数控机床换刀系统设计

数控机床换刀系统设计摘要................................................................2第一章、概述......................................................2第一节、数控机床发展现状...................................................................................................31、国际数控机床的发展状况.........................................................................................32、国内控机床的发展状况.............................................................................................43、数控机床技术的发展趋势.........................................................................................5第二节、加工中心...................................................................................................................61、加工中心的组成.........................................................................................................72、加工中心的特点.........................................................................................................8第二章加工中心自动换刀系统方案确定.................................9第一节、加工中心自动换刀系统概述.................................................................................10第二节、自动换刀系统方案确定.........................................................................................101、刀库方案的确定.......................................................................................................102、换刀机械手方案的确定...........................................................................................14第三章刀库的设计..................................................19第一节、刀库容量的确定.....................................................................................................20第二节、刀库的转位.............................................................................................................20第三节、刀库的夹刀机构.....................................................................................................21第四章、换刀机械手的设计...........................................21第一节、机械手的各种运动的分析.....................................................................................221、手臂的伸缩运动.......................................................................................................222、手爪的开合运动.......................................................................................................223、回转运动...................................................................................................................234、直线运动...................................................................................................................24第二节、设计计算.................................................................................................................241、手爪夹紧力的计算...................................................................................................252、齿轮的设计...............................................................................................................253、轴的设计...................................................................................................................28致谢...............................................................33参考文献...........................................................33摘要本设计的题目是数控机床换刀系统设计。以加工中心为对象，通过分析加工中心的整体结构和自动换刀系统的特点、应用条件，设计要求等，并结合在数控机床上对刀库和换刀机械手的需要——能在数控程序的控制下灵活的实现换刀过程。设计的刀库为盘式刀库，驱动装置采用电机液压驱动；设计的换刀机械手为回转式单臂双手机械手，手指采用弹簧销压紧式，驱动装置采用液压双作用缸。结合工厂实际，该自动换刀系统在数控的控制下能灵活的完成换刀程序，节省了时间、提高了效率、安全可靠。第一章、概述数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。机床是发展机械制造业乃至整个工业必不可少的复杂生产工具，既是生产要素，又是重要的商品。而数控机床是机电一体化现代机床，对复杂件、难削件的加工起到重要作用，又特别适合于中小批多品种柔性生产。在大批大量生产自动化实现之后，必须要努力发展中小批多品种柔性生产自动化，以适应社会产品多样化的需求。数控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。第一节、数控机床发展现状1、国际数控机床的发展状况随着商品市场的国际化，各国数控机床市场的联系越来越紧密，相互之间的影响越来越大。下面列举德国、日本、和韩国等三个国家的数控机床发展状况，从中可一窥国际数控机床的发展状况。德国：创历史新高2006年，德国机床业界的生产与服务总值高达108亿欧元，增长4%。在出口方面，截至2006年，德国机床制造业已连续4年取得上好成绩，仅2006年前9月的出口增幅便高达13%。来自中国市场的需求超过了美国市场，再度成为德国机床出口的最大海外市场。与此同时，德国对韩国与印度的机床出口也有出色表现。这标志着亚洲市场的繁荣及其各个行业工业标准的提高。日本用户也在增加对德国机床与技术的订购，2006年日本首次跃居德国15大出口市场之一。进口方面，亚洲的机床生产企业正不断提升技术标准，着力强化其在德国市场中的地位。2006年前3个季度，德国的机床进口增长率高达15%，主要增量来自中国、韩国、中国台湾与日本。2007年该国机床生产与服务总值还将继续攀升，达115亿欧元。如此一来，德国机床制造业将取得历史以来的最好成绩，并有望打破行业在2001年所创下的最高记录。日本：细水长流式的景气复苏截至2006年年底，日本机床业已连续32个月每月订货额超过1000亿日元，超过了上世纪90年最高峰时连续22个月订货额超过1000亿日元的记录。其他的统计数字为:2006年机床工业生产总值达1兆2110亿日元，与订货额基本呈现同样的发展趋势，出口额9255亿日元，同比增长14%，进口额1356亿日元，同比增长26%。回顾以2002年为谷底的本次恢复期的机床工业订货额情况，2002年为6758亿日元，同比增长14.3%;2003年为8511亿日元，同比增长25.9%;2004年为1兆2362亿日元，同比增长45.2%;2005年为1兆3632亿日元，同比增长10.3%;2006年的订货额远远超出了当初的预测值1兆1200亿日元，达到1兆4370亿日元，同比增长54%，创造了16年来的历史新高，继续着细水长流式的景气复苏。韩国：出口良好，内需萎缩2006年韩国机床产业的总产值达到41.4亿美元，估计比前年增长了18%。按阶段可分为：上半年良好、下半年停滞，表现为出口良好、内需萎缩的景象。按照不同行业需求形态来看，以中小企业为主的铸造模具行业的需求，由于内需的不景气呈现出了全面的萎缩，而电气电子行业没能追加大量的投资，比前年有所减少。然而对业绩辉煌的造船业来讲，需求十分活跃，对大型机械的需求大大增加。汽车行业虽然因受到现代汽车公司的罢工影响多少有所萎缩，但通过汽车厂商的海外拓展及GM大宇、雷诺三星的投资相对扩大，基本保持了前年的水平。2、国内控机床的发展状况随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。“十五”期间，中国数控机床行业实现了超高速发展。其产量2001年为17521台，2002年24803台，2003年36813台，2004年51861台，2004年产量是2000年的3.7倍，