换刀机械手说明书

XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀设计1目录目录………………………………………………………………………………………………………1中文摘要………………………………………………………………………………………………3Abstract………………………………………………………………………………………………3第1章绪论……………………………………………………………………………………………41.1数控铣床的分类……………………………………………………………………………………41.1.1数控立式铣床……………………………………………………………………………………41.1.2数控卧式铣床……………………………………………………………………………………41.1.3数控立、卧式两用铣床…………………………………………………………………………41.2数控铣床的结构特征………………………………………………………………………………41.2.1数控铣床的主轴特征……………………………………………………………………………41.2.2控制机床运动的坐标特征………………………………………………………………………51.3数控铣床的主要功能及加工对象…………………………………………………………………51.3.1数控铣床的功能…………………………………………………………………………………51.3.2自动换刀装置（ATC）及其形式…………………………………………………………………51.3.3自动换刀装置应当满足的基本要求……………………………………………………………6第2章总体方案的设计……………………………………………………………………………62.1XKA5032A/C数控立式升降台铣床及其主要参数………………………………………………62.2初定XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置的设计参数……………………………72.3确定XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置的形式…………………………………7第3章刀库的设计…………………………………………………………………………………83.1确定刀库容量………………………………………………………………………………………83.2确定刀库形式………………………………………………………………………………………83.3刀库结构设计………………………………………………………………………………………103.4初估刀库驱动转矩及选定电机……………………………………………………………………103.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计………………………………………………………103.6刀库驱动转矩的校核………………………………………………………………………………143.7确定刀具的选择方式………………………………………………………………………………14第4章刀具交换装置的设计……………………………………………………………………154.1换刀机械手抓刀部分结构…………………………………………………………………………154.2机械手传动结构……………………………………………………………………………………154.3自动换刀过程的动作顺序…………………………………………………………………………164.4自动换刀装置的相关技术要求……………………………………………………………………174.4.1主轴准停装置…………………………………………………………………………………174.4.2换刀机械手的安装与调试……………………………………………………………………17第5章自动换刀装置的控制原理………………………………………………………………175.1刀库的控制…………………………………………………………………………………………175.2机械手的控制………………………………………………………………………………………18第6章典型零件的设计……………………………………………………………………………18XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀设计26.1联轴器………………………………………………………………………………………………186.1.1联轴器的选用…………………………………………………………………………………186.1.1联轴器的校核…………………………………………………………………………………186.2托架的设计…………………………………………………………………………………………18鸣谢………………………………………………………………………………………………20参考文献………………………………………………………………………………………………21XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀设计3中文摘要本论文介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置的设计.该自动换刀装置由刀库和换刀机械手组成.刀库采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上.刀库容量为六把,采用顺序选刀方式.机械手选用回转式双臂机械手.关键词:数控铣床自动换刀装置刀库换刀机械手AbstractThispaperintroducesthedesignofautomatictoolchangerofXKA5032A/Cnumericalcontrolvertical-kneemillingmachines.Theautomatictoolchangeriscomposedoftoolstorageandatoolchanging-manipulator.ThetoolstoragewhichadoptsbatbatchshapestructureismountedontheverticalpostofXKA5032A/Cnumericalcontrolvertical-kneemillingmachines.ThecapacityofthetoolstorageissixandthemethodofChooseknifeisAlignment.Thetoolchanging-manipulatoradoptsthetwoarmsmanipulatorofturn-overtype.Keywords:numericalcontrolmillingmachinesAutomatictoolchangerToolstoragetoolchanging-manipulatorXKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀设计4XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置第1章绪论1．1数控铣床的分类1．1．1数控立式铣床数控立式铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围也最为广泛。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降、及主轴不动方式，与普通立式升降台铣床相似；中型数控立式铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动；大型数控立式铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立式铣床仍占大多数。一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3坐标中的任意二个坐标联动加工。此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立式铣床。一般来说，机床控制的坐标轴越多，特别是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但随之而来的是机床的结构更复杂，对数控系统的要求更高，编程的难度更大，设备的价格也更高。数控立式铣床可以附加数控转盘，采用自动交换台，增加靠模装置等来扩大数控立式铣床的功能，加工范围和加工对象，进一步提高生产效率。1．1．2卧式数控铣床与通用卧式铣床相同，其主轴级平行于水平面。为了扩大加工范围和扩大功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工，这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。可以省去许多专用夹具或专用角度成型铣刀。对箱体类零件或需要在一次安装中改变工位的工件来说，选择带数控转盘的卧式铣床进行加工是非常合适的。1．1．3立、卧式两用数控铣床这类铣床目前正在逐渐增多，它的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，其使用范围更广，功能更全，选择加工的对象和余地更大，给用户带来了很多方便，特别是当生产批量小，品种较多，又需要立卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床就行了。立、卧两用数控铣床的主轴方向的更换有手动与自动两种，采用数控万能主轴头的立、卧两用数控铣床，其主轴头可以任意转换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。当立、卧两用数控铣床增加数控转盘后，就可以实现对工件的“五面加工”。即出除了工件与转盘贴合的定位面外，其它表面都可以在一次安装中进行加工。因此，其加工性能非常优越。1．2数控铣床的结构特征1．2．1数控铣床的主轴特征数控铣床的主轴开启与停止，主轴正反转与主轴变速等都可以按输入介质上编入的程序自动执行。不同的机床其变速功能与范围也不同。有的采用变频机组，固定几种转速，可自选一种编XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀设计5入程序，但不能在运转时改变。有的采用变频器调整，将转速分为几档，编程时可任选一档，在运转中可通过控制面板上的旋钮，在本档范围内自由调节；有的则不分档,编程时可在整个范围内无级调速。但是在实际操作中，调速不能有大起大落的突变，只能在允许的范围内调高或调低，只能在允许的范围内一般都设有自动拉、退刀装置，能在数秒内完成装刀与卸刀，换刀比较方便。此外，多坐标数控铣床的主轴可以绕X、Y或Z轴作数控摆动，扩大了主轴自身的运动范围，但是主轴结构更加复杂。1．2．2控制机床运动的坐标特征为了要把工件上各种复杂的形状轮廓连续加工出来，必须控制刀具沿平面上设定的直线、圆弧或空间直线、圆弧轨迹运动，因此，要求数控铣床的伺服拖动系统能在多坐标方向同时协调动作，并保持预定的相互关系，这就要求机床应能实现多坐标联动。数控铣床要控制的坐标数最少是3坐标中任意两坐标联动。要实现连续加工直线变斜角工件，应实现四坐标联动。若要加工曲线变斜角工件，是要求实现五坐标联动。因此，数控铣床所配置的数控系统档次，一般都比其它数控机床相应更高一些。1．3数控铣床的主要功能及加工对象1．3．1数控铣床的功能数控铣床的功能分为一般功能和特殊功能。一般功能是指各类数控铣床普遍所具有的功能。如点位控制功能、刀具半径自动补偿功能、镜象加工功能、固定循环功能等。特殊功能是指数控铣床在增加了某些特殊装置或附件后，分别具有或兼备的一些特殊功能。如刀具长度补偿功能、靠模加工功能、自动变换工作台功能、自适应功能、数控采集功能等。在使用数控铣床加工工件时，只要充分利用数控铣床的各种功能，就可以加工许多普通铣床难加工的工件。数控铣床的主要加工对象有：1、平面类零件。2、变斜角类零件。3、曲面类（立体类）零件。1．3．2自动换刀装置（ATC）及其形式数控机床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差，通常带有自动换刀系统。自动换刀（AutomaticToolChange简称ATC）系统由控制系统和换刀装置组成。在数控铣床的基础上，如果再配以刀具和自动换刀系统，就构成加工中心（Machiningcenter简称MC）。各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的型式、工艺范围及刀具的种类和数量等。这种装置主要可以分为以下几种形式：（一）回转刀架换刀形式数控车床使用的回转刀架是一种简单的自动换刀装置。根据不同加工对象，可以设计成四方和六角刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令转位换刀。（二）更换主轴头换刀形式在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头换刀是一种简单的换刀方式。主轴头通有卧式和立式两种，而且常用转塔的