表1机床主要规格及技术参数 参数名称 工作台面尺寸（长X宽） 工作台纵向（X）行程 工作台纵向（Y）行程 续表一 工作台纵向（Z）行程 主轴孔径 立铣头最大回转角度 主轴转速级数 主轴转速范围 工作台进给级数 主传动电动机功率 主传动电动机转速 工作台最大承载重量 主轴最大扭矩 机床外形尺寸（长X宽X高） 机床重量 mm mm r/min kw r/min kg N·m mm kg 380 29 单位 mm mm mm 数量 320 X 1320 780 300 ?45° 18 30-1500 无级 7.5 1440 320 1000 1929 X 2055 X 2216 2800 该机床推荐使用的最大切削范围如下：
铣切钢：钢的含碳量0.45%，抗拉强度600N/mm2。铣刀直径?100mm，齿数4； 铣切宽度50mm，铣切深度3 mm；主轴转速750 r/min，进给量750mm/min。 铣切灰铸铁：材料HT200，硬度HB150～225。铣刀直径?250mm，齿数14； 铣切宽度150mm，铣切深度3.7 mm；主轴转速47.5 r/min，进给量300mm/min
2．2 初定加工中心换刀机械手自动换刀装置的设计参数
在铣削轮廓时，为了保证一次连续地加工出全部表面，应选用半径小于工件最小轮廓半径的刀具，而在实际的生产加工中，常尽量选用直径较大的铣刀，因为大直径铣刀刚性好，耐用度高。由加工中心换刀机械手推荐使用的最大切削范围可知，当铣切钢时，铣刀直径为?100 mm。当铣灰铸铁时，铣刀直径达?250mm。因此，为了满足该机床的实际加工能力与生产情况，在设计其自动换刀装置时，应该根据最大的刀具直径来设计，即设计的换刀装置能交换?250mm的刀具。
初估最大直径刀具的重量为8kgf。
2．3 确定加工中心换刀机械手自动换刀装置的形式
数控机床的自动换刀装置的结构形式多种多样，选择何种形式，主要取决于机床的种
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类、工艺范围以及刀具的种类和数量等。
由于加工中心换刀机械手是一种使用范围较广的机床，且其可加工零件的精度要求也较高，比较上章介绍的几种换刀形式，决定选用带刀库的自动换刀形式。
带刀库的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置，其整过换刀过程比较复杂。首先把加工过程中需要使用的全部刀具安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预调后，按一定的方式装入刀库。换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。存放刀具的刀库可具有较大的容量，它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可以作为独立部件安装在机床以外。
加工中心换刀机械手主轴箱上方没有好的安装位置，安装在机床外又要增加刀具运输时间，降低效率，所以安装在机床侧面最合适，有些部件交错的地方，作适当的调整。因为加工中心换刀机械手外形及其他性能参数等均与JCS—018A数控立式镗铣床相似，所以本机床的自动换刀装置的设计将仿效JCS—018A数控立式镗铣床换刀装置，设计成由由盘式刀库和回转式双臂机械手组成。设计增加自动换刀装置后的加工中心换刀机械手的外观图如图1-1所示。
图1-1 加工中心换刀机械手的外观图
3、刀库的设计
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刀库是带刀库自动换刀装置的主要部件之一，其容量形式、布局及具体结构对数控机床的性能有很大影响。
3．1 确定刀库容量
刀库储存量过大，导致刀库的结构庞大而复杂,影响机床总体布局；储存量过小，则不能满足复杂零件的加工要求。因此，刀库容量应在经济合理的条件下，力图将一组类似的零件所需的全部刀具装入刀库，以缩短每次装刀所需的装调时间。对自动换刀数控机床的刀库容量，有关资料曾对15000个零件进行分组统计，指出不同工序加工时必须的刀具数不同，如图3-1所示。由图可知，铣削90%的加工量由4把铣刀即可完
成。因此，对加工中心换刀机械手，容量为6的刀库就可满足要求了。
3．2确定刀库形式
由以上考虑加工中心换刀机械手的结构布局等原因，决定刀库采用盘形结构，沿刀库主轴轴向安装。这种刀库结构简单且紧凑，但为了换刀时刀具与主轴同向，刀库中的刀具需在换刀位置作90°翻转。
3．3 刀库结构设计
刀库的外形如图3-2所示。圆盘式刀库（图a）由专用的直流伺服电动机1经套筒联轴器2、蜗杆4、蜗轮3，带动刀盘14和盘上的6个刀套13旋转。刀座的滚子11在不旋转的导盘14的槽中受到限位，导盘14在最下端的换刀位置开了一个缺口。刀座以铰链形式与支承板16相连（图b）。平时，由弹簧18将滚子销19压在刀套13的凹槽中，使刀座定位在水平位置。由于主轴是立式的，故应将处于刀库刀盘14最下位置的刀套旋转90°，使刀头朝下。实现这个动作靠气缸5。气缸5的活塞杆6带动拨叉7上升。由A—A剖视图中可以看到，最下面的一个刀套13右尾部的滚子11正好进入拨叉7的缺口。拨叉7上升使刀套连同刀具逆时针旋转90°，滚子销19退出支承板16的凹槽，刀座转到垂直位置，等待机械手换刀。
刀套的构造如图b所示。由图中可以看到锥孔尾部有两个球头销钉17，后有弹簧用以夹住刀具，故当刀套旋转90°后刀具不会下落。刀套顶部的滚子15用以在刀套处于水平位置时支承刀套。当刀具更换完毕，该刀座插入从主轴换下的刀具平头。通过气缸作用，与上述动作相反，刀座带着刀具夹头顺时针转动，直到水平位置为止，此时，滚子销19重新处于支承板16的凹槽中。
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3．4 初估刀库驱动转矩及选定电机
以THK6363型自动换刀数控镗铣床的刀库为设计参考（查参考资料14），采用经念法初估回转所需转矩。
THK6363型自动换刀数控镗铣床的刀库也是采用轴向放置的鼓盘式刀库形式，其容量为36把刀具，最大刀具重达10kgf，刀库回转由最大扭矩为25N·m的液压马达经谐波减速器驱动。现在由于设计的刀库容量为6把刀具，可初估刀库驱动转矩为T0=8N·m。
刀库回转运动多数采用液压马达、直流电动机驱动。由于本刀库的驱动转矩小，且所需转速小，所以决定采用直流伺服电动机驱动。直流伺服电动机具有体积小，重量轻、伺服性好、力能指标高等优点，且该电机可用信号电压进行无级调速。由参考资料11 P1275表查选电动机型号为90SZ03的SZ系列电磁式直流伺服电动机，功率为0.092 kw。
3．5刀库驱动转矩的校核
蜗轮转速n2=5r/min,所能传递的功率为P=0.092?80
954900?0.95=0.07 Kw,此时刀库的驱
动转矩为：T=
N0.07??9549?0.90n5==120.3N·m＞T0=8N·m，其中?=0.9为普通平键
带动刀盘回转的传动效率。所以，刀库驱动转矩满足要求。
3．6确定刀具的选择方式
按数控装置的刀具指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。在刀库中选择刀具通常采用两种方式。
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