胡飛 于光鑫 李廣涵 姜樂(lè)樂(lè) 陳思碩

摘要：高速加工中心作為新時(shí)代數(shù)控機(jī)床的代表。已在機(jī)床領(lǐng)域廣泛使用。其高速、高效、高精等特點(diǎn)，贏得了市場(chǎng)的青睞，這些年來(lái)，國(guó)產(chǎn)加工中心技術(shù)發(fā)展得很快，國(guó)內(nèi)許多機(jī)床廠家都有了具有國(guó)際水平或接近國(guó)際水平的自主開發(fā)的加工中心機(jī)床。為了提高數(shù)控機(jī)床的機(jī)械加工精度和效率，現(xiàn)大多數(shù)控機(jī)床和加工中心都配備刀庫(kù)，以便一次裝卡就可完成多種工序的加工。常用刀庫(kù)有鏈?zhǔn)胶捅P式兩種，刀庫(kù)容量有12、16、20、32、40等等。本文對(duì)新型刀庫(kù)總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述，闡述其各部件的工作原理，然后就刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;新型刀庫(kù);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和成熟，而對(duì)作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)加工中心的組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。本設(shè)計(jì)開發(fā)設(shè)計(jì)的小型加工中心刀庫(kù)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及，加工中心的作用越發(fā)突顯它的重要性。為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺(tái)機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中要使用多種刀具，因此必須有自動(dòng)換刀裝置，也就是所說(shuō)的刀庫(kù)，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。

2、總體方案的設(shè)計(jì)

加工中心刀庫(kù)的總體方案設(shè)計(jì)是根據(jù)其功能和設(shè)計(jì)要求，從全局的角度，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)換刀裝置刀庫(kù)整體方面的設(shè)計(jì)，主要包括運(yùn)動(dòng)功能方案設(shè)計(jì)、基本參數(shù)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

2.1運(yùn)動(dòng)方案的確定

加工中心加工工件所需的這些運(yùn)動(dòng)，必須由對(duì)應(yīng)的執(zhí)行部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。加工中心的主運(yùn)動(dòng)一般都由主軸部件（主傳動(dòng)系統(tǒng)）來(lái)完成，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由工件來(lái)完成;也可以由刀具來(lái)完成;或者是由刀具和工件來(lái)共同完成。這樣就影響到部件的相互位置關(guān)系的配制和總體關(guān)系。采用哪種形式與被加工工件尺寸、形狀、質(zhì)量和功能等因素有關(guān)。對(duì)具有鉆、銑的功能的立式加工中心，根據(jù)工件的質(zhì)量、尺寸等的不同。

由工作臺(tái)實(shí)現(xiàn) X、Y 兩個(gè)方向的進(jìn)給，而唷刀具來(lái)完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加工質(zhì)量較輕、體積較小的工件，且主軸部件的重量、體積較小時(shí)，也可以由X-Y工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的進(jìn)給，而由刀具來(lái)完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。適用于小型加工中心，通常都采用固定立柱方式。由于立柱固定在床身上，就便于把刀庫(kù)、電柜等裝在立柱上。

2.2主傳動(dòng)系統(tǒng)

主傳動(dòng)系統(tǒng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)加工中心的主運(yùn)動(dòng)。由主軸箱、主軸、軸承、松拉刀機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)等零件組成。這是加工中心自動(dòng)換刀裝置的關(guān)鍵部分，主軸的啟動(dòng)、停止、變速等動(dòng)作通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制由主傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且通過(guò)安裝在主軸上的刀具實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)。要求主軸部件必須具備足夠的轉(zhuǎn)速范圍、功率和扭矩，在大部分轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)要保持恒功率，當(dāng)降到計(jì)算轉(zhuǎn)速以下時(shí)，要保持恒扭矩傳動(dòng);主傳動(dòng)系統(tǒng)的各零部件，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和必要的剛度及抗震性能;噪聲低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性好。

3、刀庫(kù)的設(shè)計(jì)

3.1 刀庫(kù)主要參數(shù)設(shè)計(jì)

本加工中心主要用來(lái)加工小型零件或多孔零件上的小孔和小平面，所以刀庫(kù)上主要安裝一些孔加工刀具（如鉆頭、擴(kuò)孔鉆等）和加工小平面的立銑刀及小直徑的面銑刀;同時(shí)又考慮到所選用電主軸軸端的尺寸及刀盤直徑等的限制;再考慮到主要用于中小批生產(chǎn)及教學(xué)實(shí)驗(yàn)等，刀具的品種不宜過(guò)多，以免造成不必要的浪費(fèi)和刀庫(kù)尺寸過(guò)大，采用16把刀。立銑刀的最大直徑定為 63mm，最大工作部分長(zhǎng)度定為250mm。刀具最大重量為5kg。刀具最大運(yùn)動(dòng)線速度為22m/min～30m/min。

3.2刀盤的設(shè)計(jì)

刀盤尺寸的確定，刀盤采用輪輻式結(jié)構(gòu)，這樣既能滿足使用的要求，又能保證刀盤的強(qiáng)度。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中要保證各個(gè)尺寸在換刀過(guò)程不發(fā)生干涉即可，刀盤直徑為 600mm，其他尺寸根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)。刀爪尺寸的設(shè)計(jì)刀爪的外型尺寸根據(jù)40號(hào)刀柄設(shè)計(jì)。

4、結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格較低、生產(chǎn)周期短的新型立式加工中心刀庫(kù)。獲得如下結(jié)論：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研、技術(shù)調(diào)研、社會(huì)調(diào)研、需求分析和可行性分析，了解了該產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展方向和設(shè)計(jì)開發(fā)該產(chǎn)品的必要性和可行性。通過(guò)對(duì)未來(lái)的發(fā)展?fàn)顩r和市場(chǎng)發(fā)展情況的預(yù)測(cè)和估計(jì)，預(yù)測(cè)該產(chǎn)品具有很大的潛市場(chǎng)，能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造可觀的利稅，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)對(duì)該加工中心刀庫(kù)結(jié)構(gòu)原理方案和各組成部分設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析，確定了總體技術(shù)方案和主要技術(shù)性能參數(shù)。刀庫(kù)為盤式結(jié)構(gòu)，容量為16把刀，采用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分度轉(zhuǎn)位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格低。通過(guò)刀庫(kù)在橫梁上移動(dòng)至主軸端來(lái)實(shí)現(xiàn)換刀。由于水平和時(shí)間有限，在設(shè)計(jì)中還有許多方面需要完善，在產(chǎn)品投產(chǎn)之前，還需對(duì)加工中心設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，對(duì)主要零部件進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)有限元分析、優(yōu)化和工藝設(shè)計(jì)等，以確保產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性和可靠性。

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