加工中心刀库控制与管理..

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。
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
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）。
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。
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刀库的电气连接
• 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。
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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。
图a.自动换刀过程示பைடு நூலகம்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
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。
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。

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（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。
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。
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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）