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（毕业设计全套）立式铣床换刀机构设计（打包下载）

蜗杆为主动，蜗轮为从动。为了提高传动效率，取，传动比取，单向旋转，单工作制，预计寿命为年。则ⅹⅹ。按齿面接触疲劳强度设计计算蜗轮轴转矩初估传动效率η.,则ηⅹ•其中载荷系数.许用接触应力ⅹ.ⅹ式中估计滑动速度，用浸没润滑,则由参考文献图查得滑动速度影响系数.,.其中ⅹⅹⅹⅹⅹ.ⅹ,按图查得计算值,并选定模数和蜗杆分度圆直径ⅹ.ⅹ按表查得模数.,.值应大于计算值验算滑动速度计算蜗杆速度.计算滑动速度其中,则初估的值合适。验算蜗轮齿弯曲强度验算公式为使用系数动载荷系数.载荷分布系数.，,其中模数.。蜗轮齿形系数.按蜗轮当量齿数.,由图查得。导程角系数.许用弯曲应力计算弯曲应力.由于，故满足蜗轮轮齿强度条件。计算蜗杆蜗轮的主要参数分度圆直径.，中心距蜗杆导程角计算其他尺寸蜗杆齿顶圆直径.，其中为蜗杆齿顶高，且.蜗轮喉圆直径，其中为蜗轮齿顶高，且蜗轮外圆直径蜗杆齿宽由于，故按结构设计，取蜗轮齿宽,取蜗轮齿顶圆弧半径蜗轮齿根圆弧半径蜗杆轴向齿厚,其中为蜗杆轴向齿距蜗杆法向齿厚蜗轮分度圆齿厚。热平衡计算蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量较大。在闭式传动中，如果产生的热量不能及时地散逸，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大磨擦损失，甚至发生胶合现象。所以必须根据单位时间内的发热量等于同时间内的散热量的条件进行热功平衡计算，以保证油温稳定牌规定的范围内。由于摩擦损耗的功率,则产生的热流量单位为为式中为蜗杆传递的功率单位。以自然冷却方式，从箱体外壁散发到周围空气中去的热流量为式中热导率，般取,环境空气流通较差时，取较小值，否则取较大值传动装置散热的计算面积，即内面被没浸溅的，而外面又被空气所能冷却的的箱壳面积润滑油的工作温度，般限制在，最高不能超过周围环境温度，般取室温。按热平衡条件，可求得在既定工作条件下的没温为在绘制传动装置结构图的基础上进行热平衡计算取,.并估算.，则.由于,超过最高工作温度，所以必须采取些散热措施，以提高散热能力，如在传动箱内装循环冷却管路。刀库驱动转矩的校核蜗轮转速,所能传递的功率为.,此时刀库的驱动转矩为.••，其中.为外花键带动刀盘回转的传动效率。由于，所以，刀库驱动转矩满足要求。花键的校核在刀库的传动系统中，刀盘是利用花键联接带动刀座上的刀套转动而进行选刀的，花键的联接属于动联接。已知所用的花键类型为渐开线花键,以下对其进行必要的强度计算。计算公式如下式中转距•，此处.•.•各齿间载荷不均匀系数，通常取，此处取.齿数，此处齿的工作高度，对渐开线花键此处为模数，且取.齿的工作长度，此处平均直径，对渐开线花键，此处。于是，把数据代入计算公式，得.由于该花键联接为不在载荷作用下移动的动联接，查表可知，若齿面经热处理且使用和制造情况为良好时，可达故花键联接的强度满足要求。夹紧机构插销剪切强度的校核刀套在刀座上的夹紧由插销实现见刀库装配图。插销承受的主要是剪切力，以下对单个插销进行剪切强度的校核。插销材料为钢直径。剪切力由重力引起，估算,插销受力如图所示。由图可知该情况为双剪切，且由平衡方程易得,于是，插销横截面上的剪切力为.故插销满足强度条件要求。确定刀具的选择方式按数控装置的刀具指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。在刀库中选择刀具通常采用两种方式。顺序选择刀具任意选择刀具刀库的定位与刀具的松夹刀库旋转定位是依靠简易定位装置来实现的。其控制过程示意图如下刀库的定位是由接近开关使直流伺服电机停止转动，然后由双向液压带动定位销，插入刀座上的定位孔，实现精确定位。如图.所示。在刀座的每个刀位上都装有如图所示的弹簧导柱键块和销所组成的刀具固定装置。由此实现刀具在刀库上的固定锁紧。图中所示为刀具卡在刀座上的状况。当液压缸通油后，将导柱拉出，使销退出，此时刀具在刀座上处于自由状态，控制刀具固定装置的液压缸有两个，个和定位销在起，自动换刀时用，另个在靠近立柱方向，用于刀库手动装卸刀。刀具交换装置的设计数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置被称为刀具交换装置。刀具的交换方式通常分为两种种是采用机械手交换刀具，另种是由刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换即无机械手交换刀具。无机械手交换刀具方式结构简单，成本低，换刀的可靠性较高，但是刀库因结构所限容量不多。这种换刀系统多为中小型加工中心采用。刀具的交换方式及它们的具体结构对机床的工作效率和工作可靠性有直接的影响。由于数控立式升降台铣床的结构特性决定难以实现由刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换，故采用机械手交换刀具的方式。机械手是当主轴上的刀具完成个工步后，要求其迅速可靠，准确协调地把这工步的刀具送回刀库，并把下道工步的所需要的刀具从刀库中取出并装入主轴继续进行加工的功能部件。.确定换刀机械手结构形式在自动换刀数控机床中，换刀机械手的形式是多种多样的，常见的有以下几种。两手呈的回转式单臂双手机械手如图.所示两手互相垂直的回转式单臂双手机械手如图.所示两手平行的回转式单臂双手机械手双手交叉式机械手由于不同的数控机床加工中心的刀库与主轴的相对位置不同。所以各种数控机床所使用的换刀机械手也不尽相同。上图是两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的结构示意图。这种机械手的优点是换刀动作可靠，换好时间短，缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。般来说，这种机械手都是用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直，刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置，因此，在数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。.换刀机械手的工作原理下面是以在数控立式升降台铣床的自动换刀装置中采用这种两手互相垂直的回转式单臂双手机械手换刀的工作原理如图.所示。该机械手安装在主轴的左侧面，随同主轴箱起运动。机械手由机械手臂与的斜壳体组成。机械手臂形状对称。固定在回转轴上，回转轴与主轴成角，安装在壳体上，为手臂托，可由液压缸带动图中未标出，机械手有伸缩回转抓刀松刀等动作。伸缩动作液压缸图中未标出带动手臂托架沿主轴轴向移动。回转动作液压缸中的齿条轮通过齿轮带动回转轴转动。从而实现手臂正向和反向的旋转运动。抓刀松刀动作机械手对刀具的夹紧和松开是通过液压缸实现。碟形弹簧及拉杆杠杆活动爪来实现。碟形弹簧实现夹紧，液压缸实现松开。在活动爪中有两个销子，当夹紧刀具时，插入刀柄凸缘的孔内，确保安全可靠。.自动换刀的动作顺序图.换刀机械手的换刀过程自动换刀装置的换刀过程分为选刀和换刀两部分。选刀即刀库按照选刀命令或信息自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备，换刀即是机械手把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴之上。换刀动作的大致过程如下主轴箱回到最高处坐标零点同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。机械手抓住主轴和刀库上的刀具。如图.所示。把卡紧在主轴和发库上的刀具松开。活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具。机械手回转，交换刀具位置。将更换后的刀具装入主轴和刀库。分别夹紧主轴和刀库上的刀具。机械手松开主轴和刀库上的刀具。当机械手松开刀具后，限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其他程序动作。在自动换刀的整个过程中，各项运动均由限位开关控制，只有前个动作完成后，才能进行下个动作，这样保证了运动的可靠性。.机械手回转传动机构的设计回转轴上齿轮采用渐开线标准直齿圆柱齿轮形式取模数.。初取齿数下表为齿轮几何尺寸设计的基本参数表齿轮几何尺寸设计的基本参数名称代号计算公式模数压力角分度圆直径.齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径齿距齿厚顶隙齿条的基本尺寸，按外齿轮几何尺寸的计算公式进行计算.自动换刀装置对主轴准停的要求为了传递扭矩，在主轴的前端装有端键，当刀具刀柄装入锥孔时，刀柄上的键槽位置必须与该键对准才能装入。当机械手从刀库取刀时，为了确保刀具其后能顺利地装入主轴锥孔中，必须使主轴准确地停在刀具交换位置上。同时，由于工艺上的需要，也必须使主轴准停在固定位置上。这种使主轴端在定位键停在固定位置的技术要求称为主轴准停。数控立式升降台铣床的自动换刀装置，在每次自动装卸刀具时，都必须要求主轴准确地停止在固定的周向位置上。因此，可在主轴上安装电气控制的主轴准停装置以实现主轴准停功能。.换刀机械手的安装与调试换刀机械手安装在主轴箱的左侧面，在加工零件时，换刀机械手随主轴箱作起上下运动。当初装上换刀机械手后，必须进行调试用手动操纵主式调整换刀机械手相对于主轴的位置，使用调整心棒，有误差时可调整机械手行程刀库位置机械手支座修正主轴坐标原点等。安装最大重量刀具时，要进行多次刀库到主轴位置的自动交换，使机械手换刀时做到准确无误，无撞击。.自动换刀程序的编制换刀动作指令选刀换刀选刀和换刀通常分开进行。为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。换刀指令必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下个选刀指令常紧跟在这次换刀指令之后。换刀点多数加工中心规定在机床轴零点，要求在换刀前用准备功能指令使主轴自动返回点。换刀过程接到指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到指令后机械手动作，方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。换刀程序编制方法主轴返回参考点和刀库选刀同时进行，选好刀具后进行换刀。轴回零，选号刀换上号刀缺点当选刀时间大于回零时间时，需要占机选刀。在轴回零换刀前就选好刀直线插补，选号刀轴回零，换号刀直线插补，选号刀顺圆弧插补有的加工中心换刀程序与上略不同直线插补，选号刀轴回零，换号刀，选号刀圆弧插补注对卧式加工中心，上面程序的应为。结论与展望.结论本次的设计是关于数控铣床的自动换刀装置设计。跟普通机床及数控铣床相比较，自动换刀装置方面可以减轻工人的劳动强度，另方面也可以有效减少机械加工工时，提高劳动生产效率，降低机械加工成本，还可以通过调整控制程序，来适用于不同的生产需求，因此适用面更广。采用液压传动时，能够动作迅速，反应灵敏，并能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境。同时成本低廉。通过对液压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度，节省了大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统规范。自动换刀机构采用数控程序进行控制，具有可靠性高改变程序灵活等优点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定数控程序来实现。并且可以根据换刀机械手的动作顺序修改程序，从而使机械手的通用性更强。.展望随着机械