1 引言

      隨著科學技術的飛速發展和經濟競爭的日（rì）趨激烈，產品更新（xīn）速度越來越快。形（xíng）狀（zhuàng）複（fù）雜的零件越來越多，對（duì）精度的要求也越來越高。多品種、中小批量的生（shēng）產方式逐漸（jiàn）占據了工業市場（chǎng）。激烈的市場競爭使（shǐ）得產品研發生產周期（qī）逐漸（jiàn）縮短。傳統的加工設備和製造方法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，世界各國十分重視發展能有效解決複雜（zá）、精密、小批多變零件（jiàn）的數控加（jiā）工技術，在加工設備中大量采用（yòng）以微電子技術和計算機技術為基（jī）礎的（de）數控技術［1］。加工中（zhōng）心就是一種這樣應運而（ér）生的（de）數控設備［2］。

      目前我國加（jiā）工中心技（jì）術水平同發達國家相比仍存在巨大差距，本設計力求在刀庫及換刀裝置方（fāng）麵最大限度地改進並（bìng）設計出相對可靠、高效率的刀庫裝（zhuāng）置［3］。

      2 刀（dāo）庫（kù）的綜述

      首先我們要對刀庫進行一次係統（tǒng）的定義。刀庫是儲存加工（gōng）工序所需的各種刀（dāo）具的（de）機構，可以按程序指令，把（bǎ）即將使用（yòng）的刀具迅速、準確地送（sòng）到換刀位置，並接受計算機指令（lìng）將使用過的刀（dāo）具複位（wèi）。因此，刀庫不單（dān）單是儲存（cún）刀具的單一機構，而是能夠按（àn）程序運作的一個精確機構［4］。常見刀庫形式可分為三種：圓盤式刀庫，鏈條式（shì）刀庫以及（jí）鬥（dòu）笠式刀庫，具體對比見表1。

      對於每種刀庫，它們（men）各（gè）自的結構也不同，這裏（lǐ）主要介紹設（shè）計中所選擇的（de）圓盤式刀庫結構（gòu）［5］。傳統圓盤式刀庫通

      常可容（róng）納40 把刀具，由直流伺服電機驅動，通過半聯軸器和蝸杆蝸輪帶動與圓盤相（xiàng）連的軸轉動。圓盤上均布40個刀座和刀套，其（qí）外側邊緣有相應的刀座編碼板，刀庫下（xià）方有固定不（bú）動的刀座號讀取裝置。圓盤轉（zhuǎn）動時，刀座號板依次（cì）經過刀座號讀（dú）取裝置（zhì）。這種刀庫結構比較簡單，總體布局比較（jiào）緊湊，但圓盤直徑（jìng）較大，轉動慣量大，而且刀具離主（zhǔ）軸較（jiào）遠，需使用換（huàn）刀機械手（shǒu）來換（huàn）刀。

      3 刀庫總體結構方案擬定

      設計的機械手在工件一次裝夾後，由數（shù）控係統（tǒng）控製，可連續完成銑、鑽（zuàn）、鉸、擴（kuò）、攻（gōng）絲等多種工（gōng）序加工，故適合於小型板類、盤類、殼體類、模具等零件的加工。具體布局為立柱的中間安裝機械手控製箱，機械手的（de）長度為主軸軸心（xīn）線到刀庫的刀具換刀位置之（zhī）間的距離。換（huàn）刀機械手為單臂雙爪回轉式機械手，大致裝配關係如圖1。各項主要參數（shù）見（jiàn）表2。

      4 刀（dāo）庫的（de）結構設計

      4.1 電（diàn）機的選擇

      根據數控係統常用（yòng）配套電機選擇方式及刀（dāo）庫低扭（niǔ）矩、低轉速等要（yào）求，設計中選取FANUC FB15 直流伺服電動機，輸出（chū）功率1.4kW，最高轉（zhuǎn）速1500r/min，額定轉速757.9r/min。

      4.2 蝸杆蝸輪參數計算（suàn）

      蝸杆蝸輪由於（yú）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（chuán）動比準確，能夠改變（biàn）力矩方向，故在刀庫結構中是最重要的傳動機構。盤式刀庫角速度一般在10°/s～90°/s，驅動電機最高轉速（sù）1500r/min，故其運動傳動比大［6］。在查（chá）閱相（xiàng）關文獻後，確定蝸杆蝸輪相關參（cān）數見表3、表4。蝸杆材料采用綜合機械（xiè）性能較好的45鋼，表麵淬火，蝸輪材料（liào）采用耐磨且強度較高的ZCuAl10Fe3，砂模鑄造；蝸杆通（tōng）常與軸做成一體，有（yǒu）車製和銑製兩（liǎng）種。當（dāng）軸徑小於（yú）蝸杆（gǎn）齒根圓直徑時，采用車削；當軸徑大於蝸杆齒根圓直徑時，采用銑削。故本設計（jì）采用銑削蝸（wō）杆。蝸輪結構采用整體式。蝸（wō）杆與蝸輪分別采用潤滑脂潤滑.

      4.3 刀盤及（jí）刀具夾緊結構設計

      刀盤用於固定刀套，16 個刀套固定在刀盤上，隨著刀盤一起轉動，實（shí）現換刀。故刀盤（pán）在換刀時起著至關重要的（de）作用。假設刀（dāo）套在（zài）圓盤上緊密排列（即刀套間以相切形式排列（liè）），則（zé）刀具中心線夾角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（shí）際上刀套間存在一定的間隙，取間隙大（dà）約為25mm，這時刀（dāo）套中心所在圓的周長變為1607.016mm，此時刀套中心所在（zài）圓的直徑為511.8mm 圓（yuán）整後取525mm。刀（dāo）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435mm,厚30mm。刀盤采用40Cr 材料，調（diào）質（zhì）處（chù）理（lǐ），保證機械性能［8］。

      刀具夾緊彈簧（huáng）用（yòng）於（yú）防止刀具在刀套旋轉至垂直位置的過程中被甩出（chū）。查閱參考文獻，彈簧材料選用60Si2MnA。已知彈簧工作載荷100N，直徑（jìng）2mm，中徑（jìng）12mm，節距4.28mm，工作極（jí）限載荷184.4N。

      5 結論

      本次設計完成了刀（dāo）庫裝置結（jié）構設計，其中采用了常見的（de）圓盤式刀（dāo）庫，以便提高設備的通用性及可更換性。本設計中刀庫針對立式（shì）加工中心設計，故使用（yòng）時需注意。