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***********本科生毕业设计(论文)开题报告学生姓名指导教师题目名称题目类型题目的意义、目的：1.1选题背景自动换刀装置(AutomaticToolChanger)主要应用于大型及中型数控加工中心，能够实现连续换刀的功能。工件只需要一次定位，可完成多个表面的加工，提高了整体的加工精度。目前，已成为提高数控机床效率、精度的决定性因素之一。圆盘刀库是自动换刀装置的一种类型，可以使得机床和整个生产线的生产能力得到改善，减少加工过程中的辅助时间，达到机床理想的效率和经济性。因此，圆盘刀库的优化设计，有利于提高加工中心的各项机械性能，有利于增强机械制造生产力。高性能、高精度、高速度和高可靠性是当前数控机床的研究理想化目标，随着数控加工中心的不断发展，对ATC的经济性和可靠性的要求也越来越高。我国的机床发展较晚，与发达国家还有一段距离，提升国产功能部件的产品性能迫在眉睫。因此，应该走装备制造业、自行研发数控机床各组成部件的道路，通过不断探索和研究，多学科、多领域的学习，改善和提高数控系统的各项性能。为了提高数控加工中心的自主化研发能力，应该从基本课题入手，可通过校企合作，理论与实践相结合，不断改进功能部件的精度和可靠性，对国家制造业的发展作出贡献。1.2国内外相关研究现状除了机械手（换刀机构）和动力源，刀库是自动换刀装置最主要的组成部分。加工中心需要将刀具固定在刀库之中，由刀库作为支撑和存储，并由控制系统将要用的刀具准确地送到换刀位置；刀库的主要形式大概有三种，即转塔式刀库、盘式刀库和链式刀库；机械手作为刀具交换的执行器件；动力源则是为刀库和机械手提供动力的机构，主要有两种方式：（1）液压驱动；（2）机械式凸轮联动。美国于1958年研制出来带有刀库的第一台数控机床，从此各国开始不断研究和发展，到上世纪70年代步入了自动换刀的多工序数控机床发展的兴盛时期。直到1983年，有了统一的椎柄标准，自动换刀装置才逐渐走向标准化模式。目前，很多国家为提高加工效率，使得刀库成为不可缺少的配件。这些工业发达的国家在高速加工中心上的竞争与比拼，一些高端的技术便应运而生，而且得到合理化的应用。例如，由奥地利ANGERG公司生产的多主轴自动换刀机床仅需0.4s便可以完成切削及换刀，采用电动机直连驱动单一的刀具，由夹具快速位移来完成换刀，这种换刀系统是目前世界上切屑到切屑换刀时间最短的机床；德国Burkardt公司生产的MC325数控加工中心，采用了凸轮分度的方式，虽然换刀总时间是换位及进给时间总和，但是由该装置实现的切削对切削换刀时间却仅需2秒。为了让数控机床行业向多功能、高效率、高速化、高可靠性的方向发展，以往出现的一些常见故障（机械手动作不到位、掉刀、机械手抓刀不稳、刀库动作不到位等）必须得以解决。同时各企业的不断竞争与发展，以及需求量的不断增长，建立起了刀库生产的健全体系，例如台湾吉辅的产品性能优良、型号多样，达到了世界级的先进水准，其生产的大型链刀库HK100A-240CH，在刀重及容量上都可以与发达国家相媲美。此外其研发的40CV立式刀库，结构简单、可靠性强，实现了刀对刀换刀时间1.41s的突破。为了提高数控加工中心综合性能，对换刀时间的要求也相对较短。直到20世纪80代我国才开始致力于加工中心的研发。20世纪90年代以来，我国大力发展机械制造业，走大国兴起的道路。圆盘刀库作为ATC的核心部件，由于技术力量薄弱，遏制了我国数控加工中心的自主研发和生产。国内自主研发的自动换刀装置虽然也取得了显著的成绩，但是由于各种原因，与欧美、日韩等国家相比，我国的刀库事业还相差甚远。目前，国内相对先进的加工中心，换刀时间可以控制在10s以内；例如华中科技、沈阳机床厂生产的机床可实现5轴联动的功能；大连机床集团生产的数控加工中心最短时间可达2s以内。1.3圆盘刀库的发展趋势及研究意义近年来刀库的发展迅速，在独有的技术领域中发挥出它特有的功能，主要以高精度、高效率、高可靠性及多任务相结合等高指标为方向。刀库的容量、结构，针对不同的机床、使用环境，表现的形式多样，当前刀库的形式主要分为斗笠式刀库、圆盘式刀库、链式刀库三大类。圆盘刀库作为加工中心的核心组成部分之一，其可靠性能水平的优劣直接影响到企业的制造能力。综合国内外研究现状，以及各企业的发展目标，总结刀库会有以下发展趋势：（1）承载能力强、刀库容量大、换刀速度快；（2）刀具质量轻、制造成本低；（3）机床的精密和简易的两极化并存；（4）常规刀库的高速化、轻量化；（5）低碳、环保、智能、安全。圆盘刀库优化设计具有强烈的工程应用背景。通过优化设计的刀库产品可为国内刀库事业的振兴奠定必要的理论基础和技术支撑，BT40-24P圆盘刀库是用于加工中心的一个功能部件，用来完成自动换刀的功能，现代化生产要求效率和自动化程度高，工业的不断发展和科技的不断进步，以及需求量的增加，使得圆盘刀库的结构合理，性能稳定，制造性能好成为刀库占领市场的关键，好的刀库设计有着非常重要的意义。设计（研究）主要内容及方案：1.主要设计内容本课题以BT40-24P圆盘刀库为研究对象,研制出一种新型刀库综合了计算机、控制论、机构学、检测技术、信息和传感技术等多学科而形成的高新技术。经过实体参观，查阅相关资料，依据所学的机械原理、机械设计、力学、材料学、热处理，液压与气压传动、控制工程等专业知识，提出可行的优化方案。本课题综合应用多种先进技术，开发一种结构简单、性能优良且可靠性强的圆盘刀库。据此，设计的主要内容为以下几个方面：（1）通过分析现有BT40-24P圆盘刀库产品，了解各组成部分功能及运动特点，提出可行的优化方案；（2）根据刀柄尺寸设计刀套，以刀具最大中心距确定刀盘的结构；（3）研究刀库的分度机构，设计齿轮分度结构，分析齿轮传动影响因素，设计齿轮的消隙结构；（4）根据换刀速度，刀具重量等条件，进行电动机的选择；（5）设计翻刀机构，缩短抓刀机械手臂，减少换刀过程中的转动惯量，以达到快速换刀的目的；（6）对刀库的整体结构进行优化，以减少刀库零件数量，以达到刀库的轻量化，并要增强其可靠性。2.拟解决的关键技术（1）系统方案优化与结构创新；（2）快速自动换刀技术；（3）刀库的可靠性、经济性。3.预期设计（研究）成果（1）优化BT40-24P圆盘刀库，探索影响刀库工作质量、效率的宏观性规律；（2）设计相应的刀套、刀盘、分度机构、翻刀装置；（3）合理布局各个组成元件，简化刀库结构，达到理想的经济效益；（4）开发一种结构合理，性能稳定，制造性能良好的圆盘刀库。4.设计方案翻刀机构：将整个装置前置，使得刀库整体结构简单，减少了零部件的数量，缩短机械手臂，这样可以减少换刀时间，增强机床以及生产线的效率。气缸的选型依据为刀具重量及行程速度。机械传动：齿轮传动在机械行业应用广泛，有其独有的优点。传动的速度和功率范围很大；传动效率高，一对齿轮可达98%以上；传动比准确；精度越高，效率越高；对中心距的敏感性小，装配和维修比较方便；易于进行精确加工。故选择齿轮传动。碟簧消隙：此种方法最适合斜齿轮传动，将小齿轮制成两个齿数相同的薄齿轮，利用弹簧的压力使两个薄片齿轮产生相对轴向位移，使得两个小薄齿轮的螺旋线产生错位，使得左右两个齿面分别与大齿轮的两个齿面接触，使其具有消除间隙的功能。此种方法要按一个小齿轮的厚度进行校核。整体方案：由伺服电机驱动，通过大小齿轮的啮合，大齿轮与刀盘用螺栓连接，不产生任何相对运动。从而在电机的带动下，满载为24把刀的刀盘就可以实现转动。在气缸的作用下，完成刀具翻转90º的过程，实现换刀的整个过程。通过控制伺服电动机，来实现刀盘的分度。工作进度安排（具体）：(1)理解设计题目，分析机构的整体结构及各组成部分，并绘制机构运动简图3月16日～3月22日(2)设计调研、查阅相关资料和制定优化方案3月23日～3月29日(3)优化刀库各组成部分，绘制零件图和总装图1）设计刀套、绘制刀套零件图，初步确定刀盘结构3月30日～4月05日2）改进刀盘分度机构，设计齿轮代替凸轮分度4月06日～4月19日3）优化翻刀系统，翻刀机构前置，缩短机械手臂，设计各组成元件4月20日～5月17日4）设计刀库整体框架，减少零部件5月18日～5月24日(4)撰写设计说明书，整理附件清单并将说明书装订成册5月25日～5月31日(5)在POWERPOINT下完成毕业设计答辩提纲，准备毕业答辩6月01日～6月05日参考文献[1]李保民．加速发展数控机床功能部件不断提高数控机床技术水平[J]．现代制造技术与装备，2006（6）：1-6.[2]邱焜城．刀库之发展趋势与未来展望［J]．制造技术与机床,2007(4)：113-116.[3]郭永基．可靠性工程原理［M]．北京:清华大学出版社，2002.[4]王志平．数控机床及应用[M]．北京：高等教育出版社，2002.[5]曹秋霞．小型立式加工中心无机械手自动换刀装置的设计[J]．液压与机床,2006(9)：55-57.[6]陈俊龙．数控技术与数控机床[M]．杭州：浙江大学出版社，2007.[7]廉元国，张永洪.加工中心设计与应用[M]．北京：机械工业出版社，1995.[8]周定伍，王建强，周上．弧面凸轮五轴联动数控行星磨削设备应用[J].航空制造技术，2001(增刊).[9]贾亚洲，杨兆军．数控机床可靠性国内外现状与技术发展策略[J]．中国制造业信息化，2008(4)：35-58.[10]陈芳，李继中．圆盘刀库加工中心自动换刀系统控制[J]．机械设计与制造，2010(10)：144-166.指导教师意见：指导教师签名：年月日