1 引言（yán）

      隨著科學技術的飛速發展和經濟競爭的日趨激烈，產品更新速度越（yuè）來越快。形狀複雜的零件越來越多，對精度的（de）要（yào）求也越來（lái）越高。多品種、中小批量的（de）生（shēng）產方式（shì）逐漸占據了工業市場。激烈（liè）的市場（chǎng）競爭使得產品（pǐn）研發生產周期逐漸縮短。傳統的加工設備和製造（zào）方法（fǎ）已難以滿足這種多樣化、柔性化的高效高質量零件加工要求。近幾十年來（lái），世界各國十分重視發展能有效解決（jué）複雜、精密、小批多變零件的數控加工技術，在加工設備中大量采用以微電子（zǐ）技術和計算機技術為基礎的數控技術［1］。加工（gōng）中心就是一種這樣應運而生（shēng）的數控設備［2］。

      目前我國加工中心技術水平同（tóng）發達國家相比仍存在巨大差距，本設計力求在刀庫及換（huàn）刀裝置（zhì）方麵最大限度地改進並設（shè）計出相對可靠、高效率的刀庫裝置［3］。

      2 刀庫的綜述（shù）

      首先我們要對刀庫進行一次係統的定義。刀庫是儲存加（jiā）工（gōng）工序所需的各種刀具的機構，可（kě）以按程序（xù）指令，把即將使用的刀具（jù）迅速、準確（què）地（dì）送到換刀位置（zhì），並接受計算機（jī）指令將使用過的刀具複（fù）位。因此（cǐ），刀庫不單單是儲（chǔ）存刀具的單一機構，而是能夠（gòu）按程序運作的一個精確（què）機構［4］。常見刀庫形式可分為（wéi）三種：圓（yuán）盤式（shì）刀庫，鏈條式刀庫以及鬥笠式刀庫，具體（tǐ）對比見（jiàn）表1。

      對於每種刀庫（kù），它（tā）們各自的結構也不同，這裏主（zhǔ）要介紹設計中所選擇的圓盤式刀（dāo）庫結構［5］。傳統（tǒng）圓盤式刀庫通（tōng）

      常可容（róng）納40 把刀具，由直流伺服電機（jī）驅動（dòng），通過半聯軸器和（hé）蝸杆蝸輪帶動與圓盤相連的（de）軸轉動。圓盤上均布40個刀座和（hé）刀套，其外側邊緣有相應的刀座編碼板，刀庫下方有固定不動的刀座號讀取裝置。圓盤轉動時，刀座號板依次經過刀座號（hào）讀取裝置。這（zhè）種刀庫結構比較（jiào）簡單（dān），總體布（bù）局比較緊湊，但圓盤直徑較大，轉動慣量大，而且刀具（jù）離主軸較遠，需使用換刀機械手來換刀。

      3 刀（dāo）庫（kù）總體結構方案擬定

      設計的（de）機械（xiè）手在工件一次裝夾（jiá）後（hòu），由數控係統控製，可連續完成（chéng）銑、鑽、鉸（jiǎo）、擴、攻絲等多種工序加工，故適合於小型板類、盤類、殼體類、模具等零件的加工。具體布（bù）局為立柱的中間安裝機械手控製箱，機械手的長度為主軸軸心線到刀庫的刀具換刀（dāo）位置之間的距離。換刀機械手為單臂雙（shuāng）爪回轉式機械手，大致裝配關係如（rú）圖1。各（gè）項主要參數見表2。

      4 刀庫的結構設計

      4.1 電機（jī）的選（xuǎn）擇

      根據（jù）數控（kòng）係統常用配套電機選擇方式（shì）及刀庫（kù）低扭矩、低轉（zhuǎn）速等要求，設計中選取FANUC FB15 直流（liú）伺服電動機，輸出功率1.4kW，最高轉速（sù）1500r/min，額定轉速757.9r/min。

      4.2 蝸杆蝸輪參（cān）數計算

      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，可自鎖而且傳動比準確，能夠改（gǎi）變（biàn）力矩方（fāng）向，故（gù）在刀庫結構中是最重要的傳動機構。盤（pán）式刀庫角速度一般在10°/s～90°/s，驅（qū）動電機最高轉速1500r/min，故其運動傳動比大［6］。在查閱相關文獻後，確定（dìng）蝸杆蝸（wō）輪相（xiàng）關參數見表3、表4。蝸（wō）杆材料采用綜合機械性能較好的45鋼，表麵淬火，蝸輪材料（liào）采用耐磨（mó）且強度較高的ZCuAl10Fe3，砂模鑄造；蝸杆通常與軸做（zuò）成一體，有車製（zhì）和銑製（zhì）兩種。當軸徑小於蝸杆齒根圓直徑時，采用車削；當軸徑大（dà）於（yú）蝸杆齒根圓直徑時，采用銑削。故（gù）本設計（jì）采（cǎi）用（yòng）銑削蝸杆。蝸（wō）輪結構采（cǎi）用（yòng）整體式。蝸杆與蝸輪分別采用潤滑脂潤滑.

      4.3 刀盤及刀具夾緊結構設計

      刀盤用於固（gù）定刀套，16 個刀套固定在刀盤上，隨（suí）著刀盤一起轉（zhuǎn）動，實現（xiàn）換刀。故刀盤在換刀時（shí）起著至關重要的作用。假設刀套在圓盤上緊密排（pái）列（即刀（dāo）套（tào）間以相（xiàng）切（qiē）形式排列），則刀具中心線夾角22.5°，回轉（zhuǎn）半徑192.2mm；此時刀（dāo）套中心所在圓的理論周長為（wéi）1207.016mm，而實際上刀套間存在一定的間隙，取（qǔ）間隙大約為25mm，這時刀套中心所在圓的周長（zhǎng）變為1607.016mm，此時刀套中心所在圓的直徑（jìng）為511.8mm 圓（yuán）整後取525mm。刀套下表麵到靜軸中心的距離為225mm， 最終確定取刀盤的直徑420mm，厚20mm。靜盤用於刀套的輔助支撐，取其直徑為（wéi）435mm,厚30mm。刀盤采用40Cr 材料，調質處理，保證（zhèng）機械性能［8］。

      刀具（jù）夾緊彈（dàn）簧用於防止刀具在刀（dāo）套旋轉至垂直位置的過程中被甩（shuǎi）出。查閱參（cān）考（kǎo）文獻（xiàn），彈簧材料選用60Si2MnA。已知彈簧工作載荷100N，直徑2mm，中徑12mm，節距4.28mm，工作極限載荷184.4N。

      5 結論

      本次設計完成了刀庫裝置結構設計，其中（zhōng）采用了常見的圓（yuán）盤式刀庫，以便提高設備的通用性及可更換（huàn）性（xìng）。本（běn）設計中（zhōng）刀庫（kù）針（zhēn）對立（lì）式加工中心設計，故使用時需注意。