刀裝置的設計將仿效THK6363型自動換刀數控鏜銑床換刀裝置，設計成采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式和回轉式雙臂機械手組成。
刀具按預定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內，也可以按加工順序放入下一個刀座內。該法不需要刀具識別裝置，驅動控制也比較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同工序中不能重復使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產生嚴重的后果。順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，順序不能有差錯。加工時按順序調刀。適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型自動換刀裝置。可知數控銑床用4把刀就可完成大多數的銑削加工。所以這個容量為6把刀的刀庫，幾乎不存在加工過程中需要重復利用刀具的情況，所以刀具的選擇方式確定為順序選擇刀具。
兩手互相垂直的回轉式單臂雙手機械手的優點是換刀動作可靠，換好時間短，缺點是刀柄精度要求高，結構復雜，聯機調整的相關精度要求高，機械手離加工區較近。一般來說，這種機械手用于刀庫刀座軸線與機床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀裝置，因此，在XKA5032A/C數控立式升降銑床的自動換刀裝置中可采用這種機械手形式。
關鍵詞：數控銑床；自動換刀裝置；刀庫；換刀機械手
Abstract
This thesis introduction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, is taken out knife to have from the knife database and the principal axis by the machine hand, then exchange position, insert the new knife into the principal axis, the old knife puts back a knife database.The knife database that deposits knife to have has bigger capacity, its capacity has for six knifes, adopting the dish form structure, the left side that installs in the tool machine signs pillar up.The XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller shape and other function parameter etc.s to all change the knife with THK6363 typeses automatically number to control the boring miller likeness, so this tool machine changes the knife the design of the device to change the knife in the wake of THK6363 typeses automatically automatically the number control the boring miller to change the knife device, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute.
The knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife position in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesn't need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility.But the knife database in each knife have in the different work preface and can't repeat an usage, for satisfying to process to need to only increase the capacity of the quantity and the knife database that the knife have, this utilization that lowers knife to have with the knife database.Have to be very careful while packing knife in addition, if the knife doesn't in order have to pack in the knife database, will produce serious result.Sequence's choosing knife is before process, will process the knife that spare parts need to have to request to be one by one in order in the knife set of insert the knife database according to the craft, the sequence can't have mistake.Process adjust knife in order.Suit to process a batch quantity to compare greatly,the work piece the species quantity less of medium,small scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so the knife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have.
Two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device.
Keywords: numerical control milling machines ；Automatic tool changer ；Tool storage ；tool changing-manipulator
該機床推薦使用的最大切削范圍如下：
銑切鋼：鋼的含碳量0.45%，抗拉強度600N/mm2。銑刀直徑100mm，齒數4；
銑切寬度50mm，銑切深度3 mm；主軸轉速750 r/min，進給量750mm/min。
銑切灰鑄鐵：材料HT200，硬度HB150～225。銑刀直徑250mm，齒數14；
銑切寬度150mm，銑切深度3.7 mm；主軸轉速47.5 r/min，進給量300mm/min
2.2初定其自動換刀裝置的設計參數
在銑削輪廓時，為了保證一次連續地加工出全部表面，應選用半徑小于工件最小輪廓半徑的刀具，而在實際的生產加工中，常盡量選用直徑較大的銑刀，因為大直徑銑刀剛性好，耐用度高。由XKA5032A/C數控立式升降臺銑床推薦使用的最大切削范圍可知，當銑切鋼時，銑刀直徑為100 mm。當銑灰鑄鐵時，銑刀直徑達250mm。因此，為了滿足該機床的實際加工能力與生產情況，在設計其自動換刀裝置時，應該根據最大的刀具直徑來設計，即設計的換刀裝置能交換250mm的刀具。
初估最大直徑刀具的重量為8kgf。
2.3確定其自動換刀裝置的形式
數控機床的自動換刀裝置的結構形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機床的種類、工藝范圍以及刀具的種類和數量等。
由于XKA5032A/C數控立式升降臺銑床是一種使用范圍較廣的機床，且其可加工零件的精度要求也較高，比較上章介紹的幾種換刀形式，決定選用帶刀庫的自動換刀形式。
帶刀庫的自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置（換刀機械手）組成。它是多工序數控機床上應用最廣泛的換刀裝置，其整過換刀過程比較復雜。首先把加工過程中需要使用的全部刀具安裝在標準的刀柄上，在機床外進行尺寸預調后，按一定的方式裝入刀庫。換刀時，先在刀庫中進行選刀，由機械手從刀庫和主軸上取出刀具，然后交換位置，把新刀插入主軸，舊刀放回刀庫。存放刀具的刀庫可具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側面或上方，也可以作為獨立部件安裝在機床以外。
XKA5032A/C數控立式升降臺銑床主軸箱上方沒有好的安裝位置，安裝在機床外又要增加刀具運輸時間，降低效率，所以安裝在機床側面最合適，有些部件交錯的地方，作適當的調整。因為XKA5032A/C數控立式升降臺銑床外形及其他性能參數等均與THK6363型自動換刀數控鏜銑床相似，所以本機床的自動換刀裝置的設計將仿效THK6363型自動換刀數控鏜銑床換刀裝置，設計成由由盤式刀庫和回轉式雙臂機械手組成。
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