加工中心自动换刀装置的设计
加工中心自动换刀系统设计(盘式)
本科毕业设计（论文）题目加工中心自动换刀系统设计（盘式）——刀库系统
学院名称机械与动力工程学院
专业名称机械设计制造及其自动化
年级班级
学生姓名
指导教师
2017年5月
目录
前言
1.加工中心概述 (1)
1.1加工中心发展现状和发展趋势 (1)
1.2加工中心的特点 (2)
1.3加工中心的分类 (3)
1.4加工中心的结构 (5)
1.5加工中心刀库及自动换刀装置 (6)
1.5.1加工中心刀库形式 (6)
1.5.2加工中心的自动换刀装置 (8)
1.5.3刀库结构及换刀过程 (9)
2.刀库传动设计…………………………………………………………………
2.1电动机的选择…………………………………………………………
2.1.1初选电动机………………………………………………………
2.1.2校核电动机………………………………………………………
2.2运动和动力参数计算……………………………………………
2.3蜗杆传动设计…………………………………………………………2.
3.1蜗杆传动的选择…………………………………………………
2.3.2蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算…………………………
2.3.3校核齿根弯曲疲劳强度…………………………………………
2.3.4验算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡……………………………
2.3.5蜗杆和蜗轮的结构设计…………………………………………
2.4传动轴设计…………………………………………………………
2.4.1轴的材料…………………………………………………………
2.4.2蜗杆轴的结构设计………………………………………………
加工中心换刀装置程序控制
换刀装置的性能指标
换刀时间
指从发出换刀指令到完成换刀 所需的时间，是衡量换刀装置
性能的重要指标。
刀具数量
指换刀装置所能容纳的刀具数 量，直接影响加工中心的加工 能力和适应性。
刀具重量和尺寸范围
指换刀装置所能适应的刀具重 量和尺寸范围，反映了装置的 通用性和灵活性。
可靠性
指换刀装置在长时间运行过程中 保持稳定性和可靠性的能力，是
维护成本高
程序控制系统一旦出现故 障，维护成本较高，需要 专业的技术人员进行维修。
对硬件要求高
程序控制需要高性能的硬 件支持，如高速处理器、 大容量存储器等，增加了 系统成本。
04 加工中心换刀装置程序控 制设计
设计目标与原则
设计目标
实现加工中心自动、快速、准确地更换刀具，提高加工效率和精度。
设计原则
加工中心换刀装置程序控制
目 录
• 绪论 • 加工中心换刀装置概述 • 程序控制原理及实现方法 • 加工中心换刀装置程序控制设计 • 加工中心换刀装置程序控制实验验证 • 结论与展望
01 绪论
研究背景与意义
加工中心在现代制造业中的地位日益重要，而换刀装置作为其核心部件之一，直接 影响加工效率与精度。
传统的手动换刀方式效率低下，无法满足现代制造业对高效率、高精度的需求。
因此，研究加工中心换刀装置的程序控制对于提高加工效率、降低生产成本具有重 要意义。
CNC机床加工中的自动化刀具更换系统设计
CNC机床加工中的自动化刀具更换系统设计自动化技术在现代制造业中起到了至关重要的作用，它不仅提高了
生产效率，还降低了人工操作的错误率。而在CNC机床加工领域，自
动化刀具更换系统的设计对于提高加工效率和操作安全性具有重要意义。本文将针对CNC机床加工中的自动化刀具更换系统进行详细探讨。
一、系统结构设计
1.1 刀库设计
自动化刀具更换系统的核心是刀库，刀库应该能够容纳不同类型和
规格的刀具，并能够实现快速、准确的刀具更换。在设计刀库时，需
要考虑以下几个方面的因素：
- 刀具类型和规格的多样性：根据不同的加工需求，刀库应该能够
容纳不同类型和规格的刀具，包括铣刀、钻头、铰刀等。
- 刀具的编号和管理：为了方便操作和管理，每个刀具应该有唯一
的编号，刀库系统应该具备刀具编号的功能，并能够根据编号进行快
速查询。
- 刀具的保护和整理：刀具在刀库中应该得到良好的保护，避免因
碰撞等原因造成损坏。此外，刀库系统应该具备整理功能，能够根据
刀具使用情况，自动进行整理和调整。
1.2 自动换刀装置设计
自动换刀装置是实现自动化刀具更换的关键部件，其设计应该具备
以下功能：
- 快速换刀：自动换刀装置应该能够在短时间内完成刀具的更换和
固定，以提高加工效率。
- 准确对位：自动换刀装置应该能够准确对位，并保证刀具与工件
之间的位置关系不变，确保加工精度。
- 安全可靠：自动换刀过程中应该具备安全保护装置，避免操作人
员受伤或设备损坏的情况发生。
二、系统控制设计
2.1 控制策略设计
自动化刀具更换系统的控制策略应该能够实现刀具更换的自动化和
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
卧式加工中心自动换刀机械手设计
卧式加工中心自动换刀机械手设计
机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀
具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。
设计思路是用机械手的动作来实现对加工中心的换刀，机械手的转动有回
转液压缸运来实现，其动力则由驱动系统实现。
加工中心的自动换刀装置，通常是由刀库和机械手组成，它是加工中心的
象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力
研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手部分更是如此。
这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。根据结构要求，可以采用油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。
整个机械手由机械臂伸缩机构，机械爪开合机构，回转机构及装卸刀具直线
运动机构组成。
本次设计的题目是加工中心的自动换刀装置中的核心部件---机械手的
设计。机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的
刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。
设计此机械手的目的是为了使加工中心能够更快的的工作，使加工中心
能够得到更加充分的利用，以实现其的价值所在；再者，由于使用了机械手，减少由于人工换刀带来的生产效率低，并且容易出事故的弊端。
本次设计的内容主要有回转液压缸装置和机械运动的驱动系统，对于其
中动作的实现则由电气控制来实现。
由于本人能力及学识有限，在设计中存在有很多缺陷，望老师们能多加
指导。
加工中心的总体布局
盘式刀库的卧式加工中心
卧式加工中心换刀机械手设计
1前言
1.1 机械手发展历史与现状
随着经济的不断发展，客户的需求日益多样化，人们对制造企业的生产模式提出了更高的要求，大批量的生产方式将逐渐被模块化、柔性化的生产方式所取代。因此，企业对制造装备提出了更高的要求，柔性化的数控加工设备将成为装备制造业发展的主流。因此，将卧式加工中心的机械手设计作为毕业设计题目，迎合了装备制造业发展趋势。卧式加工中心的换刀机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它用来把刀库上的刀具送到主轴上，同时把主轴上已用过的刀具返回刀库。据不完全统计，全世界的工业机器人中大约有近一半的工业机器人用于各种形式的加工中心的自动换刀领域。目前用得最广泛的是模仿人的手臂功能的多关节机器人，其手臂灵活性最大，可以使换刀卡爪的空间位置和姿势调至任意状态，满足换刀需求。
我国的机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期、80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。
如今，我国正在从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。不仅如此，我国目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件。国际上，目前机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。例如，德国的CLOOS、REIS、KUKA 公司；瑞典的ABB公司；奥地利的IGM公司；意大利的CAMAU公司；日系有OTC、Panasonic、FANUC公司在机器人方面都做的比较好。从机器人技术发展趋势看，自动换刀机器人和其它工业机器人一样，正在不断向智能化和多样化方向发展。
加工中心换刀机械手设计
加工中心换刀机械手设计
摘要
在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，机械手作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的机械手，主要的功用就是自动换刀。首先，本文将设计机器人的底座、机身、臂部和手爪的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计设计了机械手的夹持式手部结构；以及机械手的总体结构，以实现机械手伸缩，升降，回转和俯仰四个自由度及手爪的开合。
运用了FX 系列可编程序控制器（PLC）对换刀机械手进行控制, 论述了电气控制系统的硬件设计, 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。
关键词：机械手，可编程序控制器，液压
DESIGN FOR AUTOMATIC TOOL CHANGER
OF MACHINING CENTER
ABSTRACT
In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.
自动换刀加工中心
PLC编程课题研修
设计说明书设计课题：自动换刀加工中心
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导老师：
宁波技师学院电气技术系
二零一一年三月
摘要
90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及和发展。加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。自动换刀装置作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。本论文完成的是加工中心盘式刀库的传动设计、结构设计以及传动部分的动力设计。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库满载装刀20把，采用单环排列方式放置，按就近选刀原则选刀。本次设计中的机械手采用单臂双手式机械手，这种机械手的优点是可以同时完成插刀和拔刀动作，结构简单，换刀时间短。
关键词：加工中心；盘式刀库；机械手；自动换刀装置
目录
摘要 (1)
目录 (2)
1 加工中心 (4)
1.1加工中心的分类 (4)
2 刀库 (5)
2.1刀库的主要构件 (5)
2.2刀库的特点 (5)
3 刀库的设计及计算 (7)
3.1确定刀库容量 (7)
3.2 确定刀库形式 (7)
3.3初步估计刀库驱动转矩及选定电机 (7)
4 加工中心刀具库换刀方式 (10)
5 加工中心刀库定位控制应用 (11)
5.1控制要求 (11)
5.2 刀库输入/输出及内部继电器地址分配 (11)
6 刀库控制的程序设计 (12)
6.1 PLC接线图 (12)
6.2自动换刀程序流程图 (13)
6.3 自动换刀程序梯形图 (15)
6.4 PLC程序工作原理 (19)
自动换刀机械手的设计
自动换刀机械手的设计
摘要
加工中心在加工中用得很广泛，加工中心利用刀库实现换刀，这是目前加工中心大量使用的换刀方式。而自动换刀装置是加工中心的重要组成部分之一，它的功能的好坏，关系到整个加工中心的功能。自动换刀装置可分为五种基本形式，即转塔式、 180 回转式、回转插人式、二轴转动式和主轴直接式。刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参及，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在有机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出，及此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置．完成换刀过程．无机械手换刀时，刀库中刀具存放方向及主轴平行，刀具放在主轴可到达位置换刀时，主轴箱移到刀库换刀位置上方，利用主轴Z 向运动将加工用毕刀具插人刀库中要求的空位处，然后刀库中待换刀具转到待命位置．主轴 Z 向运动将待用刀具从刀库中取出，并将刀具插人主轴。
[关键词]：加工中心自动换刀装置刀库机械手
Abstract
Machining center in the increasingly wide use of the processing , which is currently used by large processing center blade. And the automatic blade changer devices is an important component of machining center。 Its function is good or bad, on the whole processing machining center functions。 Automatic blade devices can be divided into five basic forms .Namely to Tower, 180 turnaround-type, rotation planting one-, two-and the main axis of rotation axis direct .Exchange cutlery in the tools storehouse , according to the availability of process machinery blade in hand, into a mechanical hand blade and non-blade two mechanical hands .In a mechanical hand exchange cutlery，those will be completed using a mechanical hand, the cutlery out from the main axis.At the same time, another mechanical hand take cutlery from tools storehouse, and then the two exchange locations. The whole process is completed。 If the mechanical hand blade do not join in the process, cutlery storage direction with the main axis parallel. when cutlery arrive at the location which the the main axis can reach, the main axis of the knife blade box to the location above。Z axis movement will be used to complete the processing by cutlery inserted in the space required by department, and then for cutlery knife to be transferred to the standby database location. Z axis movement will return to remove the cutlery from tools storehouse and inserted into the main axis. [Keyword]: machining center automatic blade changer devices tools storehouse manipulator
数控加工中心自动换刀系统设计机械部分
数控加工中心自动换刀系统设计机
械部分
数控加工中心自动换刀系统是指在数控加工过程中，通过机械的方式实现刀具的自动更换。该系统可以提高机器的加工效率，减少加工中的停机时间，同时也可以降低操作人员的工作强度。因此，在数控机械行业中，自动换刀系统已经成为标配。
自动换刀系统包括机械部分和电气控制部分。机械部分主要负责完成刀具的自动更换操作。而电气控制部分则负责对系统进行控制和调节。本文将着重介绍数控加工中心自动换刀系统的机械部分设计。
一、机械部分的构成
机械部分主要由换刀轨道、换刀臂、夹持器等组成。当需要更换刀具时，夹持器会夹住需要更换的刀具，并且在换刀轨道上移动到正确的位置，然后通过换刀臂的摆动完成刀具的更换。整个换刀过程需要系统提供的信号触发启动，步进马达和传动齿轮配合协调完成换刀动作。
1. 换刀轨道设计
换刀轨道是自动换刀系统最基础的部分。在换刀轨道的设计中，需要考虑到以下几个因素：
- 增加轨道长度，使系统中换刀的刀具数量增多。- 提高
轨道硬度和耐磨性，以保证系统的使用寿命。- 采用可拆卸和
可重组的设计，使系统适应各种加工需求。- 采用高精度的制
造工艺，保证轨道的尺寸精度和平面度。
2. 夹持器设计
夹持器是自动换刀系统的核心部分，它不仅需要夹住刀具，还需要快速准确的定位。在这个设计中，需要考虑以下因素：
- 选择合适的夹持机构，如气缸、电子、液动等机构。-
根据夹持工具本身的尺寸来确定夹持器的尺寸。- 考虑夹持器
的材料，使其适应高速运动和高频使用带来的磨损问题。- 考
虑夹持力，保证系统夹持足够的刀具。
自动换刀装置及其控制的研究
自动换刀装置及其控制的研究
一、本文概述
随着现代制造业的快速发展，数控机床作为其核心设备，其性能与效率的提升对于整个制造过程至关重要。自动换刀装置（ATC，Automatic Tool Changer）作为数控机床的重要组成部分，其性能直接影响到机床的加工效率与精度。对自动换刀装置及其控制进行深入研究，不仅有助于提升数控机床的整体性能，也是当前制造业技术革新的重要方向。
本文旨在全面探讨自动换刀装置及其控制的研究现状与发展趋势，分析不同类型自动换刀装置的工作原理与特点，研究其控制系统设计与优化方法。通过文献综述与实验研究相结合的方法，本文将对自动换刀装置的关键技术进行深入剖析，提出改进方案与新型控制策略，以期为提高数控机床的加工效率与精度提供理论支持与实践指导。
本文首先将对自动换刀装置的发展历程进行回顾，总结其技术演变与创新点。接着，重点分析自动换刀装置的分类与特点，包括刀库类型、换刀方式、换刀时间等关键因素，以及它们对机床性能的影响。在此基础上，本文将深入探讨自动换刀装置的控制系统设计，包括硬件组成、软件编程、传感器选择等方面，并分析控制系统在换刀过程中的关键作用。
本文还将研究自动换刀装置的控制策略与优化方法。通过对比分析不同控制算法在换刀过程中的表现，提出适用于自动换刀装置的新型控制策略，以提高换刀速度与精度。同时，结合实验研究，验证所提控制策略的有效性，并为其在实际应用中的推广提供有力支持。
本文将对自动换刀装置及其控制的研究前景进行展望，探讨未来可能的研究方向与技术创新点。通过本文的研究，期望能够为自动换刀装置的性能提升与技术创新提供有益的参考与启示，推动现代制造业的持续发展。
数控加工中心刀具换刀系统的设计说明
数控加工中心刀具换刀系统的设计说明
一、引言
数控加工中心是一种高精度、高效率的自动化机床，广泛应用于工业
生产中。在数控加工中心的运行过程中，刀具的更换是一个非常关键的环节。为了提高换刀的效率和精度，设计一个可靠的刀具换刀系统对于数控
加工中心的正常运行至关重要。
二、设计目标
1.提高换刀的速度和精度，减少换刀时间，提高生产效率。
2.改善操作的便利性，降低操作难度，提高生产人员的工作效率。
3.提高换刀的稳定性和可靠性，减少人工干预，避免误操作。
三、刀具换刀系统的设计原理
1.刀具存储：设计一个刀库用于存放刀具。刀具库应具有足够的容量，能够满足生产需要。刀具库的设计应考虑到刀具的规格和种类，以便于刀
具的分类存储和管理。
2.刀具传送：设计一个刀具传送系统用于将刀具从刀库传送到刀具换
刀位置。刀具传送系统可以采用机械手、滑台等方式实现刀具的自动传送，减少人工操作。
3.刀具固定：设计一个刀具固定装置用于固定刀具。刀具固定装置应
具有足够的刚性和稳定性，能够确保刀具的安全使用和精确加工。
4.精确定位：设计一个精确定位系统用于实现刀具的精确定位。精确
定位系统可以采用光电开关、传感器等装置进行刀具位置的检测和反馈，
从而确保刀具的准确位置。
5.操作界面：设计一个人机界面，方便操作人员对刀具换刀系统进行
监控和操作。操作界面可以采用触摸屏、按钮等形式，提供直观、简洁的
操作界面。
四、设计要点
1.刀具盘：设计一个能容纳多个刀具的刀具盘，方便刀具的存储和管理。刀具盘应具备足够的刚性和稳定性，能够避免刀具的碰撞和损坏。
2.刀具传送系统：采用机械手或滑台实现刀具的自动传送。机械手可
高速加工中心的快速自动换刀技术
高速加工中心的快速自动换刀技术
高速加工中心是高速机床的典型产品，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（ATC）的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。
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水平加工中心的一项重要指标。
由于加工中心的自动换刀要求可靠准确，而且结构相对比较复杂，提高换刀速度技术难度大。目前国外机床先进企业生产的高速加工中心为了适应高速加工，大都配备了快速自动换刀装置，很多采用了新技术、新方法。本文将介绍一些提高换刀速度的技术方法和国外先进高速加工中心的快速自动换刀技术，希望对我国高速加工中心的发展有些帮助。
1快速自动换刀技术
快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的，综合考虑机床的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换的技术方法。该技术包括刀库的设置、换刀方式、换刀执行机构和适应高速机床的结构特点等。
（1）换刀速度指标
衡量换刀速度的方法主要有三种：①刀到刀换刀时间：②切削到切削换刀时间：③切屑到切屑换刀时间。由于切屑到切屑换刀时间基本上就是加工中心两次切削之间的时间，反映了加工中心换刀所占用的辅助时间，因此切屑到切屑换刀时间应是衡量加工中心效率高低的最直接指标。而刀到刀换刀时间则主要反映自动换刀装置本身性能的好坏，更适合作为机床自动换刀装置的性能指标。这两种方法通常用来评价换刀速度。至于换刀时间多少才是高速机床的快速自动换刀装置并没有确定的指标，在技术条件可能的情况下，应尽可能提高换刀速度。
立式加工中心换刀机械手和刀库设计
1 绪论
1.1加工中心的定义
加工中心，简称cnc，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床,是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。
图1.1 加工中心
1.2加工中心的发展历程
1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制了第一台三坐标数控机床，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结合等多方面的技术成果。1958年，美国卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把铣、钻、镗等多种工序集中于一台数控机床上，通过换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。该产品出现后，销路惊人，引起了日、德、美、英、法、意等先进工业国家的高度重视，竞相开发生产，不断扩大和完善机床的功能，成为数控机床中发展最快、
需求量最大的商品之一。如今，世界上出现了立式、卧式、龙门式、落地式等各种加工中心，据不完全统计，大约有1000多个品种规格。
加工中心自动换刀后机械手设计及控制
2
-
目录
CONTENTS
1
概述
2 自动换刀机械手的设计
3
PLC控制方式
4
结论
1
概述
概述
加工中心自动换刀技术是提高机械加工效率的重要手
1段
自动换刀机械手作为实现这一技术的关键部件，其设
2
计和控制具有极其重要的意义
本文将探讨加工中心自动换刀后机械手的设计原则、
2. 机械手结构
自动换刀机械手的设计
典型的自动换刀机械手结构包括 手臂：负责夹持刀具，通常设计有多段 伸缩结构，以适应不同长度的刀具 驱动系统：采用电动、气动或液压方式 驱动机械手进行动作 控制系统：用于接收换刀指令，并控制 机械手的动作 传感器：用于检测刀具的位置和状态， 为控制系统提供反馈
源自文库
自动换刀机械手的设计
2. I/O配置
根据机械手的动作和控制需求，合理配置PLC的输入和输出端口。例如，传感器信号通过 输入端口传入PLC，控制指令通过输出端口传给机械手的驱动系统
PLC控制方式
3. 程序设计
利用PLC编程软件编写控制程序 ，实现以下功能
自动换刀流程控制：根据预 设的流程控制机械手的动作
实时监控与报警：监控机械 手的运行状态，如有异常立 即报警并采取相应措施 参数设置与调整：允许用户 根据实际需要调整机械手的 运行参数
数控机床的自动换刀装置
刀具的识别与选择
在自动换刀过程中，刀具的识别 与选择至关重要。
通过传感器和识别系统，数控机 床能够准确判断刀具的类型、尺
寸和状态等信息。
根据加工需求和程序指令，数控 机床自动选择合适的刀具进行加
工。
刀具的夹持与交换
刀具夹持与交换是自动换刀装 置中的关键环节。
通过快速、可靠的夹持机构， 确保刀具在传递过程中不会脱 落或损坏。
自动换刀装置的应用场景
01
02
03
自动化生产
自动换刀装置能够提高数 控机床的自动化程度，减 少人工干预，提高生产效 率。
多任务加工
自动换刀装置能够实现一 机多用，通过快速换刀， 完成多种不同任务的加工。
高精度加工
自动换刀装置能够保证刀 具的精确安装和定位，提 高加工精度和产品质量。
自动换刀装置的优化建议
自动换刀装置减少了人工更换 刀具的劳动强度，降低了工人 的工作负担。
提升设备智能化水平
自动换刀装置是数控机床智能 化的重要标志之一，能够提升
设备的整体智能化水平。
自动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ刀装置的历史与发展
早期发展
早期的数控机床自动换刀装置结构简 单，换刀速度较慢，但为后来的发展 奠定了基础。
现代发展
未来展望
随着技术的不断进步和应用需求的不 断提高，数控机床自动换刀装置将继 续向着更加高效、智能、可靠的方向 发展。
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加工中心自动换刀装置的设计
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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
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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
大，又可以不增加圆周速度，其转动惯量不像盘式刀库增加的那样大。链式刀库的驱动，有伺服电机或液压分度马达，刀库做选刀运动在起始和到位时，有平稳的加减速过程，而在相隔多个刀位选刀运动途中，运动连贯不变速，这样就保证了较高的选刀速度和平稳性。
对于刀库的选择应根据具体的需求和情况进行选择，比较各刀库的优缺点合理选择。例如，在空间有限，刀具需求量大的情况下，可以选择将刀库设计为链式刀库。
2.2 机械手
[6]加工中心自动换刀装置有两种形式: 有机械手换刀和无机械手换刀。
加工中心的自动换刀装置大多都采用有机械手换刀方式。它是由机械手把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返送到刀库上，换刀时间短，但其机械结构比较复杂。目前，国内外采用的执行刀库和主轴之间换刀动作的机械手，主要分为以下几种类型:单臂机械手、双臂机械手、带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手。
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单臂机械手的换刀机械手仅一个手臂，其又分为单手式和双手式。单手式，换刀臂仅在某一端有一个抓刀手，所有动作均由单手完成，执行动作多，换刀时间长，但结构简单，刀库与主轴轴线平行或垂直的情况均适用。双手式，换刀臂两端各有一个抓刀手，机械手同时抓取主轴和刀库上的刀具。回转180?，同时放回和装入刀具，换刀时间短，较为常用，多用于刀库与主轴轴线平行的场合[]。
双臂机械手有两个机械手臂，每个手臂端部都有一个抓刀手，其抓刀和换刀动作类似于人手动作，除执行换刀动作外，有些还可以起运输刀具的作用。这种机械手结构较复杂，但换刀时间短。
带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手。送刀臂将刀具从刀库中取出送到摆刀站，由摆刀站将刀具送到换刀位置，最后由换刀臂进行换刀。其结构更复杂，各部分在空间巧妙配置和组合，更具变化性，一般换刀时间较短，适用于刀库距离主轴较远的场合。
无机械手换刀方式是直接在刀库与主轴(或刀架)之间换刀的自动换刀方式。因无机械手，所以结构简单，换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具。这两个动作不能同时进行，所以换刀过程较为复杂，换刀时间较长，但是刀库回转是在工步与工步之间，即非切削时进行的，因此可免去刀库回转时的振动对加工精度的影响。无机械手换刀方式适用于小型加工中心或换刀次数少的用重型刀具的重型机床。
2.3 驱动装置
机械手的驱动，主要有液压(包括气液)驱动和机械式凸轮联动两种。
采用液压式驱动的自动换刀装置，插、拔刀动作均由油缸完成。常见的方案是机械手装在套筒上，活塞杆固定，缸套同套筒一起移动，油缸左右腔进油完成动作。机械手的回转既可以采用回转油缸，也可以采用直线运动油缸通过齿轮齿条带动来完成。液压系统工作平稳可靠、易予调节、传动介质为高压力的油性介
[7]。加工中心换刀控制液压系统主要用于实现主质，因此适合大功率输出的系统
轴退刀控制，亦可也用于机械手的换刀控制。
[8]自动换刀气动控制系统的主要控制内容为:刀库刀具倒刀或回刀控制，主轴吹气控制。该系统的特点为:气源容易获得、反应速度快、动作迅速、维护方便、管路不易堵塞、不易发生过载，还可以用于降温。工作压力较低，空气压缩课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏
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