数控铣床加装斗笠式自动换刀装置研究与设计开题报告

1. 研究目的与意义

数控铣床与加工中心加工范围完全一致，两者区别就在于加工中心比数控铣床多了一个自动换刀装置。

数控加工中心作为现代化数控机床的代表，已在制造业领域广泛使用，加工中心也是目前产量最高、应用最广泛的数控机床，它的综合加工能力极强，其加工效率往往是普通机床的5~10倍。

数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：

1）满足安全性、可靠性和经济性；

2）使其使用性高效，使用准确和智能化；

3. 国内外研究现状（文献综述）

文献介绍了数控铣床和数控车床的基本理论概念，《机械设计》重点介绍了机械零件设计的强度基础、摩擦学设计与应用、螺纹连接、螺纹连接 轴毂联接、传动总论 带传动、带传动、链传动、齿轮传动、齿轮传动 蜗杆传动、轴的设计与计算、轴的设计与计算 滑动轴承、滑动轴承 滚动轴承、滚动轴承等一系列重要的机械基本概念。本书以培养我们的综合设计能力为主线，以机械设计的理论、基本知识和基本设计计算方法为主要内容，并增强工程的实践性，理论联系实际，使我们能更准确，更深刻的理解一些知识难点、重点。与理论教学同步进行的还有相关的实验环节，包括机构运动简图绘制和分析、机构运动参数测定与分析、减速器拆装、三角胶带传动实验、滑动轴承实验、机械传动效率实验等实验，增强我们的动手能力。这本书第一章的绪论就开宗明意的指明了本书的研究对象，主要内容，性质和任务，还开创性的介绍本课程的特点和学习方法，使我们能够沿着工作原理--失效形式--设计准则-计算方法-结构设计的规律事半功倍的开展学习。同时本书计对机械设计的一般规律与方法、设计中的功能需求、现代机械设计方法等只需进行一般讲授，着重介绍现代先进的设计方法和最新的科技动态，以激发我们学生的学习兴趣，促进学生积极思考。书的内容涵盖范围全面广泛，介绍了目前的总体技术发展状态和主要研究方向，注重理论体系的完整，概念清晰、语言精炼、图文并茂，内容由浅入深。

mastercam是美国cnc软件公司推出的基于pc平台的cad/cam集成软件，自1984年问世以来，进行了不断改进和版本升级，软件功能日益完善，因此得到了越来越多用户的好评。目前以其优良的性价比、常规的硬件要求、灵活的操作方式、稳定的运行效果及其易学易用等特点，成为国内外制造业最为广泛采用的cad/cam集成软件之一。为适应广大用户的习惯，2005年7月，cnc software公司在中国隆重推出mastercamx版。x版本是cncsoftware公司经过多年精心打造，隆重推出的白金版本，其windows风格界面，受到广大用户的普遍好评。mastercam提供了相当多的模块，其中有铣削、车削、实体造型、线切割、雕刻等。可以根据设计及加工需要，自行选取相应的模块。在新mastercamx中，一改design（设计）、mill（铣削加工）、lathe（车削加工）、wire（线形加工）4个模块分散界面的缺点，将这4大模块集成到一个平台上，使用户操作更加方便。由于4个模块的集成，mastercamx主菜单中增加了机床类型菜单供用户选择。而《mastercamx实用教程》以mastercamx为蓝本进行讲解，由浅入深、循序渐进地介绍mastercamx软件的应用。《mastercamx实用教程》主要内容包括mastercamx基础知识、系统与环境设置、mastercamx的基本操作、二维图形的绘制与编辑修改、图形尺寸的标注、三维曲面造型设计、三维实体造型设计、mastercamx数控加工基础、二维铣床加工系统、三维铣床加工系统、车床加工系统等。它对二维铣床加工系统、三维铣床加工系统、车床加工系统等作了详细介绍。《mastercamx实用教程》将理论讲解与实际操作紧密结合，内容丰富、结构清晰、语言简练，书中所给出的实例均具有很强的代表性和实用性。

proe模具设计基础教程讲述了当塑件有侧孔或侧凹时，模具必须设有侧向分型与抽芯机构，在塑件被推出之前，必须先抽出侧型芯，除使用气动或液压抽芯外，一般都用开模动作带动抽芯机构动作，并通过传动件实现传动方向的变换，从而完成机动抽芯。塑件带有侧孔是常见现象，因此本章以专题形式讨论侧抽芯模具在pro/e中的创建方法。

4. 研究方案

本文是关于数控铣床加装斗笠式自动换刀装置的设计，其主要由刀库横移装置和刀库分度装置组成。因此，本设计基本上就是对这两个装置的设计。斗笠式刀库的自动换刀装置主要由刀库横移装置和刀库分度装置组成。其自动换刀的形式为无机械手换刀，换刀过程中刀盘需要横向移动到合适的位置使机床主轴便于与刀库交换刀具。刀库的选刀方式为任意选刀，换刀过程中，刀盘需要转动从而进行选刀，这就需要刀库分度装置对装有刀具的刀盘进行分度，并且利用接触传感器对刀具进行计数，并把所得的电信号传递给数控系统，从而实现刀具的快速准确选择。在本设计中，刀库横移装置的设计利用的是气压传动机构来实现刀库的横移运动;而刀库分度装置的设计利用的是槽轮机构对刀盘进行分度。刀库横移装置主要有两种可能的方案:一种是将电机轴的旋转运动地转化为可控的直线运动，使刀库沿着导轨轴作横向往复移动。这一运动转换是通过一-种正弦机构来完成的。 在这- -机构中，刀库与拨杆固定连接，拨杆可移动的安装在导轨轴上:电动机与滑块固定连接，滑块在拨杆中可以移动;这样就可以把电动机的转动转化为刀库的横向移动。这种方案需要使用电机，电机的安装可能占用的空间比较大，对于减小刀库尺寸、重量、成本不利。另外由于使用了较为复杂的机械机构，传动过程中可能损失的功率比较多，而且对于零部件的的定位安装要求较高。另一种是利用气压传动机构。气缸类型为双作用气缸，气压缸固定安装在刀库介面支架上，活塞杆则与刀库固定连接。通过气源的供给，可以使刀库沿看导轨轴作往复横向移动。这种方案比较直接，而且气缸所占用的空间要比使用电机要小许多，而且通过磁环开关的控制，能够较为精准地控制刀库的横向移动。刀库分度装置也有两种可能的方案: 一种是通过蜗轮蜗杆机构来实现。 其工作原理如下:刀盘与蜗轮同轴固定连接，电动机通过联轴器与蜗杆固定连接，这样就可以通过蜗轮蜗杆机构的传动来实现刀盘的旋转运动，完成选刀工作。这种机构可以较好的实现选到工作，蜗轮蜗杆机构可以将电动机的高转速转化成刀盘的低转速旋转运动。但是，这种机构所占用的空间较大，一般 用在卧式数控机床 上更为合适。而且传动经过蜗轮蜗杆，效率比较低。由于本文设计的是立式斗笠式刀库，所以对尺寸及占用空间都有较高的要求，所以可能这-方案在此处不合适。另一种是通过经典的槽轮机构(即马氏机构)来实现的的。它具有结构简单、外形尺寸小、机械效率高，以及能较平稳地、间歇地进行转位等优点。电机通过联轴器与定位法兰连接，定位法兰上安装有可旋转的滚子，通过定位法兰的旋转使圆柱滚子间歇地进入固定连接在刀盘上分度盘，从而带动分度盘的转动，实现对刀盘上刀具的选择。

5. 工作计划

第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至“毕业设计管理系统”,译文封面用标准模板。查阅文献资料，撰写开题报告。

第2周 开题报告经指导老师批阅合格并确认后，开题报告封面用标准模板，上传至“毕业设计管理系统”。

第3周 完成开题报告审核。开始毕设课题的计算。