数控铣床换刀装置的结构设计方案.docx

数控铣床换刀装置的结构设计方案 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 绪论 1 1.1 数控机床概述 1 1.1.1国内数控铣床换到装置的设计现状 1 1.1.2国外数控铣床换到装置的设计现状 1 1.1.3数控铣床换刀装置的意义 1 1.2数控机床的产生与发展 2 1.3加工中心的组成与工作原理 3 1.3.1加工中心的定义 3 1.3.2加工中心的组成 3 1.4加工中心的换刀装置 4 1.4.1ATC刀具自动换刀装置的基本要求 4 1.4.2刀具的选择方式 4 1.4.3选择选刀方式及其理由 5 1.5整体方案的初步设计 5 2 换刀机械手的设计 6 2.1 换刀机械手的类型 6 2.2换刀机械手类型的选择 7 2.3机械手与手爪的设计 7 2.3.1手爪计算 7 2.3.2手爪锁的设计 10 2.4弹簧的选择与计算 12 2.5 机械手尺寸的设计 14 3 液压传动的设计 15 3.1 液压传动简介 15 3.2 液压缸的设计 16 3.2.1液压缸的计算载荷 16 3.2.2升降液压缸的设计 17 3.2.3油缸壁厚的计算 20 3.2.4油缸长度的计算 20 3.2.5油口直径的计算 21 3.2.6有孔缸底厚度计算 22 3.3液压马达的设计计算 23 3.3.1摆动缸体的设计计算 23 3.3.2摆动液压缸壁厚及螺钉的计算 25 3.3.3叶片连接螺钉的计算 26 4 轴的设计 27 4.1 轴设计计算 27 4.1.1轴材料的选择 27 4.1.2轴直径的计算 28 4.1.3轴的校核 30 5 刀库的设计 31 5.1 确定刀库设计容量 31 5.2 刀库结构 31 5.3 刀库的计算设计 33 5.3.1刀库的驱动 33 5.3.2蜗杆的设计计算 33 5.3.3刀库相关参数的计算 38 6 典型零件的选用 39 6.1轴承的选用校核 39 6.2 联轴器的选用与校核 40 6.3 法兰连接 41 6.4 机械手液压缸密封元件 42 6.5 整体托架的设计 42 6.6 关键零件的制造工艺 42 7 换刀装置控制 44 7.1 液压控制原理图 44 7.2 电气控制 45 7.3 PLC控制 46 8 结论 49 参考文献 51 摘 要 本文主要内容是数控铣床换刀装置的结构设计，其意义在于在小型数控铣床的数控改造，提高加工效率并且降低成本。本论文设计包括换刀机械手的设计、刀库传动结构的设计。换刀装置可分为无机械手换刀及有机械手换刀。无机械手换刀与有机械手换刀的主要区别是采用中间装置辅助换刀，而后者具有更高的换刀效率。在本次设计中选用单臂单爪回转式机械手。其主要功能是实现机床主轴上的刀具与刀库刀具快速、精准的交换，以减少通过人工交换带来的误差及时间。刀库的形式也花样繁多，通过调查现在加工中心，发现其主要根据刀库容量来选用刀库的形式。常用的为盘式刀库以及链式刀库。此次设计容量为6把刀具，采用盘式刀库，其主要通过回转方式选刀。小型数控加工中主用采用顺序选刀方式进行选刀。首先，按照加工顺序放入相应刀具，使用时按加工步骤进行换刀。单臂双爪换刀机械手与盘式刀库其结构简单，换刀时间短、动作灵活，是数控铣床换刀装置比较可靠的选择之一。数控系统是加工中心的核心，而PLC是PLC控制系统的核心部件。可通过PLC编程控制器实现对整个换刀装置的控制。 关键词：刀库；换刀机械手；PLC 1 绪论 数控机床概述 工业作为国家发展的基础，随着科学技术和社会生产的不断发展，其对机械产品的质量、性能、成产率和制造成本提出来更高的要求。实现上述要求的重要举措之一就是实现机械加工工艺过程的自动化。单件、小批量占机械加工的80%左右，由于其产品更新换代快，品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已经成为目前主要趋势。而数控机床则可以满足目前的生产需求。 1.1.1国内数控铣床换到装置的设计现状 我国在信息技术改造传统产业方面比发达国家落后约20年。如在我国机床拥有量中，数控机床的比重到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达到20.8%，而拥有刀库的机床更少，大部分企业及工厂都采用人工换刀及在机床间人工搬运工件与定位。其降低了加工精度，及多消耗工时，降低了生产率并且增加了劳动成本。随着我国制造业技术的发展。我国也在