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1、四工位的立式自动回转刀架18摘要本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。…….关键字：加工中心，换刀系统，刀库，单片机。四工位的立式自动回转刀架18目录1绪论1.1.国内外发展情况31.2.技术性能与发展趋势31.2.1.精度41.2.2.运转性能41.2.3.润滑与密封71.2.4.负载能力与刚度81.2.5可靠性方面81.3现代典型数控转塔刀架的结构分析91.3.1.液压式91.3.2.液压机械式101.3.3.电动势101.4控制与接口111.4.1直接与数控系统接口111.4.2通过可编程序控制器(PLC)与数控系统接口131.5各种刀架简介131.
2、5.1简易经济型数控刀架131.5.2高精度型数控刀架142．总体结构设计2.1总体方案及原理142.2刀架的设计参数203.主要机构的设计计算3.1蜗杆传动的设计计算:163.2丝杆螺母传动的设计计算183.3定位机构的设计183．4自动换刀装置的换刀顺序204气动系统设计214．1刀库气缸设计214．1．1工况分析214．1．2气缸的选择224．2设计气动系统原理图234．2．1确定供气方法244．2．2控制元件的选择245控制系统设计265．1控制系统硬件设计265．2控制系统软件设计27参考文献30四工位的立式自动回转刀架181绪论1.1.国内外发展情况20世纪4
3、0年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国麻省理工学院(mit)伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有数控车床种类较多，数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。1.2.技术性能与发展趋势数控转塔刀架的技术发展很快，现正逐步形成标准定型产品。我国
4、数控转塔刀架标准草案中所规定的主要技术性能如下：1.2.1.精度定位精度要求高，一般要求工位目标位置重复定位精度在，刀槽的工作位置定位精度在0.03-0.05。各种形位公差为。因此定位机构均采用精密多齿盘。先进工艺用浮硬齿面对研,重复定位精度可高达另外,刀盘加工趋向用淬火硬磨削,以获得刀槽精度的长期保持性及高的刚度。1.2.2.运转性能主要是转位时间和转位频率。先进水平一次转位周期0.3—ls,最快己达0.lS。分度频率为600—1000次/h。双向转位就近换刀(最短路程换刀)的结构正在开发应用,如双向滚子端面凸轮机构,可显著缩短换到周期。为了克服刀盘高速转位引起的惯性冲
5、击,使用恰当的缓冲元件是其发展趋势。1.2.3.润滑与密封目前趋向于开发能终生润滑的产品,即在使用全过程中,不需要用户再采取任何润滑措施。四工位的立式自动回转刀架18因工作环境恶劣,对密封性能要求很高,通常规定在刀架体内棋道压力105pa气路,浸入装有防锈液的试验箱内,在规定时间内,不得有漏气现象。1.2.4.负载能力与刚度数控转塔刀架的负载能力与刚度,除了与有关零件的尺寸、形状、结构等有关外,受刀盘锁紧力影响也很大。一般小型产品锁紧力为左右,高性能产品可达以上。对数控转塔刀架的静刚度目前尚无规范要求,有的企业标准已经提出测详见定,但缺乏数据指示。对动刚度,动态性能,在生
6、产实践中反映出其影响明显,但也无可靠数据指示提出,这些方面是今后研究开发中的重要方向。1.2.5可靠性方面可靠性是产品性能的综合反映。对转塔刀架目前一般要求平均无故障时间(MTBF)为次,高级的已经达到次以上,国内产品在设方面亟待提高。1.3现代典型数控转塔刀架的结构分析1.3.1.液压式这类刀架用液压缸实现刀盘锁紧,低速大扭矩液压马达驱动刀盘转位。液压缸可获得很大的锁紧力,故刀架刚性很好。该机构适用于重负荷切削,且易双向转位就近换刀,大型数控车床应用较多。近年已开发出将液压马达和滚珠式预分度机构合为一体的液压分度马达(IndexMotor)。可使刀架简化,重复定位精度可
7、达。刀盘加速时间仅为0.1S,有较好的应用前景。1.3.2.液压机械式这类刀架用液压缸锁紧刀盘,转位和预分度则用点电机通过机械传动装置实现,如槽轮机构。目前趋向采用动态性能较好的间歇凸轮转位机构。1.3.3.电动势这类刀架以电机为动力源,使用方便,应用最多。主要形式有以下几种：（1）单面凸爪锁紧式是我国自行开发的小型产品刀盘主轴上固联有单向凸爪离合器的右半。电机经蜗轮传动使主动凸爪(四工位的立式自动回转刀架18离合器左半)正向旋转,两个半离合器结合,两定位多齿盘觉分开啮合,刀盘转位。到位后反向旋转,刀盘转动被预分度机构的定位销
