加工中心刀库控制与管理..

二、加工中心刀库的机械结构
加工中心刀库按照机械结构不同分为：盘式刀库和链 式刀库。 1.鼓盘式刀库
2.链式刀库
3.格子式刀库
三、刀库的控制管理
以北京精密机床厂生产的JCS-018A 立式加工中心为例，详细介绍刀库的机械 结构、换刀装置以及电气控制原理。 JCS——018A型小型立式加工中心是一种工序高度集中、自动化程度高的机电 一体化设备。工件在一次装夹后，可连续地进行铣、钻、镗、铰、锪、攻螺纹等多 种工序的加工。该机床适用于小型板件、盘件、壳体件、模具和箱体件等复杂零件 的多品种、小批量加工。 1.JCS-018A的主要参数有： 1）工作台 工作台外形尺寸（工作面）1000mm*320mm 工作台T形槽宽*槽数18mm*3mm
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（2）移动范围 工作台左右行程（X轴）750mm 工作台前后行程（Y轴）40mm 主轴箱上下行程（Z轴）470mm 主轴端面距工作台距离180~650mm （3）主轴箱 主轴锥孔 锥度7：24，BT-45 主轴转速（标准型/高速型） 225~2250r/min，45~4500r/min 主轴驱动电动机 3.8KW，ACZ130交流电动机系列 （4）进给速度 快速移动速度（X、Y轴） 14m/min 进给速度（X、Y、Z轴） 1~4000mm/min 进给驱动电动机 1.5KW，ACS130电机系列 （5）自动换刀装置 刀库容量 12把 选刀方式 任选 最大刀具尺寸 Φ100mm*Φ300mm 最大刀具质量 10kg 刀库电动机 1.5KW，ACS130电机系列（小型直流伺服电机）
选刀和换刀原理补充
• • JCS-018A加工中心采用卧式圆盘刀库，软件选刀，由机械手实现换刀。 JCS-018A的主轴通过端面键带动刀具旋转，采用电气式主轴准停装置，通 过压缩空气对装刀位置进行吹扫。 圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从 1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位 后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。 1. 制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得 到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、 上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都 能自制。 2. 每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡板靠近（距 离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准， “马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。只要机床不关机，当前刀号就被记 忆。刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀 库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针 转。如要换10号刀，刀库是顺时针转。机床关机后刀具记忆清零。 3. 固定地址换刀刀库换刀时间比较长。国内的机床一般要8秒以上（从一次 切削到另一次切削）。
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刀库百度文库电气连接
• 由右图可知，刀库的控 制执行机构主要有刀库 电机、松刀电磁阀、刀 库推出电磁阀等。这些 执行器件的控制均由 PLC来实现。PLC通过 控制总线接收到数控系 统发出的指令。并与IO 接口读取到的控制对象 状态相比较，实时输出 控制指令。
谢谢!
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主轴准停装置 机床的切削转矩由主轴上的端面键来传递，每次机械手自动装 取刀具时，必须保证刀柄上的键槽对准主轴端面键，这就要求主轴具有准确 定位的功能。为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称为主 轴定向装置。主轴要求准停的另一原因是便于在镗完内孔后能正确的退刀。 目前主轴准停装置主要有机械方式和电气方式两种。 机械准停方式中较典型的V形槽定位盘准停机构，如图2-4所示。其工作过程 是，定位盘与主轴连接，当要执行主轴准停指令时，首先主轴降速至已设定 的低速，当无触点开关有效信号被检测到后，主轴电动机停转，此时主轴依 惯性继续空转，同时准停液压缸定位销在压力作用下伸向并压紧定位盘。当 定位盘V形槽与定位销对正，由于液压缸的压力，定位销插入V形槽，LS2有 效，表明主轴准停完成。采用这种准停方式，必须有一定的逻辑互锁，即当 LS2有效，才能进行换刀，只有当LSl有效，主轴电动机才能起动运转。 图2-4 机械准停原理示意图 电气准停装置主要有磁传感器式、编码型方式和数控系统控制方式。其中 数控系统控制方式要求主轴驱动控制器具有闭环伺服控制功能。采用接近开 关准停是最简单的控制方式。当主轴转动中接受到数控系统发来准停信号， 主轴立即减速，当达到准停速度(如)时，主轴立即刹车停止转动。
2.JCS-018A的刀库结构
如右图 1所示，当数控系统 发出换刀指令后，直流伺服 电动机 1 接通，其运动经过 十字联轴器2、蜗杆4、蜗轮 3 传到如图 b 所示的刀盘 14 ， 刀盘带动其上面的16个刀套 13转动，完成选刀工作。每 个刀套尾部有一个滚子11， 当待换刀具转到换刀位置时， 滚子 11 进入拨叉 7 的槽内。 同时气缸 5 的下腔通压缩空 气（如右图 1 所示），活塞 杆6带动拨叉7上升，放开位 置开关 9 ，用以断开相关的 电路，防止刀库、主轴等有 误动作。如右图 2 所示，拨 叉 7 在上升的过程中，带动 刀套绕着销轴12逆时针向下 翻转90°，从而使刀具轴线 与主轴轴线平行。
图a.自动换刀过程示意图例
图b.自动换刀过程详解图例
刀套结构示意图
JCS-018A上使用的换刀机械手为回转式 单臂双手机械手，其动作全部由液压驱 动。如图所示，主要由以下部件构成： 驱动装置 分别是机械手回转75°的液 压缸18，用于拔刀、装刀的液压缸15， 交换刀具的（机械手旋转180°）液压缸 20。 传动装置 齿轮4、11，齿条17、19，连 接盘5，传动盘10，机械手臂轴16。其中 只有传动盘与轴16为花键连接，并能随 轴16上下移动，能够直接随轴16旋转， 其余的齿轮或连接盘必须借助于传动盘 才能够旋转。 行程控制装置 包括挡环2、6、12，行 程开关1、3、7、9、13、14。 执行机构 机械手21
加工中心刀库控制与管理
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内容介绍： 一、加工中心刀库概述 二、刀库的机械结构讲解 三、刀库的控制与管理
一、加工中心刀库的概述
1、加工中心为了在一次装夹中可以完成多到工序加工，所以设计了自动 换刀装置。刀库作为自动换刀装置的主要部件之一，用来存放刀具，并 把下一把即将要用到的刀具送到指定的位置。根据刀库存放刀具的数目 和渠道方式，刀库可以设计成不同的类型。 2、换刀方式：加工中心的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间的 传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。通常来说，机床的换刀方式 分为：无机械手换刀和机械手换刀。 无机械手换刀：首先必须将用过的刀具送回刀库，然后在从刀库中取出 新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间长。 机械手换刀：采用机械手进行换刀，因为机械手换刀有很大的灵活性， 从而可以减少换刀时间。
换刀过程控制原理（2）： 抓刀动作结束时，齿条17上的挡环12压 下位置开关14，发出拔刀信号，于是液 压缸15的上腔通压力油，活塞杆推动机 械手臂轴16下降拔刀。在轴16下降时， 传动盘10随之下降，其下端的销子8插入 连接盘5的销孔中，连接盘5和其下面的 齿轮4也是用螺钉联接的，它们空套在轴 16上。当拔刀动作完成后，轴16上的挡 环2压下位置开关1，发出换刀信号。这 时液压缸20的右腔通压力油，活塞杆推 着齿条19向左移动，使齿轮4和连接盘5 转动，通过销子8，由传动盘带动机械手 转180°，交换主轴上和刀库上的刀具位 置。
换刀过程控制原理（4）： 如图所示为机械手抓刀部分的结构，它 主要由手臂1和固定其两端的结构完全相 同的两个手爪7组成。手爪上握刀的圆弧 部分有一个锥销6，机械手抓刀时，该锥 销插入刀柄的键槽中。当机械手由原位 转75°抓住刀具时，两手爪上的长销8分 别被主轴前端面和刀库上的挡块压下， 使轴向开有长槽的活动销5在弹簧2的作 用下右移顶住刀具。机械手拔刀时，长 销8与挡块脱离接触，锁紧销3被弹簧4弹 起，使活动销顶住刀具不能后返，这样 机械手在回转180。时，刀具不会被甩出。 当机械手上升插刀时，两长销8又分别被 两挡块压下，锁紧销从活动销的孔中退 出，松开刀具，机械于便可反转75°复 位。
换刀过程控制原理（1）： 在自动换刀过程中，机械手要完成抓刀、 拔刀、交换主轴上和刀库上的刀具位置、 插刀、复位等动作。如前面介绍刀库结 构时所述，当刀套向下转90°后，压下 上行程位置开关，发出机械手抓刀信号。 此时，机械手21的手臂中心线与主轴中 心到换刀位置的刀具中心的连线成75° 位置，液压缸18右腔通压力油，活塞杆 推着齿条17向左移动，使得齿轮11转动。

三、JCS-018A的自动换刀过程
– 刀套下转90° 本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直， 如下页图所示。换刀之前，刀库 2 转动将待换刀具 5 送到换刀位置，之后把带有刀 具5的刀套4向下翻转90°，使得刀具轴线与主轴轴线平行。 – 机械手转75° 如K向视图所示，在机床切削加工时，机械手1的手臂中心线与主轴 中心到换刀位置的刀具中心的连线成75°,该位置为机械手的原始位置。机械手换 刀的第一个动作是顺时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。 – 刀具松开 机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。 – 械手拔刀 机械手下降，同时拔出两把刀具。 – 交换两刀具位置 机械手带着两把刀具逆时针转180°（从K向观察），使主轴刀 具与刀库刀具交换位置。 – 机械手插刀 机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。 – 刀具夹紧 刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。 – 液压缸复位 驱动机械手逆时针转180°的液压缸复位，机械手无动作。 – 机械手逆转75° 机械手逆转75°，回到原始位置。 – 刀套上转90° 刀套带着刀具向上翻转90°，为下一次选刀做准备。
换刀过程控制原理（3）： 换刀动作完成后，齿条19上的挡环6压下 位置开关9，发出插刀信号，使油缸15下 腔通压力油，活塞杆带着机械手臂轴上 升插刀，同时传动盘下面的销子8从连接 盘5的销孔中移出。插刀动作完成后，轴 16上的挡环压下位置开关3，使液压缸20 的左腔通压力油，活塞杆带着齿条19向 右移动复位，而齿轮4空转，机械手无动 作。齿条19复位后，其上挡环压下位置 开关7，使液压缸18左腔通压力油，活塞 杆带着齿条17向右移动，通过齿轮11使 机械手反转75°复位。机械手复位后， 齿条17上的挡环压下位置开关13，发出 换刀完成信号，使刀套向上翻转90°， 为下次选刀做好准备。同时机床继续执 行后面的操作。