盘式刀库计算参考

毕业设计(论文) 题目：数控加工中心盘式刀库设计

学生姓名颜振扬

学号200420070123

分院机电工程分院

专业班级机自401班

指导教师宋本基

2008年5月杭州

中文摘要

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。本论文完成的是盘式刀库的总体设计、传动设计、结构设计以及传动部分的运动和动力设计。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库减速传动部分分两级减速，一级传动部分采用齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。本刀库满载装刀24把，采用单环排列方式排放，按就近选刀原则选刀。

关键词：加工中心；刀库；数控加工

I

英文摘要

ABSTRACT

Since 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.This paper completed the overall design,transmission design,structure design and the transmission part's movement and dynamic design of the disc tool house. Such a tool house in the CNC Machining Center is widely used, the tool change is simple, tool change time is short, high-precision positioning; overall structure is simple and compact , Action is accurate and reliable; convenient maintenance and low cost. The slowdown part in the transmission of the tool house includes two parts, the first part of the transmission is gear deceleration device, the second transmission part of the transmission is Worm Gear deceleration device, such design can increase the output shaft of the transmission smooth performance, improve the smooth functioning of the tool house. The tool house which can load with the maximum of 24 tools use single-ring arrangement of emissions and according to the principle of the nearest to election tools.

Key words:Machining centers; Tool house; NC

II

目录

目录

1引言 (1)

1.1 数控加工中心概述 (1)

1.2 数控加工中心的分类 (1)

1.3 加工中心的主要加工对象 (2)

1.4 加工中心的特点 (3)

1.5 加工中心刀库的形式 (4)

1.6 换刀装置的形式 (5)

2 总体方案的确定 (7)

2.1 刀库主要参数 (7)

2.2 电动机的初选 (7)

2.3 确定传动装置的总传动比和分配传动比 (8)

2.4 确定各轴转速、转矩和功率 (9)

2.5 电动机的校核 (11)

3刀库设计与校核 (13)

3.1 齿轮传动的计算 (13)

3.2轴的校核 (17)

3.3滚动轴承的校核 (21)

3.4蜗轮蜗杆的设计 (22)

3.5键的校核 (22)

4 刀具交换装置 (23)

4.1换刀简介 (23)

4.2换刀过程 (23)

结论 (24)

致谢 (25)

参考文献 (26)

附录1 (27)

附录2 (28)

附录3 (28)

III

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1 引言

1.1数控加工中心概述

数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号进行控制的一种方法[16]。采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床[8]。加工中心（Machining Center,简称MC）是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求而发展起来的，它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现在控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品，将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可以在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、内外倒角、环形槽及攻螺纹等加工[4]。

随着电子技术的迅速发展，以及各种性能良好的传感器的出现和运用，加工中心的功能日趋完善，这些功能包括：刀具寿命的监视功能，刀具磨损和损伤的监视功能，切削状态的监视功能，切削异常的监视、报警和自动停机功能，自动检测和自我诊断功能及自适应控制功能等[1]。加工中心还与载有随行夹具的自动托板进行有机连接，并能进行切屑自动处理，使得加工中心成为柔性制造系统、计算机集成制造系统合自动化工厂的关键设备和基本单元。

1.2 数控加工中心的分类

1.2.1 按照机床形态分类

（1）卧式加工中心指主轴轴线为水平状态设置的加工中心。卧式加工中心一般具有3-5个运动坐标。常见的有三个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)加一个回转坐标(工作台)，它能够使工件一次装夹完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工。卧式加工中心较立式加工中心应用范围广，适宜复杂的箱体类零件、泵体、阀体等零件的加工。但卧式加工中心占地面积大，重量大；结构复杂，价格较高[1]。

（2）立式加工中心指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心。立式加工中心一般具有三个直线运动坐标，工作台具有分度和旋转功能，可在工作台上安装—个水平轴的数控转台用以加工螺旋线零件。立式加工中心多用于加工筒单箱体、箱盖、板类零件和平面凸轮的加工。立式加工中心具有结构简单、占地面积小、价格低的优点。

（3）龙门加工中心与龙门铣床类似，适应于大型或形状复杂的工件加工。

1

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（4）万能加工中心万能加工中心也称五面加工中心小工件装夹能完成除安装面外的所有面的加工；具有立式和卧式加工中心的功能。常见的万能加工中心有两种形式：一种是主轴可以旋转900既可象立式加工中心一样，也可象卧式加工中心一样；另一种是主轴不改变方向，而工作台带着工件旋转900完成对工件五个面的加工。在万能加工中心安装工件避免了由于二次装夹带来的安装误差，所以效率和精度高，但结构复杂、造价也高[1，2]。

1.2.2按换刀形式分类

（1）带刀库机械手的加工中心加工中心换刀装置由刀库、机械手级组成，换刀动作由机械手完成。

（2）机械手的加工中心这种加工中心的换刀通过刀库和主轴箱配合动作来完成换刀过程。

（3）转塔刀库式加工中心一般应用于小型加工中心，主要以加工孔为主。

加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。按加工中心立柱的数量分；有单柱式和双柱式（龙门式）[7]。

1.2.3按数控系统功能分类

加工中心根据数控系统控制功能的不同分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制[11]。

1.2.4按工作台的数量和功能分类

有单工作台加工中心、双工作台加工中心，和多工作台加工中心。

1.2.5按加工精度分类

（1）普通加工中心普通加工中心，分辨率为1μm，最大进给速度15～25m/min，定位精度l0 μm左右。

（2）高精度加工中心高精度加工中心，分辨率为0.1μm，最大进给速度为15～100m/min，定位精度为2μm左右。介于2～l0 μm之间的，以±5 μm较多，可称精密级[3]。

1.3 加工中心的主要加工对象

加工中心适宜于加工复杂、工序多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多刀具夹具，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。其加工的主要对象有箱体类零件、复杂曲面、异形件、盘套板类零件和特殊加工等五类[4-6]。

2

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1.3.1箱体类零件

箱体类零件一般是指具有一个以上孔系，内部有型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。这类零件在机床、汽车、飞机制造等行业用的较多。箱体类零件一般都需要进行多工位孔系及平面加工，公差要求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪，攻丝等工序，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量次数多，加工时必须频繁地更换刀具，工艺难以制定，更重要的是精度难以保证。

加工箱体类零件的加工中心，当加工工位较多，需工作台多次旋转角度才能完成的零件，一般选卧式镗铣类加工中心。当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。

1.3.2复杂曲面

复杂曲面在机械制造业，特别是航天航空工业中占有特殊重要的地位。复杂曲面采用普通机加工方法是难以甚至无法完成的。在我国，传统的方法是采用精密铸造，可想而知其精度是低的。复杂曲面类零件如：各种叶轮，导风轮，球面，各种曲面成形模具，螺旋桨以及水下航行器的推进器，以及一些其它形状的自由曲面。这类零件均可用加工中心进行加工。铣刀作包络面来逼近球面。复杂曲面用加工中心加工时，编程工作量较大，大多数要有自动编程技术。

1.3.3异形件

异形件是外形不规则的零件，大都需要点、线、面多工位混合加工。异形件的刚性一般较差，夹压变形难以控制，加工精度也难以保证，甚至某些零件的有的加工部位用普通机床难以完成。用加工中心加工时应采用合理的工艺措施，一次或二次装夹，利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，完成多道工序或全部的工序内容。

1.3.4盘、套、板类零件

带有键槽，或径向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盘套或轴类零件，如带法兰的轴套，带键槽或方头的轴类零件等，还有具有较多孔加工的板类零件，如各种电机盖等。端面有分布孔系、曲面的盘类零件宜选择立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。

1.3.5特殊加工

在熟练掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工装和专用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工艺工作，如在金属表面上刻字、刻线、刻图案；在加工中心的主轴上装上高频电火花电源，可对金属表面进行线扫描表面淬火；用加工中心装上高速磨头，可实现小模数渐开线圆锥齿轮磨削及各种曲线、曲面的磨削等[7，8]。

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1.4加工中心的特点

加工中心（Machining Center）是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，因此在国内外企业界都受到高度重视。如今，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，加工广泛应用于机械制造中[8，9]。与普通数控机床相比，它具有以下几个突出特点：

1.4.1工序集中

加工中心备有刀库并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工，使得工件在一次装夹后，数控系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，以及其他辅助功能，现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序集中，这是加工中心最突出的特点。

1.4.2对加工对象的适应性强

加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上．而且可以快速实现批量生产，提高市场竞争能力

1.4.3加工精度高

加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，而且加工中心由于加工工序集中，避免了长工艺流程，减少了人为千扰，故加工精度更高，加工质量更加稳定。

1.4.4加工生产率高

零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。加工中心带有刀库和自动换刀装置，在一台机床上能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半成品的周转、搬运和存放时间，使机床的切削利用率（切削时间和开动时间之比）高于普通机床3～4倍，达80％以上。

1.4.5操作者的劳动强度减轻

加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到很大的改善。

1.4.6经济效益高

使用加工中心加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的，但在单件、小批生产的情况下，可以节省许多其他方面的费用，因此能获得良好的经济效益。例如，在加工之前节省了划线工时，在零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间，减少了直接生产费用。另外，由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸轮、钻模板及其他工夹具，省去了许多工艺装备，减少了硬件投资．还由于加工中心的加工稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。

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1.4.7有利于生产管理的现代化

用加工中心加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于使生产管理现代化。当前有许多大型CAD/CAM集成软件已经开发了生产管理模块，实现了计算机辅助生产管理。

1.5加工中心刀库的形式

加工中心使用的刀库最常见的形式是圆盘式刀库和机械手换刀刀库[2]。

1.5.1圆盘式刀库

圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。

（1）制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都能自制。

（2）刀号的计数原理。一般在换刀位安装一个无触点开关，1号刀位上安装挡板。每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡板靠近（距离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准，“马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。只要机床不关机，当前刀号就被记忆。刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。如要换10号刀，刀库是顺时针转。机床关机后刀具记忆清零。

（3）固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削到另一次切削）。

（4）圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把[8-13]。

1.5.2机械手刀库

机械手刀库换刀是随机地址换刀。每个刀套上无编号，它最大的优点是换刀迅速、可靠。

（1）制造成本高。刀库有一个个刀套链式组合起来，机械手换刀的动作有凸轮机构控制，零件的加工比较复杂。装配调试也比较复杂，一般由专业厂家生产，机床制造商一般不自制。

（2）刀号的计数原理。与固定地址选刀一样，它也有基准刀号：1号刀。但我们只能理解为1号刀套，而不是零件程序中的1号刀：T1。系统中有一张刀具

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表。它有两栏。一栏是刀套号，一栏是对应刀套号的当前程序刀号。假如我们编一个三把刀具的加工程序，刀具的放置起始是1号刀套装T1（1号刀），2号刀套装T2，3号刀套装T3，我们知道当主轴上T1在加工时，T2刀即准备好，换刀后，T1换进2号刀套，同理，在T3加工时，T2就装在3号刀套里。一个循环后，前一把刀具就安装到后一把刀具的刀套里。数控系统对刀套号及刀具号的记忆是永久的，关机后再开机刀库不用“回零”即可恢复关机前的状态。如果“回零”，那必须在刀具表中修改刀套号中相对应的刀具号。

（3）机械手刀库换刀时间一般为4秒（从一次切削到另一次切削）。

（4）刀具数量一般比圆盘刀库多，常规有18、20、30、40、60等

（5）刀库的凸轮箱要定期更换起润滑、冷却作用的齿轮油[8-13]。

1.6换刀装置的形式

换刀装置的形式有回转刀架换刀、更换主轴换刀、更换主轴箱换刀、带刀库的自动换刀系统[1]。

6

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2 总体方案的确定

图2-1系统设计简图

2.1 刀库主要参数

载刀量：24把

主轴鼻端：刀具形式BT40

刀具直径：Φ80mm

平均重量：7Kg

初选刀库直径：Φ660mm

刀盘最低转速：60r/min

由于刀具形式为BT40，其刀具直径为Φ80mm，按初选的刀库直径Φ660mm 来排列可知每把刀之间的间隔约为6mm，符合安装要求。刀库的系统传动部分的简图如上图2.1所示。

2.2 电动机的初选

（1）选择电动机类型

按工作要求和条件，选用三相异步电动机，电压380V，Y型。

（2）选择电动机的容量

7

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8

初选电动机型号为Y2—712—2，其主要参数如下表1：

表2-1 （需添加表名）

电动机输出转矩：

=d T 9550

m

d

n P N ?m =9550

282055

.0 N ?m =1.86 N ?m

在此论文中1η、2η分别为轴承、齿轮传动（包括蜗轮蜗杆）的传动效率。 取1η=0.98(滚子轴承), 2η=0.97(齿轮精度为8级,不包括轴承效率)。 （3） 确定电动机转速

刀库工作刀库转盘所必需满足的转速最低为： n = 60min

r

根据传动比合理取值，取一级齿轮的传动比i '

1

≈2,二级涡轮蜗杆减速器传动比i '2≈20，则总传动比合理范围为i 'a ≈40，故电动机转速约为

n 'd = i 'a ?n=4060?=2400min

r

2.3 确定传动装置的总传动比和分配传动比

由选定电动机满载转速n m 和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为

n

n i m

a =

（2-1） 总传动比为各级传动比1i ,、2i 、3i n i ???的乘积，即 电动机型号为Y2－712－2，满载转速n m =2820min

r 。

（1） 总传动比 由式(1)

n n i m a ==

=60

2820

47 （2） 分配减速器的各级传动比

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按展开式布置。考虑润滑条件，得=1i 2，2i =19.5 则此时的输出转速为n a m i n =

5

.1922820

?=

=72.31min r 2.4 确定各轴转速、转矩和功率

（1） 各轴转速

1i n n m =

min r

（2-2） 式中：m n ——电动机满载转速；

0i ——电动机至I 轴的传动比。

以及 II n =

1

01i i n i n m I

?= min r （2-3）

2

102i i i n i n n m II

III ??==

min r （2-4）

由式（2-3）~（2-5）得

I 轴 01i n n m =

=2

2820

=1410 min r

II 轴 II n = I n = 1410 min

r

III 轴 102i i n i n n m II III ?==

= 5

.1922820

? = 72.31 min r

（2） 各轴输入功率

d I P P =?3η kW （2-5）

12η?=I II P P kW , 3212ηηη?= （2-6） 23η?=II III P P kW,3223ηηη?= （2-7）

式中2η、3η分别为轴承、齿轮传动的传动效率。 由式（5）~（7）得

I 轴 d I P P =01η= 0.55 ×0.98 =0.54kW

II 轴 12η?=I II P P = 32ηη??d P = 0.539?0.98?0.97 =0.51kW

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III 轴 III P =??=?=3223ηηηII II P P 0.51=??80.098.0 0.40 kW

I —III 轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.98,例如I 轴输出功率为

=?=98.0'I I P P 0.53kW,其余类推。

（3） 各轴输入转矩

010ηi T T d I ?= N ?m （2-8）

其中d T 为电动机的输出转矩，按下式计算：

=d T 9550

m

d

n P N ?m （2-9） 所以

010ηi T T d I ?= = 9550

010η??i n P m

d

N ?m （2-10） 121η??=i T T I II = 9550

120110ηη????i i n P m

d

N ?m （2-11） 232η??=i T T II III = 9550

231201210ηηη??????i i i n P m

d

N ?m （2-12） 34η?=III IV T T = 9550

34231201210ηηηη???????i i i n P m

d

N ?m （2-13） 由式（8）~（13） 电动机轴输出转矩 =d T 9550m d n P =9550?2820

55.0= 1.86 N ?m I —III 轴的输入转矩

I 轴 010ηi T T d I ?= = 9550

01η?m

d

n P ?0i =1.86?0.97× 2 = 3.61N ?m II 轴 I II T T =?1η =1T ×0.97 =3.61?0.97 =3.50 N ?m

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III 轴 232η??=i T T II III =212ηη???i T II = 3.50?19.5?0.98?0.80 = 53.51 N ?m

I~III 轴的输出转矩则分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.98,例如I 周的输出转矩为=?=98.0'I I T T 3.61×0.98=3.54 N ?m,其余类推。 运动和动力参数计算结果如下表2-2：

表2-2 （需添加表名）

2.5 电动机的校核

（1）转矩校核

加载在刀盘转轴上的重力为

刀库旋转刀架的重力，其中刀架厚度为15mm ：

G 1=g ρν=5.6×310×[4×0.015×0.16×0.06+4π×（26.0-255.0）×0.03+4π

×

（22.0-212.0）×0.03]×10=150N

刀库转盘的重量，其中转盘厚度为30mm ：

G 2=g ρν+70×24=5.6×310×0.15×4

π

×266.0=4560N

则可得刀库作用在轴3上的转矩

T /3 =μGd 3=0.004×(4560+150)×0.06 N ?m =1.13 N ?m

可得T /3

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（2）转速校核

由上述计算可知电动机要满足刀库最低每分钟60转的要求，则此电动机转速应不低于n 'd = i 'a ?n=4060?=2400min

r ，而此次选的电动机的转速为

n m =2820min

r

，即n m > n 'd ，故此电动机的转速也满足刀库的转速要求。

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、转矩、价格和带传动、减速器的传动比，可见此电动机比较合适。因此选定电动机型号为Y2-112-2。

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3 刀库设计与校核

3.1 齿轮传动的计算

1、选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1）选用直齿轮

2）加工中心为一般工作机器且轻质载荷，故选用7级精度（GB10095－88） 3）材料选择。选择小齿轮材料为40r C （调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。 4）选小齿轮齿数1z =20，传动比为i = 2, 大齿轮齿数2z = 2?20 = 40 2、按齿面接触强度设计

由设计计算公式（10－9a ）进行试算，即

t d 1≥2.323

2

1)]

[(1H E d Z u u KT σ±?Φ (1) 确定公式内的各计算数值

1）试选载荷系数t K =1.3。 2）计算小齿轮传递的转矩。

1T ==

?115105.95n P 141054

.0105.955?? N ?mm =0.3657?410 N ?mm 3)由表10－7选取齿宽系数d Φ= 1。

4)由表10－6查得材料的弹性影响系数E Z = 189.8 2

1a MP

5)由表10－21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限1lim H σ=600a MP ;大齿轮的接触疲劳强度极限2lim H σ=550a MP 。 6）由式10－13计算应力循环次数。

1N = 60h jL n 1 = 60?1410?1?（2?8?365?8）= 1.441?910

2N =75

.510441.19

?=0.251?910

7)由图10－19取接触疲劳寿命系数1HN K =0.95;2HN K =0.96。[21] 8）计算接触疲劳许用应力。

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取失效概率为100，安全系数S = 1，由式（10－12）得 [H σ]1=

S K HN 1

lim 1σ=0.95?600a MP =570a MP [H σ]2=S

K HN 2

lim 2σ=0.96?550a MP =528a MP (2) 计算

1）试算小齿轮分度圆直径t d 1，代入[H σ]中较小的值。 t d 1≥2.323

2

1)]

[(1H E d Z u u KT σ+?Φ =2.3232

4)528

8.189(2121103657.03.1+???mm

=22.6mm

由于机床实际的尺寸关系，这里小齿轮的分度圆直径取为t d 1=40mm 2)计算圆周速度v 。 v=

10006011?∏n d t =1000

6051440???∏s m =1.08s m

3)计算齿宽b 。

根据机床经验公式，齿宽为模数的6～8倍，这里模数先试取2，故b =（6～8）m = 16mm , 这里取b=20mm

4)计算齿宽与齿高之比h

b

。

模数 t m =

1

1z d t

= 40/20 mm = 2 mm 齿高 h = 2.25t m = 2.25?2 mm = 4.5 mm h b = 096

.5353.54= 10.67 5)计算载荷系数。

根据v = 1.46s m , 7级精度，由图10—8查得动载系数v K = 1.06 [21]；

直齿轮，αH K =αF K =1

由表10－2查得使用系数A K =1.25；

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由表10－4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，

βH K =1.420。

由

h

b

= 10.67, βH K =1.420查图10－13得βF K =1.35；故载荷系数 K =A K v K αH K βH K =1.25?1.06?1?1.420 = 1.8815

6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式(10－10a)得：

1d =t

d 13

t

K K

=40?33.18815.1=45.246mm

7）计算模数m m =

11z d =20

246.45mm = 2.26mm 3、按齿根弯曲强度设计

由式(10－5)得弯曲强度的设计公式[21]为 m ≥3

211)]

[(2F Sa Fa d Y Y z KT σΦ

（1） 确定公式内的各计算数值

1）由图10－20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1FE σ=500a MP 大齿轮的弯曲强度极限2FE σ=380a MP

2）由图10—18取弯曲疲劳寿命系数1FN K =0.88,2FN K =0.90； 3）计算弯曲疲劳许用应力。

取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式(10－12)得： [F σ]1=

S K FE FN 11σ=

4.1500

88.0?a MP =314.29a MP [F σ]2=

S K FE FN 22σ=

4

.1380

90.0?a MP =244.29a MP 4）计算载荷系数K 。

K=A K v K αF K βF K =1.25?1.06?1?1.35 =1.789

5）查取齿形系数。

由表10－5查得 1Fa Y =2.80;2Fa Y =2.40。

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6）查取应力校正系数。

由表10－5查得 1Sa Y =1.55;2Sa Y =1.67。 7）计算大、小齿轮的

]

[F Sa

Fa Y Y σ并加以比较。 111][F Sa Fa Y Y σ=29

.31455

.180.2?=0.01381 222][F Sa Fa Y Y σ=29

.24467

.140.2?=0.01640

大齿轮的数值大。

（2） 设计计算 m ≥3

2

4

01640.020

1103657.0789.12????? mm =0.81 mm

故可知上面所预选的模数m=2符合设计要求。

1z =

m d t 1=2

40=20 大齿轮齿数 2z =2?20=40。 4、几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径

1d =1z m=20?2=40 mm 2d =2z m=40?2=80 mm （2）计算中心距

a=

221d d +=2

80

40+mm = 60mm （3）计算齿轮宽度

根据机床实际设计取值，取1B =20mm,2B =15mm 。 5、结构设计及绘制齿轮零件图3-1

盘式刀库随机换刀的程序设计(FANUC系统)

关键字：自动刀具交换装置（ATC）；随机换刀；数据刷新； 摘要：采用PLC控制程序和宏程序（固定换刀循环程序）组成的两部分完成复杂的刀库随机换刀控制程序是比较有效的方法。 机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。马克思在《资本论》中有一段论述："大工业必须掌握这特有的生产资料，即机器的本身，必须用机器生产机器。这样，大工业才能建立起与自己相应的技术基础，才得以自立"。我国数控技术及其数控机床设备在各工业部门中应用的整体水平与工业发达国家相比还有一定差距。为了实现"十一五"规划的发展目标，进一步发展我国的装备制造业，加快机床的数控化，对各行各业尤其对于加工批量零件、关键零件和形状复杂零件的行业，如航空、电力、船舶、模具制造业等都具有十分重要的意义。 数控机床尤其是加工中心的PLC控制程序设计是比较复杂的。因为加工中心自动换刀的控制程序是一个比较复杂的控制过程。按自动换刀方式通常可以分为随机换刀和固定换刀两种方式。如图1，圆盘式刀库是ATC随机换刀典型的形式之一。其换刀机构（ATC）通过凸轮机构来完成整个换刀过程。换刀的动作过程准确可靠，是一种被经常采用的刀库。 在链式、盘式或箱式刀库程序设计时，通常可以将刀具交换 分为两个步骤，T命令主要完成搜索刀库中的刀具，M命令 完成刀具的交换，使主轴上更换新的刀具。因此，刀具交换 实际上就是指搜索和交换目标刀具。随机换刀是一个非常复 杂的逻辑控制过程。它只对刀具进行编码而不对刀套进行编 码，刀具在刀库中的位置是随机的。理想的随机换刀控制通 常包括圆盘式刀库PLC控制程序和宏程序（固定循环换刀 程序）两部分组成。PLC控制程序根据T码完成搜索刀库中 的刀具，NC宏程序完成刀具交换的整个过程。 1随机换刀PLC程序设计 以XH716加工中心（FANUC 数控系统）圆盘式刀库为例，刀库刀具交换的PMC控制程序设计主要考虑搜索目标刀具在刀库上的刀套位置、大小刀具管理和判别、刀库旋转方向（目标刀套最短路径）的判别、刀具数据的刷新和管理以及可预选刀具（主要为了可以缩短换刀时间），从而完成目标刀具的搜索，为刀具交换作准备。无论是西门子（SIEMENS）数控系统还是发那科（FANUC）数控系统，它们接受的T码都是二进制数据格式。因此在着手编制刀库PLC控制程序时首先考虑好选用功能指令的数据格式。这样就能保证正确选用功能指令，避免功能指令数据格式的不一致性。 PMC有很多类型，如SA1 、SB7等，要正确理解PMC已有的回转控制如图2、数据检索如图3、逻辑乘如图4和变址修改如图5等功能指令的用途，充分掌握合理应用数据检索指令完成对目标刀具所在刀套号的搜索；用回转控制指令解决刀库旋转最短路径的判别；用逻辑乘和变址修改指令完成刀具交换后的数据刷新；用比较指令解决大小刀具的判别，这样就可以比较容易简化

刀库安装及调试方法

刀库的安装调试方法及注意事项 一、调试前先确认刀库动作是否正确。（刀套上下、刀盘正反转、 刀臂旋转方向）。 二、FANUC刀库调试参数及方法 ㈠圆盘式（机械臂）刀库 ?Z轴换刀点高度参数1241。 ?主轴定向角度参数4077 。（注：参数3117#1设为1，可以在诊断画面445号参数下检测主轴角度位置。） ?刀库重置M40. 方法：打开K参数画面，K1.5/1 Z轴上下 K4.7/1 刀库显示表打开及显示 K4.5/1刀臂旋转 K7.0/1 打开气压低检测信号 然后把Z轴移动到安全位置，手动模式下主轴定向，按F1旋转刀臂. 注意：?Z轴始终位于刀臂安全位置之上。 ?刀库调试完成后，除K4.7打开外，其余K参数要全部关闭。 ?ATC动作前查看刀套水平状态。 ㈡斗笠式刀库（伞形刀库） 高度及角度参数同上 K参数画面，K1.5/1 Z轴上下

K6.0/1刀盘进退 然后把Z轴移动到安全位置，手动模式下主轴定向，按F1进退刀盘。 三、三菱刀库调试方法及参数 ㈠圆盘式（机械臂）刀库 ?Z轴换刀点高度参数2038 ?主轴定向角度参数3108 ?M21刀套下（垂直） ?M20刀套上 方法：打开IF诊断画面L102/1 Z轴上下 L107/1 机械臂旋转 然后把Z轴移动到安全位置，在位置画面输入M25（扣刀）/M26（换刀）/M27（刀臂回到位）执行刀臂动作。 注意：?刀库调试完成后，L102、L107要置为0. ? Z轴始终位于刀臂安全位置之上。 ?ATC动作前查看刀套水平状态。 ㈡斗笠式刀库 高度及角度参数同上 IF诊断画面X21A/1 Z轴上下 Y206/1刀盘进退 然后把Z轴移动到安全位置，在IF诊断画面下对Y206/1或0进行刀盘进退。

刀库换刀流程和逻辑思路

刀库换刀流程和逻辑思路 · 乱刀式刀库的换刀流程图

固定式刀库的换刀流程图 固定式刀库换刀过程分解： 固定式刀库换刀动作可分为三个，即取刀、还刀和换刀。由于采用固定刀位管理方式，刀具的交换实际上是还刀和取刀这两个动作。（斗笠式刀库控制约定：1．斗笠式刀库采用固定刀位，即刀套号就是刀具号；2．取刀时，刀库就近找刀） ①取刀 现状：主轴上无刀具 编程：M06 T* 刀库动作描述： ②还刀 现状：主轴上有刀具 编程：M06 T0 刀库动作描述： ③换刀 现状：主轴上有刀具 编程：M06 T* 刀库动作描述：刀具交换的过程，就是还刀加上取刀的过程。 固定式刀库自动换刀装置电气控制 电气控制电路包括接强电电路和PMC控制电路两部分。 下图所示为接触器控制电路。主电路由空气开关QF、KM1主触点、KM2主触点、三相异步交流电机M等组成。控制电路中中间继电器KA1与KA2分别控制接触器KM1和KM2的线圈，控制刀库电机M的正反转和停机制动。实现刀具的选择从而达到精确选刀的目的。 电动刀库电气控制线路图

四、固定式刀库自动换刀装置的PMC控制 PMC控制包括硬件控制和软件控制两方面。 硬件控制包括输入信号的接入和输出信号的控制。下图所示为电动刀库PMC接线图。在此例应用中，传感器信号分别接在X2.0、X2.1输入端口，而控制正反转接触器KM1、KM2的中间继电器的线圈分别由Y50.1、Y50.2控制。 电动刀库PMC接线图 图6 刀库旋转逻辑梯形图 例如，加工中心在执行M06T1换刀指刀令时的换刀结果是：刀库中的T1刀装放轴。 （1）D SCH功能指令（检索功能） 当CNC读到T1指令代码信号时，将此信号信息送入PMC。当PMC接到寻找新刀具的指令T1后（FT3为“1”）在模拟刀库的刀号数据表中开始T代码数据检索出来存入F26地址单元中。然后将1号刀所在数据表中的序号1存入到检索结果输出地址D100中，同时R10.2为“1”。由于R9091.0为“0”。即断开，所以DSCH功能指令按规定2位BCD码处理数据。 （2）C OIN功能指令（比较指令） 当R10.2为“1”时，地址D100的内容（指令1号）和地址D200（当前刀套数据表序号4）的内容作比较。数据一致时，输出R10.3为“1”，不一致时，R10.3为“0”作为刀库旋转达ROT功能指令的条件。 （3）R OT功能指令（旋转指令） ROT功能指令中，旋转检索数（刀套位置个数）为12，现在位置地址为D200（存放当前刀套号4），目标位置地址为D100（存放T1号刀具的刀套号1），计算结果输出地址为C1。

盘式刀库的选刀控制设计

摘要：设计了一套由西门子S7-300 PLC 在数控加工中心刀具库转位自动选择的方案，阐述了设计要求，并根据要求进行方案设计，确定了PLC 输入和输出的地址分配、接线控制等，最后设计出梯形图并进行实物调试，经调试该设计方案能满足设计要求。 关键词：S7-300; PLC; 数控加工中心; 刀具库 数控加工中心在加工工件时需要根据加工工艺的要求进行刀具库转位自动选择刀具。由于数控加工中心在实际加工工件时多数采用任意转位自动选择刀具的方式，本文着重讨论 S7-300 PLC 在数控加工中心刀具库控制中，采用任意转位自动选择刀具的设计应用。经在实际加工中应用该方案，能有效地实现刀具库换刀准确的自动选择，具有良好的加工效率和加工精度。 1 设计要求 刀具库选刀的原则是采用最近方向旋转，即根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时，都要向距换刀位置<180°的方向旋转，以减少换刀时间。当选定刀具旋转到换刀位置时，刀具库转盘停止旋转，并由取放刀机械手进行换刀(图1)。 该设计中按钮SB0-SB7 分别为8 种供选择刀具的选择按钮;ST0-ST7 为各刀具旋转到位的行程开关，由霍尔元件构成;Q0.0-Q0.1 分别为到位指示灯和换刀指示灯;Q0.2-Q0.7 用来控制步进电机的驱动器。

2 硬件设计 根据设计方案要求，该数控加工中心刀具库转位控制选择需要16 个输入端和4 个输出端，在保证稳定的性能和以后升级改造需要的前提下，我们采用西门子公司的S7-300 CPU314C-2DP 和众为兴技术有限公司Q2-BYG403BM 二相步进驱动器进行控制设计。 CPU314C-2DP 是一个用于分布式结构的紧凑型CPU，内置24 个数字量输入(所有输入都可用作中断处理)和16 个数字量输出，以及4 个模拟量输入和2 个模拟量输出，足以满足该设计及以后升级改造的需求。 Q2-BYG403BM 二相步进驱动器，可驱动二相四、六、八线混合式42、56、85、86 系列步进电机。在该方案中用来控制步进电机的转向及速度。在给定工作方式正序换相通电，步进电机带动刀具库正转;按反序通电换相，则步进电机带动刀具库反转。并且可根据调整PLC 发出的脉冲频率，对步进电机进行调速。按照方案将PLC 的输入/输出口(表1)进行分配以及对数控加工中心刀具库转位选择进行接线设计(图2)。

刀库程序流程：

1．刀库结构 根据刀具容量可分为盘式和链式刀库，链式刀库一般用于刀具较多的机床上，目前国内机床上使用较少。 根据刀库旋转动力可分为液压马达，普通电机，伺服电机，凸轮机械，无动力（靠主轴带动）等。使用前两种方式的比较多，都使用感应开关计数，且控制方式相似。 2．换刀过程分析 分为随机换刀和固定换刀。 1）随机换刀是刀具较多的情况采用，必须有机械手辅助，没有还刀过程。但数据表需要更新，刀具号和刀套号不是一一对应。 加工程序中使用M06T**, PLC或宏程序检测到M 06信号脉冲和T信号脉冲，进行刀具检索，刀库旋转到要交换的刀套位置，刀具交换，数据表更新。 2）固定换刀是在刀具不多的情况采用，一般没有机械手，换刀时候，先还刀，再取刀。 刀具号和刀套号固定，从哪里取的刀具要还刀原来的地方去。数据表不需要更新。 加工程序中使用M06T**, PLC或宏程序检测到M 06信号脉冲和T信号脉冲，将主轴上的刀具还回到刀库中去，再进行刀具检索，刀库旋转到要交换的刀套位置，刀具交换。 3．刀库控制思路 见流程图 刀库程序流程： 检索T代码所代表的刀号所在位置，使用DSCHB (SUB34) ,D101-D179(刀具号1-79) D100(主轴刀号) 如果T代码所代表的刀具在主轴上，R301.0=1 转到结尾 计算从当前刀套号（计数器1,C002）到目标 刀套号的旋转步数和旋转方向， D181(目标位置指令),D182(步数指令)—取刀 D183(目标位置前次),D184(步数前次) –还刀 刀库停止转动(R9000.0)，进行换刀。

2伺服电机驱动，输出G地址信号 如果是固定刀套位换刀，没有此步。 用宏程序来实现(O9001,M06 调用)。 4．相关参数设定 M06 代码调用宏程序：6071-6079，调用9001-9009 宏程序，例如6071设定为6，则M06 调用9001宏程序。 参考位置：1240-1243，每个轴的第一到第四参考点的坐标值，一般使用第一参考点（参数1240）做为相关轴的换刀点坐标值。 5．换刀宏程序 换刀各个动作用M代码来实现，这样可保证每个步骤是按顺序执行。 O9001 (CHANGE TOOL) N1IF[#1000EQ1]GOTO22 N2#199=#4003 N3#198=#4006 N4IF[#1002EQ1]GOTO10 N5IF[[#1003EQ1]GOTO7 N6GOTO11 N7M51 N8G21G91G30P2Z0M19 N9GOTO11 N10G21G91G28Z0M19 N11M50

加工中心刀刀库(链式刀库)机械毕业设计方案

第一章绪论 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。 引言 1952年世界上出现了第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。1958年第一台加工中心问世，它将多工序<铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功能<自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化程度和加工效率上了一个新台阶；使无人化<或长时间无人操作）加工成为现实。90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，数控加工中心在制造业得到越来越广泛的应用。目前国内企业生产制造的加工中心主要是面向生产领域，其结构复杂、精度高、封闭性强，价格昂贵。加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。 加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。 加工中心简介 加工中心的发展简史 1952年世界上出现第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因为有更高的自动化程

度和加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工70%~80%的状况。数控机床能实现两坐标以上联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得多。 1958年第一台加工中心在美国卡尼、特雷克

数控链式刀库的精确定位及控制

数控链式刀库的精确定位及控制 链式刀库的链条式结构，决定了刀库自身存在着明显的缺陷：机械刚性差、传动间隙大，从而造成刀库定位精度差，常引起机床故障。我厂开发的SDL120数控链式刀库中，采用了模拟电子检控电路，很好地解决了链式刀库快速和精确定位的问题。 SDL120数控链式刀库的主要参数：刀具容量为120把；刀具锥度为ISO50；最大刀具直径为250 mm；最大刀具长度为500mm。 SDL120数控链式刀库主要由蜗轮减速箱、链式刀具存储仓、机械手穿梭装置和机械手等部分组成。该刀库链式存储仓由伺服电动机经圆柱蜗杆减速箱驱动，位置环开环控制，存储仓刀座依靠编码器进行刀具号译码，由模拟电子检控电路(图1)完成精确定位。 各部分功能简述如下。 1.链条及刀座部分链条上有120个刀座，用于存放120把刀具，整个链条由伺服电动机驱动。 2.模拟接近开关输出电压(或电流)与物体和接近开关之间的距离为近似线性关系。由于刀具 的刀柄是圆形结构，两个接近开关为平行安装，所以当移动的刀柄随着链条的转动从某 一方向经过两个接近开关时，两个接近开关各输出一个近似正弦规律变化的电压信号， 两个信号存在着一个相位差，如图2所示。 3.比较电路把两个模拟电压信号进行比较，并做出如下判断：输出比较结果先达到正最大值 则刀库链正向转动；输出比较结果先达到负最大值则刀库链反向转动；输出比较结果由 正负最大值转换为“0”，则该刀座位于两个接近开关正中位置，即刀库精确定位位置。通 过调整零位置窗的阈值大小，可调整刀座的定位精度。窗口值偏大则定位精度低，偏小 则导致刀库链抖动，无法完成定位，这正是不采用闭环控制的原因。

小型立式加工中心刀库自动换刀装置及控制系统设计-开题报告

毕业设计（论文）开题报告 1 选题背景及其意义 加工中心是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床3倍～4倍，所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。 在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（ATC），而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的部分。它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手这部分更是如此。 2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 1958年，美国卡尼，特雷克公司首次把铣、钻、镗等多种工序集中于一台数控机床上，通过换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。该产品出现后，销路惊人，引起了日、德、美、英、法、意等先进工业国家的高度重视，竞相开发生产，不断扩大和完善机床的功能，成为数控机床中发展最快、需求量最大的商品之一。如今，世界上出现了立式、卧式、龙门式、落地式等各种加工中心，据不完全统计，大约有1000多个品种规格。 未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，我国的加工中心从70年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经济、技术发展的需要。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造业、机械加工业的巨大发展，使得数控机床的使用越来越普遍，而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。然而，目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主，小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展，需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用。

数控加工中心盘式刀库设计

毕业设计(论文) 题目：数控加工中心盘式刀库设计

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。本论文完成的是盘式刀库的总体设计、传动设计、结构设计以及传动部分的运动和动力设计。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库减速传动部分分两级减速，一级传动部分采用齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。本刀库满载装刀24把，采用单环排列方式排放，按就近选刀原则选刀。 关键词：加工中心；刀库；数控加工

ABSTRACT Since 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.This paper completed the overall design,transmission design,structure design and the transmission part's movement and dynamic design of the disc tool house. Such a tool house in the CNC Machining Center is widely used, the tool change is simple, tool change time is short, high-precision positioning; overall structure is simple and compact , Action is accurate and reliable; convenient maintenance and low cost.The slowdown part in the transmission of the tool house includes two parts, the first part of the transmission is gear deceleration device, the second transmission part of the transmission is Worm Gear deceleration device, such design can increase the output shaft of the transmission smooth performance, improve the smooth functioning of the tool house. The tool house which can load with the maximum of 24 tools use single-ring arrangement of emissions and according to the principle of the nearest to election tools.

链刀、盘式。斗笠式刀库

链式、盘式、斗笠刀库 刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、搪孔、攻牙等。 一、圆盘式刀库 圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。 1. 制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都能自制。 2. 每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡

板靠近（距离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准，“马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。只要机床不关机，当前刀号就被记忆。刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。如要换10号刀，刀库是顺时针转。 机床关机后刀具记忆清零。 3. 固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削到另一次切削）。 4. 圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把。 )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

关于加工中心刀库的基本知识知识

关于加工中心刀库的基 本知识知识 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

刀库-概述 刀库 刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如、、镗孔、等。大幅缩短加工时程，降低生产成本；这是刀库系统的最大特点。 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-主要构件 刀库主要是提供储刀位置，并能依程式的控制，正确选择刀具加以定位，以进行刀具交换；换刀机构则是执行刀具交换的动作。刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备；若无换刀机构，则加工所需刀具无法自刀库依序更换，而失去降低非切削时间的目的。此二者在功能及运用上相辅相成缺一不可。 刀库-分类 刀库的容量、布局，针对不同的机，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： 1、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。 2、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(AutoToolsChange)进行刀具交换。 3、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，由将刀具装到主轴上。换刀动作均采用马达加机加工中心使用的刀库最常见的形式是圆盘式刀库和机械手换刀刀库。 刀库-特点  刀库 一、圆盘式刀库特点？ 圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。？

刀库产品工艺流程

一．刀库的定义及分类 二．盘式刀库的组成和换刀流程 三．盘式刀库的安装过程 一．刀库的定义及分类 １．刀库的定义 其实刀库顾名思义为放刀的仓库，此处的刀为特别用于数控机床进行高速精确加工之刀具．它和普通的刀具区别在于，盘式刀库之刀具是安装在标准的刀柄上的，在自动换刀的过程中都有与之规格相对应的扣刀爪和刀臂换刀－－即刀库与加工主轴之间进行换刀．２．刀库的分类 根据刀库所需要的容量、选刀及取刀方式，可以将刀库设计成盘式刀库、链式刀库、格子式刀库．而我们现在仅讨论盘式刀库的定义及功用． 二．盘式刀库的组成和工作原理 １．组成盘式刀库的各主要部件及作用 盘式刀库主要由刀库本体、刀盘组、压缸固定板组、气压缸、自动换刀夹具机构、换刀臂、扣刀爪、刀库外罩和自动换刀夹具外罩等组成．其中各个部件作用如下：（1）本体：用来承载刀盘组、压缸固定板组、气压缸、刀库外罩等部件的基体。 （2）刀盘组：用来装载刀套，其上有拨动装置使刀盘在马达的作用下转动。 （3）压缸固定板组：首先是固定刀盘组于本体上，再就是用于装载气压缸和极限开关，起固定作用。 （4）气压缸：连接倒刀块，起倒刀作用。 （5）换刀臂：连接于自动换刀夹具主轴，起换刀作用。 （6）扣刀爪：换刀过程中起抓刀作用。 （7）刀库和自动换刀夹具外罩：保护机体、防尘及美观作用。 ２．盘式刀库的简单介绍 盘式刀库属于立式刀库的一种，为最常用的一种形式，盘式刀库的储存量一般为15~40把，每一刀座均仅可存放一把刀具，按照刀柄规格的不同可把刀库分为＃２５、＃３０、＃４０、＃５０、＃６０等不同的规格，而不同的规格适用于不同用途的机床，如＃５０和＃６０的刀柄适用于重型切削机床，＃２５和＃３０的刀柄适用于高速轻切削机床盘式刀库的种类很多，为适应机床主轴的布局，刀库的刀具轴线可以按不同的方向配置，这样做的目的是按照机床工作的实际情况方便换刀，提高工作效率． 如下图即为刀可作90度翻转的圆盘刀库． 采用这种结构能简化取刀动作。单盘式刀库的结构简单，取刀也较方便，因此应用最为广泛。

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 一、实训目的 （ 1 ）了解加工中心的各种刀库形式； （ 2 ）了解机械手换刀的基本动作组成； （ 3 ）掌握加工中心自动换刀程序的编写与调试运行； ? 二、预习要求 认真阅读加工中心组成、换刀装置、自动换刀程序的编写等章节内容。 ? 三、实训理论基础 1 ．加工中心的刀库形式 加工中心刀库的形式很多，结构各异。常用的刀库有鼓轮式和链式刀库两种。 图 11-1 鼓轮式刀库 （ a ）径向取刀形式（ b ）轴向取刀形式（ c ）径向布置形式（ d ）角度布置形式 鼓轮式刀库结构简单，紧凑，应用较多。一般存放刀具不超过 32 把。见图 11-1 。 径向取刀形式（ a ）多用于使用斗笠式刀库的立式加工中心和使用角度布置的机械手换刀装置的加工中心；形式（ b ）应用比较广泛，可用于立式和卧式加工中心，换刀可用机械手或直接主轴移动式换刀。由于从布局设计方面的考虑，鼓轮式刀库一般都采用侧向安装的结构形式，若用于机械手平行布置的加工中心时，刀库中的刀袋（座）通常在换刀工作位可作 90 o 翻转。形式（ c ）多用于小型钻削中心；形式（ d ）一般用于专用加工中心。 链式刀库多为轴向取刀，适于要求刀库容量较大的加工中心。见图 11-2 。 图 11-2 链式刀库 2 ．自动换刀装置及其动作分解 斗笠式刀库换刀装置我们已经在实训 4 中接触过，在此就不再赘述。 对于刀库侧向布置、机械手平行布置的加工中心，其换刀动作分解见图 11-3 。换刀时， Txx 指令的选刀动作和 M6 指令的换刀动作可分开使用。

图 11-3 平行布置机械手的换刀过程 图 11-4 角度布置机械手的换刀过程 对于刀库侧向布置、机械手角度布置的加工中心，其换刀动作分解见图 11-4 。 机械手换刀装置的自动换刀动作如下： （ 1）主轴端：主轴箱回到最高处（ Z 坐标零点），同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。 刀库端：刀库旋转选刀，将要更换刀号的新刀具转至换刀工作位置。对机械手平行布置的加工中心来说，刀库的刀袋还需要预先作90 o的翻转，将刀具翻转至与主轴平行的角度方位。（ 2）机械手分别抓住主轴上和刀库上的刀具，然后进行主轴吹气，气缸推动卡爪松开主轴上的刀柄拉钉。 （ 3）活塞杆推动机械手伸出，从主轴和刀库上取出刀具。 （ 4）机械手回转180 °，交换刀具位置。 （ 5）将更换后的刀具装入主轴和刀库，主轴气缸缩回，卡爪卡紧刀柄上的拉钉。 （ 6）机械手放开主轴和刀库上的刀具后复位。对机械手平行布置的加工中心来说，刀库的刀袋还需要再作 90 o的翻转，将刀具翻转至与刀库中刀具平行的角度方位。 （ 7）限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其它程序动作。 主轴移动式换刀装置的换刀动作见图 11-5 。其换刀动作分解如下： 图 11-5 主轴移动式换刀过程 （ 1）主轴准停，主轴箱沿 Y 轴上升。这时刀库上刀位的空挡正对着交换位置，装卡刀具的卡爪打开。如图 11-5 （ a ）所示。 （ 2）主轴箱上升到极限位置，被更换的刀具刀杆进入刀库空刀位，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时，主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具。如图 11-5 （ b ）所示。 （ 3）刀库伸出，从主轴锥孔中将刀拔出。如图 11-5 （ c ）所示。 （ 4）刀库转位，按照程序指令要求，将选好的刀具转到最下面的位置，同时，压缩空气将主轴锥孔吹净。如图 11-5 （ d ）所示。 （ 5）刀库退回，同时将新刀插入主轴锥孔，主轴内刀具夹紧装置将刀杆拉紧。如图11-5（e）（ 6）主轴下降到加工位置、启动，开始下一步的加工。如图 11-5 （ f ）所示。 3 ．自动换刀的编程 加工中心的编程和数控铣床编程的不同之处，主要在于增加了用 M06 、 M19 和 Txx 进行自动换刀的功能指令，其它都没有多大的区别。

刀库的种类及特点(仅限借鉴)

加工中心刀库种类及特点 加工中心的自动换刀装置由存放刀具的刀库和换刀机构组成。刀库种类很多，常见的有盘式和链式两类。链式刀库存放刀具的容量较大。 换刀机构在机床主轴与刀库之间交换刀具，常见的为机械手；也有不带机械手而由主轴直接与刀库交换刀具的，称无臂式换刀装置。 加工中心刀库分为圆盘式刀库及机械手刀库两种 一、圆盘式刀库 圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。 1. 制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都能自制。 2. 每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡板靠近（距离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准，“马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。只要机床不关机，当前刀号就被记忆。刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号

位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。如要换10号刀，刀库是顺时针转。 机床关机后刀具记忆清零。 3. 固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削到另一次切削）。 4. 圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把。 二、机械手刀库 机械手刀库换刀是随机地址换刀。每个刀套上无编号，它最大的优点是换刀迅速、可靠。 1. 制造成本高。刀库有一个个刀套链式组合起来，机械手换刀的动作有凸轮机构控制，零件的加工比较复杂。装配调试也比较复杂，一般由专业厂家生产，机床制造商一般不自制。 2. 刀号的计数原理。与固定地址选刀一样，它也有基准刀号：1号刀。但我们只能理解为1号刀套，而不是零件程序中的1号刀：T1。系统中有一张刀具表。它有两栏。一栏是刀套号，一栏是对应刀套号的当前程序刀号。假如我们编一个三把刀具的加工程序，刀具的放置起始是1号刀套装T1（1号刀），2号刀套装T2，3号刀套装T3，我们知道当主轴上T1在加工时，T2刀即准备好，换刀后，T1换进2号刀套，同理，在T3加工时，T2就装在3号刀套里。一个循环后，

加工中心16刀刀库(盘式刀库)

加工中心16刀刀库(盘式刀库) 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。 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。 第一章绪论 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。 1.1 引言 1952年世界上出现了第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。1958年第一台加工中心问世，它将多工序（铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功能（自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化程度和加工效率上了一个新台阶；使无人化（或长时间无人操作）加工成为现实。加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。 加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。 1.2 加工中心简介 1.2.1加工中心的发展简史 1952年世界上出现第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功

盘式刀库

盘式刀库机械手换刀简介 机械机构，相关传感器和控制信号 刀套控制气动/液压缸：一个，安装在刀库中间位置，控制刀套倒下和抬起，通常称为倒刀和回刀。 倒刀/回刀开关及相应传感器：各两个，分别装在控制刀套动作的气动/液压阀以及相应驱动装置气动/液压缸两端。控制刀套位置，并发出到位信号。 机械手臂旋转马达：A TC动力源，一般使用凸轮机构控制机械手臂的旋转，完成装刀和拉刀动作。 机械手臂旋转位置传感器：三个，其信号灯可以通过机械手臂旁边的一个窗口看到。传感器可分为凸式和凹式两种，分别是脉冲的上升沿或者下降沿有效，时序图不同，根据机械手臂不同位置发出相应的信号。 刀盘马达：控制刀盘正反转。 刀盘旋转定位/计数传感器：一个，刀盘每旋转一个位置就产生一个计数信号。 另外，主轴上还有有一个松拉刀开关和两个松拉刀相关的传感器，分别给出刀具夹紧和松开信号。刀库的刀套上使用的是弹簧滚珠卡紧机构，没有传感器信号。 通常一个盘式刀库通常有7个传感器＋主轴上2个，总计9个。 机械手臂换刀步骤 1.选刀 根据T代码选取相应刀具号，梯形图控制刀库正转或者反转。每旋转一个位置，刀库给出一个脉冲信号。 2.倒刀 刀库当前位置的刀套旋转90°，处于换刀位置。通常气动或液压电磁阀控制。刀套到位后，给出到位反馈信号。 3.机械手臂旋转60°，扣刀 同时抓住刀库和主轴上的刀具，并由机械手臂传感器给出扣刀反馈信号。 4.从主轴和刀库中向下拉刀 主轴松刀、吹气，机械手臂向下拉刀。此时，机械手臂两端分别夹持主轴上的刀具和待

换目标刀具。主轴端和刀库端同时完成动作。 5.机械手臂旋转180°，换刀 机械手臂拉刀到位后，旋转180°，主轴上刀具和待换目标刀具交换，旋转到位后，机械手臂给出到位信号。 6.刀具向上插入主轴和刀库 机械手臂向上，将刀具同时插入主轴和当前刀套，主轴将刀具卡紧。主轴端和刀库端同时完成动作。 7.反向旋转60° 机械手臂反向旋转回原位，完成一个换刀动作。更新数据表。 快速换刀 目前各机床厂家通常使用两种换刀方式，一种是刀具交换后当前刀套向上翻转90°回原位，等待下次选刀，称为普通换刀；另一种是换刀后刀套不回原位，当得到下一个选刀指令时根据不同的情况再决定是否回刀，这种换刀方式称为快速换刀。快速换刀的主要优点在于，当加工程序在固定的两把刀具之间切换时，可以省去一个倒刀和回刀的时间，特别是在反复使用两把刀的时候，效果明显。而且相对于整个加工过程，并不增加换刀时间。因此，这种快速换刀使用比较广泛。 梯形图编写 机械手臂换刀动作完全由电机驱动凸轮机构控制，并可以根据不同位置给出三个传感器位置信号。编梯形图时，只需根据这三个传感器信号时序图控制电机启动和停止即可。 刀具数据存储和数据交换，通常使用数据表完成。相应D地址号作为刀套号，D地址中的数据作为刀具号。 判断换刀时机的方式我看到了两种：一种是通过SUB 6 / ROT计算刀盘需要转动的步数和方向，然后刀盘每旋转一格计数器减1，直到待换刀套到达换刀位置即执行动作；另一种是只需通过SUB 6 / ROT计算刀盘的转动方向，然后刀盘每旋转一格比较一次换刀位置刀号和换刀代码，如一致则执行换刀动作。 主轴上松刀的时候同时要有一个吹气动作，其目的应该是清除刀具安装位置的杂质，须和松刀动作同时完成。