摘 要
本次毕业设计的题目是五轴雕刻机自动换刀装置设计，数控加工中心被广泛应用，自动换刀装置是加工中心的重要部件，决定着整个加工中心的发展。自动换刀装置解决了一个问题，那就是在工件一次装夹后多工序连续加工中，能使工序之间的刀具自动更换，这样就可完成一次装夹就能完成多种加工的任务。本论文主要介绍以下几个部分：
一、机械结构设计 自动换刀装置的机械结构设计，主要分为刀库部分和机械手部分机械设计。在这一部分中主要介绍了传动机构的工作原理、选型计算、校核等，如电机、轴、蜗轮蜗杆副、齿轮、键等。
二、气压部分设计 气压部分主要包括气压系统的整体设计与气压元件的选用和计算。整体设计包括气压系统原理图的绘制，气压回路的构成；气压原件的选择主要为气压缸、气压泵和各种阀类元件。
三、控制系统设计 其中包括了控制器的选用、控制流程图的绘制。
我们通过以上部分的设计，能实现自动换刀装置快速换刀、灵活换刀。
关键词：刀库；刀具交换装置；机械手
Axis engraving machine automatic tool changer Design
ABSTRACT
The graduation project is entitled axis engraving machine automatic tool changer design, CNC machining centers are widely used, automatic tool changer is an important component machining centers, it determines the development of the machining center. Automatic tool changer to solve a problem, that is a fixture in the workpiece continuous multi-step processing, make the process between the automatic replacement of the tool, so you can complete in a single setup to complete a variety of processing tasks. This paper describes the following sections:
First, the mechanical design of the automatic tool changer mechanical design, divided into the magazine section and part robot mechanical design. In this section we describe the working principle of the transmission mechanism, selection calculation, checking, etc., such as motor, shaft, worm gear, gear, keys and so on.
Second, the pressure part of the design pressure section includes the selection and calculation of the overall design and pneumatic components pneumatic system. The overall design includes schematic constitution drawing of the pneumatic system, pneumatic circuit; the pressure of the original choice mainly for pneumatic cylinders, pneumatic pump, and various valve components.
Third, control system design, including the selection of the controller, the control flow diagrams.
Through the above part of the design, to achieve automatic tool changer ATC fast, flexible tool change.
Key words：Magazine; tool exchange device; robot
目 录
1 绪论………………………………………………………………………………………1
1.1加工中心的定义及分类………………………………………………………………1
1.2加工中心的发展历程 …………………………………………………………………………5
1.3加工中心的未来发展趋势 …………………………………………………………………………5
2 加工中心自动换刀装置概述 …………………………………………………………………………6
2.1换刀装置的形式、特点及各自应用范围…………………………………………6
2.2刀库及刀具交换装置 …………………………………………………………………………7
2.2.1刀库的形式 …………………………………………………7
2.2.2 刀具的选择方式 …………………………………………………8
2.2.3 刀具（刀座）识别装置 …………………………………………………10
2.2.4刀具交换装置 …………………………………………………15
3总体方案的确定………………………………………………………………………………17
3.1刀具的选择方式 ……………………………………………………………………17
3.2 刀库的选择 …………………………………………………………………………17
3.3 换刀形式的选择 …………………………………………………………………………18
3.4 机械手结构形式的选择 …………………………………………………………………………18
3.5 自动换刀系统的工作过程 ………………………………………………………………………19
3.6加工中心自动换刀系统外形图……………………………………………………………………20
4机械结构的设计………………………………………………………………………………21
4.1刀库结构的设计 ……………………………………………………………………21
4.1.1刀库总体传动方案的设计…………………………………………………21
4.1.2刀座处结构的设计…………………………………………………21
4.1.3刀具系统 ………………………………………………… 23
4.1.5刀库电机的选用 …………………………………………………23
4.1.6电动机的校核 …………………………………………………24
4.1.7刀库转位机构的设计 …………………………………………………25
4.1.8键的选择及校核 …………………………………………………29
4.1.9联轴器的选择及校核 …………………………………………………30
4.2机械手结构的设计 ……………………………………………………………………31
4.2.1机械手总体传动方案的设计 …………………………………………………31
4.2.2齿轮齿条的设计计算 …………………………………………………31
4.2.3主轴准停装置 …………………………………………………33
5气压系统的设计………………………………………………………………………………35
5.1气压系统原理图 ……………………………………………………………………35
5.2气压原件的选择 ……………………………………………………………………36
5.2.1液压缸的设计 …………………………………………………36
5.2.2气压阀类原件的选用 …………………………………………………38
5.2.3气源装置及气动辅助原件的选用 …………………………………………………39
6控制系统的设计 ………………………………………………………………………………41
6.1控制器的选择 ……………………………………………………………………41
6.2控制流程图 ……………………………………………………………………41
6.3 利用PLC实现随机换刀 ………………………………………………………………42
结论…………………………………………………………43
致谢…………………………………………………………44
参考文献……………………………………………………45
1绪论
1.1 加工中心的定义及分类
加工中心（Machining Center,MC）是适应时代要求而迅速发展起来的，它综合了机械技术、计算机软件技术、电子技术、拖动技术、测量及传感技术以及通信诊断、现代控制理论、刀具和编程技术等，是一种高科技产品。因为加工中心能一次完成多种工序加工，所以可减少工件测量、装夹、调整时间，大大减少工件周转和搬运存放时间，使机床的切削利用效率大大高于高于普通机床，大约为其3倍-4倍。加工中心不仅能提高工件的加工精度，而且在综合性机床中其生产率和自动化程度最高。
- 按加工范围分类
按加工范围可分为：镗铣加工中心、钻削加工中心、车削加工中心、磨削加工中心和电火花加工中心等。一般镗铣加工中心简称加工中心，其余种类的加工中心要有前面的定语。
- 按加工中心的布局方式分类
表1-1
立式加工中心 | 立式加工中心：立式加工中心是指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心，其结构多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，具有3个直线运动坐标，适合加工盘类零件。如在工作台上安装一个水平轴的数控回转台，就可用于加工螺旋线类零件。 | 立式加工中心的结构简单、占地面积小、价格低。 |
卧式加工中心 | 卧式加工中心是指主轴线为水平状态设置的加工中心，通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。卧式加工中心一般具有3-5个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标(回转工作台)，它能够使工件在一次装夹后就能完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工。 | 最适合箱体类工件的加工。 |
龙门式加工中心 | 龙门式加工中心如下图所示，其形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直状态设置。它带有自动换刀装置及可更换的主轴头附件，数控装置的软件功能也比较齐全，能够一机多用。龙门型布局具有结构刚性好的特点，容易实现热对称性设计。 | 尤其适用于加工大型或形状复杂的工件，如航空工业及大型汽轮机上的某些零件的加工。 |
万能加工中心 | 万能加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后就能完成除安装面外的所有侧面和顶面(5个面)的加工，也称五面加工中心。常见的五面加工中心有两种形式：一种是主轴可实现立、卧式转换；另一种是主轴不改变方向，工作台带动工件旋转90度，来完成对工件5个表面的加工。 | 由于五面加工中心结构复杂、占地面积大、造价高，因此它的使用数量和生产数量远不如其他类型的加工中心。 |
图1-1 立式加工中心
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