加工中心斗笠式刀库.ppt
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斗笠式刀库刀库的组成及工作原理
• 笠式刀库的组成：
• 单盘式刀库俗称斗笠式刀库（像个大斗笠），由刀库鼓轮、分度盘、 定位法兰、圆柱滚子等零部件组成。
• 一般只能存16～24 把刀具。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：
k=n(1/2-1/z)
∵ k≤1 得：n≤2z/ (z -2)
槽数z 圆销数n 运动系数k
3 1~6 1/6~1
4 1~4 0.25~1
5 、6 1~3 0.3~1
≥7 1~2 0.36~1
当z=4及n=2时 k=n(1/2－1/z) = 0.5
说明此时槽轮的运动时间和静止时间相等。
2、运动特性 (1)外啮合槽轮机构
• 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。 • 1.5 • 主轴向下移动到刀具交换位置。一般刀具交换位置定义为Ｚ轴的第二参考点，
在此位置将当前主轴上的刀具还回到刀库中。
• 1.6 • 刀库抓刀确认后，主轴吹气松刀。机床在主轴部分安装松刀确认传感器
• 1.9 • 主轴沿下移到Z轴的第二参考点位置，进行抓刀动作。
• 1.10 • 主轴刀具加紧。加紧传感器（D）发出确认信号。
• 1.11 • 刀库向远离主轴中心位置侧平移，直到PLC接收到传感器A • 发出的反馈确认信号。
• 1.12 • 主轴定位解除，换刀操作完成。刀库仅有以上四个传感器是不够的，为了保
• 斗笠式刀库的分度装置是利用了外啮合槽轮机构能把主动轴的匀速连续运动 转换为从动轴的周期性间歇运动原理设计的一种分度转位机构。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，拨动分度盘开始作转位运动；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1）即静止不动，并由定位法兰的锁止半轴 定位。
二、槽轮机构的类型与应用
槽轮机构 类型
外啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构 球面槽轮机构
轴线平行 轴线相交
应用实例： 电影放映机、 自动摄影机、六角车床转塔。
外啮合槽轮机构
ω1 2φ
ω2
内啮合槽轮机构
球面槽轮机构
车螺纹
4
பைடு நூலகம்3空闲 2车帽口
切尾 5
1 装牙膏筒
卸牙6膏筒
六槽内槽轮 圆销 拨盘
六角车床转塔
三、槽轮机构的运动系数及运动特性
1.运动系数
拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运 动时间为：
t＝2π/ω1
槽轮的运动时间为：
td＝2α1/ω1
定义： k=td / t 为运动系数，即：
ω2
k=td / t =2α1/2π
为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与 拨销中心连线成90°角。故有：
2α1=π－2φ2 =π－(2π/z)
（C），数控机床PLC接收到传感器Ｃ发送的反馈信号后，确认本步动作执行 完成，允许下一步动作 • 开始。 • 1.7 • 主轴抬起到Ｚ轴第一参考点位置。此操作目的是防止刀库转动时，刀库和主 轴发生干涉。
• 1.8 • 刀库旋转使能。数控系统发出刀库电机正/反转启动信号，启动刀库电机的转
动，找到指令要求更换的目标刀具，并使此刀具位置的中心与主轴中心在一 条直线上。
槽轮机构（马尔它机构）
一、槽轮机构的组成及其工作特点
拨盘 圆销
组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。
拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘 上的凸圆弧，起锁定作用。
ω1
o1
锁止弧
工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时， 槽轮静止；反之槽轮运动。
作用：将连续回转变换为间歇转动。
槽轮
o2
ω2
特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地 进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化 ，不适合高速运动场合。
• 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。
= 2π(z-2)/2z 代入上式
ω1
2α1 90° 90°2φ2
将2α1代入得： k =1/2-1/z
∵ k>0 ∴ 槽轮的槽数 z≥3 可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/z < 0.5 即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。
如果想得到k≥0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆销，设装有n个均匀 分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍， 即:
证数控机床的安全，保证刀库的换刀顺利完成，在斗笠式刀库中一般还安装 刀库转动到位确认传感器（E），保证刀库转动停止时，刀具中心线位置和主 轴中心线在一条直线上。不能太多，太多的话这个“斗笠”就太大了，放不 下了。这种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。
• 斗笠式刀库具有结构简单、成本低、易于控制和维护方便等特点，因此在中 小型加工中心上得到了广泛的应用。但是，在我们使用中发现，往往会出现 乱刀现象，从而又引起撞刀。这对数控车床安全和精度构成极大的危险。
• 斗笠式刀库的工作原理：
• 斗笠式刀库的换刀时间为5～7秒
• 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。
• 笠式刀库的组成：
• 单盘式刀库俗称斗笠式刀库（像个大斗笠），由刀库鼓轮、分度盘、 定位法兰、圆柱滚子等零部件组成。
• 一般只能存16～24 把刀具。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：
k=n(1/2-1/z)
∵ k≤1 得：n≤2z/ (z -2)
槽数z 圆销数n 运动系数k
3 1~6 1/6~1
4 1~4 0.25~1
5 、6 1~3 0.3~1
≥7 1~2 0.36~1
当z=4及n=2时 k=n(1/2－1/z) = 0.5
说明此时槽轮的运动时间和静止时间相等。
2、运动特性 (1)外啮合槽轮机构
• 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。 • 1.5 • 主轴向下移动到刀具交换位置。一般刀具交换位置定义为Ｚ轴的第二参考点，
在此位置将当前主轴上的刀具还回到刀库中。
• 1.6 • 刀库抓刀确认后，主轴吹气松刀。机床在主轴部分安装松刀确认传感器
• 1.9 • 主轴沿下移到Z轴的第二参考点位置，进行抓刀动作。
• 1.10 • 主轴刀具加紧。加紧传感器（D）发出确认信号。
• 1.11 • 刀库向远离主轴中心位置侧平移，直到PLC接收到传感器A • 发出的反馈确认信号。
• 1.12 • 主轴定位解除，换刀操作完成。刀库仅有以上四个传感器是不够的，为了保
• 斗笠式刀库的分度装置是利用了外啮合槽轮机构能把主动轴的匀速连续运动 转换为从动轴的周期性间歇运动原理设计的一种分度转位机构。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，拨动分度盘开始作转位运动；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1）即静止不动，并由定位法兰的锁止半轴 定位。
二、槽轮机构的类型与应用
槽轮机构 类型
外啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构 球面槽轮机构
轴线平行 轴线相交
应用实例： 电影放映机、 自动摄影机、六角车床转塔。
外啮合槽轮机构
ω1 2φ
ω2
内啮合槽轮机构
球面槽轮机构
车螺纹
4
பைடு நூலகம்3空闲 2车帽口
切尾 5
1 装牙膏筒
卸牙6膏筒
六槽内槽轮 圆销 拨盘
六角车床转塔
三、槽轮机构的运动系数及运动特性
1.运动系数
拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运 动时间为：
t＝2π/ω1
槽轮的运动时间为：
td＝2α1/ω1
定义： k=td / t 为运动系数，即：
ω2
k=td / t =2α1/2π
为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与 拨销中心连线成90°角。故有：
2α1=π－2φ2 =π－(2π/z)
（C），数控机床PLC接收到传感器Ｃ发送的反馈信号后，确认本步动作执行 完成，允许下一步动作 • 开始。 • 1.7 • 主轴抬起到Ｚ轴第一参考点位置。此操作目的是防止刀库转动时，刀库和主 轴发生干涉。
• 1.8 • 刀库旋转使能。数控系统发出刀库电机正/反转启动信号，启动刀库电机的转
动，找到指令要求更换的目标刀具，并使此刀具位置的中心与主轴中心在一 条直线上。
槽轮机构（马尔它机构）
一、槽轮机构的组成及其工作特点
拨盘 圆销
组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。
拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘 上的凸圆弧，起锁定作用。
ω1
o1
锁止弧
工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时， 槽轮静止；反之槽轮运动。
作用：将连续回转变换为间歇转动。
槽轮
o2
ω2
特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地 进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化 ，不适合高速运动场合。
• 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。
= 2π(z-2)/2z 代入上式
ω1
2α1 90° 90°2φ2
将2α1代入得： k =1/2-1/z
∵ k>0 ∴ 槽轮的槽数 z≥3 可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/z < 0.5 即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。
如果想得到k≥0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆销，设装有n个均匀 分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍， 即:
证数控机床的安全，保证刀库的换刀顺利完成，在斗笠式刀库中一般还安装 刀库转动到位确认传感器（E），保证刀库转动停止时，刀具中心线位置和主 轴中心线在一条直线上。不能太多，太多的话这个“斗笠”就太大了，放不 下了。这种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。
• 斗笠式刀库具有结构简单、成本低、易于控制和维护方便等特点，因此在中 小型加工中心上得到了广泛的应用。但是，在我们使用中发现，往往会出现 乱刀现象，从而又引起撞刀。这对数控车床安全和精度构成极大的危险。
• 斗笠式刀库的工作原理：
• 斗笠式刀库的换刀时间为5～7秒
• 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。