斗笠式刀库的设计

济南铁道职业技术学院毕业设计指导书（高职机电一体化专业08级）一、设计题目斗笠式刀库的设计二、设计目的随着科学技术和社会的发展，对机械产品的性能、精度、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求，数控机床的出现，开创了机械加工自动化的新纪元，不仅能提高产品的质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人劳动条件。

一个零件往往需要多道工序完成，而单功能的数控机床只能完成单工序的加工，因此在零件生产过程中，要进行多次装卸换刀工作，不仅影响劳动效率，还降低了工件精度，加工中心和普通单功能机床的区别在于有了刀库和自动换刀装置，这样，一次装夹就可完成多到工序的加工，提高了零件精度和劳动效率。

现在加工中心上刀库种类很多，有斗笠式、圆盘式等，其中斗笠式刀库结构简单，运动集中，适合与立式加工中心。

刀库成本低，工艺要求不高，但是国内生产此类刀库的企业较少，大部分需要进口，价格相对较贵，因此本课题非常有研究价值。

三、设计的技术要求1、斗笠式刀库主要工作过程为：斗笠式刀库换刀时，由三步组成，第一、刀库横移装置移动到主轴箱可以到达的位置；第二，刀库分度装置进行选刀，通过精确地分度、定位，将下个工序需要的刀送到指定位置；第三，主轴上自动装卸刀机构准确取刀装刀。

具体过程为：1）、系统接收到换刀指令。

2）、气缸推动刀库移动到主轴位置，保证当前刀位上为空，准备换刀。

3）、主轴打刀缸释放，将主轴上当前刀具放置到刀库空刀位置。

4）、刀库电机转动，接近目的刀具位置时，接近开关发送指令，电机减速，转到位置停止，准备换刀。

5）、主轴完成装刀动作。

6）、刀库气缸带动刀库返回。

一个换刀动作结束。

2、机械结构的设计通过对加工中心刀库工作目的及工作过程的了解，设计出用横移机构、分度装置及刀盘。

3、技术参数1、机械结构①刀库有8刀位。

②使用槽轮机构完成分度。

③刀柄标准为BT30。

④刀库在圆导轨上滑动，以减小摩擦。

2、电器控制系统①额定输入电压：三相四线380v②额定输入频率：50Hz③额定输入电流：不大于60A④三相异步电动机带动刀盘的转动⑤接近开关检测目的刀具位置⑥工作环境温度：0 ºC~55 ºC3、控制系统①气缸推动刀库移动到主轴位置，打刀缸完成主轴的装刀卸刀。

②将8个刀位首先定义好刀号，如：1号、2号……8号。

③接收到换刀指令后，刀盘只朝一个方向转动。

④工作过程由PLC控制。

四、设计过程与任务1、熟悉设计任务书、设计指导书、设计手册，收集有关资料，了解斗笠式刀库的用途、使用要求及其驱动和控制系统。

2、分析斗笠式刀库工作流程，设计合适的传动机构及刀盘结构；并用三维CAD软件完成零件的设计和总的装配。

3、控制系统的设计：（1）、进行工况分析，选择合理的气缸；（2）、设计合理的控制电路。

（3）、根据控制要求及控制信号的数量，确定PLC型号；（4）、根据工作过程绘制控制流程图。

（5）、完成梯形图的编制。

4、编写设计说明书。

五、设计进程安排1、收集、查找资料、论证方案 1周2、机械结构设计 2.5周3、控制系统设计 2.5周4、编写说明书，答辩 1.5周六、参考资料1．《机械设计基础》、《机械设计手册》《可编程序控制器及其应用》2、《数控机床结构》目录内容摘要------------------------------------------1关键词--------------------------------------------1 绪论----------------------------------------------2 第一章机械结构-----------------------------------第二章刀库检测与传感器装置-----------------------第三章刀库控制系统------------------------------- 第四章传动系统—气压传动------------------------- 参考文献------------------------------------------- 致谢----------------------------------------------- 附表-----------------------------------------------摘要近年来刀库的发展已超越其为工具机配件的角色，在其特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多工复合等概念之产品。

其产品品质的优劣，关系到工具机的整体效能表现。

刀库的容量、布局，针对不同的工具机，其形式也有所不同，根据刀库的容量、外型和取刀方式可概分为以下几种：斗笠式刀库、圆盘式刀库、链条式刀库。

自动换刀系统是CNC 工具机的重要组成部分，主要是将加工所需刀具，从刀库中传送到主轴夹持机构上。

未来工具机产业的发展，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工具机的一项重要指标。

本设计主要是对斗笠式刀库（刀柄标准BT30-8）的设计。

斗笠式刀库结构简单，运动集中，适合立式加工中心。

刀库成本低，工艺要求不高，但是国内生产此类刀库的企业较少，大部分需要进口，价格相对较高，因此斗笠式刀库的研究具有重大意义。

关键词横移机构、分度装置、刀盘、加工中心、刀库换刀、自动装卸、运动过程、刀库容量，换刀点、槽轮机构、槽数、电机驱动、刀库。

绪论一斗笠式刀库的发展趋势随着科学技术的不断发展进步和社会的快速发展，人们对机械产品的性能、精度、质量、生产率和生产成本提出了越来越高的要求，数控机床的出现，开创了机械加工自动化的新纪元，不仅提高了产品的质量和生产率，降低了生产成本，改变了劳动条件。

一个零件往往需要多道工序完成，而单功能的数控机床只能完成单工序的加工，因此在零件生产过程中，要进行多次装卸换刀工作，不仅影响劳动效率，还降低了工件精度，加工中心和普通单功能机床的区别在于有了刀库和自动换刀装置，这样，一次装夹就可以完成多道工序的加工，提高了零件精度和劳动效率。

现在加工中心上刀库种类很多，有斗笠式刀库、盘式刀库、链式刀库等，其中斗笠式刀库结构简单，运动集中，适合于立式加工中心。

刀库成本低，工艺要求不高，但国内生产此类刀库的企业较少，大部分需要进口，价格相对较贵，因此对斗笠式刀库的设计具有重大的意义，并且在以后的发展中，斗笠式刀库必将会占有极其重大的地位。

二斗笠式刀库设计的基本要求斗笠式刀库换刀时要有三步组成。

第一，刀库横移装置移动到主轴箱可以达到的位置；第二刀库分度装置进行选刀，通过精确的分度、定位，将下个工序需要的刀送到指定位置；第三，主轴上的自动装卸刀机构准确取刀装刀。

具体过程：（1）系统接到换刀指令。

（2）气缸推动刀库移动到主轴位置，保证当前刀位为空，准备换刀。

（3）主轴打刀缸释放，将主轴上当前道具放置到刀库空位上。

（4）刀库电动机转动，接近目的刀位时，接近开关发送指令，电机减速，转到位置停止，准备换刀。

（5）主轴完成换刀动作。

（6）刀库汽缸带动刀库返回，一个换刀动作结束。

三确定斗笠式刀库的设计方案1、在斗笠式刀库工作过程的基础上，确定机械本体及传动，利用三维CAD软件进行刀库的设计及装配；2、确定控制过程及电机、气缸；3、完成PLC控制系统，设计电路图，编程控制程序。

第一章机械结构第一节加工中心刀库1-1-1刀库近年来刀库的发展已超越其为工具机配件的角色，在其特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多工复合等概念之产品。

其产品品质的优劣，关系到工具机的整体效能表现。

刀库的容量、布局，针对不同的工具机，其形式也有所不同，根据刀库的容量、外型和取刀方式可概分为以下几种：（一）斗笠式刀库一般只能存8~24把刀具，斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴移动。

当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具，这时刀库转动。

当要换的刀具对正主轴正下方时主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，夹紧刀具后，刀库退回原来的位置。

（二）圆盘式刀库圆盘式刀库通常应用在小型立式综合加工机上。

"圆盘刀库"一般俗称"盘式刀库"，以便和"斗笠式刀库"、"链条式刀库"相区分。

圆盘式的刀库容量不大，顶多二、三十把刀。

需搭配自动换刀机构ATC(Auto Tools Change)进行刀具交换。

（三）链条式刀库链条式刀库的特点是可储放较多数量之刀具，一般都在20把以上，有些可储放120把以上。

它是藉由链条将要换的刀具传到指定位置，由机械手将刀具装到主轴上。

换刀动作均采用马达加机械凸轮的结构，此设计之结构简单、动作快速、确实、可靠，但是价格较高，通常为客制化产品。

1-1-2自动换刀系统自动换刀系统是CNC工具机的重要组成部分，主要是将加工所需刀具，从刀库中传送到主轴夹持机构上。

刀具夹持元件的结构特性及其与工具机主轴的联结方式，将直接影响工具机的加工性能。

刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响工具机的换刀效率。

自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本产生直接影响。

数控工具机的自动换刀系统大概分为 1.油压机构 2.气压机构3.电气式凸轮机构。

在不断追求速度及可靠性提升的数控工具机市场，凸轮式换刀机构就广泛的被采用。

此设计只用一个驱动马达就可完成复杂的换刀动作，快速确实，除了换油外没有其他消耗零件及保养需求，故障率最少，寿命超过百万次以上。

一般具有ATC装置者都有ATC臂。

换刀时若是需要在刀具库与主轴两处更换，则需要ATC臂来补助。

但有些工具机并不需要ATC臂即可完成换刀动作。

编辑本段刀库技术发展趋势未来工具机产业的发展，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工具机的一项重要指标。

快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的，综合考虑工具机的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换的技术方法。

一般强调换刀速度快的卧式机台，皆有几个特点：1.刀臂短 2.刀臂不一定成直线 3.两刀可能互相垂直 4.凸轮箱小且可移动。

其主要目的是要让换刀时，可动件之转动惯量小，以达到快速换刀之目的。

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工具机的结构特点等。

换刀速度指标衡量换刀速度的方法主要有二种：1.刀到刀换刀时间(T to T) 2.切屑到切屑换刀时间(C to C)。

由于切屑到切屑换刀时间基本上就是综合加工机两次切削之间的时间，反映了综合加工机换刀所需的辅助时间，因此切屑到切屑换刀时间应是衡量综合加工机效率高低的最直接指标。