加工中心自动换刀分析

加工中心自动换刀功能及编程

加工中心自动换刀功能及编程加工中心自动换刀功能是通过机械手（自动换刀机构）和数控系统的有关控制指令来完成的。

换刀过程：装刀，选刀，换刀1．换刀过程（1）装刀：刀具装入刀库任选刀座装刀方式。

刀具安置在任意的刀座内，需将该刀具所在刀座号记下来。

固定刀座装刀方式。

刀具安置在设定的刀座内。

（2）选刀从刀库中选出指定刀具的操作。

1）顺序选刀：选刀方式要求按工艺过程的顺序（即刀具使用顺序）将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。

2）随意选刀：①刀座编码选刀：对刀库各刀座编码，把与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中，编程时用地址T 指出刀具所在刀座编码。

②计算机记忆选刀刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器内，刀具存放地址改变，计算机记忆也随之改变。

在刀库装有位置检测装置，刀具可以任意取出，任意送回。

（3）换刀1）主轴上的刀具和刀库中的待换刀具都是任选刀座。

刀库一选刀一到换刀位一机械手取出刀具一装入主轴，同时将主轴取下的刀具装入待换刀具的刀座。

2）主轴上的刀具放在固定的刀座中，待换刀具是任选刀座或固定刀座。

选刀过程同上，换刀时从主轴取下刀具送回刀库时，刀库应事先转动到接收主轴刀具的位置。

3）主轴上的刀具是任选刀座，待换刀具是固定刀座。

选刀同上，从主轴取下的刀具送到最近的一个空刀位。

2．自动换刀程序的编制（1）换刀动作（指令）：选刀（T XX）；换刀（M06（2）选刀和换刀通常分开进行。

（3）为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。

（4）换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。

（5）换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点（Z0）,要求在换刀前用准备功能指令（G28使主轴自动返回Z0点。

（6）换刀过程：接到T XX指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。

自动换刀装置控制原理及故障分析

第27 卷第1期2 0 0 9 年1 月西安航空技术高等专科学校学报Journal of Xi an Aerotechnical CollegeVol 2 7 No 1Jan . 2 0 0 9 自动换刀装置控制原理及故障分析罗庚合1, 黄万长2( 1. 西安航空技术高等专科学校机械工程系, 陕西西安710077; 2. 陕西法士特齿轮有限公司, 陕西西安710077)摘要: 加工中心自动换刀装置提高了数控机床的加工效率, 但由于加工中心换刀装置的动作控制比较复杂, 包含机械、电气与PM C、液压和检测等技术, 所以自动换刀装置的故障率比较高, 主要介绍自动换刀装置的类别和控制,自动换刀装置的故障诊断方法, 列举了自动换刀装置的一些常见故障及维修示例。

关键词: 加工中心; 选刀; 刀具交换; 乱刀与掉刀; PM C 诊断; I/ O 状态诊断中图分类号: T H161+ . 21 文献标识码: A 文章编号: 1008- 9233( 2009) 01- 0014- 051 引言4、6、8、12 工位, 有用电动机驱动的正传和反转, 也有用液压系统通过电磁换相阀和顺序阀进行控制加工中心可分为车削中心、镗铣中心和钻削中心等, 加工中心在加工过程中, 要使用多种刀具, 因此必须有自动换刀装置, 以便选择不同刀具, 完成不同工序的加工工艺。

常用的刀库形式有圆盘式刀库, 链式刀库, 格子盒式刀库。

按有无机械手又可分为不带机械手的自动换刀装置和带机械手的自动换刀装置。

按刀库的旋转和机械手的动作驱动方式可分为有液压、气动控制系统和电气与机械联合控制的驱动系统。

随着加工中心数控机床的普及和应用, 自动换刀装置控制过程中的故障率也比较高。

由于自动换刀装置结构比较复杂、控制为机、电、液联合控制, 复杂系数高等原因。

所以加工中心自动换刀装置的故障维修比较困难。

简要叙述换刀装置的分类和特点, 以立式镗铣中心普遍使用的圆盘式加工中心自动换刀装置为例, 分析自动换刀装置的控制原理及常见故障的维修方法。

加工中心的换刀

加工中心的换刀形式以及刀库种类介绍数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。

本文讲解了加工中心的换刀形式以及刀库种类相关内容。

自动换刀数控机床多采用刀库式自动换刀装置。

带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成，它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。

换刀过程较为复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸预调整之后，按一定的方式放入刀库，换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具。

在进行刀具交换之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。

存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外。

1、刀库的种类刀库用于存放刀具，它是自动换刀装置中的主要部件之一。

根据刀库存放刀具的数目和取刀方式，刀库可设计成不同类型。

图7.1所示为常见的几种刀库的形式。

(1)直线刀库。

如图7.1(a)所示，刀具在刀库中直线排列、结构简单，存放刀具数量有限(一般8把-12把)，较少使用。

(2)圆盘刀库。

如图7.1(b)-(g)所示，存刀量少则6把-8把，多则50把-60把，有多种形式。

图7.1(b)所示刀库，刀具径向布置，占有较大空间，一般置于机床立柱上端。

图7.1(c)所示刀库，刀具轴向布置，常置于主轴侧面，刀库轴心线可垂直放置，也可以水平放置，较多使用。

图7.1(d)所示刀库，刀具为伞状布置，多斜放于立柱上端。

为进一步扩充存刀量，有的机床使用多圈分布刀具的圆盘刀库(图7.1(e))，多层圆盘刀库(图7.1(f))和多排圆盘刀库(图7.1(g))。

多排圆盘刀库每排4把刀，可整排更换。

后三种刀库形式使用较少。

(3)链式刀库。

链式刀库是较常使用的形式(图7.1(h),(i))，常用的有单排链式刀库(图7.1(h))和加长链条的链式刀库(图7.1(i))。

(4)其他刀库。

格子箱式刀库，如图7.1(j)、k，刀库容量较大。

加工中心的换刀原理

加工中心的换刀原理加工中心的换刀原理是指在加工过程中，当需要换一把不同工具进行加工时，加工中心能够自动地将当前的刀具卸下，然后安装新的刀具，以保证加工的连续性和高效性。

加工中心通常配备了一个刀库，用于存放不同类型的刀具。

刀库内的刀具根据其特性和用途被分配了一个特定的刀位。

刀具库通常由数控系统控制，可以根据加工需求自动选择和安装相应的刀具。

加工中心的换刀流程通常包括以下几个步骤：1. 刀具识别：加工中心需要首先识别当前所使用的刀具类型和位置。

通过刀具的标识或者其他识别方式，数控系统能够准确地确定当前所使用的刀具。

2. 刀具卸下：在识别了当前刀具后，加工中心会将当前的刀具卸下。

这个过程通常是由一个自动换刀系统完成的，它可以根据机床的结构和控制系统的指令，自动操作各个动作。

例如，可以通过夹紧装置松开卡住刀具的螺栓，然后通过主轴的卸下动作将刀具从主轴中取出。

3. 刀具安装：在刀具卸下后，加工中心需要安装新的刀具。

这个过程也是由自动换刀系统完成的。

它可以将新的刀具从刀库中选取出来，然后通过夹紧装置将刀具安装到主轴上。

4. 刀具测量和校准：在刀具安装完成后，加工中心通常需要对新安装的刀具进行测量和校准。

这是为了确保刀具安装的准确性和稳定性。

测量和校准可以通过一些传感器和测量设备进行，如刀具长度测量设备，加工中心控制系统会根据这些测量结果进行补偿和调整。

5. 刀具补偿调整：当刀具安装完成并完成了测量和校准后，加工中心通常还需要进行刀具补偿调整。

这是因为不同类型的刀具，在加工过程中可能存在一些误差和偏差。

加工中心会通过数控系统对刀具的补偿参数进行调整，以保证加工结果的准确性和质量。

总的来说，加工中心的换刀原理是通过一个自动换刀系统，根据刀具的类型和位置，将当前的刀具卸下并安装新的刀具。

换刀过程通常还包括了刀具的测量和校准，以及刀具补偿调整。

这样可以确保加工中心在加工过程中能够高效、准确地使用不同类型的刀具，提高加工效率和加工质量。

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！。

加工中心超大径刀具自动换刀的解决方法

原点上方２０ｍ处０ｒａ
图４主轴走到Ｇ５５原点
把刀放回刀架的过程即是抓刀的反过程，具体程序
上方１０ｍ时，夹爪松开５ｒａ
如下：
ｆ｛￥Ｄ６３４ＢＯＲＥＵＮＣＬＡＭＰ￥￥￥｝）
一一
影响生产的瓶颈。那么，寻求加工中心超大径刀自动换
刀的解决方法，就成为如何消除该瓶颈以提高生产效率
的当务之急。
笔者用ＭＺＫＭＶ一８５８ＡＡＴ１／０立式加工中心作为具
体调试机床，讲述如何在该设备上实现超大径刀具自动
换刀的功能。ＭＡＡＴ８５８ＺＫＭＶ一１／０立式加工中心刀库允许的装
即可。
４注意事项．
在使用虚拟化过程中还有注意以下几点：（）进行数控系统虚拟化，要对所使用的数控系统１及参数要有一定的了解。
（）更改参数时要对原有的机床参数进行备份。２（）在特殊情况下，要对机床功能有一定的了解。３（）适当对所使用的数控系统硬件也要有所了解。４
刀套）Ｍ６；（前一把刀换回去，把２号刀换出来，即换出了空把
刀。该过程还是使用机床自身的刀库及自动换刀功能）
Ｍ１；（９主轴定向）
Ｇ５；（先设定当镗刀在刀架上，主轴夹爪恰能抓住刀柄５事
图１外圆镗刀精镗电动机转子支架外圆示意
具体思路是做一个库外存刀工装，然后把这个工装
刀条件：最大刀具直径为２０６ｍｍ（邻刀套无刀的情相况）。现要在此加工中心上精镗电动机转子支架外圆

加工中心的自动换刀系统

加工中心自动换刀系统
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

基于PLC的数控加工中心自动换刀系统的研究

盘式刀库自动换刀控制系统的优势主要体现在以下几个方面。首先，自动换刀控制系统可以显著提高加工效率，避免了手动更换刀具的繁琐过程，节省了大量时间。其次，自动换刀控制系统可以降低工人的劳动强度，减少错误操作的可能性，提高生产安全性。最后，自动换刀控制系统有利于实现工厂的自动化和智能化，提升整体竞争力。
目前，加工中心自动换刀装置的研究主要集中在换刀方式、刀库设计、夹持机构和控制系统等方面。其中，换刀方式是自动换刀装置的核心技术之一，直接影响到换刀的效率和精度。按照换刀过程中是否有旋转动作，换刀方式可以分为旋转式和非旋转式两种。旋转式换刀方式又可以分为刀具旋转和主轴旋转两种，而非旋转式换刀方式则可以分为直插式和伸缩式两种。
盘式刀库自动换刀控制系统的工作原理基于计算机数值控制（CNC）技术，通过接收加工中心的指令，控制机械手臂进行刀具的更换。首先，机械手臂在盘式刀库中选择需要更换的刀具，然后将其抓取并移动到加工区域。接下来，机械手臂将旧的刀具从主轴中取出，并将新的刀具安装到主轴上。最后，机械手臂将更换下来的刀具放回盘式刀库的正确位置。
近年来，随着人工智能、机器学习和计算机视觉等技术的不断发展，加工中心自动换刀装置的研究也在不断深入。这些技术的应用，可以实现更加智能化和高效的换刀控制，从而提高加工中心的生产效率和加工质量。
在应用前景方面，加工中心自动换刀装置将会在更多领域得到应用。例如，在航空航天、汽车制造、模具制造和医疗器械等领域，由于对加工精度和效率的要求较高，因此对自动换刀装置的需求也将会不断增加。此外，在智能制造和数字化工厂的建设中，加工中心自动换刀装置也将会成为其重要组成部分之一。
加工中心自动换刀装置的发展历程可以追溯到20世纪80年代，当时该技术还处于研究和实验阶段。随着计算机技术、机械制造技术和液压气动技术的发展，自动换刀装置的可靠性、稳定性和效率得到了不断提高。进入21世纪以来，随着数控技术的快速发展和制造业的不断升级，加工中心自动换刀装置的应用范围和需求量也不断增加。

加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试

加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试加工中心是一种用于在机械制造业中进行高精度、高效率切削加工的设备。

在加工中心中，刀具是起到关键作用的工具，因此刀具的选择和使用十分重要。

为了提高生产效率，减少人力成本，加工中心通常配备有刀库和自动换刀程序。

刀库是用于存放和组织各种刀具的设备，可以是一个简单的工具车，也可以是一个复杂的机械自动刀库。

刀库的形式直接影响到刀具的快速更换和选择的便捷性。

刀库的形式通常有以下几种：1.手动刀库：这是一种简单的刀具存放方式，操作人员需要手动将刀具放入和取出刀库。

这种方式比较容易实现，但是效率较低，不适合高产量的生产。

2.机械式刀库：这是一种半自动的刀具存放方式，刀具的放入和取出通过机械装置来实现。

操作人员只需按下相应的按钮或操作面板上的控制按钮，机械装置就会按照预定的程序进行刀具的换取。

这种方式相对于手动刀库来说效率更高，但仍然需要操作人员的参与。

3.自动式刀库：这是一种完全自动的刀具存放方式，刀具的放入和取出由机械装置自动完成。

机械装置按照预定程序自动和选择需要的刀具，并将其取出并装入主轴。

这种方式适用于高产量、高频率的生产，减少了人工干预的时间和机会。

刀库形式的选择取决于生产的具体要求和预算，需要根据实际情况进行选择。

自动换刀程序是用于控制刀具换取的程序，其目的是实现对刀具的快速且精确的换取。

自动换刀程序的调试主要包括以下几个步骤：1.刀具测量：在自动换刀程序调试之前，需要进行刀具的测量，包括刀具长度、半径等参数的测量，以确保程序的准确性。

刀具测量可以使用专门的刀具测量仪进行，也可以使用机床自带的刀具测量功能进行。

2.建立工件坐标系：在自动换刀程序中，需要指定刀具在切削时的位置，而刀具的位置是相对于工件坐标系来确定的。

因此，在调试自动换刀程序之前，需要先建立工件坐标系，并确定刀具换取位置的坐标。

3.轨迹规划：自动换刀程序需要通过规划刀具换取的轨迹来实现换取操作。

轨迹规划的目标是确保刀具在换取过程中的安全性和准确性。

加工中心自动换刀控制系统毕业设计

摘要机床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。

随着数控机床的普及应用，机械加工的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。

加工中心带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。

自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。

加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和刀库、机械手与主轴间的自动换刀，加工中心出现故障80%都在上述方面本课题就是针对现有的自动换刀装置进一步减少换刀时间，利用PLC对刀库的选刀控制和刀库、机械手与主轴间的自动换刀控制以及刀库精确定位。

利用PLC控制液压传动机构，使液压传动更加稳定和精确。

关键词：ATC，刀库，PLC，自动选刀，液压传动AbstractWith the development of NC, the automatic tool changer system is More and moreimportant in the modern advanced manufacture, because the ATC can shorten the cycle time of produ ct manufacturing, improve the precision of product machining. The latestrequirements of machine tool user comprise of diversification of control object,complexity of process, flexible of application and high reliability.The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the n ext manufacturing process to the right changeover position and robot willfinish the change over tool When the tool magazine's capacity is so big and the distance of tool position is more far away the principal axis, there need the tool exchanging unitto implement the changeover work between the principal axis and tool magazine. Theframework of this function include the robot, tools rotation station and changeov er robot. PLC control the use of hydraulic transmission, made hydraulic transmission to morestable and accur ate.Key words: ATC，tool magazine，PLC，tool exchange at random，Hydraulic transmissionII目录第一章绪论 (1)1.1 国内外数控机床的发展情况 (1)1.1.1 国内外数控机床的现状 (1)1.1.2 数控机床发展趋势 (2)1.2 可编程控制技术的现状及发展情况 (3)1.2.1 可编程控制器的特点 (3)1.2.2 可编程控制器的应用 (4)1.2.3 可编程控制器的发展趋势 (6)1.3 本文的主要研究意义与内容 (7)第二章机械手的自动换刀装置研究 (8)2.1 数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 (8)2.1.1 自动回转刀架 (8)2.1.2转塔头式换刀装 (9)2.1.3带刀库的自动换刀系统 (9)2.2ATC的作用及其组成 (10)2.2.1 ATC的作用 (10)2.2.2 ATC的主要组成 (10)2.3 加工中心机械手自动换刀过程 (13)第三章PLC控制系统设计 (16)3.1 PLC机型的选择 (16)3.1.1 CPU的能力 (16)3.1.2 I/O点数 (16)3.1.3 响应速度 (17)3.1.4 指令系统 (17)3.1.5 机型选择的其它考虑 (18)3.2 PLC控制系统设计 (18)3.2.1 本机I/O与扩展I/O的地址分配 (18)3.2.2 电器的选择 (20)3.3 PLC外部接线图设计 (21)3.4 应用S7-200编制梯形图 (25)第四章液压传动部分的设计 (28)4.1 液压传动系统的特点 (28)4.2 液压传动系统的选择 (28)4.3 液压传动回路设计 (29)第五章机械手三维模型设计 (33)5.1 PRO/E软件介绍 (33)5.2 应用PRO/E进行模型设计 (33)第六章毕业设计结论 (39)参考文献 (40)致谢信 (42)声明 (43)第一章绪论1.1 国内外数控机床的发展情况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，适合柔性加工。

加工中心自动换刀系统设计(盘式)

摘要刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具体结构对加工中心的设计有很大影响。

16刀刀库是在小型加工中心应用最为广泛，根据使用的场合和实际运用的要求，设计了相应的16刀的圆盘式刀库，并且对它的控制进行了一定的研究。

论文首先对16刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就刀库的结构设计与控制分章节对各个部分进行计算与设计。

刀库的结构设计是本文研究的重点，传动部分为蜗杆蜗轮的一种减速装置，对于该装置中的蜗杆、蜗轮以及相关的轴都进行了详细的计算;控制部分为刀库送刀部分，由液压控制和PLC控制完成。

关键词：加工中心，刀库，蜗杆蜗轮，液压，PLC。

ABSTRACTTool storage is one of the main components of the automatically-trading-knife installment. Its capacity, position and structure have great influence to the design of the machining centre.16-tool tool storage is widely used in the machining centre. Based on the situation and requirement the 16-tool used, the disc-style tool storage of the 16-tool is designed and some research about its control is made in this paper. The paper illustrates the design project of the 16-tool tool storage firstly, and then explains its operation principle, and at last calculates and designs the structure and control of the tool storage separately by chapters.The design of the structure of the tool storage is the key point of this research. Driving part is a decelerating set of the worm and worm gear. The sizes of the worm, worm gear and axis are calculated. The control parts are tool storage delivering parts, which is completed by the hydraulic pressure and PLC control.Key words: machining centre, Magazine, worm, worm gear, hydraulic pressure, PLC目录摘要 (1)绪论 (3)1引言 (3)1.1加工中心简介 (4)1.1.1加工中心的发展简史 (4)1.1.2加工中心的结构组成 (6)1.1.3加工中心的分类 (7)1.1.4加工中心的发展趋势 (10)2刀库的类型 (13)2.1刀库的类型 (14)2.2刀库的结构与传动 (17)2.3刀库驱动电动机的选定 (20)2.3.1按负载转矩选 (20)2.3.2按加速时的最大转矩选 (22)2.3.3校验 (23)2.3.4分配传动比 (23)3刀库传动机构的设计 (24)3.1初定刀套线速度 (24)3.2刀库传动方式 (24)4.1轴的材料 (32)4.2蜗杆轴的初步估算 (32)4.2.1初步估算轴的最小直径 (32)4.2.2选择联轴器 (32)4.2.3确定滚动轴承的类型 (34)4.2.4初步估计蜗杆轴各段的尺寸 (34)4.3蜗轮轴的初步估算 (35)4.3.1初步估算轴的最小直径 (35)4.3.2确定轴伸处的最小直径 (36)4.3.3确定滚动轴承的类型 (36)4.3.4初步估计蜗轮轴的各段尺寸 (36)4.4轴径的设计与校核 (37)4.4.1 蜗杆轴 (37)4.4.2蜗轮轴的计算 (43)5轴承的校核 (49)5.1蜗杆轴 (49)5.2蜗轮轴 (49)6其它零部件尺寸的设计与计算 (51)6.1回零减速撞块尺寸的计算 (51)6.2刀盘与刀套的设计 (52)6.2.1 刀套 (52)6.2.2 刀盘 (53)6.3刀具（刀座）识别装置 (53)7液压系统的设计 (55)7.1液压缸的载荷组成和计算 (55)7.2液压缸内径以及其它尺寸的确定 (55)7.2.1计算液压缸的主要结构尺寸 (56)7.2.2 油缸壁厚的计算 (57)7.2.3 缸底厚度计算 (58)7.3油缸长度L的确定 (59)7.4液压系统初步设计 (59)8 PLC控制 (61)9结论 (64)10致谢 (66)参考文献 (67)本章首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。

加工中心刀库自动换刀的控制

图! $
#" 镗刀杆! $" 镗刀! (" 上下调整螺钉 ’" 两侧调整螺钉
图! #
此刀具的特点：可用于组合机床或其他机械加工机床，结构紧凑，制造简单，使用灵活。效率高，且在刀具磨损后可调整继续使用，有效延长刀具寿命，减小机床夹具调整时间。
（收稿日期：$&&5&$#5 ）
############################################
冷加工
! " " # 年第 $% 期 # !" ! ! !" " # $ % & ’ & ( )" $ * "" $ ’
刀! ! 具
!"##$%& ’(()*
（ # ）刀套垂直到位，发出到位信号，主轴定向给出位置到达确认信号。（ $ ）机械手从原始位置起动，旋转 %&’ 到达机械手夹刀位置。（ ( ）机械手抠刀到位发出停止信号，把刀具从主轴和刀套中取出，机械手电动机停止。（ ) ）抠刀确认及刀具松开给出到位信号。（ * ）刀具夹放松完毕，起动机械手旋转 +*&’ ，到达刀具更换位置。（ % ）机械手电动机停止信号使机械手电动机停止。（ +& ）装刀确认及刀具夹紧给出到位信号。（ ++ ）机械手电动机起动，使机械手回到原始位置。（ +, ）机械手电动机停止信号，使机械手电动机停止。（ +- ）机械手原始位置开关发信号。（ +# ）控制刀套翻转（水平）的电磁气阀得电。 +$ ）刀套翻转处于水平位置的接近开关发信号（（刀库换刀动作完成）。刀库及机械手的动作可以由 ./ 来控制，也可以由 01/ 来控制，由于该刀库选用的普通的三相异步电动机，故采用 01/ 来控制刀库及机械手的动作。由于该机床数控系统为 *#&23 456789:;7，它内部集成了 <) — -+$ —,20 的 01/ 系统，为 01/ 编程控制刀库和机械手的动作提供了方便。01/ 程序设计采用了模块化、参数化和标准化的编程方法，按控制功能将程序块分成不同的功能块，利用程序块形式的参数编程特点，将控制功能程序标准化。程序结构如图 - 所示。

加工中心自动换刀系统设计说明书

摘要加工中心是现代机械加工中用得最多的设备之一，而自动换刀装置作为加工中心的核心部件，一直处在不断改进之中。

本课题要求设计一台小型加工中心的刀库及自动换刀装置。

本次设计分为两大部分。

首先，主要针对目前机床上常用的几种类型的刀库（鼓盘式刀库、链式刀库、格子盒式刀库等）进行了比较分析，最终选用链式刀库结构，选择伺服电机驱动，采用蜗杆蜗轮装置减速，并完成了链条的选择和链轮的设计计算。

另外，选择双臂单爪机械手结构，对其运动作了详细的分析，最终将换刀运动分解为手臂的伸缩，手架的伸缩和回转三个动作。

全部采用液压系统进行控制。

在合理选用液压缸之后，绘制出了液压系统控制图、机械手动作原理图，基本完成了自动换刀装置的设计工作。

关键词：伺服电动机驱动；链式刀库；机械手换刀；液压系统控制AbstractProcessing Center is a modern mechanical processing equipment used in one of the largest and automatic tool change device as the core parts processing center, has been in the continuous improvement of. The topics designed a small knife processing center for devices and automatic tool change. The design is divided into two parts. First of all, the main view of the current machine, commonly used for several types of knives (knives drum disc library, the chain knife, knife lattice cassette library, etc.) a comparative analysis, the final choice of the chain knife structure, choice of servo motor Driver, a worm worm deceleration devices, and completed the chain and sprocket of the choice of design and calculation. In addition, the choice of single-claw manipulator arms structure, its movement made a detailed analysis will eventually ATC campaign for the decomposition of the telescopic arm, hand-stretching and rotating the three movements. All the hydraulic system used to control. A reasonable choice of hydraulic cylinders, to map out plans of the hydraulic control systems, mechanical hand movements schematics, basically completed the installation of automatic tool change the design work.Keywords：The servo motor actuates; Chain knife storehouse; The manipulator trades the knife; The hydraulic system controls目录目录摘要 (I)Abstract (Ⅲ)1 绪论1.1 本课题的来源、目的及意义 (1)1.1.1 课题的来源 (1)1.1.2 本课题研究的目的 (1)1.1.3 本课题研究的意义 (1)1.2 课题背景及国内外研究现状 (2)1.3 本课题研究的主要内容 (3)2 刀库及换刀机构总体结构设计2.1 刀库的结构设计 (3)2.1.1 方案分析比较 (3)2.1.2 刀库容量的确定 (6)2.1.3 刀库选刀方式的确定 (6)2.1.4 刀库的设计及计算 (6)2.2 自动换刀装置设计 (13)2.2.1 方案分析比较 (13)2.2.2 机械手自动换刀工作流程设计 (13)2.2.3 换刀机械手结构设计 (22)2.2.4 换刀手手臂和手爪结构设计 (23)2.2.5 液压缸、活塞杆的选择 (24)2.2.6 液压系统工作原理 (26)设计总结 (27)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1课题的来源及研究目的和意义1.1.1课题的来源刀库和机械手是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件。

加工中心自动换刀故障分析

的范围由开关Ｓ３和Ｓ３１１１２的挡铁撞块的相对位置
—
—
圈
——＿Ａｃ｛Ｔ目ｉ
１
电路中，使用两只限位开关￥３１１和￥３１２作为ＡＣ的位置开关，前者为常开触点，后者用常闭Ｔ触点，两者串联后接到Ｘ０６点上。进一步检查发２．现￥３、￥３、Ｚ轴原点减速开关￥３、Ｚ轴过程１１１２１０
Ｘ０６的信号为１２．，这时可正常换刀。在确定换刀
位置的两开关及其挡铁撞块良好的前提下，如果参随之上移，主轴刀位上移，在换刀机构位置不变的考点上移或下移超过一定范围，￥３和Ｓ３１１１２两开
４．２辊槭Ｉ＾（却Ｉ）２０冷０２年第ｉ期
能是１状态，换刀条件不时，都将影响自动换刀的正常进行。满足，此时如果换刀将出现１１０９号报警。通过以上分析和现场检查，换刀出现１１０９报所谓机床参考点，就是机床的电气原点与机械警的原因是机械传动链中有相对偏移的现象。故障原点相重台的点。在本机床中，其ｚ轴的机械原处理步骤如下：
确定。如图２中所示Ａ．一般小于０５．ｍｍ。显然，
机床的换刀点与机床某一轴的参考点关系非常密硬件急停开关及使用一只四组的机床限位开关，其切。

数控加工中心换刀系统故障排除分析

171中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2022.01 （上）在机械制造业的迅速发展下，数控加工中心通过刀具交换的形式实现了高效化的加工生产，但也由此给换刀系统提出了一定要求。

由于加工中心加工零件工序繁多，要保证工件加工的可靠性，则需依照各工序提出的具体要求实现刀具顺利交换，所以该系统对于加工中心具有极大的促进作用。

当下这一系统虽然取得了良好的应用成就，但依然存在一些问题，系统故障率较高。

因此，重点对其进行全面探究，分析相关故障的排除措施具有极大现实意义。

1 换刀系统概述该系统的主要功能就是进行刀具交换和存储，其中交换功能的实现主要依赖专门的换刀机构，具体流程为：数控系统先发出换刀指令，该机构直接抓回主轴中的已用刀具，并将其放回刀库，这时该机构再从刀库中抓出目标刀具，再装夹在主轴上。

整个过程中，刀库刀具和主轴之间的相对位置要完全符合设计标准，在此影响下，自动换刀装置的故障排除就成了整个加工中心换刀系统运行过程中亟需解决的关键问题。

当前应用最多的换刀方式就是机械换刀，即应用机械手对人换刀的具体动作进行模拟，整体较为灵活，可操作性也更强。

但受到刀库和主轴距离的影响，如果只使用该模式，则难以保证基本的换刀效率，对此则需通过PLC 程序指令对刀库动作进行控制，从而实现自动化交换。

2 故障排除措施与其他设备相比较，该系统故障的出现和设备应用时间存在很大关系，主要包含早期故障、损耗故障和偶发性故障。

其中早期故障是指系统在刚投入使用后发生的，最开始发生频率较高，但后续会在使用时间的逐渐增加下慢慢下降。

偶发性故障则是系统通过初期使用后，其元件通过老化、调整和磨合进入稳定应用状态，偶尔会产生一些故障，基本上是由外界因素引起的。

损耗故障则是在长期应用下，未进行有效保养和维护而产生的老化故障，会在时间增加下不断提升。

2.1 卡刀故障排除的基本思路该系统中的主要部分为刀库，在工件加工过程中，刀具不同其位置往往会受功能和容量的影响，导致刀库呈现出鼓式和盘式两种基本形式。

加工中心常见换刀故障的分类总结及排除方法

加工中心常见换刀故障的分类总结及排除方法加工中心已广泛应用于机加生产线中。

在当今时代，任何自动化生产设备都与数控技术密切关联，从数控设备的特征看，在其开发、生产、销售到使用与维护的过程中，都不可避免地涉及到许多相关领域和交叉学科。

因此，学习、理解和掌握数控技术，是从事加工行业人士的必经之路。

为了尽是减少加工中心的故障停机时间，根据个人多年的维修经验，针对加工中心故障频率较高的自动换刀装置部分，总结了一些快速诊断和查找故障的方法。

首先，加工中心常见的换刀方式分为带机械手和不带机械手：带机械手的加工中心换刀动作顺序为①主轴定位；②Z轴运行至换刀点；③刀套向下；④刀臂旋转60°；⑤主轴松刀吹气；⑥刀臂向下拉刀，然后旋转180°；⑦刀臂向上，主轴夹刀；⑧刀臂旋转至原点；⑨刀套向上回位，换刀完毕。

不带机械手的圆盘式刀库，换刀动作顺序为：①主轴定位；②Z轴运行至换刀点；③刀盘旋转至目标刀号；④Z轴向下至原点；⑤换刀完毕。

根据以往维修经验总结，自动换刀装置在换刀时，常见故障有以下几种：1、刀套动作位置错误，气缸故障2、刀臂夹不紧刀，发生掉刀3、主轴拉芯打不开，刀取不下来4、刀臂位置错误，不能刹车定位5、刀库乱刀6、刀库原点丢失7、刀库电机过载，刀臂电机过载8、刀库位置传感器损坏9、不执行换刀动作10、刀具没有夹紧11、主轴刀具不能夹紧到位下面就一些具体的故障排除方法进行总结：1、主轴刀具不能夹紧到位。

故障现象(1)：刀具送入主轴时不能安全进入夹爪。

原因：①打杆与夹爪拉杆之间距离大于5mm。

②主轴换刀压力不够。

排除方法：①调整打杆处的调整螺母，使其与拉杆之间距离1~5mm以内。

②检查换刀液压油是否足够；气液缸及其管路是否存在泄漏；压缩空气压力是否达到0.392Mpa以上。

若有上述现象，则检修，使主轴换刀压力达到3.92~6.868Pma。

故障现象(2)：工件加工质量变坏，如钻孔出现圆柱度变坏等。

加工中心自动换刀后机械手设计及控制

在未来，随着技术的进步，这一领域仍有很大的优化和拓展空间
-
展示完毕感谢您的聆听
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
3. 材料选择
机械手的结构材料应满足耐磨、耐腐蚀和高强度的要求，常用的材料有碳钢、不锈钢和铝合金等
3
PLC控制方式
PLC控制方式
1. PLC选型
选择合适的PLC对于机械手的控制至关重要。应考虑PLC的处理速度、输入/输出端口数量、扩展性以及是否支持所需的通信协议等因素
PLC控制方式
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
自动换刀机械手的设计
3
结构和PLC控制方式
2
自动换刀机械手的设计
自动换刀机械手的设计
1. 设计原则
自动换刀机械手的设计应遵循以下原则高可靠性：机械手应能在各种工作环境下稳定运行，保证换刀过程的准确性和安全性易于维护：机械手的部件应便于拆装和维修，降低维护成本高效性：机械手应能在最短时间内完成换刀动作，提高加工中心的工作效率模块化设计：方便根据不同的加工需求进行定制或改造

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。