摘要以加工中心自动换刀装置中的刀库的设计与控制为背景，根据使用的场合和实际运用的要求，设计了相应的40刀的链式刀库，并且对它的控制进行了一定的研究。
论文首先对40刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就刀库的结构设计与控制分节对各个部分进行计算与设计。
刀库的机构设计是研究的重点，传动部分为蜗杆蜗轮的减速装置，控制部分为刀库送刀机构，由PLC控制刀库的正反转。
关键词：加工中心，刀库，蜗杆蜗轮， PLC。
AbstractTake the machining center automatically trades in the knife installment the Tool magazine design and the control as a background, according to the use situation and the actual utilization's request, has designed the corresponding forty tool's chain Tool magazine, and has conducted certain research to its control.The paper first carries on the elaboration to forty Tool magazine overall project design, elaborated that its various parts' principle of work, is divided the chapter on the Tool magazine 's structural design and the control to carry on the computation and the design to each part.The Tool magazine's organization design is the research key point, the transmission part for the worm bearing adjuster worm gear's decelerating device, the control section delivers the knife organization for the Tool magazine, controls the Tool magazine by PLC the reverse.Key words: Machining center, Tool magazine , worm bearing adjuster worm gear, PLC.目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 加工中心简介 (1)1.2.1 加工中心的发展简史 (1)1.2.2 加工中心的结构组成 (2)1.2.3 加工中心的分类 (4)1.2.4 加工中心的主要优点 (5)1.2.5 加工中心的发展趋势 (6)1.3 刀库 (7)1.3.1 刀库简介 (7)1.3.2 刀库的类型 (8)1.3.3方案的分析论证及确定 (12)2 刀库驱动电机的选定 (15)2.1 刀套线速度 (15)2.2 链轮参数确定 (15)2.3 根据负载转矩选电机 (16)2.4 传动比分配 (18)2.4.1 各轴转速 (18)2.4.2 各轴功率 (18)2.4.3 各轴转矩 (18)3 刀库传动方式 (20)3.1 刀库传动方式设计 (20)3.1.1 蜗杆蜗轮传动 (20)3.1.2 链传动 (29)4 轴的设计 (32)4.1 轴材料选定 (32)4.2 蜗杆轴设计 (32)4.2.1 初步估算轴的最小直径 (32)4. 2.2 联轴器选定 (33)4.2.3 确定轴承类型 (33)4.2.4 初步估算蜗杆轴各段尺寸 (33)4.2.5 蜗杆轴校核 (34)4.3 蜗轮轴校核 (30)4.3.1 初步估算轴的最小直径 (38)4.3.2 初步估算蜗轮轴各段的尺寸 (38)4.3.3 蜗轮轴校核 (38)4.4 键的校核 (42)5 轴承校核 (44)5.1 蜗杆轴承校核 (44)5.2 蜗轮轴承校核 (44)6 刀库控制系统 (46)6.1 刀具的选择方式 (46)6.1.1 顺序选择 (46)6.1.2任意选择 (46)6.2刀具识别装置 (47)6.3刀库控制系统设计 (48)7 其它零部件设计 (51)8 结论 (53)致谢 (54)参考文献 (55)一绪论本首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。
1.1引言1952年世界上出现了一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。
1958年一台加工中心问世，它将多工序（铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功能（自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化程度和加工效率上了一个新台阶；使无人化（或长时间无人操作）加工成为现实。
90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，数控加工中心在制造业得到越来越广泛的应用。
目前国内企业生产制造的加工中心主要是面向生产领域，其结构复杂、精度高、封闭性强，价格昂贵。
加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。
加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。
1.2加工中心简介1.2.1加工中心的发展简史1952年世界上出现一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。
它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。
它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因为有更高的自动化程度和加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工70%~80%的状况。
数控机床能实现两坐标以上联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得多。
1958年一台加工中心在美国卡尼、特雷克（Kearney&Trecker）公司问世。
现代加工中心的内容是什么？一，它是在数控镗床或数控铣床的基础上增加自动换刀装置，可使工件在一次装卡中，能够自动更换刀具，自动完成工件上的铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等工序的数控机床。
二，加工中心上如果带有自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱，可使工件在一次装卡中，自动完成多个平面和多个角度位置的多工序加工。
三，加工中心上如果带有交换工作台，工件在工作位置的工作台上进行加工的同时，另外的工件在装卸位置的工作台上进行装卸，不影响加工的进行。
由上述可知，加工重心在加工的柔性、自动化程度和加工效率上，在一般数控机床的基础上又上了一个新的台阶，又是一次新的变革。
加工中心的定义是什么？目前世界上并无标准定义，但目前普遍认为是指：在工件一次装卡中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。
更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。
这就把加工中心与自动换刀数控车床或车削中心区别开来。
1.2.2加工中心的结构组成加工中心的组成随机床的类别、功能、参数的不同而有所区别。
机床本身分基本部件和选择部件，数控系统有基本功能和选用功能，机床参数有主参数和其它参数。
机床制造厂可根据用户提出的要求进行生产，但在同类机床的基本功能和部件组成一般差别不大。
从总体上看，加工中心基本上由以下几大部分组成。
㈠基础部件主要由床身、立柱和工作台等大件组成。
它们是加工中心的基础结构，要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须是刚度很高的部件。
这些大件可以是铸铁件也可以是焊接的刚结构件，是加工中心中重量和体积最大的部件。
㈡主轴系统主要由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。
主轴的启动、停止和变转速等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。
主轴系统是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大的影响。
㈢数控系统主要由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成，它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。
㈣自动换刀系统主要由刀库、自动换刀装置等部件组成。
刀库是存放加工过程所要使用的全部刀具的装置。
当需要换刀时，根据数控系统的指令，由机械手（或通过别的方式）将刀具从刀库取出装入主轴孔中。
刀库有盘式、链式和鼓式等多种形式，容量从几把到几百把。
机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置几结构的不同也有多种形式。
如单臂式、双臂式。
回转式和轨道式等等。
有的加工中心利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。
㈤辅助系统包括润滑、冷却、排屑防护、液压和随机检测系统等部分。
辅助系统虽不直接参与切削运动。
但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。
另外，为进一步缩短非切削时间，有的加工中心还配备了自动托盘交换系统。
例如，配有两个自动交换工件托盘的加工中心，一个安装工件在工作台上加工，另一个则位于工作台外进行工件的装卸。
当完成一个托盘上工件的加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可以减少辅助时间，提高加工效率。
1.2.3 加工中心的分类按照加工中心形态不同进行分类，可分为立式、卧式和五坐标加工中心。
㈠ 立式加工中心（如图1-1） 立式加工中心的主轴轴心线为垂直状态配置，结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，适合加工小型板类、盘类、壳体类零件。
㈡卧式加工中心（如图1-2） 卧式加工中心是指主轴轴线为水平状态设置的加工中心，通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。
卧式加工中心一般具有3~5个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标(沿X 、Y 、Z 轴方向)加一个回转运动坐标(回转工作台)，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合箱体类工件的加图1-1 立式加工中心工。
㈢五坐标加工中心五坐标加工中心兼具立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工，因此也叫五面加工中心。
常见的五坐标加工中心有两种结构形式，一种是主轴可以90︒旋转，另一种是工作台可以90︒旋转。