数控加工中心刀库设计.doc

济南大学毕业设计-18-1前言1.1数控加工中心简介加工中心是一种可以对工件进行多工序加工的数字控制机床，它装备有刀库，并可以自动更换里面的刀具。工件经过一次装夹之后，数字控制系统能控制机床按照不同的工序，自动选择刀具或者更换刀具，自动地改变机床主轴的转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，并且可以完成很多其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。减少了工同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放的时间，大大缩短了生产的周期，具有显明经济效益。一种功能较全的数控加工机床就是数控加工中心。目前数控加工中心是世界上生产产出的数量最高、最广的应用数控类机床之一。它综合加工的能力特别强，工件一次装夹后能够完成很多的加工内容，加工工件质量比较高，就要求中等加工难度和批量生产的工件，其加工效率是普通类机床的6～10倍，特别的是：它还能够完成许多普通机床所不能完成的加工，对要求精度高，单件加工或中小批量多品种生产形状较复杂的尤为适和。它把削铣、钻、攻等功能加在一个装置上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有储存刀具的刀库，刀库中存放着各种不同数量和规格的刀具或量具，在加工过程中利用程序来实现自动地更换和选用。这就是加工中心与数控铣、镗的差异。加工中心是一种综合的加工能力比较强的设备，工件一次装夹之后就能完成很多的工步，加工精度很高，就批量的中等的工件而言，其加工效率是普通制造机器和设备的7～12倍多，尤其是它能够实现很多普通机床所不能完成的加工，就像一些特别的行面等。这将会使新产品的研制和更新换代节省大量的人力和物力，从而使得企业具有特别强的竞争力。1.2数控加工中心刀库系统简介刀库系统是一种可以提供自动化加工过程中所需的换刀及储刀需求的装置。藉由电脑程式（PLC）的控制，可以实现各种不同的加工的需求，如攻、削、铣、搪、钻洞等。储存刀具的位置主要是刀库来提供，并依电脑的控制，正确选择刀具，并且定好位置，以便进行刀具的交换；如果没有机构用来自动换刀，则无法自刀库依序更换加工所需刀具，从而达不到减少时间的目的。换刀机构则是执行的是刀具的交换动作。刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备。此两者在功用和运行上是缺一不可，相辅相成的。大幅度的缩减了加工的时间，降低了生产中过程的成本；这便是刀库系统的最大特点之一。1.3本设计数控加工中心刀库简介本次设计根据实际条件要求选用圆盘式刀库，所谓的固定地址的换刀刀库就是圆盘式刀库，即每个刀位上都有编号，即为刀号地址。不管这个刀具更换多少次，当操作人员可以把一把刀放进一个刀位后，它永远在该刀位内。其主要的部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可以达到很高的精度要求，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构（凸轮机构）”，前后、上下运动需要选用液压缸。装配调整也比较方便，维护也十分的简单。一般机床制造厂家都能自几制造。在更换刀具时，一般按旋转最短角度的原则，刀号编号按逆时针方向排序的，如果刀库数量是10，当前刀号位10，要换8号刀，按最短角度的换刀原则，刀库是逆时针转。如要换6号刀，刀库则是顺时针旋转。圆盘式刀库的总刀具数量受到限制，不能太多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的刀超不过20把，大型龙门机床上，为了增加刀具的数量就把圆盘转变为链式结构了，这样一来刀量可达60把。本次设计的是带有机械手的立式加工中心的刀库系统的设计，根据实际的要求：刀库容量：24把，随机选刀方式，换刀时间为6秒，最大刀具长度为300mm，最大刀具直径为100mm，刀柄型号是BT40。根据以上已知的参数选择使用圆盘式的刀库，利用伺服电机作为转动的动力，同时利用伺服电机作为准确定位的仪器，利用液压缸来实现刀具的转动，从而到达准确的换刀的位置，本次设计的换刀机械手的控制也是有电液伺服系统来综合控制的。它是由回转体和分布其上面的刀夹单元及驱动伺服电机等组成的。这是一种新型的刀库系统，综合了电子、伺服、液压等，是一种尤其适应与当今追求的高速大功率切削的需要。2数控加工中心刀库设计方案的确定2.1选题背景与意义2.1.1国内外研究现状伴随着数控科技的迅猛发展和普及，加工中心的作用更加突显出了它的重要性。为进一步提高数控机床的加工效率，工件在一台机床只进行一次装夹即可完成多道工序的加工是未来机床的的发展方向，因此出现了各种类型的加工中心装置，如车削中心、钻削中心、铣镗加工中心等等。这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀的装置，也就是所说的刀库系统，以便选用不同的刀具时，完成不同工序的加工工序时，加工中心可以自动加工完成，避免换刀等的工序占用时间降低加工效率。此外，加工中心还有带立、卧两个主轴的复合式形式的，和主轴可调整成卧轴或立轴的卧立可调样式的加工中心，它们能