数控铣床加装自动换刀装置研究与设计

论文总字数：17098字

摘 要

数控铣床作为现代机械制造行业的加工机器，已经被广泛应用于各个行业。由于数控铣床加工中会遇到不停换刀装刀的工艺流程，人们迫切需要一个能够在数控铣床上实现自动换刀的装置，数控铣床加装自动换刀装置（ATC）应运而生。本篇说明书就是关于这种装置的设计与研究。

该文是根据XKA5032A/C型号的数控铣床而设计的自动换刀装置，对此装置进行了总体设计、传动设计、结构设计以及传动部分的运动和动力设计。本装置采用刀库装置选刀，运用机械手进行换刀，由液压系统提供驱动力。目的在于提升数控铣床的加工效率，提高加工工件种类的多样性，提升工件结构的复杂性。

关键词：数控铣床；自动换刀装置；刀库；机械手

Research and Design of Automatic Milling Machine with Automatic Tool Changer

Abstract

As a processing machine in modern machinery manufacturing industry, CNC milling machine has been widely used in various industries. Due to the process of non-stop tool changing and loading during CNC milling machine processing, there is an urgent need for a device that can realize automatic tool changing on CNC milling machines. An automatic tool changer (ATC) is added to CNC milling machines. This manual is about the design and research of this device.

This article is an automatic tool changer designed according to the XKA5032A / C type CNC milling machine. The overall design, transmission design, structural design and motion and power design of the transmission part are carried out on this device. The device adopts the tool magazine device for tool selection, and the manipulator is used for tool change. The hydraulic system provides driving force. The purpose is to improve the processing efficiency of the CNC milling machine, increase the variety of workpieces processed, and increase the complexity of the workpiece structure.

Keywords: CNC milling machine , automatic tool changer , tool magazine , manipulator

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 数控机床概述 1

1.2数控铣床的分类 1

1.2.1数控立式铣床 1

1.2.2卧式数控铣床 1

1.2.3立、卧式两用数控铣床 1

1.3数控铣床的结构特征 2

1.3.1数控铣床的主轴特点 2

1.3.2对机床运动的坐标特征进行控制 2

1.4数控铣床的主要功能及加工对象 2

1.4.1数控铣床的功能 2

1.4.2自动换刀装置（ATC）及其形式 2

第二章 总体方案的确定 4

2.1数控铣床的各类参考数据 4

2.1.1其主要结构特点 4

2.1.2其主要规格及技术参数 4

2.2初定其自动换刀装置的设计参数 5

2.3确定其自动换刀装置的形式 5

第三章 刀库的设计 7

3.1确定刀库容量 7

3.2确定刀库形式 7

3.3刀库结构设计 7

3.4初估刀库驱动转矩及选定电机 9

3.4.1初选电动机与降速传动装置 9

3.4.2初步估计刀库驱动转矩 9

3.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 9

3.6刀库驱动转矩的校核 13

3.7花键联接的强度计算 13

3.8夹紧机构插销剪切强度的校核 13

3.9确定刀具的选择方式 13

3.10刀库的定位与刀具的松夹 14

第四章 刀具交换装置的设计 15

4.1确定换刀机械手形式 15

4.2 换刀机械手自动换刀过程的动作顺序 16

4.3 机械手回转轴4上的齿轮齿条设计 17

第五章 自动换刀装置的液压系统 18

第六章 自动换刀装置的养护和注意事项 19

第七章 总结与展望 20

致谢 21

参考文献 22

附录 23

第一章 绪论

1.1 数控机床概述

基本上每个大国都拥有自己强大的工业，随着科技不断发展以及社会生产力的提高，社会对于世面上机械产品的质量、性能、成品率以及制作成本提出来更高的要求。要达到上面所说的标准，我们需要实施一个重点措施，那就是让机械加工工艺过程变得自动、智能化。数控机床其名词解释就是每当输入一段数字代码（程序），机床以一定的逻辑识别并作出程序包含的指令动作，按照规定的工序、轨迹、运转速度把工件加工出来。数控机床有广阔的适应性，适应性体现于它的灵活多变，随意变换程序的输入得到的工件都不一样，适合加工具有复杂结构和表面的工件，当工厂货量不大时也适于用数控铣床加工，具有不错的经济效益。

1.2数控铣床的分类

1.2.1立式数控铣床

立式数控铣床分为大中小三种大小，三种大小的数控铣床不光是由大小来区分，主轴和工作台的移动方式也是有所区别。小型数控铣床的工作方式参照普通立式升降台铣床，工作台移动的同时主轴保持不动；中型数控铣床的工作台纵向和横向移动，主轴沿垂直溜板上下工作；大型数控铣床运用到了龙门架，主轴不光可以在垂直溜板上运动，也可以在龙门架上移动。这种移动方式有利于扩大机器行程并缩小机器的占地面积。

基于被系统控制的坐标轴数的话，三坐标数控立式铣床占铣床的主流。一般来说，铣床可以根据X、Y、Z三个坐标轴进行工件的加工，但也有在三条基本坐标轴任选两个坐标轴进行联动的铣床。更有甚者其主轴可绕三根基本坐标轴任一或任二坐标轴进行数控摆角运动，它们称作四坐标和五坐标数控立式铣床。显而易见，它们的主轴角度变化多样，可进行联动的坐标轴很多，给铣床带来了更多的功能，为加工一些复杂工件带来了可行性。这也自然而然带来了更复杂的机床结构，更高要求的数控系统，更大难度的编程，更高的设备价格。

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