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XK5040数控立式铣床及控制系统设计

2013-10-14 16:52   来源:未知 人参与在线咨询

  本数控毕业设计编号为SK_004,由CAD设计
  内容:CAD设计图(刀库装配图、机械手、尺寸联系图、零件图、液压控制图等等),说明书(21114字)
  摘要:随着数控技术的发展和普及,加工中心的作用越发突显它的重要性。为进一步提高数控机床的加工效率,数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展,因此出现了各种类型的加工中心机床,如车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。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装置,也就是所说的刀库,以便选用不同刀具,完成不同工序的加工工艺。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。
  目 录
  第1章 绪论
  1.1 数控机床的知识
  1.2 数控铣床的分类
  1.2.1 数控立式铣床
  1.2.2 数控卧式铣床
  1.3 数控铣床的结构特征
  1.3.1 数控铣床的主轴特征
  1.3.2 控制机床的坐标特征
  1.4 数控铣床的主要功能及加工对象
  1.4.1 数控铣床的功能
  1.4.2 自动换刀装置及其形式
  1.4.3 自动装置应当满足的基本要求
  第2 章 总体方案的设计
  2.1 运动方案的设计
  2.1.1 运动数目的确定
  2.1.2 运动方案的确定
  2.2 功能部件的设计方案
  2.2.2 进给伺服系统
  2.2.3 自动换刀系统
  2.2.4 基础部件
  2.2.5 数控系统
  2.2.6 辅助装置
  2.3 总体布局
  2.4 主要技术参数
  2.5 小结
  第3章 刀库的设计
  3.1 确定刀库容量
  3.2 确定刀库形式
  3.3 刀库结构设计
  3.4 初估刀库驱动转距及选定电机
  3.4.1 初选电动机与降速传动装置
  3.4.2 初估刀库驱动转距
  3.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计
  3.6 刀库驱动转矩的校核
  3.7 花键联接的强度计算
  3.8 夹紧机构插销剪切强度的校核
  3.9 确定刀具的选择方式
  3.10 刀库的定位与刀具的松夹
  第4章 刀具交换装置的设计
  4.1 确定换刀机械手形式
  4.2 换刀机械手的工作原理
  4.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序
  4.4 机械手回转轴4上的齿轮齿条设计
  4.5 自动换刀装置的相关技术要求
  4.5.1 主轴准停装置
  4.5.2 换刀机械手的安装与调试
  4.6 自动换刀程序的编制
  第5章 自动换刀装置的控制原理
  5.1 自动换刀装置的液压系统原理图
  5.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程
  第六章  数控加工程序的编制
  6.1 数控加工的特点
  6.2 数控编程方法及特点
  6.2.1 数控编程的分类
  6.2.2 编程零点及坐标系的选择
  6.2.3 对刀点的选择
  6.2.4 加工路线的确定
  6.3 数控加工程序的内容
  6.3.1 车床程序
  第三章   刀库的设计
  刀库是带刀库自动换刀装置的主要部件之一,其容量形式、布局及具体结构对数控机床的性能有很大影响。
  3.1 确定刀库容量
  决定刀库容量时,首先要考虑加工工艺的需要,同时还要调查分析同类型、相近规格的自动换刀机床的刀库容量及其发展趋势。由于带自动换刀装置的数控机床主要是在多品种、单件小批生产时使用,因而应根据广泛的工艺统计,依大多数工件加工时需要的刀具数来确定刀库容量。例如,对功能较为齐全的加工中心而言,它可承担多个工件的切削任务,因而要配备刀具的种类和规格较多。通常,配备的刀具越多,机床能加工工件的比率也越高,但它们并不是成正比例关系。图3-1为刀库容量与机床能加工工件的比率统计曲线。
  刀库储存量过大,导致刀库的结构庞大而复杂,影响机床总体布局;储存量过小,则不能满足复杂零件的加工要求。因此,刀库容量应在经济合理的条件下,力图将一组类似的零件所需的全部刀具装入刀库,以缩短每次装刀所需的装调时间。对自动换刀数控机床的刀库容量,有关资料曾对15000个零件进行分组统计,指出不同工序加工时必须的刀具数不同,如图3-1所示。由图可知,4把铣刀可完成加工工件的95%左右的铣削工艺,10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺, 14把刀的容量就可完成70%以上工件的钻铣工艺,配有14-40把刀具的刀库就能够满足70%-95%工件的加工需要。因此,对XKA5032A/C数控立式升降台铣床,从使用和经济效率角度来看,容量为6的刀库就可满足要求了。
  3.2 确定刀库容量
  由以上考虑XKA5032A/C数控立式升降台铣床的结构布局等原因,决定采用轴向放置的鼓盘式刀库形式。这种刀库结构简单,刀具排列较为紧凑,在刀库容理定为6的情况下体种不大,且取刀也较为方便,但需要考虑机械手的换刀动作空间。
  3.3 刀库结构设计
  如刀库装配图所示,当数控系统发出换刀指令后,直流伺服电动机接通,其运动经过十字联轴器、波传动减速器、套筒式联轴器、蜗杆、蜗轮后,再经花键联接传到刀盘上,刀盘带动刀座上的6个刀套转动,完成选刀动作。
  3.4 初估刀库驱动转矩及选定电机
  刀库回转运动多数采用液压马达、直流电动机驱动,并没有降速传动装置。
  3.4.1 初选电动机与降速传动装置
  刀库的驱动系统中,由于本刀库的驱动转矩小,且所需转速小,所以决定采用直流伺服电动机驱动。直流伺服电动机具有体积小,重量轻、伺服性好、力能指标高等优点,且该电机可用信号电压进行无级调速。采用型号为90SZ03的SZ系列电磁式直流伺服电动机,其基本参数为:功率0.092KW,转速3000R/MIN(《袖珍机械师设计手册》P1275);降速传动装置型号为XB3-50-100A的扁平式谐波传动减速器,其基本参数为:输入功率0.092KW,输出转矩18N·m(《袖珍机械师设计手册》P1078-1079)。
  3.4.2 初估刀库驱动转矩
  由于刀库容量6,下面就以THK6363型自动换刀数控镗铣床的刀库为设计参考(查参考资料14),采用经验法初估回转所需转矩。
  THK6363型自动换刀数控镗铣床的刀库也是采用轴向放置的鼓盘式刀库形式,其容量为36把刀具,最大刀具重达10kgf,刀库回转由最大扭矩为25N·m的液压马达经谐波减速器驱动。现在由于设计的刀库容量为6把刀具,可初估刀库驱动转矩(主要是指直接驱动刀盘转动的转矩)为T0=8N·m。
  3.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计
  刀库的主运动是圆周回转运动,如图3-3所示,直流伺服电动机1通过弹性柱销联轴器与谐波传动减速器2联接减速后驱动蜗杆3,设计刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动. 由刀库转位机构实现。
  己知直流伺服电动机1的功率为0.092KW,转速为3000R/MIN,谐波传动减速器2的传动比为100.传动效率为80%,1经2减速后驱动蜗杆3,蜗杆为主动,蜗轮为从动,要求传动此为6,单向旋转,单班工作制,预计寿命为5年.
  参考文献
  [1] 雷天觉 .新编液压工程手册. 机械工业出版社.1998
  [2] 路甬祥.液压气动技术手册.机械工业出版社.2002
  [3] 吉林工业大学等校编.工程机械液压与液力传动.机械工业出版社.1979
  [4] 马永辉等编 .工程机械液压系统设计计算.机械工业出版社.1985
  [5] 大连理工大学工程画教研室.机械制图.第4版.北京:高等教育出版社,1993.
  [6] 机械工程手册.机械工程手册机电工程手册编辑委员会编.北京:机械工业出版社,1982.
  [7] 吴宗泽.机械机构设计.北京:机械工业出版社,1988.
  [8] 戌大先.机械设计图册(第四卷).北京:化学工业出版社,1997.
  [9] 吴宗泽.机械结构设计.北京:机械工业出版社,1988.
  [10] 工程手册编委会.机械工程手册.第6卷.北京:机械工业出版社,1982.

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