加工中心自动换刀装置
数控加工系统的自动换刀装置
第二节数控加工系统的自动换刀装置为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床向着工件在一台机床上经一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，从而出现了各种类型的加工中心机床和车削中心机床。
这类机床为了完成不同工序的加工工艺，需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置。
自动换刀装置应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。
各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀种类和数目。
目前数控机床使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀二种。
一、转塔式自动换刀装置转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二种，回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。
转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。
（一）回转刀架换刀回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。
在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。
回转刀架可在回转轴径向和轴向安装刀具。
在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有：（1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图6-10所示。
（2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具。
如图6-11所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。
图6-11 带有两个回转刀架的数图6-12 双排回转刀架外形图控车床（3）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图6-12所示。
回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。
回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。
工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生的干涉可能性越大；在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。
回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减小刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。
回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度。
第2章自动换刀装置
➢ 这类换刀装置应用最广泛。
刀库装在机床的工作台上 ，这种换刀装置，直接利 用机床本身及刀库的运动 进行换刀。当某一刀具加 工完毕从工件退出后，即 开始进行自动换刀 。
现在的中小型加工中心，刀 库不是装在工作台上，而是 装在立柱上的一个托架上。 采用刀库在托架的导轨上平 行于X方向运动与主轴的上 下运动实现换刀。
2.为什么需要自动换刀装置：
• 缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到20
％～30％；
• “工序集中”，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地面积； • 提高加工精度；
– 数控机床对ATC要求：
• 换刀时间尽可能短； • 刀具重复定位精度高； • 刀具储存量足够； • 结构紧凑，便于制造、维修、调整； • 布局应合理，使机床总布局美观大方； • 较好的刚性，避免冲击、振动及噪声，运转安全可靠； • 防屑、防尘装置。
第2章第三节 数控机床的自动 换刀装置
内容提要
本节将讨论数控机床的自动刀具交换装置的形 式、刀库的类型、刀具系统及选刀方式，最后将介 绍一个自动刀具交换装置的实例。
一、概述
1.什么是自动换刀装置：
• 储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换功能的装置 • ATC：Automatic Tool Changer
当刀库的容量大、刀具较重或机床总体布局等原因， 刀库也可作为一个独立部件，装在机床之外
刀库远离主轴，常常要 附加运输装置，来完成 刀库与主轴之间刀具的 运输。
•为了缩短换刀时间，可采用带刀库的双
主轴或多主轴换刀系统
三、刀 库
• 1、刀库的形式
（1）盘式刀库
自动换刀装置
为完成对工件的多工序加工而设置的存储及更换 刀具的装置称为自动换刀装置（Automatic Tool Changer, ATC）。 自动换刀装置应当满足的基本要求为：
刀具换刀时间短且换刀可靠。 刀具重复定位精度高。 足够的刀具储存量。 结构简单，便于制造、维修、调整。 布局合理，机床总布局美观大方。
编码识别装置
接触式刀具识别装置的原理
非接触式磁性识别原理图
光导纤维刀具识别原理图
刀座编码方式
对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与 其号码相符的刀座中，换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经 过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库停止旋转。
如图所示为圆盘形刀库的刀 座编码装置。在圆盘的圆周上均 匀分布若干个刀座，其外侧边缘 上装有相应的刀座识别装置2。 刀座编码的识别原理与刀具编码 完全相同.
(6)主轴箱及主轴带着刀具上升；
(7)机床工作台快速向左返回，将刀库 从主轴下面移开，同时将工件移至主轴 数控立式镗铣床
下面，使主轴上的刀具对准工件的加工
面。
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换
这种自动换刀装置只有一个刀库， 不需要其他装置，结构极为简单，然而 换刀过程却较为复杂。 另外，由于刀库置于工作台上，因 而减少了工作台的有效使用面积。这种 换刀装置多用于小型低价位的加工中心。
转塔头主轴通常只适应于工序较少，精度要求 不太高的机床，如数控钻床、铣床等。
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
优点： 省去了自动松、夹、装刀、卸刀以及刀具搬运等一系 列的复杂操作，从而缩短了换刀时间（仅为2s左右）， 并提高了换刀的可靠性。
缺点： 由于空间位置的限制，使主轴部件结构不能设计得十 分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的 刚度，必须限制主轴数目，否则将使结构尺寸大大增加。
机床数控技术及应用-自动换刀装置相关知识
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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6.4.1自动换刀装置的分类
无机械手的换刀装置一般把刀库放在主轴箱可以运动到的位置 ，即整个刀库或刀库的某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置 。刀库中刀具的存放方向一般与主轴箱的装刀方向一致。换刀时 通过主轴和刀库的相对运动执行换刀动作，利用主轴取走或放回 刀具。
机械手换刀是利用机械手实现主轴和刀库间刀具交换的方 式。它可以克服无机械手换刀的缺点，刀具交换速度快， 刀具数量多，刀库布局灵活，使用范围广。但其结构通常 较复杂，制造成本高。
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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6.4.1自动换刀装置的分类
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பைடு நூலகம்
6.4.1自动换刀装置的分类
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6.4.1自动换刀装置的分类
（3）刀架定位 刀架体7转动时 带动电刷座 10转动，当转到程 序指定的位置时，粗定位销 15 在弹簧力的作用下进入粗定位 盘6的槽中进行粗定位，同时电 刷13接触导体使电动机1反转。 由于粗定位槽的限制，刀架体 7不能转动，使其在该位置垂直 落下，刀架体7和刀架底座5上 的端面齿啮合实现精确定位 ；
（1）刀架抬起 当数控装置发 出换刀指令后，电动机 1起动 正转，并经联轴器 2使蜗杆 3 转动，从而带动蜗轮丝杠4转动 。刀架体 7的内孔加工有螺纹 与丝杠联结，蜗轮4与丝杠为整 体结构。当蜗轮开始转动时， 由于刀架底座5和刀架体 7上的 端面齿处于啮合状态，且蜗轮 丝杠轴向固定，因此刀架体 7 抬起 。
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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6.4.1自动换刀装置的分类
在加工中心上，由于刀具被安装于主轴上，换刀必须在主轴 和刀库之间进行，为此，必须设计专门的自动换刀装置和刀 库，其刀具的交换方式通常可以分为无机械手换刀和带机械 手换刀两大类。
自动换刀原理
自动换刀原理
自动换刀装置是加工中心的重要组成部分，它的作用是在加工过程中自动更换刀具，以提高加工效率和加工精度。
自动换刀装置的原理如下：
1. 刀具识别：自动换刀装置通过刀具识别系统对刀具进行识别，刀具识别系统通常采用编码、RFID 等技术，对刀具进行唯一标识。
2. 刀具库：刀具库是存储刀具的地方，刀具库通常采用圆盘式、链式等结构，刀具库中的刀具按照一定的规则排列，以便于自动换刀装置进行取刀。
3. 取刀机构：取刀机构是自动换刀装置的核心部分，它的作用是将刀具从刀具库中取出，并将其送到主轴上。
取刀机构通常采用机械手、夹爪等结构，取刀机构的动作由控制系统控制。
4. 主轴：主轴是加工中心的核心部件，它的作用是安装刀具，并对工件进行加工。
主轴通常采用电动、气动等方式进行驱动，主轴的转速和转向由控制系统控制。
5. 刀具交换：当取刀机构将刀具送到主轴上后，控制系统会控制主轴停止转动，并将刀具夹紧。
然后，取刀机构会将旧刀具从主轴上取下，并将其送回刀具库中。
最后，控制系统会控制主轴转动，开始进行加工。
自动换刀装置的工作过程是一个自动化的过程，它需要控制系统、刀具识别系统、刀具库、取刀机构、主轴等多个部分协同工作，以实现刀具的自动更换。
以上是自动换刀的原理，希望对你有所帮助！。
加工中心的自动换刀系统
加工中心自动换刀装置
一、加工中心自动换刀装置的类型 1.转塔式 更换主轴换刀装置 （1）脱开主轴传动 （2）转塔头抬起 （3）转塔头转位 （4）转塔头定位 （5）主轴传动重新接通
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
一、加工中心自动换刀装置的类型 2.成套更换式 （1）更换转塔 （2）更换主轴箱 （3）更换刀库
六、几种典型换刀过程 1、无机械手换刀
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
六、几种典型换刀过程 2、机械手换刀
加工中心自动换刀装置
六、几种典型换刀过程 3、带刀套机械手换刀
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 2.链式刀库
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 3.格子式刀库
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 3.格子式刀库
加工中心自动换刀装置
三、加工中心刀库结构
加工中心自动换刀装置
三、加工中心刀库结构
加工中心自动换刀装置
四、JCS-018A加工中心机械手结构 2、机械手抓刀部分的结构
五、其他类型机械手 2、两手互相垂直的回 转式单臂机械手
加工中心自动换刀装置
五、其他类型机械手 3、两手平行的回转式单臂机械手
加工中心自动换刀装置
五、其他类型机械手 4、双手交叉式机械手 （1）机械手移动到机床主轴处-卸装刀具 （2）机械手移动到刀库处送回卸下的刀具
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
四、JCS-018A加工中心 机械手结构 2、机械手抓刀部分的 结构
பைடு நூலகம் 加工中心自动换刀装置
加工中心换刀装置控制及故障解决方法
动75度，回到机械手原始位置，此时机械手原位开关发出信号，倒刀电磁阀线圈 YV3B 断电，回刀电磁阀线圈YV5C 通电，气缸向下运动推动刀杯向上翻转90度，回 刀定位开关SX5B 检测到信号，为自动加工作准备，完成整个换刀控制过程。
如图 Id 所示。
4、自动换刀装置常见故障及解决方法（1）机械手卡死处理方法加丄中心在加工完零件自动换刀时，出现机械手卡死现象，屏幕出现2103# 报警，无法继续自动加工。
方法一：•设备禁止断电。
•在MDI 方式下输入M39 （强制换刀指令），按循环启动按钮进行强制换刀， 若机械手依然卡死，则参照方法二处理。
方法二：•设备禁止断电。
•在J0G 方式下松开主轴夹具，拆下机械手电机顶罩，手动逆时针盘电机，中途卸下刀座，继续盘电机至原位，消除2103#报警。
-TrtTOTT «C1L_ 9 1 - -UU 1 匸 14-1•按屏幕显示刀号在主轴装入刀座，HD：主轴刀号，XX:等待刀号。
•在MDI方式下输入M06换刀指令，装入另一刀座，若是T2刀座注意定位。
机床空运行一循环，确认主轴刀具与程序制定刀具一致性。
最后正确装夹工件自动加工。
（2）自动换刀时主轴掉刀故障处理方法在换刀时主轴刀座从机械手掉下，自动加工被迫停止。
•检查主轴换刀点是否偏移。
•主轴编码器与主轴连接是否松动，主轴编码器转位信号是否正确。
•检查机械手扣刀开关SX33位置。
•手盘电机察看机械手与主轴刀具换刀点是否干涉。
（3）刀库倒刀时刀座从刀杯内掉落故障处理方法•刀库换刀位置刀杯内弹簧疲劳变形，夹紧力不够，调整弹簧预紧力。
•倒刀气缸拉杆与刀杯定位偏移，倒刀定位开关SX5B信号无，调整螺钉及开关位置，恢复倒刀动作。
•刀座超过允许的重量限制。
（4）刀库乱刀故障处理方法不正确的操作使系统PMC参数丢失或刀库装置维修后，会出现换刀过程中乱刀现象，造成撞刀事故。
•恢复系统PMC参数，调整刀库计数开关、机械手初始开关及倒刀开关位置, 恢复换刀动作。
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。
二、自动换刀装置的结构和工作原理自动换刀装置（ATC，Automatic Tool Changer）是数控机床的重要组成部分，它负责在加工过程中自动更换刀具，从而提高加工效率，减少人工干预，提升加工精度。
本文将对自动换刀装置的结构和工作原理进行详细的阐述。
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。
自动换刀装置的形式---回转刀架换刀
8.4.1 自动换刀装置的形式自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。
1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。
图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。
在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。
由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。
图8-17 数控车床六角回转刀架1－活塞2－刀架体3、7－齿轮4－齿圈5－空套齿轮6－活塞8－齿条9－固定插销10、11－推杆12－触头回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。
同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。
(2)刀架转位当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。
通过端齿离合器使刀架转过60º。
活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。
(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。
齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。
刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。
这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。
(4)转位液压缸复位刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。
如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。
三种自动换刀装置常见于型材加工中心
三种自动换刀装置常见于型材加工中心型材加工中心的自动刀具更换系统由刀库和自动刀具更换装置组成。
自动刀具更换系统有两个优点：一是主轴箱内只保留一个主轴，有利于简化主轴结构，提高主轴刚度；二是存放大量不同类型和功能的刀具，便于完成各种复杂多步的加工程序。
因此，自动刀具更换系统是区分数控机床和数控加工中心的重要标志。
型材加工中心自动换刀系统中的自动换刀装置主要分为三种类型：直接换刀、机械手换刀和转塔头。
我们一一介绍直接换刀所谓直接换刀，是指换刀过程由刀库与主轴箱配合完成，顾名思义，这是直接的换刀方式。
根据换刀过程中刀库是否有位移，直接换刀可分为刀库位移和刀库固定两种方式。
在刀库位移方式中，刀库可以移动。
换刀前，刀库进入换刀工作区，换刀后退出该区域。
由于刀库运动较多，布局精致，灵活性和适应性差。
在刀库的固定模式下，刀主要通过主轴箱的移动进行选择。
刀库可以保持静止，也可以只旋转位置。
前者只能有序选择刀具，适用于刀具数量较少的数控加工中心，后者可以实现转位选择刀具。
这种刀具选择减少了刀库的移动，可以大大简化刀库的设计结构，控制刀具更换过程简单可靠。
机械手换刀所谓机械手换刀方式，是指机械手在换刀时操作，负责在刀库和主轴之间传输刀具，将所需的刀具推到主轴上，然后将更换的刀具送回刀库。
虽然这种换刀方式不像以前那么直接，但它避免了刀库和主轴移动换刀，而是由机械手取代。
这降低了机械元件的运动范围，更快地完成换刀，设计布局更灵活，因此广泛应用于大多数型材加工中心。
如果每个刀具都用自己独立的机械手切换，则称为专用换刀机械手；相反，更多的刀具使用公共机械手切换，称为公共换刀机械手方式。
后者有三种类型：换刀机械手、双手换刀机械手和刀具传输机械手。
转塔头方式转动塔头的方法是通过砖塔的旋转将所需的刀具移动到相应的位置。
一般是顺序换刀，结构紧凑，换刀时间短，一般用于加工曲轴等细工件，需要完成多个工序。
塔式自动换刀装置分为塔式刀架换刀和砖塔主轴头换刀两种方式。
加工中心自动换刀装置结构
加工中心自动换刀装置结构
加工中心自动换刀装置是现代数控机床的重要组成部分，其结构主要由刀库、刀杆、刀座、换刀机构、信号传感器等部分组成。
刀库是自动换刀装置的存储器，可容纳数个刀柄，常用的有圆弧式、直线式和旋转式等多种形式，不同形式的刀库在结构上有所差异，但其本质作用是一样的。
刀杆则是将刀具从刀库中取出，并传递给刀座的部分，其材料通常为高强度合金钢，具有较高的刚性和耐磨性。
刀座是刀具的支撑部件，其主要作用是将刀具固定在数控机床工作台上，并通过数控机床的指令精确控制其移动和加工路径。
换刀机构是自动换刀装置的核心部件，其结构复杂，包括电机、减速器、传动链、传动装置等多个组成部分，其作用是控制刀杆的升降和前后移动，使刀具能够准确地进入刀座并完成换刀操作。
信号传感器则是自动换刀装置的辅助部件，其作用是通过检测刀具的位置和状态等信息，向数控机床发出信号，控制换刀机构的运行。
总之，加工中心自动换刀装置是一项高度自动化的技术，其结构复杂，涉及到多个专业领域，对机械加工工艺和设备性能提出了高要求。
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立卧式加工中心自动换刀装置的研制的开题报告
立卧式加工中心自动换刀装置的研制的开题报告一、研究背景现代制造业中，高效、精密的自动化生产已经成为发展方向。
立卧式加工中心作为一种重要的机床，广泛应用于金属加工领域，在工艺、生产效率等方面都得到了很大的改进和提升。
但是，立卧式加工中心中刀具的更换仍然是一道难题。
传统更换刀具的方法需要人工干预，耗时耗力且易出错，难以满足现代制造业中对高效产能的要求。
因此，研制出自动换刀装置已经成为立卧式加工中心智能化改造的热点之一。
二、研究意义自动换刀技术的应用可以提高机床加工的自动化水平，减少操作人员劳动强度，提高生产效率和加工精度，降低生产成本。
通过自动换刀技术可以实现立卧式加工中心的连续生产，提高机床的开动率和利用率，同时还可以避免由于人为原因引起的刀具磨损、刀具不一致等生产问题，从而保证加工质量。
三、研究内容和方法本研究的主要内容是基于立卧式加工中心的自动换刀需求，设计和研制出一种自动换刀装置。
具体来说，研究目标包括：1. 设计一种有效的刀具固定和切换系统。
2. 设计一种系统控制模块和信号传输模块，确保切换和操作的可靠和稳定。
3. 通过实验和数据分析验证系统的实际效果和稳定性。
研究方法主要包括文献资料查阅、市场调查和实验验证。
通过调研和分析市场上常见的自动换刀装置，并结合目前立卧式加工中心的实际需求，设计出一种切实可行的方案。
同时，采用试验验证的方法，确定可靠的技术参数和性能指标。
四、预期结果和展望本研究预期能够研制出一种适用于立卧式加工中心的自动换刀装置，提高机床的自动化程度和加工效率，同时大幅降低操作难度和人为误差的风险。
通过此项研究，可以实现机床生产的高效安全和智能化控制，促进制造业的现代化进程。
同时，本研究对于其他机器人和自动化领域也有一定的参考价值。
数控机床自动换刀装置及其控制研究
数控机床自动换刀装置及其控制研究一、本文概述随着现代制造业的飞速发展，数控机床作为重要的加工设备，其自动化、智能化水平的高低直接决定了生产效率与加工质量。
自动换刀装置（Automatic Tool Changer, ATC）作为数控机床的关键组成部分，其性能直接影响到机床的加工效率与灵活性。
本文旨在对数控机床自动换刀装置及其控制进行深入的研究，探讨其结构特点、工作原理、控制策略以及优化方法，以期为提高数控机床的整体性能提供理论支持和实践指导。
文章首先对数控机床自动换刀装置的基本概念和分类进行介绍，明确研究对象和范围。
接着，分析不同类型自动换刀装置的结构特点和工作原理，包括刀库类型、换刀方式、换刀时间等关键因素。
在此基础上，研究自动换刀装置的控制策略，包括换刀过程的控制逻辑、运动轨迹规划、故障检测与处理等。
同时，结合实际应用案例，探讨自动换刀装置在实际生产中的性能表现及优化空间。
文章对数控机床自动换刀装置的发展趋势进行展望，提出未来研究方向和建议。
通过本文的研究，旨在为数控机床自动换刀装置的设计、制造和应用提供有益的参考和借鉴，推动现代制造业的持续发展。
二、数控机床自动换刀装置概述随着制造业的快速发展，数控机床作为高精度、高效率的加工设备，其应用越来越广泛。
在数控机床中，自动换刀装置（Automatic Tool Changer，简称ATC）是一项关键技术，它能够在加工过程中自动更换刀具，从而大幅提高加工效率。
本章节将对数控机床自动换刀装置进行概述，包括其工作原理、主要类型以及发展趋势。
工作原理：自动换刀装置主要通过刀库和换刀机构两部分实现刀具的自动更换。
刀库负责存储多把刀具，而换刀机构则负责在需要时从刀库中选取合适的刀具，并将其安装到主轴上。
整个换刀过程由数控系统控制，确保换刀过程精确、快速。
主要类型：根据换刀方式和结构特点，自动换刀装置可以分为多种类型，如转塔式、盘式、链式等。
转塔式换刀装置通过旋转转塔来选取刀具，结构紧凑但刀具容量有限盘式换刀装置利用旋转刀盘进行刀具更换，刀具容量较大链式换刀装置则通过链条或传送带将刀具输送到指定位置，适用于大型数控机床。
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图１ Ａ Ｔ Ｃ 机械手动作过程
换刀准备 ：刀库待调刀具移动到换刀位置 ，主 轴移动到换 刀位置即第二原点 ，主轴定 向。换 刀条 件满足后 ，Ａ Ｔ Ｃ 执行换刀动作 。 Ａ Ｔ Ｃ 动作步骤 ：①Ａ Ｔ Ｃ 机械手在原位 。②Ａ Ｔ Ｃ
机械手 顺时针旋转 ９ ０ 。 ，主 轴 松 开 刀 具 ，Ａ ＴＣ 夹 紧 刀具 。 ③Ａ Ｔ Ｃ 机 械 手 前 进 到位 。④Ａ Ｔ Ｃ 机 械 手 顺
前 ＾ 进
｝ 臂
后 退 丫
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 ，与此 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 向与主 轴平行 ，刀具放在 主轴可到达 位置换 刀时 ，主轴移 到刀库换 刀位 置 ，利 用主轴 将加 工用 毕 刀具插 人刀库 中要求的空位处 ，然后
加工中心 自动换刀装置
神 龙汽 车有 限公 司襄 阳工厂 （ 湖北 ４ ３ ０ ０ ５ ６ ） 汪 雪松
加 工 中心是 由机械设 备与数控 系统组成 的 ， 适 用于复杂零 件加工 的高效 自动化机床 。它 与一
１ ． ＤＭ４ ０ Ａ Ｔ Ｃ自动换 刀装 置及换刀过程说 明
东风设备制造厂生产的ＤＭ５ ０ ０ Ｉ 卧式加工中心 主轴为 电主轴 ，配置Ｄ Ｍ４ ０ Ａ Ｔ Ｃ 换 刀装置。换刀装 置运动采用变频器控制三相异步电动机 ，通过齿轮 传动带动凸轮旋转 ，利用 凸轮机构控￣ Ｉ ］ Ａ Ｔ Ｃ 机械手 的旋转 、进退和松夹 刀具 （ 见图１ ）。位置控制通 过传感器检查位置输入信号及延时继 电器控制。
心 的性 能 。
自动换 刀装置可分为 五种基本 形式 ，即转塔 式 、１ ８ ０ 。回转式 、回转插入式 、二轴转动式和主
回原位置 一 后退端
臂
＾ ▲
＾
， ： 、
轴直 接式 。按照换 刀过程有 无机械手参与 ，分成 有机 械手换 刀和 无机械手换 刀两种 情况 。在有机
刀库 中待换 刀具转到待命 位置 。主轴将待 用刀具
从 刀库 中取出 ，并将 刀具插人主轴 。 目前 神龙公 司襄阳工厂 卧式加工 中心换 刀方 法 主要有两种 ：①主轴直接从 刀库取刀 ，这种方 式主要在ＣＯ ＭＡＵ、ＭＡＫ Ｉ Ｏ等加工 中心上。②通
时针旋转１ ８ ０ 。。⑤Ａ Ｔ Ｃ 机械手后 退到位 ，主轴 夹
原位置 一 刀具拔出 一 后退端 后退端 换刀具 一 前进端
１ ８ ０ ￣
般数控机床 的显著区别是对 零件进行多序加 工的
能 力 ，即在 一 次装 夹 中 自动 完成 铣 、镗 、钻 、 扩 、铰 、攻螺纹 等加 工 。之所 以加 工 中Ｊ ｂ …ｌ ｌ ￣ 够广 泛运用 ，是因为其能 够利用 刀库实现 自动换刀 。 因此 自动换刀装置功 能的好坏关系到 整个加 工 中
ｍ刚。 Ｉ
图２ 、图３ 所示 ，凸轮旋转时 ，凸轮外 圆 面上 的凸台推动机械手驱动轴中心的夹
刀 杆 动 作 ，克 服 弹 簧 力 ，从 而 将 刀 具 松
开 ；当凸台转过轴承时 ，由于弹簧力 ，
自动换 刀装 置 （ 以下简称Ａ Ｔ Ｃ）的动作及控制 原
理 、现场维护维修方法进行研究与探讨 。
（ ２ ）ＡＴ Ｃ 机械手的前进和后退运动 机构２ ：
参 磊 籼 旺
荔 ５ １
沫自动 化
ｎ ｅ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ
凸轮 沟 槽 ＋ 推杆上１ 个 滚轮 轴承 。 如 图２ 所 示 ， 凸轮 旋 转 时 ，凸轮 端 面 上 的沟 槽 ，带 动 推 杆上 的轴承 在 沟槽 中运 动 ，从 而 将 凸轮 的旋 转 运 动 转换 成 推杆 的
决于Ｒ１ ． ４（ Ａ Ｔ Ｃ Ａ Ｒ Ｍ Ｆ ＷＤ）信号 ，Ｒ １ ． ４ 信号主要
取 决 于Ｒ ３ ． ７（ Ａ Ｔ Ｃ ＤＲ Ｉ ＶＥ Ｃ Ｙ Ｃ Ｌ Ｅ １ ）信号 。Ｒ ４ ． １
和Ｒ ４ ． ３ 为调整使用 ，正常换刀过程中不涉及 ，在此
来回摆动 ，带动Ａ Ｔ Ｃ 机械手驱动轴 的前后运动 。
（ ３ ）Ａ Ｔ Ｃ 夹刀和松刀 机构３ ：凸 轮 外 圆面 凸台 ＋ １ 个轴承 ＋ 连 杆 机 构 。如
Ｒ Ｉ ０ ０ ０ １ ４ Ｒ ０ ０ ０ １ ５
文中也不详述 （ 见图４ ）。
Ｒ ０ １ ｔ ２ ５ Ｙ Ｏ ０ ０ ０ｌ Ｙ ０ ０ ０ ０ ０ｌ
卜 — 卜 — — — ／ ｆ — —
卜 — — — 午 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —
Ａ Ｔ Ｃ Ｆ Ｗ Ｄ
ｌ Ａ Ｆ ｗ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ Ｒ Ｍ Ｂ Ａ ｗ Ｔ Ｃ Ｄ Ａ Ｒ Ｍ棚 Ｉ Ｎ Ｖ Ｃ ｃ ０ Ｏ Ｎ Ｆ Ａ Ｔ Ｃ 。
本 文结合襄 阳工厂缸体Ｌ ３ 线应用实 例 ，对东
风 设 备 制 造 厂ＤＭ５ ０ ０ Ｉ 型 卧式 加 工 中 ￣ ＤＭ４ ０ Ａ Ｔ Ｃ
示 ，凸轮旋转时，通过外圆面上的沟槽 ，带动Ａ Ｔ Ｃ 机械手驱动轴上的６ 个滚轮轴承旋 转 ，从 而将 凸轮
的旋转运动转换成与之成９ ０ 。的Ａ Ｔ Ｃ 机械手驱动轴 的旋转运动。
紧 刀具 ，Ａ Ｔ Ｃ 松 开 刀具 。 ⑥Ａ Ｔ Ｃ 机 械手 逆 时 针旋 转 ９ ０ 。返 回原 位 。
２ ． Ａ Ｔ Ｃ 机械 动作原理 （ １ ）Ａ Ｔ Ｃ 机械手的旋转运动 机构 １ ：凸轮沟
槽＋ 机械 手驱动轴上 ６ 个滚轮 轴承 。如 图２ 、图３ 所
过换 刀装置机械手 交换主轴和 刀库 中的刀具 ，这 种方式主要在Ｎ Ｔ Ｃ、Ｄ Ｆ ＭＴ Ｐ 等加工中心上 。