XKA5032AC数控立式升降台铣床自动换刀装置（刀库式）设计（完整一套设计，有说明书:论文，图纸）

A0图纸 刀库装配图.dwg

A1图纸 机械手.dwg

A2图纸  尺寸联系图.dwg

A2图纸  零件图.dwg

A3图纸 液压控制图.dwg

加工工件图.dwg

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换刀机械手的换刀过程.swf

目  录

设计总说明 I
INTRODUCTION II
1 绪论 1
1.1 数控机床知识 1
1.2 数控铣床的分类 1
1.2.1 数控立式铣床 1
1.2.2 卧式数控铣床 2
1.2.3 立、卧式两用数控铣床 2
1.3 数控铣床的结构特征 2
1.3.1 数控铣床的主轴特征 2
1.3.2 控制机床运动的坐标特征 3
1.4 数控铣床的主要功能及加工对象 3
1.4.1 数控铣床的功能 3
1.4.2 自动换刀装置（ATC）及其形式 3
1.4.3 自动换刀装置应当满足的基本要求 5
2 总体方案的确定 5
2.1 XKA5032A/C数控立式升降台铣床及其主要参数 5
2.1.1 其主要结构特点 6
2.1.2 其主要规格及技术参数 6
2.2 初定其自动换刀装置的设计参数 7
2.3 确定其自动换刀装置的形式 7
3 刀库的设计 8
3.1 确定刀库容量 8
3.2 确定刀库形式 9
3.3 刀库结构设计 9
3.4 初估刀库驱动转矩及选定电机 11
3.4.1 初选电动机与降速传动装置 11
3.4.2 初估刀库驱动转矩 11
3.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 11
3.6 刀库驱动转矩的校核 15
3.7 花键联接的强度计算 15
3.8 夹紧机构插销剪切强度的校核 16
3.9 确定刀具的选择方式 16
3.10 刀库的定位与刀具的松夹 17
4 刀具交换装置的设计 18
4.1 确定换刀机械手形式 18
4.2 换刀机械手的工作原理 19
4.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序 20
4.4 机械手回转轴4上的齿轮齿条设计 21
4.5 自动换刀装置的相关技术要求 22
4.5.1 主轴准停装置 22
4.5.2 换刀机械手的安装与调试 22
4.6 自动换刀程序的编制 22
5 自动换刀装置的控制原理 23
5.1 自动换刀装置的液压系统原理图 23
5.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程 24
6 典型零件的设计 24
6.1 联轴器 24
6.1.1 联轴器的选用 25
6.1.2 联轴器的校核 25
6.2 选择离合器的类型 25
6.3 蜗杆蜗轮传动设计的一些相关技术要求 25
6.4 托架的设计 25
鸣  谢 27
参考文献 29

设计总说明
本论文介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置（刀库式）的设计

.刀库式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。存放刀具的刀库具

有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。因

为XKA5032A/C数控立式升降台铣床外形及其他性能参数等均与THK6363型自动换

刀数控镗铣床相似，所以本机床的自动换刀装置的设计将仿效THK6363型自动换

刀数控镗铣床换刀装置，设计成采用轴向放置的鼓盘式刀库形式和回转式单臂双

手机械手组成。
刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。用

过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。该法不需要

刀具识别装置，驱动控制也比较简单，工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同工

序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就

降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装

在刀库中，将会产生严重的后果。顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具

按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。适

合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。可知数控铣床用

4把刀就可完成大多数的铣削加工。所以这个容量为6把刀的刀库，几乎不存在加

工过程中需要重复利用刀具的情况，所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。
两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠，换刀时间短，缺

点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区

较近。一般来说，这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直，刀库为径

向存取刀具形式的自动换刀装置，因此，在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动

换刀装置中可采用这种机械手形式。

关键词：数控铣床；自动换刀装置；刀库；换刀机械手

INTRODUCTION
This paper introduces the design of the automatic tool changer of the

cutting tools of the  XKA5032A/C vertical numberical column and knee

type milling machine.The automatic tool changer is composed by tool

center and tool change device and it is the most popular automatic

tool changer.The whole change process of the cutters is a bit

complex.The first step is to set the totle needed cutters in standard

cutter handles,and install them in tool center in some means after the

size-adjust outside the machine.When changing the cutter, choose the

right cutter in tool center and then take out the new one from the

tool center the old one from the spindle by robot hand ,then change

thier positions.The tool center for storing cutters has more rooms

which can store six cutters once and designed as circle plate shape

which is installed in the left vertical colume.Since the outline and

the main parameters are similar between the THK6363auto change cuting

edges boring machine and the  XKA5032A/C vertical numberical column

and knee type milling mchine ,the automatic tool changer is some where

similar as the THK6363,and designed as horizontal plate-like tool

center and turning single arm with double hands composing.
Cutters are set in tool center in-order and also with this method when

working.The used cutter is required to set back in it's cutter

rest,also it can be set in the next cutter rest.Working in this way it

does not need any cutter identify device and it will work more stable

and control more easily.But each cutter in tool center could not be

used repeated in different working procedure.It needs more cutters and

tool rooms in order to content the work requirement.Moreover, it

requires more carefullness when installing the cutter,otherwise it

will occur some severe consequence if the cutter does not set into the

tool center in-order.Choose the cutter in-order is to set the required

cutters correctly into tool center according to the craftwork .There

cuold not be any order mistakes.Change the cutter in-order when

working.It is suitable for  light and middle automatic tool changer

which can machine great batch and few kinds of workpiece .As you know

it can easily finish most millings only with the four cutters by

numberical milling machine.With this six cutters it  hardly need to

change the cutter during working process,so the in-order tool changer

is the best choise in this case.
The advantages of the vertical turning single arm with double hands

device are more reliable and swift  when changing the cutter ,on the

other hand it's requirment for accuracy is so high and with complex

structure.The adjusting accuracy is high and the robot hand must near

the work area.Generally,this kind of robot hand is used for the

equipment with it's  axes of cutter handle and the spindle are

vertical and using the radial way to get and store cutters

.Therefor,this kind od robot hand can be used in the  XKA5032A/C

vertical numberical column and knee type milling machine .

KEYWORDS: Numerical control milling machines ；Automatic tool changer

；Tool storage ；Tool changing-manipulator

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