1. 研究目的与意义
设计的具体目的：
1、通过这次设计，把大学所学的专业知识资源整合，运用有关知识解决实际问题；
2、通过查阅大量文献，培养研究习惯，树立严谨的态度，创造有价值的设计；
2. 国内外研究现状分析
着机械加工业的发展，制造行业对于带有自动换刀系统的高效高性能加工中心的需求量越来越大。在现有的各种类型的加工中心中，传统结构的自动换刀系统的造价在机床整机造价中总是占着很大比重，这是加工中心价格居高不下、应用不普遍的重要原因。如果把自动换刀系统的设计制造从现有加工中心的制造模式中分离出来，把它作为加工中心的标准件或附件组织专门化的生产，同时由于该项技术的应用简化了机床主轴结构、采用弹簧夹头和外驱动机械手等关键技术、采用圆柱柄刀具和辅具，这不仅使数控机床工作性能有所提高，而且使得由它配套构成的加工中心的总体造价大幅度下降。低造价高性能的加工中心将会被中小厂广泛接收，这样必将给自动换刀系统生产厂商和加工中心制造厂商带来巨大的经济效益选择。
从换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国ibm公司同期也研制成功了apt(刀具程序控制装置)。1958年美国kt公司研制出带atc(自动刀具交换装置)的加工中心。1967年出现了fms(柔性制造系统)。1978年以后，加工中心迅速发展，带有atc装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。在这种模式中，机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放松刀柄的动作。利用这种机构夹持刀具进行数控加工的最大问题是，它不能同时获得高的夹持刚度和刀具振摆精度，而且主轴结构复杂，主轴轴向尺寸过大，加上它的液压驱动装置及刀具辅具锥柄的制造成本，使得自动换刀系统的造价在机床整机中占有较大的比重。据有关资料介绍，在刀具采用锥柄夹头、侧压夹头以及弹簧夹头夹紧性能的对比实验中，采用弹簧夹头夹持刀具是唯一可同时获得高的夹持刚度和振摆精度的理想元件。采用这种夹持元件，刀具或刀具辅具可作成圆柱柄，其制造成本低，精度易保证，这对大容量刀库降低刀具辅具的制造成本，意义更为显著。在现代数控机床上亦有采用弹簧夹头作为刀具的夹持元件，但机床的主轴结构、驱动方式仍然采用与上述锥柄刀具完全相同的结构形式。采用这种结构模式，在实际数控加工中，尤其是在需要超高速主轴、主轴的径向、轴向尺寸都很小、没有足够的换刀空间的微细加工场合中实现自动换刀将会是很困难的，如果实施自动换刀那将使机床成本大幅度提高。如在cnc控制磨削球面铣刀的数控磨削机床上，直接由高速电机驱动主轴，使用小直径盘形砂轮和指形砂轮加工球面铣刀，换刀空间很小，在这种条件下，将难以实现自动换刀。国外最新研制的内圆磨床上采用的弹簧夹头自动换刀装置售价昂贵。
因此我们必须深入广泛的开展科学研究和技术革命，把学习外国的先进技术和自己的创新结合起来，迅速提高我国机械制造装备产品的技术水平和市场竞争力。
3. 研究的基本内容与计划
采用模块化结构设计、pro/e绘制的方法，进行数控加工中心换刀机构设计。需要研究的内容有：
1．提高换刀速度：
利用新开发的加工中心的主轴部件可作6自由度高速运动这一特点，让主轴直接参与换刀过程，不仅可使刀库配置位置灵活，而且可减少刀库运动的自由度，显著简化刀库和换刀装置的结构。蜗杆可采用螺距渐厚式，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。
4. 研究创新点
本论文特色与创新如下：
随着机械加工行业的飞速发展，制造行业对于带自动换刀机构的立式铣床要求也越来越高，需要高效高性能加工。其次，传统结构的自动换刀系统造价太高，在机床整机造价中仍占很大比重。如果把自动换刀系统从整机中分离出来，组织专门化生产，这样就能使造价降低，同时性能也得以提高。
（1）提高换刀速度的主要技术方法，适合于数控铣床的快速自动换刀技术主要有以下几个方面：
