数控车床自动换刀装置的设计
机械工程学院专业课程设计说明书
机械工程学院
专业课课程设计说明书
设计题目：数控车床自动换刀装置的设计
专业：专业设计制造
班级：
姓名：学号
指导教师：
2012年12 月30 日
目录
第1章数控机床的产生 (5)
第2章数控机床的发展 (6)
2.1 数控系统的发展 (6)
2.2 机床的发展趋势 (6)
第3章绪论
3.1 概述 (8)
3.1.1 四刀位数控车床,换刀的故障现象 (8)
3.1.2 六刀位数控车床换刀的故障现象 (8)
3.2 稳压电源故障 (8)
3.3 系统程序锁故障 (9)
3.4 结束语 (9)
第4章诊断
4.1数控机床的故障诊断技术 (9)
4.1.1数控系统自诊断 (9)
4.1.2在线诊断和离线 (10)
4.2数控机床故障的实用诊断方法诊断 (10)
4.2.1诊断常用的仪器、仪表及工具万用表-可测电阻、交、直流电压、电流 (11)
4.2.2诊断技术资料 (11)
4.2.3故障处理 (11)
4.2.4数控系统故障诊断方法 (11)
4.2.5故障诊断应遵循的原则 (11)
4.3数控机床故障的类型与特点 (12)
第5章维护
5.1主传动链的维护 (13)
5.2刀库及换刀装置的维护 (13)
5.3液压系统的维护 (14)
参考文献 (14)
第1章数控机床的产生
在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10～100件）约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。
为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。
根据国家标准ＧＢ／Ｔ８１２９－１９９７，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerical ，缩写ＣＮＣ）。
数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。
第2章数控机床的发展
2.1 数控系统的发展
从１９５２年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控ＰＣ机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称ＮＣ系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称ＣＮＣ系统。2.2 机床的发展趋势
数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。
2.2.1 工序集中
20世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。
目前，加工中心机床的刀具库容量可达到100多把刀具，自动换刀装置的换刀时间仅需0.5～2秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。
2.2.2 高速、高效、高精度
高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发展也就更为突出。
2.2.3 方便使用
数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。
1）加工编程方便
手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，
开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能，CAD/CAM的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件，投资较大，学习、掌握时间较长，对大多数的简单工件很不经济。近年来，发展起来的图形交互式编程系统（WOP，又称面向车间编程），很受用户欢迎。这种编程方式不使用G、M代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。2）使用方法
数控机床普遍采用彩色CRT进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。
第3章绪论
3.1 概述
数控车换刀一般的过程是:换刀电机接到换刀信号后,通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转,由霍尔元件发出刀位信号,数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀换到位后,电机反转缩紧刀架。在我维修数控车的过程中遇到了以下几个故障现象。
3.1.1一台四刀位数控车床,发生一号刀位找不到,其它刀位能正常换刀的故障现象
故障分析:由于只有一号刀找不到刀位,可以排除机械传动方面的问题,确定就是电气方面的故障。可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题,导致该刀位信号不能输送给PLC。对照电路图利用万用表检查后发现:1号刀位霍尔元件的24V供电正常,GND线路为正常,T1信号线正常。因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。
解决办法:更换新的霍尔元件后故障排除,一号刀正常找到。
3.1.2一台六刀位数控车床,换刀时所有刀位都找不到,刀架旋转数周后停止,并且数控系统显示换刀报警:换刀超时或没有信号输入故障分析查找:对于该故障,仍可以排除机械故障,归咎于电气故障所致。产生该故障的电气原因有以下几种:
1.磁性元件脱落;
2.六个霍尔元件同时全部损坏;
3.霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。
其中以第三种原因可能性最大。因此找来电路图,利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。结果发现:刀架检测线路端子排上的24V供电电压为0V,其它线路均正常。以该线为线索沿线查找,发现从电气柜引出的24V线头脱落,接上后仍无反应。由此判断应该是该线断线造成故障。
解决办法:利用同规格导线替代断线后,故障排除。
3.2、稳压电源故障
机床在运行时机床照明灯突然不亮,机床操作面板灯也不亮,系统电源正常,
同时系统急停报警,和主轴无信号警。关机后重新上电故障依旧。
故障分析检查:经询问当时操作人员,没有违规操作,排除人为原因,也可以排除机械原因,应该是电气故障引起。该机床的电器原理图显示,这些失电区域都和24V有关,并且该机床拥有两个稳压电源,一个是I/O接口电源,另一个为系统电源。失电区域都与I/O接口有关,于是打开电气柜观察发现I/O接口稳压电源指示灯未能点亮,说明该电源未能正常工作或损坏。由稳压电源的工作原理知道,稳压电源有电流短路和过载保护的功能,当电源短路或过载时自动关断电源输出,以保护电源电路不被损坏。于是试着把电源的输出负载线路拆下来,结果发现重新上电后电源指示灯亮了。这说明电源本身没有损坏。通过分析得知该电源为I/O接口电源,负载不大,也不会出现过载现象,应该是输出回路中有短路故障。沿着输出线号进行检查发现有一根24V+输出线接头从绝缘胶布中露出并接触到机床床体。原因很明显:由于该线与机床发生对地短路,造成该稳压电源处于自我保护状态,使得操作面板和一些I/O接口继电器供电停止,导致发生以上故障。至于变频器报警可能24V信号不能到位发出报警。
解决办法:用绝缘胶布把接头处重新包好,重新上电开机所有故障解决,报警解除照明灯也亮了。
3.3 系统程序锁故障
一台数控车,配有FANUC-0i-mate系统,无法输入对刀值等参数,不能编辑程序,并伴有报警。
故障分析检查:对此现象首先想到了程序保护开关,通过对比正常的系统发现:与系统锁住时现象一样。所以怀疑系统锁开关坏了,但经过短接,仍不能解决问题。通过观察故障系统的梯形图发现X56输入点无信号输入,说明这条输入线路断路。沿着这条线号利用万用表检查,发现在操作面板后面选轴开关接头处线头脱落,导致线路无法输入信号,使PLC逻辑关系不正确,才出现以上故障。
解决办法:用烙铁焊锡把脱落的线头重新焊接好,报警解除,参数输入正常,故障消失。
3.4 结束语
以上维修案例,可作为类似故障的排除参考。一般地,对于任何故障,首先是根据现象,根据原理来判断故障点,分析每一个可能性,如一个开关,一个线接头,一个螺钉都会是都会是故障原因,参照之前的操作、维修历史进行分析,能有利于缩小查找范围,有利于提高维修的效率。
第4章诊断
4.1数控机床的故障诊断技术
4.1.1数控系统自诊断
开机自诊断数控系统在通电开机后，都要运行开机自诊断程序，对系统中关键的硬件和控制软件进行检测，并将检测结果在CRT上显示出来。运行自诊断运行自诊断是数控系统正常工作时，运行内部诊断程序，对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检查，并显示有关状态信息和故障信息。
4.1.2在线诊断和离线诊断
在线诊断是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输入输出和其他外部装置进行自检，并显示状态信息、故障信息。脱机诊断当数控系统出现故障时，需要停机进行检查，这就是脱机诊断。脱机诊断的目的是修复系统的错误和定位故障，将故障定位在最小的范围。
远程诊断实现远程诊断的数控系统，必须具备计算机网络功能。因此，远程诊断是近几年发展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障。
4.2数控机床故障的实用诊断方法
4.2.1诊断常用的仪器、仪表及工具万用表-可测电阻、交、直流电压、电流
相序表-可检测直流驱动装置输入电流的相序。转速表-可测量伺服电动机的转速，是检查伺服调速系统的重要依据。钳形电流表-可不断线检测电流。测振仪-是振动检测中最常用、最基本的仪器。短路追踪仪-可检测电气维修中经常碰到
的短路故障现象。逻辑测试笔-可测量数字电路的脉冲、电平。IC测试仪-用于数控系统集成电路元件的检测和筛选。工具-弹头钩形扳手、拉锥度平键工具、弹性手锤、拉卸工具等。
4.2.2诊断用技术资料
主要有：数控机床电气说明书，电气控制原理图，电气连接图，参数表， PLC 程序，编程手册，数控系统安装与维修手册，伺服驱动系统使用说明书等。数控机床的技术资料非常重要，必须参照机床实物认真仔细地阅读。一旦机床发生故障，在进行分析的同时查阅相关资料。
4.2.3故障处理
故障软故障-由调整、参数设置或操作不当引起硬故障-由数控机床(控制、检测、驱动、液气、机械装置)的硬件失效引起。故障处理对策除非出现影响设备或人身安全的紧急情况，不要立即切断机床的电源，应保持故障现场。从机床外观、CRT显示的内容、主板或驱动装置报警灯等方面进行检查。可按系统复位键，观察系统的变化，报警是否消失。如消失，说明是随机性故障或是由操作错误引起的。如不能消失，把可能引起该故障的原因罗列出来，进行综合分析、判断，必要时进行一些检测或试验，达到确诊故障的目的。
4.2.4数控系统故障诊断方法
直观法(望闻问切)：问-机床的故障现象、加工状况等看-CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等听-异常声响闻-电气元件焦糊味及其它异味摸-发热、振动、接触不良等。参数检查法：参数通常是存放在RAM 中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。隔离法：一些故障，难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成的，常采用隔离法。同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板，或将功能相同的模板或单元相互交换。功能程序测试法：将G、M、S、T、功能的全部指令编写一些小程序，在诊断故障时运行这些程序，即可判断功能的缺失。
4.2.5故障诊断应遵循的原则
第一，先外部后内部数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则，由外向内逐一进行检查排除。
第二，先机械后电气首先检查机械是否正常，行程开关是否灵活，气动液压部分是否正常等，在故障检修之前，首先注意排除机械的故障。
第三，先静后动维修人员本身要做到先静后动。首先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，查阅机床说明书、图纸资料，进行分析后，才可动手查找和处理故障。数控机床是现代化企业进行生产的一种重要物质基础，是完成生产过程的重要技术手段，强化管理是关键，“防”与“治”的结合是解决数控机床“使用难、维修难”的唯一途径。
4.3数控机床故障的类型与特点
数控机床的故障是指机床不能完成预定功能的事件或状态称为故障，即丧失完成规定的功能，按故障引起的结果可分为致命性故障和非致命性故障，前者会使产品不能完成规定任务可导致人或物的重大损失，最终使任务失败；后者不影响任务完成，但会导致非计划的维修。按故障的统计特性又可分为独立故障和从属故障。前者是指不是由于另一产品故障引起的故障，后者是由另一产品故障引起的故障。按照数控机床故障频率的高低又可分为早期故障、偶然故障和耗损故障。
如图所示，早期故障是指机床使用初期，由于设计或生产等原因引起的故障，在这段时间内，机械处于磨合阶段，机械零件或电子元器件经受不了初期的考验而损坏。所以故障发生的频率相对来讲要高一些。偶然故障是指机床投入使用一段时间后，产品的故障率降到较低的水平，但基本上处于平衡状态，此时，可以认为故障率为常数，这个时期，机床的故障主要是由偶然因素引起的偶然故障，是机床的主要使用期，一般为7～10年。耗损故障是
通过事前检测或监测可预测到的故障，是由于机床的规定随时间增加而逐渐衰退引起的，耗损故障可以通过预防维修，防止故障发生，延长使用寿命，或在将到耗损期前及时更新以保证机床的使用寿命。
数控机床故障的特点：数控机床一般由数控系统，包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。
数控机床的复杂性使其故障具有复杂性和特殊性，引起数控机床故障的因素有很多，不能只看故障的现象，要透过现象去检查引起故障的综合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法给予排除。
第5章维护
5.1主传动链的维护
1)熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数，严禁超性能使用
2)主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障。
3)操作者应注意观察主轴箱温度，检查主轴恒温邮箱，调节温度范围使油量充足。
4)使用带传动的主轴系统，需定期观察调整驱动皮带的松紧程度，防止因皮带打滑造成的丢转现象。
5)对由液压系统平衡主轴箱重量的平衡系统，需定期观察液压系统的压力表，当油压低于要求值时，要进行补油。
6)使用液压拔叉变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。
7)使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。
8)注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁，防止对主轴的机械碰撞。
9)每年对主轴润滑恒温邮箱中的润滑油更换一次，并清洗过滤器。
10)每年清理润滑油池底一次，并更换液压泵滤油器。
11)每天检查主轴润滑恒温油箱，使其油量充足，工作正常。
12)防止各种杂质进入润滑油箱，保持油液清洁。
13)经常检查轴端及各处密封情况，防止润滑油液的泄露。
14)刀具夹紧装置长时间使用后，会使活塞杆和拉杆的间隙加大，造成拉杆位移量减少，使碟形弹簧的张闭伸缩量不够，影响刀具的夹紧，故需要及时调整液压缸活塞的位移量。
15)经常检查压缩空气气压，并调整到标准要求值。足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。
5.2刀库及换刀装置的维护
加工中心刀库及自动换刀装置的故障表现有：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳和机械手运动误差过大等。这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作，机械维护修人员对此要有足够的重视。
5.2.1刀库与换刀机械手的维护要点
严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。
采用顺序选刀方式时必须注意刀具放置在刀库上的顺序要正确。采用其他选刀方式时也要注意所换刀具号是否与所卸刀具一致，防止因换错刀而导致事故发生。
用手动方式往刀库上装刀时，要确保刀具安装到位、牢靠。检查刀座上的锁紧是否可靠。
经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作。
要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。
开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否正常。刀具在机械手上的锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。
5.3液压系统的维护
5.3.1液压系统的维护要点
1.控制油液污染、保持油液清洁时确保液压系统正常工作的重要措施。
2.控制液压系统中油液的温升是减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环
节。
3.控制液压系统泄漏极为重要，因为泄漏和吸空气是液压系统常见的故障。
4.防止液压系统振动与噪声。
5.严格执行日常点检制度。
6.严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度。
参考文献
[1]FANUC-0i-mate使用说明书.
[2]机床数控车床电器说明书.
[3]数控GSK980T使用说明书.
[4]沈阳机床集团数控车床电器说明书.
[5]王侃夫.数控机床故障诊断及维护.机械工业出版社.
[6]任建平.现代数控机床故障诊断及维修.北京:国防工业出版社
[7]夏庆观.数控机床诊断与维修.北京:高等教育出版社
数控机床的自动换刀装置设计
第六章 数控机床的自动换刀装置第一节自动换刀装置的形式数控机床 为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。 在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。其基本类型有以下几种。 一、转刀架换刀回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为 0.001～0.005mm）。 一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧141 等。回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。 图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。 转位刀架 刀架内装信号盘上齿盘销钉端齿盘定位开电动机合下齿盘销钉n螺母弹簧安全离合器蜗轮副(a)(b) 刀架 凸轮凸轮拔爪棘爪上齿盘下齿盘电动机液压缸棘轮摆动阀芯(c)(e)(d)回转刀架的类型及其工作原理图6-1 图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。 图6-1c)所示为凸台棘爪式刀架，蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转90o，然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。 图6-1d)所示为电磁式刀架，它利用了一个有10kN左右拉紧力的线圈使刀架定 位锁定。 142
数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围
数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围见表1。 表1 自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 1．自动回转刀架 自动回转刀架是数控车床上使用的一种简单的自动换刀装置，有四方刀架和六角刀架等多种形式，回转刀架上分别安装有四把、六把或更多的刀具，并按数控指令进行换刀。回转刀架又有立式和卧式两种，立式回转刀架的回转轴与机床主轴成垂直布置，结构比较简单，经济型数控车床多采用这种刀架。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减少刀架在切削力作用下的变形，提高加工精度。回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转
位之后具有较高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。图1所示为螺旋升降式四方刀架，它的换刀过程如下： （1）刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，电机22正转，并经联轴套16、轴17，由滑键（或花键）带动蜗杆18、蜗轮2、轴1、轴套10转动。轴套10的外圆上有两处凸起，可在套筒9内孔中的螺旋槽内滑动，从而举起与套筒9相连的刀架8及上端齿盘6，使6与下端齿盘5分开，完成刀架抬起动作。 图1 立式四方刀架结构 1，17—轴；2—蜗轮；3—刀座；4—密封圈；5，6—齿盘；7—压盖；8—刀架；9，20—套简；10—轴套；11—垫圈；12—螺母；13—销；14—底盘；15—轴承；16—联轴套；18—蜗杆；19—微动开关；21—压缩弹簧；22—电机
加工中心自动换刀装置的设计
加工中心自动换刀装置的设计 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 加工中心自动换刀系统 1前言 随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业中起着愈来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加[1]工。 人们一直寻求各种方式，提高加工中心的加工效率。如提高进给与移动速度、提高主轴转速、加大主轴电机功率、加大切削用量、采用高质量刀具等。在高节拍多次换刀的加工过程中，缩短换刀时间，可大大提高生产效率。国内外加工中心生产厂家都投入大量的资金和精力，研制自动换刀装置，以缩短换刀时间，提高工作效率和竞争力。自动换刀装置是专门为大中型加工中心配套，实现其刀具储备及自动交换功能的重要功能部件，是高档加工中心和重型加工中心的重要组成部分。其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率，降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。自动换刀装置的换刀速度和可 [2]靠性，是数控机床系统先进与否的一个重要标志。 2、自动换刀系统的组成 [2,3,5]自动换刀系统一般由刀库、机械手和驱动装置组成。 一般来说，刀库容量可大可小，其装刀数量在20,180把之间。刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。 当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀
臂，总称为机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。 [4]驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。 2.1 刀库 目前，国内外采用的数控机床刀库主要分为:转塔式、圆盘式、链式刀库等形式。 转塔式刀库，包括水平转塔头和垂直转塔头两种，所有刀具固定在同一转塔上，无换刀臂，储刀数量有限，通常为6—8把。一般仅用于轻便而简单的机型，常见于车削中心和钻削中心。 圆盘式刀库呈盘状，刀具沿盘面垂直排列(包括径向取刀和轴向取刀)、沿盘面径向排列或成锐角形式的刀库，结构简单、紧凑，应用较多，但刀具单环排列，空间利用率低。若增加刀库容量，必须使刀库的外径增大，那么转动惯量也相应增大，选刀运动时间长。双盘式结构，是两个较小容量的刀库分置于主轴两侧，[5,7]布局较紧凑，储刀数量也相应增大，适用于中小型加工中心。 链式刀库，包括单环链和多环链，链环形式可有多种变化，适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小。一般适用于刀具数在30—120把。仅增加链条长度即可增加刀具数，也可以把多个刀库按并联或串联的方式排列起来，既可使刀库容量加
加工中心自动换刀装置结构设计
加工中心自动换刀装置结构设计 [摘要] 本论文完成的是立式加工中心盘式刀库的传动设计、结构设计以及机械手部分的传动设计、结构设计。盘式刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，总体结构简单、紧凑，定位精度高。刀库传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。刀库满载装刀16把，采用单环排列方式放置。本次设计中的机械手采用单臂双手式机械手，可以同时完成插刀和拔刀动作，结构简单，换刀时间短。机械手传动部分采用一个液压升降缸和液压回转缸带动花键轴，进而带动机械手的运动。 [关键词] 立式加工中心；盘式刀库；机械手；自动换刀装置 Automatic tool changer structural design of machining centers
Abstract what finished in this paper is drive design, structural design and the power transmission parts design of disc tool magazine in vertical machining center. This tool magazine is widely applied in NC machining center. And the process of changing tools is simple, short change time , high precision, simple and compact of structure, reliable, easy maintenanced and low cost. The transmission part of this tool magazine adopts gear reducer. The design of worm gearbox device can improve the stationarity of output shaft, namely, increasing the operation stability and smooth transmission properties of tool magazine.Transmission device of tool magazine adopts a adjusting sleeve to eliminate the transmission clearance of worm.This tool magazine can load 16 cutting tools which are arranged with monocylic and according to the principle of nearby to choose the right tool. The manipulator of this design is the manipulator with one arm and pair of hands.The advantage of this manipulator is that it can complete the action of inserting tool and pulling out the tool at the same time,simple structure and short change time. Mechanical transmission part adopts a hydraulic lift cylinder and hydraulic cylinder drives the spline shaft rotation, thus drive the motion of the manipulator. Key words V ertical machining center; Disc tool magazine; Manipulator; Automatic Tool Changer
加工中心自动换刀
要 本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。第一，了解数控加工中心的分类，其按换刀形式的分类以及加工中心刀库的形式；然后根据给定的参数进行刀库类型的选择以及电动机的确定；接着对刀库的转位定位机构进行了设计；最后是对于控制系统进行了简单设计。 关键字：加工中心，换刀系统，刀库，PLC。
目录 1绪论 (3) 2.刀库的总体设计方案 (5) 课程设计的任务及要求 (5) 刀库的类型选择 (5) 3.电机的选择 (6) 电机的选型及相关参数 (6) 各部分转动惯量的计算 (7) 预选电机 (7) 电机的校核 (8) 4.机械系统的设计 (8) 刀库转动定位机构的设计 (8) 滚动轴承的选择计算 (10) 轴的校核计算 (11) 键的设计计算 (12) 5.控制系统的设计 (12) 刀库的换刀动作如下： (13) 利用PLC实现随机换刀 (14) 参考文献 (17)
1绪论 在现代数控机床中，加工中心(MC-Machining Center)能进行自动换刀、自动更换工件，实行平面、任意曲面、孔、螺纹等加工，成为一种独特的多功能高精、高效、高自动化的机床，并迅速向高速化、复合化、环保化、五轴联动等方向发展，己成为当今国际机床展上最大的亮点。 加工中心特别适合于箱体、框架、叶片等特殊复杂零件的柔性高效加工，能减省一些普通铣床、钻床、键床，提高加工精度和效率，减少转换时间，降低生产成本。 在当今机械工业中，产品不断向个性化、精密化、小批量发展，世界对MC的市场需求在不断增多。特别是在要求适量柔性、大批高效生产的汽车工业、单件、小批重切、快速生产的航空、模具工业以至IT高精尖工业中，MC已逐渐成为重要的高效性机种。 1996年国产加工中心与进口加工中心的台数比，仅为百分之几，到2005年逐步增长到%。2005年与2000年相比，进口的加工中心数量增加倍。加工中心需求猛增的主要原 因，大致有三:(l)整个机械工业原有工艺装备结构陈旧、性能落后，呈“三多三少”(手动的多、自动的少;粗加工的多、精加工的少;低效的多、高效的少)，函需大量更新。能源、交通、冶金、发电、工程机械、造船、模具、IT各业均需购置大、中、小各种Mc，量大面广;(2)汽车工业迅速发展，2002-2004年汽车产量分别为325、444、507万辆，发动机缸体、缸盖、变速箱及各种汽车零部件加工，均需 h L =86750 (h) 验算结果：合格。
机床自动换刀装置
第一章、刀架和自动换刀装置设计 一、机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求 (一) 机床刀架和自动换刀装置的功能 机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架、转塔车床的转塔刀架、回轮式转塔车床的回轮刀架、自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量存储刀具静自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。 (二) 机床刀架和自动换刀装置的类型 按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架。例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等；按驱动刀架转位的动力可分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架。 自动换刀装置的刀库和换刀机械手，驱动都是采用电气或液压自动实现。目前自动换刀装置主要用在加工中心和车削中心上，但在数控磨床上自动更换砂轮，电加工机床上自动更换电极，以及数控冲床上自动更换模
具等，也日渐增多。 数控车床的自动 换刀装置主要采用回转 刀盘，刀盘上安装8～ 12把刀。有的数控车床 采用两个刀盘，实行四 坐标控制，少数数控车 床也具有刀库形式的自 动换刀装置。图3—122a 是一个刀架上的回转 盘，刀具与主轴中心平 行安装，回转刀盘既有 回转运动又有纵向进给 运动(S纵)和横向进给 运动(S横)。固3—122b 为刀盘中心线相对于主 轴中心线倾斜的回转刀 盘，刀盘上有6～8个刀 位，每个刀位上可装两把刀具，分别加工外圆和内孔。图3—122c装有两个刀盘的数控车床，刀盘1的回转中心与主轴中心线平线，用于加工外圆l刀盘2的回转中心线与主轴中心线垂直，用以加工内表面。图3—122d 安装有刀库的数控车床，刀库可以是回转式或链式，通过机械手交换刀具。
毕业设计：盘式刀库及其自动换刀装置的设计说明书
1 绪论 1.1数控加工中心自动换刀装置概述 机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。当今社会，数控机床几乎已经扩展到了所有加工领域，许多工厂为了适应产品的频繁更新、提高加工精度、降低生产成本、缩短产品交货周期和减轻劳动强度，在中等批量、甚至大批量生产中应用数控机床，并取得了良好的经济效益。 数控加工中心带有刀库和自动换刀装置，是能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。自动换刀装置（ATC）是加工中心的重要组成单元，其设计质量的好坏，直接影响加工中心的质量。ATC由刀库和机械手组成，它的机构和运动复杂、性能要求高。刀库的功能是储存刀具，并且按程序指令，把即将要用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，因此刀库的位置、体积大小能否适合加工中心的整体设计，刀库的运动机构能否使刀库平稳运转并准确地停在换刀位置，运动过程有无干涉、卡死等现象，都是设计人员非常关心的问题。机械手的功能是把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具送回刀库。它的动作要求迅速而准确，所以对机构的结构、定位、运动、夹持力的大小等都有很高的要求，一旦有运动故障或定位、运动误差过大，都会造成换刀动作失败，掉刀。 当今时代，高速加工中心已成为加工行业未来的发展趋势。高速功能部件如电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率。为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。未来机床产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等级机床的一项重要指标。因此，对数控机床的刀库及其自动换刀装置的研究和发展有着重要的意义。 1.2国内外自动换刀装置设计的发展情况 自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。 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K&T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，
数控机床的自动换刀装置
数控机床大作业 数 控 机 床 的 自 动 换 刀 装 置 姓名： 学号： 班级：
数控机床的自动换刀装置 作者：刘伟杰 摘要 数控机床集中应用了计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，等先进技术，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理形式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化，促进了其他行业的生成和飞速发展。刀具及自动换刀装置对加工时间有着重要的影响，自动换刀的快慢又影响了加工的时间，刀库的容量决定了刀具的数量，进而影响换刀时间和加工时间。本文主要讲述数控机床的自动换刀机构。 关键词：发展趋势机构自动换刀刀库 中图分类号：TH 文献标识码：B
1.刀库 刀库是自动换刀装置的主要部件，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大影响。刀库的刀具定位机构是用来保证要更换的每一把刀具准确的停在换到位置上。采用电动机或液压系统为刀库提供动力。根据刀库所需要的容量和取刀方式，可以将刀库设计成多种形式。 1.1刀库的类型 刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按指令将要用的刀具准确的送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。根据需求，刀库类型有多种（1）盘式刀具在盘式刀库结构中，刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安放，刀具轴向安装的结构最为紧凑。在刀库容量较大时，可采用弹仓式结构，目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面，也可安装在单独的基地上。盘式刀库分径向、轴向两种取刀方式，其刀座结构不同。此种刀库结构简单，适用于刀库容量较少的情况。 （2）链式刀库刀具容量比盘式的大，结构也比较灵活和紧凑，常为轴向换刀。可将换刀位置刀座突出以利于换刀。另外还可以采用加长连带方式加大刀库的容量，也可采用折叠回绕的方式提高空间利用率，在要求刀量容量很大时可以采用多条链带的结构。 （3）格子盒式刀具固定型格子盒式刀库。刀具分几排直线排列，由纵、横向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具，此刀具空间利用高，刀库容量大。 1.2刀库的容量 刀库的容量首先要考虑加工工艺的分析需要。一般情况下，并不是刀库中的刀具越多越好，太的容量会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀过程时间增长。如果从完成工件的全部加工所需要的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成加工任务所需的刀具数目在40种以下，所以一般的中小型立式加工中心配14--30把刀具的刀库就能够满足70%--95%的工件加工需要。 1.3刀库的转位 刀库转位机构由伺服电动机通过消隙齿轮带动蜗杆，通过涡轮使刀库转动。
自动换刀装置的结构原理与维修修订稿
自动换刀装置的结构原 理与维修 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
自动换刀装置的结构原理与维修2007-09-26 01:24:39?作者：来源：文字大小：【】【】【】 简介：8.4.1 自动换刀装置的形式自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。 1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受 粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转 关键字： 8.4.1 自动换刀装置的形式 自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。 1．回转刀架换刀 数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或 更多的刀具。 回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定 位精度。 图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以用四方回转刀 架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。 图8-17?数控车床六角回转刀架 1－活塞 2－刀架体 3、7－齿轮 4－齿圈 5－空套齿轮 6－活塞 8－齿条 9－固定插销 10、11－推杆 12－触头 回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤： (1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。 (2)刀架转位当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60o。活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。
数控加工中心自动换刀装置的设计
数控加工中心自动换刀装置的设计 摘要 数控机床的发展与运用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。随着数控机床的普及运用，加工机械的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。加工中心带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。 自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和刀库、机械手与主轴间自动换刀，加工中心出现故障80%都在上述方面。本课题就是对自动换刀装置进行设计，利用PLC 对刀库的选刀控制和刀库、机械手与主轴间的自动换刀控制。 关键词：自动换刀装置；弧面分度凸轮；滚齿凸轮；机械手。
ABSTRACT The numerical control engine bed development and the utilization, greatly reduced the components processing non-cutting time, enormous enhancement productivity.Along with the numerical control engine bed popularization utilization, processes the machinery the automaticity to enhance greatly, the numerical control engine bed develops now has been common the application one kind of renewal, the more advanced manufacture equipment is the processing center.The processing center has the knife storehouse and trades the knife installment automatically, can carry on the multi-working procedure processing to the work piece according to the pre-set sequence the high automation multi-purpose numerical control engine bed Trades the knife equipment to have automatically to trade the knife time satisfiedly short, the cutting tool reserves enough, the cutting tool placement space small as well as safe reliable and so on the basic request.The processing center key lies in CNC to choose the knife and between automatically the knife storehouse, the manipulator and the main axle to the knife storehouse trades the knife automatically, the processing center appears breakdown 80% all in the above aspect.This topic is to trades the knife installment to carry on the design automatically, chooses the knife control and between the knife storehouse, the manipulator and the main axle using PLC to the knife storehouse trades the knife control automatically. Keywords:Trades the knife installment automatically; Cambered surface indexing cam; Rolls the tooth cam; Manipulator.
加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试(行业文书)
加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试 一、实训目的 （ 1 ）了解加工中心的各种刀库形式； （ 2 ）了解机械手换刀的基本动作组成； （ 3 ）掌握加工中心自动换刀程序的编写与调试运行； 二、预习要求 认真阅读加工中心组成、换刀装置、自动换刀程序的编写等章节内容。 三、实训理论基础 1 ．加工中心的刀库形式 加工中心刀库的形式很多，结构各异。常用的刀库有鼓轮式和链式刀库两种。 图 11-1 鼓轮式刀库 （ a ）径向取刀形式（ b ）轴向取刀形式（ c ）径向布置形式（ d ）角度布置形式 鼓轮式刀库结构简单，紧凑，应用较多。一般存放刀具不超过 32 把。见图 11-1 。 径向取刀形式（ a ）多用于使用斗笠式刀库的立式加工中心和使用角度布置的机械手换刀装置的加工中心；形式（ b ）应用比较广泛，可用于立式和卧式加工中心，换刀可用机械手或直
接主轴移动式换刀。由于从布局设计方面的考虑，鼓轮式刀库一般都采用侧向安装的结构形式，若用于机械手平行布置的加工中心时，刀库中的刀袋（座）通常在换刀工作位可作 90 o 翻转。形式（ c ）多用于小型钻削中心；形式（ d ）一般用于专用加工中心。 链式刀库多为轴向取刀，适于要求刀库容量较大的加工中心。见图 11-2 。 图 11-2 链式刀库 2 ．自动换刀装置及其动作分解 斗笠式刀库换刀装置我们已经在实训 4 中接触过，在此就不再赘述。 对于刀库侧向布置、机械手平行布置的加工中心，其换刀动作分解见图 11-3 。换刀时， Txx 指令的选刀动作和 M6 指令的换刀动作可分开使用。 图 11-3 平行布置机械手的换刀过程
数控机床的自动换刀装置设计
第六章数控机床的自动换刀装置 第一节自动换刀装置的形式 数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。 在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。其基本类型有以下几种。 一、转刀架换刀 回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。 一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧等。回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。 图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到 141
142 位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。 (e)(d)(c)(b)(a) 图6-1 回转刀架的类型及其工作原理 图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。 图6-1c)所示为凸台棘爪式刀架，蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转90o，然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。 图6-1d)所示为电磁式刀架，它利用了一个有10kN 左右拉紧力的线圈使刀架定位锁定。 图6-1e)所示为液压式刀架，它利用摆动液压缸来控制刀架转位，图中有摆动阀芯、拨爪、小液压缸；拨爪带动刀架转位，小液压缸向下拉紧，产生10kN 以上的拉紧力。这种刀架的特点是转位可靠，拉紧力可以再加大，但其缺点是液压件难制造，还需多一套液压系统，有液压油泄漏及发热问题。 图6-2所示为数控车床的六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。这种刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，其换刀过
数控机床及编程：自动换刀
第四章自动换刀装置 4.1概述 一、ATC刀具自动交换 为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀具的种类和数量。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见表4-1。 表4-1 自动换刀装置类型 一、自动换刀装置的作用 自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。 二、对自动换刀装置的要求 数控机床对自动换刀装置的要求是：换刀迅速、时间短，重复定位精度高，刀具储存量足够，所占空间位置小，工作稳定可靠。 三、换刀形式 1、回转刀架换刀 其结构类似普通车床上回转刀架，根据加工对象不同可设计成四方或六角形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。 2、更换主轴头换刀 各主轴头预先装好所需刀具，依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具旋转。该方式的优点是省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性。
3、使用刀库换刀 将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由交换装置从刀库和主轴上取刀交换。 四、刀具交换装置 自动换刀装置中，实现刀库与主轴间传递和装卸刀具的装置为刀具交换装置。刀具交换方式常有两种：采用机械手交换刀具和由刀库与机床主轴的相对运动交换刀具（刀库移至主轴处换刀或主轴运动到刀库换刀位置换刀）,其中以机械手换刀最为常见。 五、刀库 刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局及具体结构对数控机床的总体设计有很大影响。 1、刀库容量 指刀库存放刀具的数量，一般根据加工工艺要求而定。刀库容量小，不能满足加工需要；容量过大，又会使刀库尺寸大，占地面积大，选刀过程时间长，且刀库利用率低，结构过于复杂，造成很大浪费。 2、刀库类型 一般有盘式、链式及鼓轮式刀库几种。 盘式刀库刀具呈环行排列，空间利用率低，容量不大但结构简单。 链式刀库结构紧凑，容量大，链环的形状也可随机床布局制成各种形式而灵活多变，还可将换刀位突出以便于换刀，应用较为广泛。 鼓轮式或格子式刀库占地小，结构紧凑，容量大，但选刀、取刀动作复杂，多用于FMS 的集中供刀系统。 3、选刀方式 常有顺序选刀和任意选刀两种。 顺序选刀是在加工前，将加工所需刀具依工艺次序插入刀库刀套中，顺序不能有差错，加工时按顺序调刀。工件变更时，需重调刀具顺序，操作烦琐，且加工同一工件中刀具不能重复使用。 任意选刀是刀具均有自己的代码，加工中任选且可重复使用，也不用放于固定刀座，装刀、选刀都较方便。 二、刀具的选择 按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。在刀库中，选择刀具通常采用: 1．顺序选择刀具 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，驱动控制也较简单，工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能垂复使用，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。 2．任意选择刀具 这种方法根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可以任意存放。每把刀具(或刀座)都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具(或刀座)都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符
加工中心刀具的识别与自动换刀
实验一：加工中心刀具的识别与自动换刀 实验目的：通过观察机床自动换刀操作，分析换刀的基本,掌握相关刀具自动识别技术等。 实验报告要求：列出刀具自动识别技术，自动换刀方式最新研究进展，并绘制相关运动组件简图。准确描述自动换刀过程 自动换刀系统由刀库和刀具交换装置组成。带刀库和自动换刀装置的数控机床，其主轴箱和转塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，主轴部件具有足够的刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。此外，刀库可以存放数量很多的刀具，以进行复杂零件的多工步加工，可明显提高数控机床的适应性和加工效率。自动换刀系统特别适用于加工中心。 自动换刀装置的主要组成： 自动换刀装置是加工中心的重要组成部分，主要由刀库、机械手和驱动装置等组成。刀库的功能，是存贮加工中心所要用的各种刀具，并在数控系统的控制下，把即将要用的刀具准确地送到换刀位置。加工中心换刀机械手，是自动换刀装置中的核心组成部分，主要完成将主轴上的工作刀具与刀库中的待用刀具两者位置交换的任务，其应具有换刀时间短、工作平稳、定位准确等特点。驱动装置，则是使刀库和机械手实现其功能的机构。此机构一般由电机、液压、气液机构或凸轮机构组成，它们在数控系统控制下，驱动刀库和机械手，实现刀具的选择与交换
加工中心自动换刀功能是通过机械手(自动换刀机构)和数控系统的有关控制指令来完成的。换刀过程：装刀，选刀，换刀 换刀过程： (1)装刀：刀具装入刀库 (2)选刀 从刀库中选出指定刀具的操作。 1)顺序选刀：选刀方式要求按工艺过程的顺序(即刀具使用顺序)将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。 2)随意选刀： ①刀座编码选刀：对刀库各刀座编码，把与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中，编程时用地址T指出刀具所在刀座编码。
数控加工中心-换刀机械手设计论文_本科论文
1绪论 1.1数控加工中心概述 1.1.1数控加工中心的优点 数控加工中心的优点很多，主要有一下几种： （1）工件一次装夹可完成多种加工任务，避免了因多次装夹带来的误差和时间成本，而且，由于不需要依靠操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。 （2）减少了加工的准备时间，提高了加工效率，减少了劳动力的使用，从而大大的降低了生产成本，提高了产品的竞争力。 （3）提高了设备的利用率，数控加工中心的设备利用率为通用机床的几倍，并且，由于工序较为几种，更加适合多种、中小批量的加工生产。 1.1.2数控加工中心的结构特点 数控加工中心的结构特点如下： （1）刚度高、抗振性好。 （2）传动系统结构简单，传递速度快，精度高。 （3）设计有刀库和换刀机构，这是数控加工中心与其他机床的主要区别。 （4）相较其他机床更为人性化，功能齐全，省去了绝大部分的人力劳动。 1.1.3数控加工中心的发展趋势 （1）高速化 随着数控系统核心处理器性能的进步，数控加工中心的主轴转速和进给速度的进一步提升以及自动交换平台和自动换刀用时的进一步缩短，进而使数控机床的效率向更高的目标迈进。 （2）高精度化 先进的数控系统一般带有高精度的位置检测装置，并通过自我反馈系统时时的调整主轴的运动，进而保证了较高的加工精度和准确性。随着现代科学技术的发展，以及人们不断去对超精密加工技术提出更高的要求，并且伴随新材料，新零件的出现对它们的加工需要更高的超精密加工工艺，因此不断发展新型的超精密加工机床和不断完善现代超精密加工技术，是数控机床发展的毕由之路。 （3）复合化 随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的
数控机床及编程：5.5 数控机床的换刀装置
5.5 数控机床的换刀装置 一、自动换刀装置的作用 自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。 二、对自动换刀装置的要求 数控机床对自动换刀装置的要求是：换刀迅速、时间短，重复定位精度高，刀具储存量足够，所占空间位置小，工作稳定可靠。 三、换刀形式 1、回转刀架换刀 其结构类似普通车床上回转刀架，根据加工对象不同可设计成四方或六角形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。 2、更换主轴头换刀 各主轴头预先装好所需刀具，依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具旋转。该方式的优点是省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性。 3、使用刀库-机械手换刀 将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由交换装置从刀库和主轴上取刀交换。 四、刀具交换装置 自动换刀装置中，实现刀库与主轴间传递和装卸刀具的装置为刀具交换装置。刀具交换方式常有两种：采用机械手交换刀具和由刀库与机床主轴的相对运动交换刀具（刀库移至主轴处换刀或主轴运动到刀库换刀位置换刀）,其中以机械手换刀最为常见。五、刀库 刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局及具体结构对数控机床的总体设计有很大影响。 1、刀库容量 指刀库存放刀具的数量，一般根据加工工艺要求而定。刀库容量小，不能满足加工需要；容量过大，又会使刀库尺寸大，占地面积大，选刀过程时间长，且刀库利用率低，结构过于复杂，造成很大浪费。 2、刀库类型 一般有盘式、链式及鼓轮式刀库几种。 盘式刀库刀具呈环行排列，空间利用率低，容量不大但结构简单。 链式刀库结构紧凑，容量大，链环的形状也可随机床布局制成各种形式而灵活多变，还可将换刀位突出以便于换刀，应用较为广泛。 鼓轮式或格子式刀库占地小，结构紧凑，容量大，但选刀、取刀动作复杂，多用于FMS 的集中供刀系统。 3、选刀方式 常有顺序选刀和任意选刀两种。
自动换刀系统概叙
一、自动换刀系统产品化的意义 自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。 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K&T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，