加工中心自动换刀系统刀库设计[毕业论文+CAD图纸]

机械设计毕业论文课题:加工中心自动换刀系统刀库设计含毕业论文、开题报告、英文文献翻译、CAD图纸

加工中心自动换刀系统刀库设计[毕业论文+CAD图纸]

摘 要

刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具体结构对加工中心的设计有很大影响。

16刀刀库是在小型加工中心应用最为广泛，根据使用的场合和实际运用的要求，设计了相应的16刀的圆盘式刀库，并且对它的控制进行了一定的研究。

论文首先对16刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就刀库的结构设计与控制分章节对各个部分进行计算与设计。

刀库的结构设计是本文研究的重点，传动部分为蜗杆蜗轮的一种减速装置，对于该装置中的蜗杆、蜗轮以及相关的轴都进行了详细的计算;控制部分为刀库送刀部分，由液压控制和PLC控制完成。

关键词：加工中心，刀库，蜗杆蜗轮，液压，PLC。

ABSTRACT

Tool storage is one of the main components of the automatically-trading-knife installment. Its capacity, position and structure have great influence to the design of the machining centre.
16-tool tool storage is widely used in the machining centre. Based on the situation and requirement the 16-tool used, the disc-style tool storage of the 16-tool is designed and some research about its control is made in this paper.

The paper illustrates the design project of the 16-tool tool storage firstly, and then explains its operation principle, and at last calculates and designs the structure and control of the tool storage separately by chapters.

The design of the structure of the tool storage is the key point of this research. Driving part is a decelerating set of the worm and worm gear. The sizes of the worm, worm gear and axis are calculated. The control parts are tool storage delivering parts, which is completed by the hydraulic pressure and PLC control.

Key words: machining centre, Magazine, worm, worm gear, hydraulic pressure, PLC

目录

摘 要 3
绪论 1
1引言 1
1.1加工中心简介 1
1.1.1加工中心的发展简史 1
1.1.2加工中心的结构组成 3
1.1.3加工中心的分类 4
1.1.4加工中心的发展趋势 8
2刀库的类型 11
2.1刀库的类型 12
2.2刀库的结构与传动 15
2.3刀库驱动电动机的选定 18
2.3.1按负载转矩选 18
2.3.2按加速时的最大转矩选 20
2.3.3校验 21
2.3.4分配传动比 21
3刀库传动机构的设计 22
3.1初定刀套线速度 22
3.2刀库传动方式 22
4.1轴的材料 30
4.2蜗杆轴的初步估算 30
4.2.1初步估算轴的最小直径 30
4.2.2选择联轴器 31
4.2.3确定滚动轴承的类型 32
4.2.4初步估计蜗杆轴各段的尺寸 32
4.3 蜗轮轴的初步估算 33
4.3.1初步估算轴的最小直径 33
4.3.2确定轴伸处的最小直径 34
4.3.3确定滚动轴承的类型 34
4.3.4初步估计蜗轮轴的各段尺寸 35
4.4 轴径的设计与校核 35
4.4.1 蜗杆轴 35
4.4.2蜗轮轴的计算 42
5轴承的校核 48
5.1蜗杆轴 48
5.2 蜗轮轴 48
6其它零部件尺寸的设计与计算 50
6.1 回零减速撞块尺寸的计算 50
6.2 刀盘与刀套的设计 51
6.2.1 刀套 51
6.2.2 刀盘 52
6.3 刀具（刀座）识别装置 52
7液压系统的设计 54
7.1 液压缸的载荷组成和计算 54
7.2 液压缸内径以及其它尺寸的确定 54
7.2.1计算液压缸的主要结构尺寸 55
7.2.2 油缸壁厚的计算 56
7.2.3 缸底厚度计算 57
7.3 油缸长度L的确定 58
7.4 液压系统初步设计 58
8 PLC控制 60
9结论 63
10致 谢 65
参 考 文 献 66

绪论

本章首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。

1引言

1952年世界上出现了第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。1958年第一台加工中心问世，它将多工序（铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功能（自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化程度和加工效率上了一个新台阶；使无人化（或长时间无人操作）加工成为现实。加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。

加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。

1.1加工中心简介

1.1.1加工中心的发展简史

1952年世界上出现第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因为有更高的自动化程度和加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工的状况。数控机床能实现两坐标以上联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得多。

1958年第一台加工中心在美国卡尼、特雷克（Kearney&Trecker）公司问世。现代加工中心的内容是什么？第一，它是在数控镗床或数控铣床的基础上增加自动换刀装置，可使工件在一次装卡中，能够自动更换刀具，自动完成工件上的铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等工序的数控机床。第二，加工中心上如果带有自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱，可使工件在一次装卡中，自动完成多个平面和多个角度位置的多工序加工。第三，加工中心上如果带有交换工作台，工件在工作位置的工作台上进行加工的同时，另外的工件在装卸位置的工作台上进行装卸，不影响加工的进行。

由上述可知，加工重心在加工的柔性、自动化程度和加工效率上，在一般数控机床的基础上又上了一个新的台阶，又是一次新的变革。

加工中心的定义是什么？目前世界上并无标准定义，但目前普遍认为是指：在工件一次装卡中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心与自动换刀数控车床或车削中心区别开来。

1.1.2加工中心的结构组成

加工中心的组成岁机床的类别、功能、参数的不同而有所区别。机床本身分基本部件和选择部件，数控系统有基本功能和选用功能，机床参数有主参数和其它参数。机床制造厂可根据用户提出的要求进行生产，但在同类机床的基本功能和部件组成一般差别不大。从总体上看，加工中心基本上由以下几大部分组成。

1、基础部件 主要由床身、立柱和工作台等大件组成。它们是加工中心的基础结构，要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须是刚度很高的部件。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接的刚结构件，是加工中心中重量和体积最大的部件。

2、主轴系统 主要由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。主轴的启动、停止和变转速等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴系统是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大的影响。

3、数控系统 主要由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成，它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。

4、自动换刀系统 主要由刀库、自动换刀装置等部件组成。刀库是存放加工过程所要使用的全部刀具的装置。当需要换刀时，根据数控系统的指令，由机械手（或通过别的方式）将刀具从刀库取出装入主轴孔中。刀库有盘式、链式和鼓式等多种形式，容量从几把到几百把。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置几结构的不痛也有多种形式。如单臂式、双臂式。回转式和轨道式等等。有的加工中心利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。

5、辅助系统 包括润滑、冷却、排屑防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不直接参与切削运动。但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。另外，为进一步缩短非切削时间，有的加工中心还配备了自动托盘交换系统。例如，配有两个自动交换工件托盘的加工中心，一个安装工件在工作台上加工，另一个则位于工作台外进行工件的装卸。当完成一个托盘上工件的加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可以减少辅助时间，提高加工效率。