XK5025型数控立铣床自动刀装置设计.doc

XK5025型数控立铣床自动换刀装置设计 ［摘要］从换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同时也研制成功了“APT”（刀具程序控制中心）。1958年美国KT公司研制出带ATC（自动刀具交换装置）的加工中心。1967年出现了FMS（柔性制造系统）。1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。本论文介绍的是XKA5025型数控立式升降台铣床自动换刀装置的设计.该自动换刀装置由刀库和换刀机械手组成.刀库采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上.刀库容量为六把,采用顺序选刀方式.机械手选用回转式双臂机械手. 根据给定的课题设计要求，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成主要部件的装配及关键机构的运动仿真，并绘制了必要的零部件图，完成了关键零部件的三维建模。其中包括自动换刀装置的总体设计、原理方案的实现、主要部件的分析、传动零件的设计计算，并给出了关键部件的装配图和必要的零件图。 ［关键词］: 数控铣床 自动换刀装置 刀库 换刀机械手 目 录 1 绪 论 1 1.1 数控机床自动换刀装置概述 1 1.2 数控铣床的主要功能及加工对象 3 1.3 自动换刀装置（ATC）的形式及设计要求 5 1.4 本设计要完成的工作及要求 6 2 总体方案的设计 7 2.1 引 言 7 2.2 XK5025数控立式升降台铣床及其主要参数 7 2.3 自动换刀装置总的设计方案 8 2.4 自动换刀装置的基本形式 9 2.5 自动换刀装置整体方案构思 9 3 刀库的设计 11 3.1 确定刀库容量 11 3.2 刀库形式的选择 12 3.3 刀库结构设计 14 3.4 初估刀库驱动转矩及选定电机 15 3.5 刀库转位机构的设计 16 3.6 刀具选择方式的确定 16 4 刀具交换装置的设计 17 4.1 换刀机械手结构形式概述 17 4.2 本课题机械手结构形式及工作原理 18 4.3 自动换刀过程的动作顺序 19 4.4 自动换刀装置的相关技术要求 20 5 结论与展望 21 5.1 总结 21 5.2 展望 21 参考文献 22 1 绪 论 1.1 数控机床自动换刀装置概述 1.1.1 引 言 自动换刀装置(Automatic Tool Changer) 简称ATC ,作为加工中心的重要组成部分,其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间,以提高生产率、降低生产成本,进而提升机床乃至整个生产线的生产力。所以ATC 在加工中心中扮演着极重要的角色。 自动换刀装置（ATC）是加工中心的重要组成单元，其设计质量的好坏，直接影响加工中心的质量。ATC由刀库和机械手组成，它的机构和运动复杂、性能要求高。刀库的功能是储存刀具，并且按程序指令，把即将要用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，因此刀库的位置、体积大小能否适合加工中心的整体设计，刀库的运动机构能否使刀库平稳运转并准确地停在换刀位置，运动过程有无干涉、卡死等现象，都是设计人员非常关心的问题。机械手的功能是把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具送回刀库。它的动作要求迅速而准确，所以对机构的结构、定位、运动、夹持力的大小等都有很高的要求，一旦有运动故障或定位、运动误差过大，都会造成换刀动作失败，掉刀。 应用虚拟制造技术进行ATC的虚拟样机设计和虚拟样机仿真分析实验，可以在计算机的虚拟世界中发现和解决ATC设计过程中可能出现的问题。本文介绍了XK5025型数控立铣床自动换刀装置ATC设计的过程。虚拟制造技术是基于计算机建模和仿真的设计、制造技术，它强调在实际投入原材料实现产品之前，将产品的设计、分析、测试、制造等过程在计算机构造的虚拟开发环境中进行数字化模拟。以设计为主的虚拟制造，是在产品开发设计中虚拟设计出产品，并完成产品在设计研制阶段要解决的问题，即完成产品的概念设计、实体造型，并在虚拟出的产品上进行功能和产品工作性能的仿真，其结果用于修改设计。虚拟制造的优越性在于可在开发设计阶段解决产品的各个问题；不需要制造出实体机器，节约大量投资；在计算机上解决问题，制造过程变成信息的流动和处理，是网络制造的基础；可以在网络上试销售等。 1.1.2 ATC的概念设计 概念设计是指在方案设计的初始阶段，根据市场需求及可利用资源，对产品作宏观上的轮廓设计，这一过程包括明确功能和对原理、技术、材料、工艺等进行设想和创新，以及对方案进行技术上和经济上可行性的测试。当有成熟软件时，概念设计的周期和耗费会极大减少。 本设计为XK5025型数控立铣床的自动换刀装置，基于用户要求、统计调查和设计经验