第六章 数控机床的自动换刀装置第一节自动换刀装置的形式数控机床 为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。 在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。其基本类型有以下几种。 一、转刀架换刀回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为 0.001～0.005mm）。 一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧141 等。回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。 图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。 转位刀架 刀架内装信号盘上齿盘销钉端齿盘定位开电动机合下齿盘销钉n螺母弹簧安全离合器蜗轮副(a)(b) 刀架 凸轮凸轮拔爪棘爪上齿盘下齿盘电动机液压缸棘轮摆动阀芯(c)(e)(d)回转刀架的类型及其工作原理图6-1 图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。 图6-1c)所示为凸台棘爪式刀架，蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转90o，然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。 图6-1d)所示为电磁式刀架，它利用了一个有10kN左右拉紧力的线圈使刀架定 位锁定。 142
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
刀库控制非常复杂，涉及到的硬件主要是伺服电机传动或普通交流电机传动或液压马达、电磁阀、接近开关、行程开关、等器件，通过复杂的PLC程序对刀库进行控制，实现数控机床加工中心自动换刀或手动换刀、卸刀、装刀等动作。作为一名合格的优秀技工，熟悉NC参数、刀库动作的流程、电磁阀的工作原理等是十分必要的，因为只有这样才能更好的调试、维修及维护刀库。 1.刀库动作时序一般流程图 图1-1 刀库动作的时序流程图
刀库动作的一般流程如图1-1所示，熟悉刀库动作的流程对故障分析及调试有一定的指导意义，刀库动作的控制主要包括自动换刀和手动换刀，刀库的硬件并不是很复杂，那么是如何实现复杂的刀库控制呢？主要是通过PLC程序对刀库进行控制，使刀库能够安全、可靠、稳定的完成复杂控制。 2．刀库及换刀机械手的常见故障和维护 刀库及换刀机械手结构较复杂，且在工作中又频繁运动，所以故障率较高。目前机床上有60％以上的故障都与之有关。如刀库定位伸缩不到位，刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定、机械手动作误差过大等。这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作。因此刀库及换刀机械手的维护十分重要。 2．1 刀库及换刀机械手的维护要点 (1)严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。 (2)顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确，其他选刀方式也要注意所换刀具是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生。 (3)用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位，装牢靠，并检查刀座上的锁紧装置是否可靠。 (4)经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，发现问题要及时调整，否则不能完成换刀动作。 (5)要注意保持刀具刀柄和刀套的检查机械手液压系统的压力是
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)。
附录9：实现刀库控制功能 目录 相关知识与技能 1．与刀库相关的电气连接 2．刀库控制的相关信号及其功能 2．1 主轴准停控制信号ORCMA 2．2 宏程序所用的系统变量 2．2．1 用户宏程序输入信号 2．2．2 宏程序报警变量 2．2．3 模态信息变量（#4003、#4006） 3．宏程序调用及刀库相关系统参数 3．1 指定调用宏程序的M代码值参数PRM#6080～6089 3．2 主轴准停位置设置参数（PRM#4031） 3．3 主轴定向速度参数（PRM#4038） 3．4 换刀点设置参数（PRM#1241） 3．5 其他相关参数 4．换刀宏程序 5．PMC控制程序 思考题 实训项目3.8 实现刀库控制功能 以FANUC 0i系统加工中心或调试台为例，介绍一种通过宏程序调用实现斗笠式刀库换刀控制的方法。刀库容量为16（装16把刀），利用伺服主轴电动机的内置编码器进行定向/准停。 实训学时：10学时。 实训目的: （1）加工中心斗笠式刀库的操作与控制程序的编制。 （2）掌握调用宏程序实现刀库控制的编程方法。 （3）掌握调用宏程序实现刀库控制的相关参数设置。 实训内容： （1）斗笠式刀库的操作。 （2）控制刀库的宏程序设计。 （3）刀库梯形图程序的设计与调试。 （4）梯形图功能的调试。 （5）宏程序调用实现刀库控制的相关参数设置。 实训设备:
（1）配置FANUC 0i数控系统的加工中心/综合调试台。 （2）个人计算机（PC）。 （3） FANUC公司的梯形图编辑软件（FLADDER Ⅲ版本）。 实训要点： （1）用FLADDER Ⅲ软件对PMC离线编程。 （2）FANUC 0i PMC操作。 （3）FANUC 0i 系统PMC程序传输与功能调试。 （4）刀库控制用宏程序设计与加载。 （5）PMC功能指令的应用。 （6）刀库梯形图程序设计。 （7）调用宏程序控制刀库的相关参数设置。 （8）刀库控制功能验证。 实训具体要求： （1）规范实训，按操作规范操作机床。 （2）机床工作时，严禁用手或导体去触碰各通电电器，确保人身和设备安全。 （3）操作刀库之前，必须保证机床执行手动回零操作。 （4）验证刀库功能时，可采用单程序运行模态或单独执行相关的刀库辅助功能指令（M指令）操作，密切关注机床的动作，确保刀库与主轴不撞机。 （5）具备加工中心的基本操作能力和应用水平。 （6）熟悉FANUC 0i系统参数的设置方法与操作。 组织形式： 教师：演示与指导，组织学生训练、演示、讨论与评估。 学生：根据设备数量，可在课内分组定时训练，也可预约训练，采取组长负责制，负责指导、提问与考核各组员。 相关知识与技能： 1．与刀库相关的电气连接 假设加工中心刀库的主电路如图附9-1所示。
要 本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。第一，了解数控加工中心的分类，其按换刀形式的分类以及加工中心刀库的形式；然后根据给定的参数进行刀库类型的选择以及电动机的确定；接着对刀库的转位定位机构进行了设计；最后是对于控制系统进行了简单设计。 关键字：加工中心，换刀系统，刀库，PLC。
目录 1绪论 (3) 2.刀库的总体设计方案 (5) 课程设计的任务及要求 (5) 刀库的类型选择 (5) 3.电机的选择 (6) 电机的选型及相关参数 (6) 各部分转动惯量的计算 (7) 预选电机 (7) 电机的校核 (8) 4.机械系统的设计 (8) 刀库转动定位机构的设计 (8) 滚动轴承的选择计算 (10) 轴的校核计算 (11) 键的设计计算 (12) 5.控制系统的设计 (12) 刀库的换刀动作如下： (13) 利用PLC实现随机换刀 (14) 参考文献 (17)
1绪论 在现代数控机床中，加工中心(MC-Machining Center)能进行自动换刀、自动更换工件，实行平面、任意曲面、孔、螺纹等加工，成为一种独特的多功能高精、高效、高自动化的机床，并迅速向高速化、复合化、环保化、五轴联动等方向发展，己成为当今国际机床展上最大的亮点。 加工中心特别适合于箱体、框架、叶片等特殊复杂零件的柔性高效加工，能减省一些普通铣床、钻床、键床，提高加工精度和效率，减少转换时间，降低生产成本。 在当今机械工业中，产品不断向个性化、精密化、小批量发展，世界对MC的市场需求在不断增多。特别是在要求适量柔性、大批高效生产的汽车工业、单件、小批重切、快速生产的航空、模具工业以至IT高精尖工业中，MC已逐渐成为重要的高效性机种。 1996年国产加工中心与进口加工中心的台数比，仅为百分之几，到2005年逐步增长到%。2005年与2000年相比，进口的加工中心数量增加倍。加工中心需求猛增的主要原 因，大致有三:(l)整个机械工业原有工艺装备结构陈旧、性能落后，呈“三多三少”(手动的多、自动的少;粗加工的多、精加工的少;低效的多、高效的少)，函需大量更新。能源、交通、冶金、发电、工程机械、造船、模具、IT各业均需购置大、中、小各种Mc，量大面广;(2)汽车工业迅速发展，2002-2004年汽车产量分别为325、444、507万辆，发动机缸体、缸盖、变速箱及各种汽车零部件加工，均需 h L =86750 (h) 验算结果：合格。
第一章、刀架和自动换刀装置设计 一、机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求 (一) 机床刀架和自动换刀装置的功能 机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架、转塔车床的转塔刀架、回轮式转塔车床的回轮刀架、自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量存储刀具静自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。 (二) 机床刀架和自动换刀装置的类型 按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架。例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等；按驱动刀架转位的动力可分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架。 自动换刀装置的刀库和换刀机械手，驱动都是采用电气或液压自动实现。目前自动换刀装置主要用在加工中心和车削中心上，但在数控磨床上自动更换砂轮，电加工机床上自动更换电极，以及数控冲床上自动更换模
具等，也日渐增多。 数控车床的自动 换刀装置主要采用回转 刀盘，刀盘上安装8～ 12把刀。有的数控车床 采用两个刀盘，实行四 坐标控制，少数数控车 床也具有刀库形式的自 动换刀装置。图3—122a 是一个刀架上的回转 盘，刀具与主轴中心平 行安装，回转刀盘既有 回转运动又有纵向进给 运动(S纵)和横向进给 运动(S横)。固3—122b 为刀盘中心线相对于主 轴中心线倾斜的回转刀 盘，刀盘上有6～8个刀 位，每个刀位上可装两把刀具，分别加工外圆和内孔。图3—122c装有两个刀盘的数控车床，刀盘1的回转中心与主轴中心线平线，用于加工外圆l刀盘2的回转中心线与主轴中心线垂直，用以加工内表面。图3—122d 安装有刀库的数控车床，刀库可以是回转式或链式，通过机械手交换刀具。
数控机床刀库的作用
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数控机床刀库的作用 数控机床刀库的作用是储备一定数量的刀具，通过机械手实现与主轴上刀具的互换。刀库的类型有盘式刀库、链式刀库等多种形式，刀库的形式和容量要根据机床的工艺范围来确定。图1所示的盘式刀库，刀具的方向与主轴同向，换刀时主轴箱上升到一定的位置，使主轴上的刀具正好对准刀库最下面的那个位置，刀具被夹住，主轴在CNC的控制下，松开刀柄，盘式刀库向前运动，拔出主轴上的刀具，然后刀库将下一个工序所用的刀具旋转至与主轴对准的位置，刀库后退将新刀具插入主轴孔中，主轴夹紧刀柄，主轴箱下降到工作位置，完成换刀任务，进行下道工序的加工。此换刀装置的优点是结构简单，成本较低，换刀可靠性较好；缺点是换刀时间长，适用于刀库容量较小的加工中心。 图1 盘式刀库链式刀库 对于刀库容量需要较大的加工中心可采用链式刀库，链式刀库的结构
紧凑，刀库容量较大，链环的形状可根据机床的布局制成各种形状，也可将换刀位突出以便于换刀。当需要增加刀具数量时，只需增加链条的长度即可，给刀库设计与制造带来了方便。 一般的刀库内存放有多把刀具，每次换刀前要进行选刀，常用的选刀方法有顺序选刀和任意选刀两种，顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，加工是按顺序调刀，加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序。其优点是刀库的驱动和控制都比较简单。因此，这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型数控机床的自动换刀。 随着数控系统的发展，目前大多数的数控系统都采用任意选刀的方式，其分为刀套编码、刀具编码和记忆式等三种。 刀具编码或刀套编码需要在刀具或刀套上安装用于识别的编码条，一般都是根据二进制编码的原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可在不同的工序中多次重复使用，换下的刀具不用放回原刀座，刀库的容量也可相应减少。但每把刀具上都带有专用的编码环，刀具长度加长，制造困难，刀库和机械手的结构变复杂。刀套编码的方式是一把刀具只对应一个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十分麻烦，换刀时间长。目前在加工中心上大量使用记忆式的方式。这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置对应地记忆在数控系统的plc中，无论刀具放在哪个刀套内，刀具信息都始终记存在PLC内。刀库上装有位置检测装置，可获得每个刀套的位
数控机床大作业 数 控 机 床 的 自 动 换 刀 装 置 姓名： 学号： 班级：
数控机床的自动换刀装置 作者：刘伟杰 摘要 数控机床集中应用了计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，等先进技术，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理形式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化，促进了其他行业的生成和飞速发展。刀具及自动换刀装置对加工时间有着重要的影响，自动换刀的快慢又影响了加工的时间，刀库的容量决定了刀具的数量，进而影响换刀时间和加工时间。本文主要讲述数控机床的自动换刀机构。 关键词：发展趋势机构自动换刀刀库 中图分类号：TH 文献标识码：B
1.刀库 刀库是自动换刀装置的主要部件，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大影响。刀库的刀具定位机构是用来保证要更换的每一把刀具准确的停在换到位置上。采用电动机或液压系统为刀库提供动力。根据刀库所需要的容量和取刀方式，可以将刀库设计成多种形式。 1.1刀库的类型 刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按指令将要用的刀具准确的送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。根据需求，刀库类型有多种（1）盘式刀具在盘式刀库结构中，刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安放，刀具轴向安装的结构最为紧凑。在刀库容量较大时，可采用弹仓式结构，目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面，也可安装在单独的基地上。盘式刀库分径向、轴向两种取刀方式，其刀座结构不同。此种刀库结构简单，适用于刀库容量较少的情况。 （2）链式刀库刀具容量比盘式的大，结构也比较灵活和紧凑，常为轴向换刀。可将换刀位置刀座突出以利于换刀。另外还可以采用加长连带方式加大刀库的容量，也可采用折叠回绕的方式提高空间利用率，在要求刀量容量很大时可以采用多条链带的结构。 （3）格子盒式刀具固定型格子盒式刀库。刀具分几排直线排列，由纵、横向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具，此刀具空间利用高，刀库容量大。 1.2刀库的容量 刀库的容量首先要考虑加工工艺的分析需要。一般情况下，并不是刀库中的刀具越多越好，太的容量会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀过程时间增长。如果从完成工件的全部加工所需要的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成加工任务所需的刀具数目在40种以下，所以一般的中小型立式加工中心配14--30把刀具的刀库就能够满足70%--95%的工件加工需要。 1.3刀库的转位 刀库转位机构由伺服电动机通过消隙齿轮带动蜗杆，通过涡轮使刀库转动。
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
1常见的过载报警及解决方法 故障现象：某配套FANUC-0M系统的数控立式加工中心，在加工中经常出现过载报警，报警号为434，表现形式为Z轴电动机电流过大，电动机发热，停上40min左右报警消失，接着再工作一阵，又出现同类报警。 分析及处理过程：经检查电气伺服系统无故障，估计是负载过重带不动造成。 为了区分是电气故障还是机械故障，将Z轴电动机拆下与机械脱开，再运行时该故障不再出现。由此确认为机械丝杠或运动部位过紧造成。调整Z轴丝杠防松螺母后，效果不明显，后来又调整Z轴导轨镶条，机床负载明显减轻，该故障消除。 2数控机床转台分度不良的故障维修 故障现象：一台配套FANUCOMC，型号为XH754的数控机床，转台分度后落下时错动明显，声音大。 分析及处理过程：转台分度后落下时错动明显，说明转台分度位置与鼠齿盘定位位置相差较大；如果回零时位置同时也有错动，则可调节第4轴栅格偏移量(参数0511)来解决：如果转台传动有间隙，则可调节第4轴间隙补偿(参数0538)；如果机械螺距有误差，则
相应调整第4轴螺补。本例中发现转台回零后也有错动，调整0511数值后解决 3刀库不停转的故障维修 故障现象：一台配套FANUC0MC系统，型号为XH754的数控机床，刀库在换刀过程中不停转动。 分析及处理过程：拿螺钉旋具将刀库伸缩电磁阀手动钮拧到刀库伸出位置，保证刀库一直处于伸出状态，复位，手动将刀库当前刀取下，停机断电，用扳手拧刀库齿轮箱方头轴，让空刀爪转到主轴位置，对正后再用螺钉旋具将电磁阀手动钮关掉，让刀库回位。再查刀库回零开关和刀库电动机电缆正常，重新开机回零正常，MDI方式下换刀正常。怀疑系干扰所致，将接地线处理后，故障再未出现过。 4换刀不能拔刀的故障维修 故障现象：一台配套FANUC0MC系统，型号为XH754的数控机床，换刀时，手爪未将主轴中刀具拔出，报 警。 分析及处理过程：手爪不能将主轴中刀具拔出的可能 原因有： ①刀库不能伸出；②主轴松刀液压缸未动作；③松刀
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。
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。
加工中心刀库形式 13数控技术一田磊135307127 摘要： 加工中心有立式、卧式、龙门式等多种，其自动换刀装置的形式更是多种多样，换刀的原理及结构的复杂程度也各不相同，除利用刀库进行换刀外，还有自动更换主轴箱、自动更换刀库等形式。利用机械手实现换刀，是目前加工中心大量使用的换刀方式。由于有了刀库，机床只要有一个固定的主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。独立的刀库，大大增加了刀具的存储数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度的因素。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。 关键词：加工中心自动换刀刀具刀库 Abstract Machining center has a vertical, horizontal, gantry, etc, the automatic tool change device form is varied, the principle of tool change and the complexity of the structure are different, in addition to the use of knife library for tool change, and automatically change the spindle box, automatically change the knife library, etc. Using manipulator to realize too change, is the way of tool change is widely used in machining center. Library with the knife, as long as there is a fixed axis machine tool clamping tool, to improve the spindle stiffness. Independent of knife library, greatly increases the storage quantity of cutting tool, which helps to expand the function of machine tool, and can be well isolated various factors that affect the machining accuracy. Knife library to hold the cutting tool, it is one of the main components of automatic tool change device. According to the number of
自动换刀装置的结构原 理与维修 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
自动换刀装置的结构原理与维修2007-09-26 01:24:39?作者：来源：文字大小：【】【】【】 简介：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 关键字： 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。
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.
数控机床刀具选择和合理使用 数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。 根据刀具结构可分为：①整体式;②镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。 从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;②钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等;③镗削刀具;④铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。 数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：①刚性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及热变形小;②互换性好，便于快速换刀;③寿命高，切削性能稳定、可靠;④刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间;⑤刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除;⑥系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀;铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。 在进行自由曲面(模具)加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。