1 引言

      隨（suí）著科學技（jì）術（shù）的飛速發展和經濟（jì）競爭的（de）日趨激烈，產品更新（xīn）速度（dù）越來越快。形狀複雜的零件越（yuè）來越多，對精度的要求也越來越高。多品種、中小批量的生產方式逐（zhú）漸（jiàn）占據了工業市（shì）場。激烈的市（shì）場競爭使得產（chǎn）品研（yán）發生產周期（qī）逐漸縮短。傳統的加工設備和製（zhì）造（zào）方法已難以滿足這種多樣化、柔性化的高效高質量零件（jiàn）加工要求。近幾十年來，世界各國十分重（chóng）視發展能有效解（jiě）決複雜、精密、小批（pī）多變零件的數控（kòng）加工技術，在加（jiā）工設備中大量采用以微電子技術和計算機技術為（wéi）基礎的數控技術［1］。加工中心就是一種這樣應（yīng）運而生的數控設備（bèi）［2］。

      目前我國加工中心技術（shù）水平同發達國家（jiā）相（xiàng）比仍存在（zài）巨大差距，本設計力（lì）求在刀庫（kù）及換刀裝置方麵最大限度地改（gǎi）進（jìn）並設計出相對（duì）可靠（kào）、高（gāo）效率的（de）刀庫裝置［3］。

      2 刀（dāo）庫的綜述

      首先我（wǒ）們要對刀庫進行一次係統的定義。刀庫是儲存（cún）加工工序所需的各種刀具的機構，可以按程序指令，把即將使用的刀具迅速、準確地送到換刀位置（zhì），並接受計（jì）算機指令將使用過的刀（dāo）具複位。因此，刀庫不單單是儲存刀（dāo）具的單一機構，而是能夠按程序運作（zuò）的一個精確機構［4］。常見刀庫形式可分為三種：圓（yuán）盤式刀庫，鏈條（tiáo）式刀（dāo）庫以及鬥笠式刀（dāo）庫，具體對比見表1。

      對於每種刀庫（kù），它們各自的結（jié）構也不同，這（zhè）裏主要介紹（shào）設計中所選擇的（de）圓盤式（shì）刀庫結構［5］。傳（chuán）統圓盤（pán）式刀（dāo）庫通

      常可容納40 把（bǎ）刀（dāo）具，由直流伺服電機（jī）驅動，通過半（bàn）聯軸（zhóu）器和蝸杆蝸輪帶動與圓盤相連的軸轉動。圓盤上均布40個刀座和刀套，其外側邊緣有相應的刀座編碼板，刀庫下方有固（gù）定不動的刀座號讀取裝置。圓盤轉動時，刀座號（hào）板依次經過刀座號讀取裝置。這種刀庫（kù）結構比較簡單，總體布局比較緊湊，但圓盤直徑較大，轉動慣量大，而且刀具離主軸較遠，需使用換刀機械（xiè）手來換刀。

      3 刀（dāo）庫總體結構方案擬定

      設（shè）計的（de）機械手在工件（jiàn）一次裝夾後，由數控係統控製，可（kě）連續完成銑、鑽、鉸、擴、攻絲等多種工序加工，故適合於小型板類、盤類、殼（ké）體類、模具等零件的加工。具體布局為立柱的中間安裝機（jī）械手控（kòng）製箱，機械手的長度為主軸軸心線到刀庫的刀具換刀位置之間的距（jù）離。換刀機械手（shǒu）為單臂雙爪回轉式機械手，大（dà）致裝配關係如圖1。各項主要參數見表2。

      4 刀庫的結構設計

      4.1 電機的選擇

      根（gēn）據數控係統常用配套電機選擇方式（shì）及刀庫（kù）低扭矩、低（dī）轉速等要求，設計中選（xuǎn）取FANUC FB15 直流伺服電動機，輸出（chū）功率1.4kW，最高轉速1500r/min，額定轉速757.9r/min。

      4.2 蝸杆蝸（wō）輪參數計（jì）算

      蝸杆蝸輪由於具有良好的傳動性能，工作平穩，噪聲低，結構緊湊（còu），可自鎖而且傳動比準確，能夠改變力矩方向（xiàng），故在（zài）刀庫結構中是最重要的傳動機構。盤式刀庫角速（sù）度一般（bān）在10°/s～90°/s，驅動電機最高轉速1500r/min，故其運動傳動比大［6］。在查閱相關文（wén）獻後，確定（dìng）蝸杆蝸輪相關參數見表3、表4。蝸杆材料采用綜合機械性能較好的（de）45鋼，表麵淬火，蝸輪材料采用耐磨且強度較（jiào）高（gāo）的ZCuAl10Fe3，砂模鑄（zhù）造；蝸杆通常（cháng）與軸做成一體，有車製（zhì）和銑製兩種。當軸徑小於蝸杆齒根圓直徑時，采用車削；當（dāng）軸徑大於蝸杆齒根圓直徑時（shí），采用（yòng）銑削。故本設計采用（yòng）銑削蝸杆。蝸輪結構采用整（zhěng）體式。蝸杆與蝸輪分別采（cǎi）用潤滑脂潤滑.

      4.3 刀盤（pán）及刀具夾緊結構（gòu）設計

      刀盤用於固定刀套，16 個刀套固定在刀盤上，隨著刀盤（pán）一起轉動，實（shí）現換刀。故刀盤在換（huàn）刀時起著至關重要的作用。假設刀套（tào）在（zài）圓盤上緊密排（pái）列（liè）（即刀套間以相切形式排列），則刀具中（zhōng）心（xīn）線夾角22.5°，回轉半徑192.2mm；此時刀套中心所在圓的理論周長為1207.016mm，而實際上刀套間存在一定的間隙，取間隙大約為25mm，這時刀套中心所在圓的周長變為1607.016mm，此時刀套中心所（suǒ）在圓的直徑為511.8mm 圓整後取525mm。刀套下表麵到（dào）靜軸中心的距離為225mm， 最終確定取（qǔ）刀盤的（de）直徑420mm，厚20mm。靜盤用於刀套的輔助支撐，取（qǔ）其直徑為435mm,厚30mm。刀盤采用40Cr 材料，調質處理，保證機械性能［8］。

      刀具夾（jiá）緊彈簧用於防止刀具在刀套旋轉至垂直位置的過程中被（bèi）甩出。查閱參考（kǎo）文獻，彈簧（huáng）材料選用（yòng）60Si2MnA。已知彈簧工作載荷100N，直徑2mm，中徑12mm，節距4.28mm，工作極限（xiàn）載荷184.4N。

      5 結論

      本次設計完成了刀庫裝置結構設計，其中采用了常（cháng）見的圓盤（pán）式（shì）刀庫，以便提高設（shè）備的通（tōng）用性及（jí）可（kě）更換性。本設計中刀庫針對立（lì）式加工中心設計（jì），故使用時需注意（yì）。