1、数控加工中心盘式刀库设计摘 要90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。刀库作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。本论文完成的是盘式刀库的总体设计、传动设计、结构设计，在确定了整体设计方案后，运用UG对整个盘式刀库进行了实体建模和运动仿真分析。分析结果显示，整个系统无干涉，且整体运行平稳。运用 ANSYS 对系统的关键部件进行了受力和变形分析。结果显示：系统关
2、键部件设计合理，变形量在设计范围之内。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库传动部分分两级减速，一级传动部分采用直齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。本刀库满载装刀24把，采用单环排列方式排放。关键词：加工中心；刀库；数控加工AbstractSince the 1990s, CNC machining technology has been rapidly gaining popularity and developmen
3、t. As a new era of high-speed machining center CNC machine tools represent, have been widely used in the field of machine tools. Automatic tool changer magazine seems to have gone beyond the development of CNC machining centers supporting its role in the field of its unique technology developed to m
4、eet the machine precision, high efficiency, high reliability and multi-task complex concepts such unique products. Magazine as a processing center one of the most important parts, and its development is also directly determines the machining center.In this thesis, completed the disc magazines overal
5、l design, transmission design, structural design, in determining the overall design, the use of UG to the entire disc magazine conducted a physical modeling and motion simulation analysis. The results showed that the system without interference and the overall smooth operation. Using ANSYS on the sy
6、stem key components of stress and deformation analysis. The results showed that: the system key component design is reasonable, the amount of deformation in the design range. This magazine in CNC machining center is widely used, its tool change process is simple, tool change time is short, high posi
7、tioning accuracy; overall structure is simple, compact, accurate and reliable; easy maintenance, and low cost. The magazine drive part of two deceleration, a transmission part adopts straight gear reduction, two transmission part adopts worm gear unit, such a design can improve the output shaft of t
8、he transmission smooth performance, that is, raising the cutter smooth operation sex. The magazine full loaded knife 24, the use of single-ring arrangement emissions.Keywords: machining centers; magazine; CNC machining1 绪论1.1 数控机床的发展20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加
9、工过程进行控制，推动了机床自动化的发展，于是便产生了数控机床这个新兴的加工设备。CNC(数控机床)是计算机数字控制机床(Computernumbercontrol)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperati
10、on）正式生产出来。在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国
11、产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。目前我们国家内承认的大致是四种体系：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(ISO标准.、统计法),就是一台高精度机床，在0.005mm(ISO标准.、统计法)以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。加工出高精度零
12、件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。目前世界著名机床厂商纷纷在我国的投资建立机床生产线。2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（MAZAK）在宁夏银川投资建了名为“宁夏小巨人机床公司”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产600台，目前正在建2期工程，建成后可以年产1200台。2003年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心120台左右。2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。韩国大
13、宇在山东青岛投资建厂，目前生产能力不知。台湾省的著名机床制造商友嘉在浙江萧山投资建厂，年生产能力800台。民营机床企业也在快速发展。浙江日发公司，2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力300台。2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。我国正在由机床大国向机床强国迈进。为了满足我国市场对经济型产品的需求，西门子自动化与驱动集团运动控制部在第八届中国国际机床展览会上，展出了以“西门子推进生产力的动力”为主题的基础数控
14、产品、高端数控产品、车间应用软件及完整的IT解决方案等。在此次展会中特别推出SINUMERIK802Se/Ce，它是专门针对中国数控机床市场而开发的新一代经济型CNC控制系统。同台展出的还有SINUMERIK802D数控系统，及高端数控产品，其中主要为SINUMERIK810D及840D控制系统。西门子自动化与驱动集团运动控制部在数控系统方面，此前主要从事高端控制系统的研发，为更贴近中国市场的需求，西门子数控也逐渐开始关注中低端产品的研发与市场，并与中国北方工业集团公司/中国东方数控公司合资建立西门子数控（南京）有限公司（SNC），从事本地化的研发与生产。如今该公司已实现了产品生产和开发的本地
15、化，为国内的中小企业及多元化的市场提供经济型数控产品，同时也将其优质产品出口国际市场。世界经济形势将有所好转，对全球总的设备生产和需求将有所增加。据美国、日本、欧盟三大主要经济体的近期经济报告分析，美国的经济回升从2006年将转为高速增长的态势，增长达到3-5%；而日本也渡过了疲软区，进入恢复期，多年来不断呈现正增长，为2-3%；欧盟也将有3%左右的增长。国内需求将不会减弱。从2006年市场发展的几个要素来看，这些要素在2007年将不会减弱。在各个主要市场看，轿车、重型汽车等重要车型的销售量从东向西逐步扩展，轿车个人购买已成为主流，其次是军工等需求也不会减缓，在航空、兵器等领域，2007年的改
16、造将继续增加，设备需求将进一步深化和扩大，民营企业将进一步渗透到制造业和轻工业，其技术水平和加工能力的提高依赖于其装备的改善。因此，机床在世界的需求只会有增无减，并且高性能高精度高自动化的机床需求会更大。1.2 数控铣床的发展在国际，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。在两年一届的美国芝加哥国际制造技术（机床）展览会（IMTS 2010）上，发那克就展出了30i/31i/32i/35i-MODEL B数控系统。除了伺服控制外，“纳米插补”
