加工中心斗笠式刀库换刀装置设计
FANUCOiMD数控系统斗笠式刀库实现自动换刀
Ｎ １ Ｍ ９ ９
％
（ 换刀结束 ，返回主程序）
（ ２）Ｐ ＭＣ 与ＮＣ 程序的配合 。斗笠式 刀库 实 现 自动换 刀是Ｐ ＭＣ与ＮＣ 程 序 的配合 来完成 的 。
Ｐ Ｍ Ｃ在 整 个 换 刀 过 程 中 主 要 控 制 刀 库 的 正 ／反
转 、刀库的前进 ／后退、松 刀 ／紧刀阀的动作以及 换 刀动作 顺序 。主轴 的上 升 、下 降和定 位都是 由
Ｎ Ｃ系统 程序 控 制 的 。
（ ８ ）刀库向远离 主轴 中心位置侧平移如附图ｆ
所示 ，直 ￣ Ｊ Ｉ Ｐ Ｌ Ｃ 接 收 到 传 感 器Ａ发 出 的 反馈 确认 信
步。
斗
换取 ，根据 刀库选取的不同 ，换刀系统 的控制方式 也不同。加 工中心常用的刀库有斗笠式 、凸轮式、 链条式 等 ，斗笠式 刀库是加工中， Ｏｌ ： ｋ 较常见的一种 换刀装置 ，换 刀过程简单 ，体积小、安装方便 、易 于控制和维护等优点 ，因此在中小型加工 中心上得 到了广 泛的应用 。但对 刀库的定位要求高 ，而且在 换刀过 程中需要轴配合其动作 ，而Ｐ Ｌ Ｃ 是无法直接 参与数控轴的控制。基于Ｆ Ａ ＮＵＣ ０ ｉ ＭＤ数控 系统 利用ＮＣ 宏程序可以把轴控制与Ｐ ＭＣ 控制有机地结 合 ，它可以按一定的逻辑控制Ｐ Ｍｃ 和进给轴 ，从而 实现 包含轴移动的换 刀控制。在本文 中，笔者 结合
后 ，这 时 刀库 转 动 ， 当 目标 刀具 对 正 主 轴 正 下 方 时 ，主 轴 下 移 ，使 刀具 进 入主 轴 锥 孔 内 ，刀具 夹 紧 后 ，刀库 退 回原 来 的 位 置 ，换 刀结 束 。 刀库 具 体 动 作过程如下 ：
毕业设计-斗笠式刀库控制装置
斗笠式刀库控制实验装置设计摘要随着数控加工技术的普及与发展，高速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。
自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。
刀库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。
本文介绍了在教学当中斗笠式刀库自动换刀控制实验装置的总体设计方案，开发了自动换刀控制系统的硬件和软件，并对斗笠式刀库自动换刀过程进行组态设计，实现了对自动换刀动作的动态监控，生动直观的展示了换刀动态过程，便于技术维修和学生观察自动换刀机构和PLC的运行状态，尽快定位故障点、排除故障。
关键词：斗笠式刀库，自动换刀控制，组态设计，动态监控，西门子802c数控系统Design of control device of bamboo hat type tool magazineLaboratoryABSTRACTAlong with the popularization and development of NC machining technology,high speed machining center as a representative of a new era of CNC machine tools, has been widely used in the field of machine tools.Development of automatically change the knife base has exceeded its NC Center for supporting the role of the development of unique products, to meet the high-precision machine tools, high efficiency, high reliability and more complex tasks such as the concept of technology in their unique areas of.As one of the most important part of machining center tool magazine, itsdevelopment will determine the processing center. This paper introduces the overall design scheme of control experimental device of automatic tool changing hats in teaching tool library, automatic tool change control system hardware and software development, and the bamboo hat type tool process of configuration design, the realization of the dynamic monitoring and automatic tool chan ging motion control, vivid and intuitive display tool changing dynamic process, facilitating technical repairand students to observe the automatic tool change mechanism and the running state of the PLC, as soon as possible to locate the fault point, fault elimination.KEY WORDS:Bamboo hat type knife, automatic tool change control, configuration design,dynamic monitoring, Siemens 802C CNC system目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1综述 (1)1.1数控教学实验装置分析 (1)1.1.1 数控铣床试验台不同实验装置形式分析 (1)1.1.1.1 数控铣床电气控制与维修实训台（西门子） (1)1.1.1.2 数控铣床电气控制与维修实训台（半实物/西门子） (1)1.1.1.3 数控铣床电气控制与维修实训台（实物/西门子） (3)1.1.2 组态软件在当前数控教学中的应用 (4)1.1.3 本设计在教学中的意义 (4)1.2 组态王应用 (5)1.2.1 建立组态王新工程 (6)1.2.2 创建组态画面 (8)1.2.3 定义I/O设备 (9)1.2.4 构造数据库 (12)1.2.5 建立动画连接 (13)1.2.6运行与调试 (15)2 斗笠式刀库实验室控制装置总体方案设计 (16)2.1数控加工加床刀库形式 (16)2.2 斗笠式刀库控制过程分析 (18)2.3 斗笠式刀库实验室控制装置硬件测绘 (19)3 斗笠式刀库实验室控制装置软硬件控制系统设计 (21)3.1 硬件电气系统 (21)3.2 数控程序控制原理与程序设计 (22)3.3 PLC换刀程序设计原理与程序设计 (23)3.3.1 刀库旋转方向、旋转步数计算 (24)3.3.2 主轴松刀、紧刀程序设计 (24)3.3.3 刀库旋转程序设计 (26)3.3.4 刀库前进、后退程序设计 (26)4 斗笠式刀库实验室模拟控制装置设计 (27)4.1 斗笠式刀库实验室模拟控制装置设计画面设计 (27)4.2 接口数据库的建立 (28)IV4.3 命令语言设计 (30)5 基于802c数控系统的斗笠式刀库实验室装置的联机调试 (30)5.1组态王与数控系统联机调试 (30)5.1.1 组态王设置 (30)5.1.2 数控系统设置 (34)5.2 联机调试结果分析 (34)总结 (35)参考文献 (36)附录Ⅰ (37)附录Ⅱ (41)斗笠式刀库控制实验装置设计 11 综述随着制造业的迅速发展以及国家对制造行业的高度重视，在制造业教学中实验装置层出不穷，在很大程度上提高了教学质量，但是由于部分实验装置的缺失又阻碍了教学工作的有效进行。
代系统斗笠式刀库换刀规划
目的和意义
随着制造业的快速发展，高效、高精度的数控机床在加工领域的应用越来越广泛。
斗笠式刀库作为数控机床的关键组成部分，其换刀规划的合理性和高效性对整个加 工过程的效率和质量具有重要影响。
本研究旨在针对斗笠式刀库的换刀过程进行优化规划，以提高加工效率、降低刀具 磨损和减少空程时间，为实际生产提供理论支持和实践指导。
05
实际应用与效果评估
应用案例介绍
案例一
某机械加工企业，采用斗笠式刀库进 行自动化换刀。通过合理的换刀规划 ，实现了加工效率的提高和成本的降 低。
案例二
某汽车制造企业，在生产线上采用斗 笠式刀库进行换刀。通过优化换刀策 略，减少了非加工时间，提高了生产 线的整体效率。
效果评估方法
对比分析法
将实施斗笠式刀库换刀规划前后的加工效率、换刀时间、成本等 数据进行对比，分析其变化情况。
统计分析法
对大量的数据进行统计分析，了解斗笠式刀库换刀规划在实际应用 中的表现和趋势。
专家评估法
邀请行业专家对斗笠式刀库换刀规划的实际效果进行评估，给出专 业意见和建议。
效果评估结果
加工效率提高
通过合理的换刀规划，减少了换刀时 间，提高了加工效率。
成本降低
优化了换刀策略，减少了不必要的浪 费，降低了生产成本。
代系统斗笠式刀库换刀规划
目录
• 引言 • 斗笠式刀库换刀系统概述 • 换刀规划算法 • 换刀规划系统实现 • 实际应用与效果评估 • 结论与展望
01
引言
主题简介
01
斗笠式刀库是数控机床中常用的 一种刀库形式，具有存刀量大、 换刀速度快等优点。
02
换刀规划是数控加工中的重要环 节，合理的换刀规划可以提高加 工效率、减少空程时间和刀具磨 损。
新代系统斗笠式刀库换刀规划
2019/3/18
斗笠式刀库换刀动作故障及排除方法
根据以上的分析,可以总结换刀故障的处理思路
T1 刀 盘
打刀缸
Z+
抬刀点 Pr3409
主
T2
轴
换刀点 Pr2803
主轴刀号: 1
2019/3/18
1 1
0 1
0 2
2 2
6
刀盘刀号: 2
斗笠式刀库换刀动作异常中断 斗笠式刀库换刀流程小结
1.换刀流程由十二个动作组成 2.每个动作按照固定的顺序依次执行 3.每个动作相互制约和限制
4.每个动作的执行都必须满足相关的约束条件
主轴定位解除m05中断斗笠式刀库换刀动作异常中断进入jog模式按键退回刀库进入刀表编辑画面根据实际主轴刀号修改刀表上的数据如果主轴无刀可设定主轴刀号为0进入jog模式按键退回刀库进入刀表编辑画面根据实际主轴刀号修改刀表上的数据如果主轴无刀可设定主轴刀号为0进入jog模式按键退回刀库进入刀表编辑画面根据实际主轴刀号修改刀表上的数据如果主轴无刀可设定主轴刀号为0202011手动初始化刀库系统斗笠式刀库换刀动作异常中断的处理进入手动模式jog退回刀盘按键aux7或者复位按键取下主轴上的刀具如果无法松刀则修改刀表中的主轴刀号为1取下刀盘一号刀爪上的刀具参数3407手动调整刀库0
5
刀盘刀号: 2
一.主轴停止(M05) 二.刀盘旋转至主轴目前刀号 三.主轴定位(M19)
一种斗笠式刀库换刀宏程序的设计
Ｎ２ ５ ０ Ｇ ０ ４ Ｘ０ ． ５（ 暂停 ０ ． ５ ｓ ）
Ｎ２ ６ ０ Ｍ８ ３（ 刀 库 向右 靠 近 主 轴 ）
牲
Ｎ２ ７ ０ Ｇ０ Ｔ０ １ ６Ｏ
ＮＳ ０ Ｍ８ １（ Ｔ Ｊ 库准备好使 能）
Ｎ９ ０ Ｍ８ ３（ Ｔ Ｊ 库 向右 靠 近 主 轴 ） Ｎ１ ０ ０ Ｇ ０ ４ Ｘ ０ ． ５（ 暂停 ０ ． ５ ｓ ）
Ｎ１ １ ０ Ｍ１ １（ 主轴松刀）
根据 实 际 换 刀 过程 中可 能 出现 的情 况 ， 若换 刀 指令要 求 的刀 具 号 和 主轴 上 原 有 的 刀具 号 一 致 ， 说 明不需 要 执 行 换 刀 过 程 ， 则 数控 系统 Ｐ ＭＣ 信 号
设 计
Ｎ１ ８ ０ Ｍ１ ０（ 主轴夹紧刀具）
计 算
Ｎ１ ９ ０ Ｍ８ ５（ 存储刀号 ）
Ｎ２ ０ ０ Ｍ８ ４（ 刀 盘 向左 远 离 主 轴 ）
Ｎ ２１ Ｏ Ｇ ０ Ｔ Ｏ ２８ ０
Ｎ２ ２ ０ Ｇ ９ １ Ｇ３ ０ Ｐ ２ Ｚ ０（ ｚ轴移动到第二参考点）
释。
Ｏ９ ０ ０ １
宏程 序 的接 口输 入 信 号 ， 分 别 对 应 系统 Ｐ ＭＣ 中 的 Ｇ５ ４ ． ０ 、 Ｇ５ ４ ． １ 、 Ｇ５ ４ 。 ２ ， 通过“ 读 取” 这 几 个 系 统 变 量， 就可 以知 道 对 应 接 口输 人 信 号 的状 态 。 当相 应
的输 入 点 （ 即 Ｇ５ ４ ． ０ ～Ｇ５ ４ ． ２ ） 接通时 ， 对 应 的 变 量 值为 １ ， 否 则 变量值 为 ０ ＿ ２ ］ 。 ＃１ ０ ０ ０（ Ｇ ５ ４ ． Ｏ ） ： 判 断指令 Ｔ代 码 和 主轴 上 的 刀 具号 是否 一致 ， 若 一致 ， 则 ＃１ ０ ０ ０ —１ 。 ＃１ ０ ０ １（ Ｇ ５ ４ ． １ ） ： 判 断 指 令 主 轴 上 刀 号是 否 为
基于802DSL数控系统斗笠式刀库自动换刀程序设计
位
位
一
２ ； ）
一
Ｔ ７ 储存主轴还刀刀位临时值 ； Ｍ［ ］
Ｔ ０ Ｍ［ ］表 示 刀库旋 转找 刀 的 ３种情 况 。 刀库就 近找 刀 ３种 情况 及 其 刀 位差 一 Ｓ Ｒ［ ］ ＺＦ ０ 的
Ｖ ４ ０ ０ ０ 说 明任 务 已完成 。 固定循 环 一 旦 发 现 ￥ Ｂ ９０ ０ １
Ａ
—
（） 刀 ： ３换 主轴 上有 刀具 ， 先将 主轴 上 刀具 还 回刀 库 原 来位 置上 ， 将 目标 刀 具取 到主 轴上 。 再 斗笠 式刀 库采 用 固定 刀位 管 理 ， 具 号 与 刀 库 刀 刀 位 号 相 同 ， 了使用 方便 ， 为 我们 对 程序设 计 提 出 ３点 要
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｕ ｏ ａ ｉ ｔ ｏ ｈ ｎ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔｐ ｓｇ ｆ ｔ ｍ ｔ ｏ ｌ ａ ｇ ｒ ｇ ａ ｆ ｒａ ｍｌｓ ｙ ｅ ａ ｃ ｃ
ＡＴＣ ｂ ｓ ｄ ｏ ０ ａ ｅ ｎ ８ ２ ＳＬ ＣＮＣ ｓ ｓｅ Ｄ ｙ ｔ ｍ
Ｋ ｙ ｏ ｄ ： ｒ ｌ ｓ Ｄ ｕｉ ｙ ｅＡ ｅ； ｒｇａ ａ ｌ Ｌ ｇｃＣ ｎｒｌ ｒ Ｕ ｅ ａ ；Ｓｓ ｍ Ｖ ｒ ｂｅ Ａ ｔｍ ｔ ｅｗ ｒｓ Ａ ｍｅ （ ｏｌ ｓ ）Ｔ ｐ Ｔ Ｐｏｒｍｍ ｂｅ ｏｉ ｏ ｔ ｌ ； ｓｒＤ ｔ ｙｔ ａ ａ ｌ； ｕｏ ａ ｃ ｏｅ ａ ｅ ｉ ｉ
２ ０ ０ ９
孙 德茂 ） （ 收稿日 ２１－０ ２） 期： １１—０ ０
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加工中心不同刀库的换刀方法和指令
加工中心是拥有刀库和自动换刀装置的数控加工设备。
刀库的种类有很多种，换刀的方法及换刀指令的编写和执行也各不相同。
下面，就为大家总结一下几种常见刀库的换刀方式及其指令。
斗笠式刀库的换刀:斗笠式刀库大多采用固定地址换刀方式，刀具号与刀座号存在一一对应的关系。
斗笠式刀库的换刀动作是依靠刀库的横向移动与主轴的上下移动来实现的，这种方式简称为主轴换刀方式。
由于没有换刀机械手，所以选刀动作不能在换刀动作之前预选，而是将换刀指令与选刀指令编写在同一个程序段中，其指令格式为M06 TXX。
执行这个指令时，刀库首先找到指令中主轴上需要换下的刀号所对应的刀座，并将其转到换刀位置，使主轴上的刀具换回到刀座中。
接下来，刀库再找到指令中需要换上的刀具，将其转到换刀位置，并换上主轴。
因为不能预选刀具，这个指令如果将Tx x放在M06之前就是无效的，最终选刀的动作还是在执行M06时执行，如果M06后面没有Tx x，系统就会报错。
圆盘式和链式刀库的换刀:圆盘式刀库和链式刀库一般会采用随机地址的换刀方式，刀具号与刀座号并不是一一对应，而是随机的，但数控系统能够记忆其对应关系。
圆盘式和链式刀库采用机械手进行换刀，换刀前可以对新换上的刀具进行预选。
刀具指令Tx x控制刀库旋转，并将选中的刀具转至换刀工作位置，而换刀指令M06控制换刀机械手的动作，实现主轴刀具与刀库换刀位置处新旧两把刀具的交换。
圆盘式和链式刀库的选刀指令与换刀指令可以编写在同一个程序段，也可以分在不同程序段编写，因此选刀与换刀动作也可以一起执行或分开执行，其指令格式为TXXM06。
执行这个指令时，刀库首先将指令中要换上的刀具转到换刀位置，然后机械手将刀库刀具与主轴刀具交换。
了解了以上两种换刀方式，我们可以对比一下哪种更好。
结果显而易见，第二种换刀方法将选刀动作与加工动作重叠在一起，这样换刀时就不必选刀而直接换刀，使加工效率得到了提高。
不同机床厂家的不同规定:不同的机床生产厂家对于换刀方法、换刀指令及其执行方式也有不同的规定。
加工中心换刀装置的设计
XKA5032A/C数控立式铣床自动换刀装置设计摘要本设计介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置（刀库式）的设计，刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。
它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置。
换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。
存放刀具的刀库具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。
设计成采用轴向放置的鼓盘式刀库形式和回转式双臂机械手组成。
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，驱动控制也比较简单，工作可靠。
数控铣床用4把刀就可完成大多数的铣削加工。
所以这个容量为6把刀的刀库，几乎不存在加工过程中需要重复利用刀具的情况，所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。
两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠，换好时间短，缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。
一般来说，这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直，刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置，因此，在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。
关键词：数控铣床，自动换刀装置，刀库，换刀机械手The XKA5032A/C Number Controls The Sign Type Working Panel Miller To Change The Knife DeviceABSTRACTthe introduction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute.The knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife position in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesn't need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility. scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so theknife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have.Two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device.KEY WORDS:numerical control milling machines, Automatic tool changer, Tool storage , tool changing-manipulator目录前言 (1)第1章数控机床概述 (2)1.1 数控机床知识 (2)1.1.1 数控铣床的分类 (2)1.1.2 数控铣床的结构特征 (4)1.1.3 数控铣床的主要功能及加工对象 (5)1.1.4 自动换刀装置（ATC）及其形式 (5)1.1.5 自动换刀装置应当满足的基本要求 (7)第2章总体方案的确定 (8)2.1 刀库系统的设计 (8)2.1.1 确定刀库容量 (8)2.1.2 确定刀库形式 (9)2.1.3 刀库结构设计 (9)2.1.4 初选电动机与降速传动装置 (11)2.1.5 初估刀库驱动转矩 (11)2.1.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 (12)2.1.6 刀库驱动转矩的校核 (17)2.1.7 花键联接的强度计算 (17)2.1.8 夹紧机构插销剪切强度的校核 (18)2.1.9 确定刀具的选择方式 (18)2.10 刀库的定位与刀具的松夹 (19)第3章刀具交换装置的设计 (21)3.1 换刀机械手的设计 (21)3.1.1 确定换刀机械手形式 (21)3.1.2 换刀机械手的工作原理 (23)3.1.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序 (23)3.1.4 自动换刀装置的相关技术要求 (25)3.1.5 换刀机械手的安装与调试 (25)第4章自动换刀装置的控制原理 (26)4.1 自动换刀装置的液压系统原理图 (26)4.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程 (26)第五章典型零件的设计 (28)5.1 联轴器的设计 (28)5.1.1 联轴器 (28)5.1.2 联轴器的选用 (28)5.1.3 联轴器的校核 (29)5.1.4 蜗杆蜗轮传动设计的一些相关技术要求 (29)5.1.5 托架的设计 (29)结论 (30)谢辞 (31)参考文献 (32)外文资料翻译 (34)前言数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字信号进行控制的一种方法。
“车床维修”数控铣床带斗笠式刀库改造
7.37广州工程技术职业学院毕业设计（论文）编号：GIT-QI-A6-37广州工程技术职业学院广州数控设备有限公司毕业设计（论文）题目：数控铣床带斗笠式刀库改造系( 院)：机电工程系专业班级: 10级数控3班学生姓名：骆金炮学号2100981919278指导教师：练一鸣孙晓辉完成日期：2012年12月12日毕业设计（论文）题目数控铣床带斗笠式刀库改造指导教师练一鸣学历大专职称导师指导教师孙晓辉学历硕士职称讲师具体要求1．根据有关企业市场需求的、指导教师所给定的和自己选定项目为毕业设计课题。
2．搜集准备设计资料和相关手册。
3．确定毕业设计课题的实施步骤。
4．绘制出产品的相关图形。
5．编写毕业设计说明书。
进度安排1．2012年10月12日至10月15日完成课题选择，并搜集准备设计资料和手册。
2．2012年10月16日至11月16日完成毕业论文的主要部分内容。
3．2012年11月17日至11月30日编写毕业论文设计说明书。
4．2012年12月01日至12月31日指导教师审核全部设计资料。
5．2013年01月01日至01月08日修改并打印全部设计资料，上交给校内指导老师。
广州数控设备有限公司指导教师签字：：年月日专业组长意见：专业组长签字：年月日题目发出日期2012.10.12论文起止时间2012.10.12－2013.01.08附注：7.38广州工程技术职业学院毕业设计（论文）任务书编号：GIT-QI-A6-387.39 广州工程技术职业学院学生开题报告书编号：GIT-QI-A6-39课题类型：（1）A —工程设计；B —技术开发；C —软件工程；D —理论研究；（2）X —真实课题；Y —模拟课题；Z —虚拟课题（1）、（2）均要填，如AY 、BX 等。
课题名称数控铣床带斗笠式刀库的改造 课题来源 教师指定 课题类型 AX 指导教师 练一鸣孙晓辉学生姓名 骆金炮 学 号 2100981919278 专 业 数控技术 开题报告内容：随着现代科技的发展猛进、为了提高生产效率、加强设备的技术要求，当今有很多厂家对数控机床进行了改造，使其成为机械化、智能化、人性化等。
BT40X16斗笠式刀库的研究与设计_毕业设计说明书
毕业设计说明书设计题目：BT40X16斗笠式刀库的研究与设计摘要90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，高速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。
自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。
刀库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。
斗笠式刀库一般只能存16~24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。
关键词：数控加工中心，斗笠式刀库ABSTRACTSince the 1990s, CNC machining technology made the rapid and universal development, as a new era of the representatives of NC machine tools, High-speed processing center has been widely used in the field of machine tools. The development of automatic Tool Change,s tool house in recent years seems to have gone beyond the NC Center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-precision machine tools, high efficiency and reliability, and more complex tasks, such as the concept of unique products . The tool house as a processing center one of the most important part, it has a direct bearing on the development of the processing center's development.Rain hat type knife library normally only save 16 to 24 knife sword rain hat type, change cutters in the library in the sword to the spindle mobile library. Rain hat type knife library normally only save 16 to 24 knife sword rain hat type, change cutters in the library in the sword to the spindle mobile when spindle library on the library card slot cutter into the knife, spindle, when moving upwards from cutter knife library rotation. When to change tool to align the spindle, when spindle moves directly into the spindle cone hole cutter, clamping tool, return the original position knife library.Keywords: CNC processing center, rain hat type knife library摘要 (I)1绪论 (3)1.1 数控机床概述 (3)1.1.1 数控机床的概念 (3)1.1.2 数控机床的组成 (3)1.1.3 数控机床的工作原理 (3)1.1.4 数控机床的特点 (3)1.1.5 数控机床的发展 (3)1.2 数控铣床分类 (4)1.2.1 数控立式铣床 (4)1.2.2 数控卧式铣床 (4)1.2.3 万能数控铣床 (4)1.2.4 龙门式数控铣床 (4)1.3 数控铣床的功能及加工对象 (4)1.4 加工中心知识 (5)1.5 自动换刀装置与刀库 (5)1.5.1 自动换刀装置 (5)1.5.2 刀库类型 (6)1.6 本章小结 (8)2 总体方案 (9)2.1 数控立式升降台铣床的组成及主要技术参数 (9)2.2 可能的方案比较及最终选择方案 (10)2.3 斗笠式刀库结构组成及工作原理 (11)刀库横移装置的设计： (11)2.5 本章小结 (12)3 斗笠式刀库设计 (13)3.1 刀库容量的确定 (13)3.2 气缸设计和选择 (14)3.2.1 气缸的选择要点 (14)3.2.2 气缸初选 (14)3.2.3 驱动力校核 (14)3.2.4 活塞杆稳定性校核 (15)3.2.5 缸筒壁厚计算 (16)3.2.6 耗气量及刀库横移运动时间的计算 (16)3.3刀库驱动转矩的估算 (17)3.3.1 刀库分度机构的传动设计及计算 (17)3.3.2 旋转部件转动惯量计算 (18)3.3.3 刀库驱动转矩计算 (19)3.4减速电动机的选择 (19)3.5 刀库驱动转矩的校核 (19)3.6 换刀过程总时间的计算与校核 (20)3.7 刀具的选择方式 (20)3.8 刀具交换装置的选择 (21)3.9 电气元件的选择 (22)3.9.1 气缸磁环开关 (22)3.9.2 马达定位感应开关 (22)3.9.3 刀号计数器开关 (22)3.10本章小结 (22)4 重要零部件的设计 (23)4.1 联轴器 (23)4.1.1 联轴器的选择 (23)4.1.2 联轴器校核 (23)4.2 刀夹 (23)4.2.1 刀夹作用 (23)4.2.2 刀夹工作原理 (24)4.3 本章小结 (25)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (28)1绪论1.1 数控机床概述1.1.1 数控机床的概念数字控制是利用数字化信息对机械运动以及加工过程进行控制的一种方法，简称数控（Numerical Control，NC）。
数控加工中心刀具库自动换刀系统
职业技术学院毕业论文题目：数控加工中心自动换刀系统学生：学号：院（系）：专业：指导教师：2013 年 5 月 3 日数控加工中心刀具库自动换刀系统摘要本设计介绍了加工中心自动换刀装置的机械手运动的部分设计及控制系统的设计，最终实现自动换刀动作，介绍了目前加工中心常用的刀库，及其在加工中心上的应用情况，从而可以看出在数控方面的发展趋势。
换刀装置作为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，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。
加工中心自动换刀装置是实现多工序连续加工的重要装置，其结构设计及其控制是实现加工中心设计制造的关键。
加工中心的换刀过程较为复杂，动作多，动作间的相互协调多，进而自动换刀系统的好坏直接影响加工效率的高低。
带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着越来越重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工。
加工中心是数控中较为复杂的加工设备，由于其具有多种加工能力而得到广泛的应用，其强大的加工能力和效率得益于其配置的自动换刀装置。
关键字：数控加工中心，机械手，自动换刀，系统目录摘要 (Ⅰ)第一章毕业设计（论文）任务书 (2)第二章毕业论文分析及参数设置 (4)2.1 刀具自动换刀分析 (4)2.2 换刀系统参数设置 (4)第三章毕业设计过程 (5)3.1 PLC介绍 (5)3.1.1可编程控制器的功能及特点 (6)3.1.2可编程控制器的应用 (6)3.1.3可编程控制器的作用 (7)3.1.4可编程控制器的发展 (7)3.1.5可编程控制器的基本组成 (7)3.2 PLC的工作原理 (8)3.2.1P L C的工作过程 (9)3.2.2P L C的内部运作方式 (10)3.2.3P L C的选择依据 (11)3.3 I/O配置表 (11)3.4 刀盘取刀示意图 (13)3.5 梯形图及指令表 (14)3.6 本系统改进 (18)3.6.1研究适用于机床主轴结构并能满足自动换刀要求的高性能弹簧夹头结构模式 (19)3.6.2研究确定弹簧夹头与机床主轴头部可靠联结的结构方案 (19)3.6.3 换刀机械手与驱动装置的研究 (19)3.6.4 刀库结构及刀库驱动方式的研究 (19)3.6.5 智能型控制系统的研究 (19)3.7总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)陕西科技大学职业技术学院毕业设计（论文）任务书机电一体化专业机电101 班级学生：题目：数控加工中心刀具库自动换刀系统设计毕业设计（论文）从2013 年 2 月1 日起到2013 年5 月 1 日课题的意义及培养目标：数控加工中心刀具换刀系统要求针对斗笠式刀库的6把刀具，以机械手位置为基准通过PLC控制刀盘顺时针和逆时针旋转从而实现换刀，要求学生主要就换刀系统硬件总体、组成及PLC控制方面进行设计。
数控加工中心刀库换刀系统
数控加工中心刀库换刀系统————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：郑州电力职业技术学院课程设计说明书题目机电一体化技术与系统课程设计--数控加工中心刀具换刀系统的设计系别机电工程系专业机电一体化班级09级机电四班姓名设计时间指导教师二○一一年二月一日郑州电力职业技术学院目录一、课程设计任务 (2)二、课程设计要求 (2)三、课程设计的参数设置 (2)四、课程设计过程 (2)第一节PLC基本介绍 (2)第二节阐述PLC的工作原理 (6)第三节列出I/O配置表 (10)第四节刀盘取刀示意图 (11)第五节本系统梯形图及指令表 (13)第六节本系统的开发环境 (17)第七节本系统的改进 (19)第八节总结 (21)参考文献 (22)五、指导教师评价 (23)课程设计任务书一、课程设计任务设计一个数控加工中心刀具库换刀系统。
二、课程设计要求刀具由PLC控制来实现其功能。
斗笠式刀库装6把刀，从上向下看顺时针编号，如图4-1所示。
以机械手位置为基准，刀号变大方向连续3把刀盘逆时针换刀；刀号变小连续2把刀采用顺时针旋转换刀。
例如：假设1号刀为停留在机械手位置处时，调去1号刀时刀盘不动作；调取5、6号刀时刀盘顺时针旋转，调去2、3、4号刀时，刀盘逆时针旋转。
三、课程设计的参数设置1、寄存器D0;机械手当前位置寄存器。
2、寄存器D1：程序刀号寄存器。
3、寄存器D3：偏差寄存器。
4、参数K：参数K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为1、2、3、4、5、6。
四、课程设计过程第一节PLC基本介绍可编程控制器( Programmable Controller )简称PC,为了避免和通用计算机的简称PC 同意，在很多书中对可编程控制器仍沿用PLC的简称。
1968年美国的汽车工业首先提出了可编程控制器的概念，1969年美国数字设备公司制造出了世界上第一台PLC，这时的可编程控制器只能用于执行逻辑判断、定时、计数等顺序控制功能，所以称为可编程控制器，简称PLC。
毕业设计(论文)_数控立式升降台铣床斗笠式自动换刀装置设计[管理资料]
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中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 绪论 (3)数控机床概述 (3)数控机床的概念 (3)数控机床的组成 (3)数控机床的工作原理 (3)数控机床的特点 (3)数控机床的发展 (3)数控铣床分类 (4)数控立式铣床 (4)数控卧式铣床 (4)万能数控铣床 (4)龙门式数控铣床 (4)数控铣床的功能及加工对象 (5)加工中心知识 (5)自动换刀装置与刀库 (6)自动换刀装置 (6)刀库类型 (7)本章小结 (9)2 总体方案 (9)数控立式升降台铣床的组成及主要技术参数 (9)可能的方案比较及最终选择方案 (10)斗笠式刀库结构组成及工作原理 (12)本章小结 (13)3 斗笠式刀库设计 (13)刀库容量的确定 (13)气缸设计和选择 (14)气缸的选择要点 (14)气缸初选 (15)驱动力校核 (15)活塞杆稳定性校核 (16)缸筒壁厚计算 (17)耗气量及刀库横移运动时间的计算 (17)刀库驱动转矩的估算 (18)刀库分度机构的传动设计及计算 (18)旋转部件转动惯量计算 (20)刀库驱动转矩计算 (20)减速电动机的选择 (20)刀库驱动转矩的校核 (21)换刀过程总时间的计算与校核 (21)刀具的选择方式 (22)刀具交换装置的选择 (22)电气元件的选择 (25)气缸磁环开关 (26)马达定位感应开关 (26)刀号计数器开关 (26) (26)4 重要零部件的设计 (26)联轴器 (27)联轴器的选择 (27)联轴器校核 (27)刀夹 (27)刀夹作用 (27)刀夹工作原理 (28)本章小结 (29)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (32)数控立式升降台铣床斗笠式自动换刀装置设计摘要：本文介绍的是数控立式升降台铣床斗笠式自动换刀装置的设计。
斗笠式刀库的自动换刀装置主要由刀库横移装置和刀库分度装置组成。
其自动换刀的形式为无机械手换刀，换刀过程中刀盘需要横向移动到合适的位置使机床主轴便于与刀库交换刀具。
斗笠式刀库换刀原理
摘要：加工中心可将铣、镗、钻、铰、攻螺纹等多项功能集于一身，大大提高了生产效率。
换刀装置（ATC）是加工中心的重要组成部分，也是加工中心故障率最高的部分，约有50%的机床故障与换刀装置有关。
斗笠式刀库是加工中心比较常见的一种换刀装置，在本文中，我结合自己的工作经验，对斗笠式刀库的动作过程及换刀过程中容易出现的故障进行了简要的分析和说明。
关键词：加工中心ATC 斗笠式刀库动作过程故障分析0 引言加工中心的一个很大优势在于它有ATC装置，使加工变得更具有柔性化。
加工中心常用的刀库有斗笠式、凸轮式、链条式等，其中斗笠式刀库由于其形状像个大斗笠而得名，一般存储刀具数量不能太多，10~24把刀具为宜，具有体积小、安装方便等特点，在立式加工中心中应用较多。
1 斗笠式刀库的动作过程斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴平行移动，首先，取下主轴上原有刀具，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；其次主轴安装新刀具，这时刀库转动，当目标刀具对正主轴正下方时，主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，刀具夹紧后，刀库退回原来的位置，换刀结束。
刀库具体动作过程如下：1.1 刀库处于正常状态，此时刀库停留在远离主轴中心的位置。
此位置一般安装有信号传感器（为了方便理解，定义为A），传感器Ａ发送信号输送到数控机床的PLC中，对刀库状态进行确认。
1.2 数控系统对指令的目标刀具号和当前主轴的刀具号进行分析。
如果目标刀具号和当前主轴刀具号一致，直接发出换刀完成信号。
如果目标刀具号和当前主轴刀具号不一致，启动换刀程序，进入下一步。
1.3 主轴沿Z方向移动到安全位置。
一般安全位置定义为Z轴的第一参考点位置，同时主轴完成定位动作，并保持定位状态；主轴定位常常通过检测主轴所带的位置编码器一转信号来完成。
1.4 刀库平行向主轴位置移动。
刀库刀具中心和主轴中心线在一条直线上时为换刀位置，位置到达通过信号传感器（B）反馈信号到数控系统PLC进行确认。
加工中心换刀装置设计_时雨
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!将电机在中间位置时，肘夹可定位夹紧支撑台面，防止压装后端盖时电机活动造成对心不准。
3工装使用过程说明装配后端盖前，用生产线上已有的气动吊装夹具夹紧并吊起电机，翻转180°，将其放置在支撑台面上，预装后端盖，并用两件定位轴定位。
将电机沿直线导轨移动至中间位置，肘夹定位夹紧支撑台面。
启动换向阀，气缸活塞下移，弹簧柱塞与电机转子锥孔重合后，弹簧收缩逐渐克服磁吸力。
收缩至压紧块接触后端盖台阶面后，对心压入后端盖。
压入端盖后，松开肘夹，将电机沿直线导轨移至另一端，螺钉锁紧后端盖。
再用气动吊装夹具夹紧并吊起电机，移至下一工位。
4结论工装可直接固定在生产线上应用，生产线工位板可从底板下流过，不破坏整体装配流程。
该工装使用方便，解决了长期以来依靠榔头敲击后端盖进行装配的难题，且制造成本低，安全性及可靠性良好。
改进后，可推广应用在电机转子与定子合装过程，也可用在装配其他型号电机上，对以后大批量、自动化装配永磁同步电机具有很好的借鉴意义。
（编辑明涛）作者简介：王世起（1981-），男，工程师，主要研究领域为新能源汽车用电机技术与装备、工业工程等。
收稿日期：2０１２－０９－０３图51.后端盖压装工装2.电机3.生产线台架123加工中心换刀装置设计时雨（哈尔滨市国际工程咨询中心，哈尔滨150000）1引言随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快。
形状复杂的零件越来越多，对精度的要求也越来越高。
多品种、中小批量的生产方式逐渐占据了工业市场。
激烈的市场竞争使得产品研发生产周期逐渐缩短。
传统的加工设备和制造方法难以满足这种多样化、柔性化的高效高质量零件加工要求。
近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术，在加工设备中大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术［1］。
斗笠式刀库的设计
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。
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第30卷第3期2009年3月煤矿机械Coa lM ine Mach i n er yVo.l30No.3M ar.2009加工中心斗笠式刀库换刀装置设计张宇1,夏晓平2(1.常州工学院,江苏常州213002;2.常州工程职业技术学院,江苏常州213003)摘要:加工中心斗笠式刀库由刀库横移装置、刀库分度选刀装置以及主轴上的刀具自动装卸机构组成。
横移装置使刀库以直线运动的方式,从起始位置运动到换刀点进行换刀。
在运动过程中速度表现为正弦曲线的运动规律,减小了刀库的运动冲击,保证刀库准确定位,满足换刀的技术指标要求。
刀库分度装置采用电机驱动,定位法兰每回转一圈,分度盘反向转过一个刀位,从而使刀库轮毂得到周期性间歇运动,起到刀库的转位分度作用。
其分度槽槽数(容刀量)越多,刀库转位越平稳,另一方面,槽数的增加会导致刀库尺寸的增加。
因此,正确合理地选择刀库容量就显得尤为重要。
关键词:刀库;横移装置;容刀量;分度盘;定位法兰;运动分析中图分类号:T G659文献标志码:B文章编号:1003-0794(2009)03-0100-03Desi gni ng of ToolChanger i n Ba mboo Hat ATC ofM ac hi ne Ce ntreZHANG Yu1,X IA X i a o-p i ng2(1.Changzhou Instit ute Technol ogy,Changz hou213002,Ch i na;2.Changzhou Institute of Engi neer i ng Technol ogy,Changzhou213003,Ch i na)Abstr act:The ba mboo hatATC ofmachine centre is made up of the horizonta lmoving device,d i v iding device and cla mping&re leasi n g tool device i n t h e sp i n dle.The ATC moves i n a li n e on t w o col u mn slide way,f ro m start point to end poi n t to fi n ish changi n g tools.The moving speed of ATC obeys si n usoida l rule,wh ich reduces shocks i n the ATC move men.t It ensures a accurate position i n g of the ATC,and met the tool changi n g requ ire men.t The divi d i n g device is divi d ed by divi d i n g motor.D ivi d i n g d isk rotates one tool roo m wh ile positi o n flange rotates one c ircle.It makes tool whee l gai n a period ical i n ter m ittent rotati n g action,and the ATC gai n s a divi d i n g action.The more divi d i n g slo,t the more stably ATC ro2 tates.O ther w ise,the i n cre ment of slots leads to i n cre ment of size of ATC.So it is very i m portant to ex2 actl y select the tools capac ity ofATC.K ey w ords:ATC;horiz ontal movi n g device;tools capacity;divi d ing disk;positi o n flange;acti o n ana2 l y ze0引言加工中心换刀方式一般可以分为有机械手换刀和无机械手的换刀,有机械手换刀方式的刀库一般为链式,无机械手换刀方式的刀库一般为盘式。
无机械手换刀方式一般适用于立式加工中心,原因是它运动集中,运动部件少,但受立式加工中心机床尺寸大小的限制,刀库鼓轮盘尺寸一般不宜太大,即刀库的容量不能太大。
斗笠式刀库,结构上为盘式刀库,换刀方式属于无机械手换刀系统。
斗笠式刀库换刀步骤:(1)刀库横移装置移动到主轴箱可以达到的位置;(2)刀库分度装置进行选刀,通过精准地分度、定位,把下个工序所需的刀具送到指定位置;(3)主轴上的自动装卸机构准确取刀、送刀。
所以横移装置和分度装置是斗笠式刀库的重要组成部件。
1斗笠式刀库装置设计(1)斗笠式刀库横移装置设计刀库的横移装置是在进行换刀的整个过程中,刀库从远离主轴的位置直线移动到主轴轴线位置,以实现换刀。
该机构运动的动力部件是刀库电动机,电机轴实现旋转运动,使刀库实现直线移动。
斗笠式刀库横移装置由2根圆柱导轨(滑杆)支撑,每根圆柱导轨由2个支架固定在连接板上,连接板固定在机床立柱上,实现刀库与机床立柱的连接。
整个刀库可以在2根圆柱导轨上滑动,实现刀库前后运动,以完成抓刀和返回动作。
而刀库前后运动的原动力是由电机通过拨杆和滑块实现的(见图1)。
当加工中心进行零件加工的时候,刀库远离主轴,停留在最左边极限位置1,即刀库处于原位。
收到换刀指令后,电机通过电机轴逆时针方向旋转带动拨杆转动(拨杆上带有滑块),滑块与拨杆联接,跟随拨杆回绕电机轴旋转,滑座上开有滑槽,滑块在滑槽中上下移动,带动滑座(即刀库)向右移动,从而使刀库运动到右极限位置2,到达换刀位置,等待取刀及放刀电机轴顺时针方向旋转时使刀库返回。
第30卷第3期加工中心斗笠式刀库换刀装置设计)))张宇,等Vo.l30No.3图1刀库的横向移动示意图1.连接件2.滑座3.连接板4.支架5.滑槽6.滑块7.拨杆8.电机轴9.圆柱导轨10.刀库(2)斗笠式刀库分度装置设计斗笠式刀库的分度装置使用的是经典的槽轮机构(即马氏机构),它具有结构简单、外形尺寸小、机械效率高,以及能较平稳地、间歇地进行转位等优点,但槽数多少直接影响到机构的柔性冲击和准确定位。
本节阐述了槽数与机构平稳性的关系。
斗笠式刀库的分度装置如图2所示。
分度装置的电机输出轴轴线与定位法兰、分度盘、刀库鼓轮盘的回转轴线平行。
斗笠式刀库选刀时,首先由刀库回转电机得到旋转指令,输入轴通过联轴器带动定位法兰旋转,从而使在定位法兰上的圆柱滚子回绕法兰中心转动;当圆柱滚子转动一定角度,进入分度盘的分度槽中,拨动分度盘开始做转位运动;当分度盘转过一定的角度后,圆柱滚子从分度槽中脱出,刀库鼓轮盘(分度盘通过螺钉与刀库鼓轮连在一起转动见图2)即静止不动,并由定位法兰的锁止半轴定位。
图2刀库的分度装置1.刀库鼓轮2.刀具3.分度盘4.定位法兰5.滚子6.输入轴7.电机定位法兰每回转一圈,就驱动分度盘转过一个槽。
电机是连续匀速运动的,从而带动定位法兰与圆柱滚子连续匀速转动。
但圆柱滚子是间断性地转入分度槽的,从而使刀库轮毂得到周期性间歇运动,起到了刀库的分度作用。
分度盘与刀库鼓轮同轴,分度盘的分度槽数与刀库鼓轮上的刀数一致。
定位法兰不断回转,分度盘就不停地进行分度,刀库鼓轮就不断重复上述的运动循环,从而将下一个工序所需刀具的刀位转到换刀位置上,以便让主轴进行换刀,实现刀库的自动换刀。
2斗笠式刀库运动分析(1)斗笠式刀库横移装置运动分析刀库需要一个横向的直线运动来满足换刀要求,而驱动电机输出的是旋转运动,利用该机构,根据运动的合成与分解原理,可以将电机输出的旋转运动分解为x、y两个方向的直线位移,利用滑块在滑槽中运动消除掉刀库的y向位移,实现刀库所需的x方向的直线运动。
如图3所示。
图3横向移动装置运动分解示意图1.电机轴2.曲柄3.滑块整个机构的运动过程为图4,拨杆(主动件)的动力来源于中心的驱动电动机,滑块是从动件。
拨杆由电动机控制从状态A运动到状态B,再从状态B返回到状态A,做往复的1/2圆周运动。
滑块由位置1运动到位置2,再运动到位置3,再由位置3返回到位置1,做往复的直线运动(见图4)。
在这个过程中,该机构很好地将电动机提供的圆周运动转化成了滑块的上下往复直线运动和滑座的水平往复直线运动,从而保证刀库准确可靠地换刀与复位。
图4横向移动装置运动简图1.滑座2.滑槽3.滑块4.拨杆(2)斗笠式刀库分度装置运动分析刀库在换刀前首先需要选刀,选刀的过程就是使刀库鼓轮满足一个周向间歇运动,也就是分度盘在分度的过程中,转位开始与转位结束位置上的瞬时角速度X2=0。
图5刀库分度装置运动简图1.圆柱滚子2.定位法点3.分度盘Vo.l30No.3加工中心斗笠式刀库换刀装置设计)))张宇,等第30卷第3期由图5得出,为了使圆柱滚子能顺利进入和脱出分度盘上的径向槽,在槽口的瞬时位置时,必须使转臂中心线O1O3与分度槽的中心线O3O2相垂直,即N O1O3O2=90b。
假设O1O2=a,O1O3=R1,O2O3=R,圆柱滚子从进入至脱离径向槽这个过程,定位法兰的转角为2U1(即N O2O1O3=U1),分度盘的转角为2U2(即N O1O2O3=U2,2U2=2P/z),则在Rt$O1O2O3中,得U2=arctanK si n U1 1-K cos U1K=R1a=si n U2=sinPz(z为分度盘的槽数)。
分度机构在转位过程中,定位法兰以匀角速度X1转动,分度盘以角速度X2反向转动,分度盘每次分度转过的角度与槽数z有严格的对应关系(2U2= 2P/z),分度盘的角速度X2=d U2d t=K(cos U1-K)(1-2K cos U1+K2)X1分度盘的角加速度E=d X2d t=K(K2-1)si n U1(1-2K cos U1+K2)2X21定位法兰的角速度X1为常数,分度盘转位起、停时,分度盘的角速度X2和分度盘的角加速度E为槽数和定位法兰拨盘转角U1的函数,当拨盘匀速转动时,随着分度盘槽数z的增加,运动趋于平缓。
当圆柱滚子开始进入和即将退出分度槽时,角加速度有突变,且突变的大小是随着分度槽数z的增加而减小。
这说明刀库在开始选刀和选刀结束时,会产生振动和冲击,但分度槽数越多,刀库转位过程越平稳,产生的振动和冲击越小。
从角速度、角加速度变化的曲线图(图略)得出:槽数z达到12(亦即刀库的刀数为12)以上时,分度装置分度过程就比较平稳了,此时斗笠式刀库在选刀过程中,产生的振动和冲击已经很小,分度盘角速度变化不大,刀库运动趋于平稳。