课程设计--自动换刀装置设计

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1、自动换刀系统设计刘晓峰08机械（3）班2011年6月11日第1章绪论1.1加工中心发展简史1952年世界上出现第一台数控机床，使多种产品、中小批量的机械加工设备在柔性，自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产中使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。加工中心和车削中心是有机械设备与数控系统组成，适用复杂零件加工的高效、高精度的自动化机床。这种机床可装若干把刀具，能自动更换刀具，一次装卡中，完成铣镗、车、钻、扩、铰、攻螺纹等的加工。也

2、是因为加工中心和车削中心比一般数控机床多了一套自动换刀装置，可实现多工序的连续加工，因而加工效率大大提高，使其成为数控机床中发展最快、需求最大的机床。1.2加工中心的主要优点1）提高加工质量工件一次装夹，即可实现多工序集中加工，大大减少多次装夹所带来的误差。另外，由于是数控加工，较少依赖操作者的技术水平，可得到相当高的饿稳定精度。2）缩短加工准备时间加工中心可以顶替多台通用机床，那么加工一个零件所需准备时间，是每台加工单元所损耗的准备时间之和。才这个意义上说，加工中心的准备时间显然短得多。3）减少在制品以往的加工方式是工件流动于多台

3、通用机床之间，这就要有相当数量的在制品，而在加工中心上加工，即可发挥其“多工序集中”的优势，在一台机床上完成多个工序，就能大大减少在制品数量。4）减少刀具费不分散设置在个通用机床上的刀具，集中在加工中心刀库上，有可能有最少量的刀具，实现公共有效利用。这样既提高刀具利用率，有减少了刀具数量。5）最少的直接劳务费3由NC装置多工序加工的信息集约化和一人多台管理，以及用工作台自动托盘交换装置等辅助装置，实现夜间无人运转。这些都可缩减直接劳务费。6）最少的间接劳务费由于工序集中，工件搬运和质量检查工作量都大为减少，这就使间接劳务费最少。7）

4、设备利用率高加工中心设备利用率为通用机床的几倍。3第2章初步方案2.1要求与初步方案本次设计的对象为立式加工中心XH716的自动换刀装置。自动换刀装置的主要性能指标为：1）刀库容量：20把。2）刀柄型号：ISO50。3）最大刀具质量：16kg。4）最大刀具直径:mm。5）最大刀具长度：400mm。6）最大刀具（相邻是空位）：mm。7）刀库选刀的时间：s。8）换刀时间（刀对刀）：s。2.2自动换刀装置的主要结构自动换刀装置的应用，从一开始就追求高速化。但是由于当时尚未充分掌握自动换刀装置的内在规律，故障效率较高，所以，在后来的相当一段

5、时间里，采用了首先保证动作可靠，然后才考虑速度的方针，在这段时间里，自动换刀装置的速度未提高多少。但是随着对自动换刀装置内在规律的深入了解和用户对自动换刀装置速度的迫切要求，又开始注意自动换刀装置的速度了。在加工中心加工零件的过程中换刀动作是由自动换刀装置完成的。自动换刀装置应该满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具储存数量足够，结构紧凑，便于制造、维修、调整，应有防屑、防尘装置，布局应合理等要求。同时也应具有较好的刚性，冲击、振动及噪声小，运转安全可靠等特点。自动换刀系统由刀库、选刀机构、刀具交换机构(如机械手)、刀具在主轴上的

6、自动装卸机构等部分组成。3第3章确定自动换刀装置的换刀顺序3.1自动换刀装置的换刀顺序3.1.1自动换刀装置概述在加工中心加工零件的过程中换刀动作是由自动换刀装置完成的。自动换刀装置应该满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具储存数量足够，结构紧凑，便于制造、维修、调整，应有防屑、防尘装置，布局应合理等要求。同时也应具有较好的刚性，冲击、振动及噪声小，运转安全可靠等特点。自动换刀系统由刀库、选刀机构、刀具交换机构(如机械手)、刀具在主轴上的自动装卸机构等部分组成。自动换刀方式分为两大类：一是由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换。用这种

7、形式交换刀具时，主轴上用过的刀具送回刀库和从刀库中取出新刀，这两个动作不能同时进行，选刀和换刀由数控定位系统来完成，因此换刀时间长，换刀动作也较多。二是由机械手进行刀具交换。3.1.2刀具的夹持形式机械手对刀具的夹持方式主要有两种：1）柄式夹持：刀柄前端有V形槽，供机械手夹持用，目前我国数控机床较多采用这种夹持方式。如图3-1所示为机械手手掌结构示意图。由固定爪7及活动爪1组成，活动爪1可绕轴2回转，其一端在弹簧柱塞6的作用下，支靠在挡销3上，调整螺栓5以保持手掌适当的夹紧力，锁紧销4使活动爪1牢固夹持刀柄，防止刀具在交换过程中松脱

8、。锁紧销4要轴向压进，放松活动爪1，以便抓刀或松刀时手爪从刀柄V形槽中退出。图3-1柄式夹持图3-2法兰盘式夹持2）法兰盘式夹持：也称径向夹持或碟式夹持，如图3-2所示在刀柄的前端有供机械手夹持用的法兰盘，图中所示为采用带洼形肩面的法