加工中心刀库自动换刀装置结构设计
绪论
1.1背景及研究意义
随着机械加工工业的发展，制造行业对于具有高效高性能的加工中心的需求量越来越大。自动换刀装置作为加工中心的重要组成部分其主要的作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率、降低生产成本，进而提升机床及至整个生产线的生产率，所以自动换刀装置在交工中心中扮演着重要角色。
1.2自动换刀装置国内外发展与现状
从换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”（刀具程序控制装置）。1958年美国K&T公司研制出带ATC（自动刀具交换装置）的加工中心。1967年出现了FMS（柔性制造系统）。1978年以后,加工中心迅速发展,带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。在这种模式中，机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放松刀柄的动作。
切削加工正在进入以高速切削（HSC）为特征的发展阶段，因高速切削而切削效率飞速提高，因此，进一步减少机床加工辅助时间的技术也伴随高速切削的发展而不断发展。快速换刀技术是减少加工辅助时间重要手段，而且正在处于发展阶段。许多研究人员利用各种方法来缩短换刀时间来提高切削速度。
下面介绍几种常用加工中心的换刀方法:
1、多主轴换刀
这种机床没有传统的刀库和换刀装置，而是采用多个主轴并排固定在主轴架上，一般为 3~18 个。每根主轴由各自的电动机直接驱动，并且每个主轴上安装了不同的刀具。换刀时不是主轴上的刀具交换，而是安装在夹具上的工件快速从一个主轴的加工位置移动到另一个装有不同刀具的主轴，实现换刀并立即加工。这个移动时间就是换刀时间，而且非常短。由
夹具快速移动完成换刀，省去了复杂的换刀机构。奥地利 ANGERG 公司生产这种结构的机床，实现了切屑对切屑换刀时间仅为0.4s，是目前世界上切屑对切屑换刀时间最短的机床。这种结构的机床和通常的加工中心结构已大不相同，不仅可以用于需要快速换刀的加工，而且可以多轴同时加工，适合在高效率生产线上使用。
2、双主轴换刀
加工中心有两个工作主轴，但不是同时用于切削加工。两个主轴交替将刀送到工作位置，一个主轴用于加工，另一个主轴在此期间更换刀具。在需要换刀时，加工的主轴迅速退出，换好刀具的主轴立即开始加工。由于两个过程可以同时进行，换刀时间实际就是已经装好刀具的两个主轴的换位时间，使辅助时间减少到最少，也即机床切屑对切屑换刀时间达到最短，这样每个主轴换刀时间的长短对加工几乎没有影响。每个主轴的换刀装置和普通加工中心一样。由于有两个主轴，这种机床的刀库和换刀机械手可以是一套，也可以是两套，如德国 Alfing—Kessler 公司生产的加工中心采用双主轴系统，使用一套刀库和换刀机械手；而德国 Hornsbeng —Lamb 公司生产的 HSC—500 、 HSC—630 和HFC— 630 加工中心有两个主轴和两套换刀系统，两个主轴可以用 1 . 0 — 1 . 5s的时间移动到加工位置并启动加速到加工的最大速度，具体的交换时间取决于机床的尺寸。
3、刀库布置在主轴周围的转塔方式
刀库布置在主轴的周围刀库本身就相当于机械手，即通过刀库拔插刀并采用顺序换刀，使机床切屑对切屑换刀时间较短。这种方式如果要实现任意换刀，则换刀时间将随所选刀在刀库的位置不同而长短不等，最远的刀可能换刀时间较长，因此，这种方式作为高速自动换刀装置最好采用顺序选刀的方式。
4、多机械手方式
刀库同样布置在主轴的周围，但采用每把刀有一个机械手的方式使换刀几乎没有时间的损失，并可以采用任意选刀的方式。德国 CHIRON 公司生产这种结构的机床。其刀库布置在加工主轴的周围可随主轴一起移动，每一个刀具有一套换刀机械手，这样换刀时就几乎没有时间的损失，实现了切屑对切屑换刀时间仅为 1.5s，是目前世界上单主轴机床切屑对切屑换刀时间最短的加工中心。
本文主要是对双主轴换刀进行研究。
1.3工作内容
1、主轴箱先抬起30mm，然后旋转180°；
2、主轴交换时间2.5s；
3、刀柄锥度为40度，机械手拔刀行程为84mm；
4、机械手能够实现抓刀、180°换刀和回零，换刀时间为3.5s。
1.4设计构想
1、主轴交换装置
由于交流电动机一般为鼠笼式感应电机结构，其体积小，转动惯性小，动态响应快。无电刷，最高转速不受火花限制。采用全封闭结构，具有空气强冷，可保证高转速和超载能力，有很宽的调速范围。所以选择交流电动机驱动。用液压缸来实现转塔体的抬起动作，利用活塞的行程来实现抬起的高度，同时用定位销来保证转塔体的定位，用活塞杆齿条和齿轮的啮合使转塔体实现转位。
2、刀库
刀库由伺服电机带动蜗轮蜗杆驱动。刀具有一套识别装置来控制电机的停止和转动。
3、换刀装置
由于凸轮联动式单臂双手爪机械手由电动机驱动，不需要复杂的液压系统及其密封、缓冲机构，没有漏油现象，结构简单，工作可靠。同时机械手的手臂回转和插刀、拔刀的动作式联动的，部分时间常数可重叠，从而大大缩短了换刀时间。所以本设计也采用了这种装置。
研究内容：
总体方案设计、主轴转动的设计计算，圆柱齿轮的结构设计，输出轴齿轮的设计，主轴的设计，花键轴的设计，转位装置的设计计算，刀库的设计计算，机械手驱动装置的设计。
第2章设计总体方案论证
通过的市场的调研和常见的换刀装置的比较，多主轴换刀的方式刀具数量有限，不能进行多工序加工；刀库布置在主轴周围的转塔方式，换刀的时间随所选刀在刀库的位置不同而长短不等。选择了如图1-1所示的布局方案。加工中心有两个工作主轴，
1-转塔体 2-压缩空气管接头 3-行程开关 4-活塞 5-液压缸 6-弹簧 7-大齿轮
8-碟形弹簧9-拉杆 10-主轴 11-拉钉 12-刀夹 13-端面键 14-钢球 15-滑移齿轮
图2-1 双主轴换刀
但不是同时用于切削加工。两个主轴交替将刀送到工作位置，一个主
轴用于加工，另一个主轴在此期间更换刀具。在需要换刀时，加工的主轴迅速退出，换好刀具的主轴立即开始加工。双主轴用转塔头的方式实现旋转交换。
2.1刀库和交换主轴换刀装置的原理
2.1.1主轴交换的原理
其结构如图1.1a所示：转塔头内交错分布着两个结构完全相同的刀具主轴，主轴的回转运动由电动机由传动机构、滑移齿轮15和大齿轮7输入。当数控装置发出换刀指令时，通过液压拨叉（图中未画出）将滑移齿轮15与大齿轮7脱离啮合。同时在中心液压缸的作用下使转塔体1抬起（原理在 2.1.2中介绍）。然后压力油进入转位液压缸，使转塔体转位180°（原理在 2.1.2中介绍），将下一工序的主轴转到工作位置。切削轴进行切削加工，另一个轴在此间换刀。
刀夹12以锥度为7：14的锥柄在主轴10前端的锥空中定位，并通过拧紧在锥柄尾部的拉钉11被拉紧在锥孔中。夹紧刀夹时，液压缸5右腔接通回油，弹簧6推活塞4右移，拉钉11在碟形弹簧8作用下向右移动，由于此时装在拉杆9前端径向孔中的四个钢球14进入主轴孔中直径较小的d2处，见图1.1b，被迫径向收拢而卡进拉钉11的环型槽内，因而刀杆被拉杆5拉紧，依靠摩擦力紧固在主轴上。切削扭矩由端面键13传递。换刀前需将刀夹松开时，压力油进入液压缸右腔，活塞6推动拉杆9向左移动，碟形弹簧8被压缩；当钢球14随拉杆9一起左移至进入主轴孔直径较大的d1处时，它就不再能约束拉钉11的头部，紧接着拉杆9前端内孔的台肩端面碰到拉钉11，把刀顶松。此时行程开关3发出信号，换刀机械手随即将刀夹取下。与此同时，压缩空气管接头2经活塞和拉杆的中心通孔吹入主轴装刀孔内，把切削或脏物清除干净，以保证刀具的安装精度。机械手把新刀装上主轴后，液压缸5接通回油，碟形弹簧8又拉紧刀夹。刀夹拉紧后行程开关发出信号。
2.1.2主轴抬起及转位的原理
如图3.2所示，当滑移齿轮和主轴齿轮脱离啮合时，中心液压缸2通压力油，使转塔体8抬起，定位销5和大齿轮6随着转塔体一起上移，与轴8上的小齿轮4啮合。当推动转塔头转位液压缸活塞移动时，活塞杆齿条3经齿轮轴8，使转塔头实现转位180°。转位完成时，中心液压缸接通回油，转塔体落下，定位销实现转塔体的定位。
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7
1，2-中心液压缸 3-活塞杆齿轮条 4-小齿轮
5-定位销 6-大齿轮 7-轴 8-转塔体
图2-2 主轴转位装置
2.1.3 刀库及换刀装置
刀库是存储刀具的装置,常见的刀库主要有以下几种形式:
1、转塔式刀库
包括水平转塔头和垂直转塔头两种，其特点为：所有刀具固定在同一转塔上,无换刀臂，储刀数量有限，通常为6～8把。一般仅用于轻便而简单的机型。常见于车削中心和钻削中心。在钻削中心储刀位置即主轴,其外部结构紧凑但内部构造复杂，精度要求高。
2、盘式刀库
刀库呈盘状，其特点：刀具沿盘面垂直排列（包括径向取刀和轴向取刀）。沿盘面径向排列或成锐角排列的形式的刀库结构简单紧凑，应用较多，但刀具单环排列，空间利用率低。若增加刀库容量必须使刀库的外径增大，那么转动惯量也相应增大，选刀运动时间长。刀具数量一般不多于32把。刀具呈多环排列的刀库的空间利用率高，但必然使得取刀机构复杂，适用于机床空间受限制而刀库容量又较大的场合；双盘式结构是两个较小容量的刀库分置于主轴两侧，布局较紧凑，储刀数量也相应增大，适用于中小型加工中心。
3、链式刀库
包括单环链和多环链,链环形式可有多种变化，其特点：适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小。一般适用于刀具数在30～120把。仅增加链条长度即可增加刀具数，可以不增加圆周速度，其转动惯量不像盘式刀库增加的那样大。
4、直线式刀库和组合刀库
直线式刀库结构简单，刀具单行排列，刀库容量小。多用于数控车床和钻床上。组合刀库一般是转塔式刀库的组合。转塔式与盘式刀库的组合及链式刀库的组合，每单个刀库的储刀量较小，换刀速度快。另外，还有一些密集型的鼓轮式。弹匣式和格子式刀库。这些密集型刀库虽占地面积小，但由于结构限制，基本上不用于单机加工中心，多用于FMS的集中供刀系统。
通过以上比较，由于本次设计的换刀装置用于中小型加工中心，所以选用盘式刀库，刀具的数量为20把刀，并且把刀库和换刀装置设计为一个整体，放置在机床主轴的上方，节省了空间。刀库选取伺服电机带动蜗轮蜗杆驱动，机械手由凸轮联动装置来驱动。
2.2本章小结
本章通过对刀库和交换主轴的总体原理设计，确定了换刀装置的基本结构，通过对刀库的了解，确定了刀库的形式及容量。同时确定了主要零部件的主要作用，从而设计各个部分的具体的形状和尺寸。其中最主要的是装置的抬起和转位部分，抬起和转位是本次设计中的最大的难点之一。
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。
加工中心自动换刀装置的设计 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 加工中心自动换刀系统 1前言 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[1]工。 人们一直寻求各种方式，提高加工中心的加工效率。如提高进给与移动速度、提高主轴转速、加大主轴电机功率、加大切削用量、采用高质量刀具等。在高节拍多次换刀的加工过程中，缩短换刀时间，可大大提高生产效率。国内外加工中心生产厂家都投入大量的资金和精力，研制自动换刀装置，以缩短换刀时间，提高工作效率和竞争力。自动换刀装置是专门为大中型加工中心配套，实现其刀具储备及自动交换功能的重要功能部件，是高档加工中心和重型加工中心的重要组成部分。其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率，降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。自动换刀装置的换刀速度和可 [2]靠性，是数控机床系统先进与否的一个重要标志。 2、自动换刀系统的组成 [2,3,5]自动换刀系统一般由刀库、机械手和驱动装置组成。 一般来说，刀库容量可大可小，其装刀数量在20,180把之间。刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。 当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀
臂，总称为机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。 [4]驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。 2.1 刀库 目前，国内外采用的数控机床刀库主要分为:转塔式、圆盘式、链式刀库等形式。 转塔式刀库，包括水平转塔头和垂直转塔头两种，所有刀具固定在同一转塔上，无换刀臂，储刀数量有限，通常为6—8把。一般仅用于轻便而简单的机型，常见于车削中心和钻削中心。 圆盘式刀库呈盘状，刀具沿盘面垂直排列(包括径向取刀和轴向取刀)、沿盘面径向排列或成锐角形式的刀库，结构简单、紧凑，应用较多，但刀具单环排列，空间利用率低。若增加刀库容量，必须使刀库的外径增大，那么转动惯量也相应增大，选刀运动时间长。双盘式结构，是两个较小容量的刀库分置于主轴两侧，[5,7]布局较紧凑，储刀数量也相应增大，适用于中小型加工中心。 链式刀库，包括单环链和多环链，链环形式可有多种变化，适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小。一般适用于刀具数在30—120把。仅增加链条长度即可增加刀具数，也可以把多个刀库按并联或串联的方式排列起来，既可使刀库容量加
摘要 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) 2.1课程设计的任务及要求 (5) 2.2刀库的类型选择 (5) 3.电机的选择 (6) 3.1电机的选型及相关参数 (6) 3.2各部分转动惯量的计算 (6) 3.3预选电机 (6) 3.4电机的校核 (7) 4.机械系统的设计 (7) 4.1刀库转动定位机构的设计 (7) 4.2滚动轴承的选择计算 (9) 4.2 轴的校核计算 (10) 4.3 键的设计计算 (10) 5.控制系统的设计 (11) 5.1 刀库的换刀动作如下： (11) 5.2利用PLC实现随机换刀 (12) 参考文献 (15)
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39.4%。2005年与2000年相比，进口的加工中心数量增加4.8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，均需增添高速、高精、环保、节能的各式MC;(3)航空、国防、军工产业，适应新形势发展，均在提高生产能力，需要大、中型各种立式、卧式、龙门式、五轴控制的高性能MC，而且要求品种多、质量好、供货快。 加工中心进口的快速增加，一方面反映了我国制造业对这类数控机床的需求旺盛，另一方面也反映了我国机床制造业在加工中心的生产能力和国产加工中心的竞争力上还存在差距。国产加工中心市场占有率低的主要原因是国产加工中心在产品水平、交货期、质量和可靠性上与国外 h L =86750 (h) 验算结果：合格。
1前言 1.1数控加工中心简介 加工中心是一种可以对工件进行多工序加工的数字控制机床，它装备有刀库，并可以自动更换里面的刀具。工件经过一次装夹之后，数字控制系统能控制机床按照不同的工序，自动选择刀具或者更换刀具，自动地改变机床主轴的转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，并且可以完成很多其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。减少了工同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放的时间，大大缩短了生产的周期，具有显明经济效益。 一种功能较全的数控加工机床就是数控加工中心。目前数控加工中心是世界上生产产出的数量最高、最广的应用数控类机床之一。它综合加工的能力特别强，工件一次装夹后能够完成很多的加工内容，加工工件质量比较高，就要求中等加工难度和批量生产的工件，其加工效率是普通类机床的6～10倍，特别的是：它还能够完成许多普通机床所不能完成的加工，对要求精度高，单件加工或中小批量多品种生产形状较复杂的尤为适和。它把削铣、钻、攻等功能加在一个装置上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有储存刀具的刀库，刀库中存放着各种不同数量和规格的刀具或量具，在加工过程中利用程序来实现自动地更换和选用。这就是加工中心与数控铣、镗的差异。加工中心是一种综合的加工能力比较强的设备，工件一次装夹之后就能完成很多的工步，加工精度很高，就批量的中等的工件而言，其加工效率是普通制造机器和设备的7～12倍多，尤其是它能够实现很多普通机床所不能完成的加工，就像一些特别的行面等。这将会使新产品的研制和更新换代节省大量的人力和物力，从而使得企业具有特别强的竞争力。 1.2数控加工中心刀库系统简介 刀库系统是一种可以提供自动化加工过程中所需的换刀及储刀需求的装置。藉由电脑程式（PLC）的控制，可以实现各种不同的加工的需求，如攻、削、
加工中心自动换刀装置结构设计 [摘要] 本论文完成的是立式加工中心盘式刀库的传动设计、结构设计以及机械手部分的传动设计、结构设计。盘式刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，总体结构简单、紧凑，定位精度高。刀库传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。刀库满载装刀16把，采用单环排列方式放置。本次设计中的机械手采用单臂双手式机械手，可以同时完成插刀和拔刀动作，结构简单，换刀时间短。机械手传动部分采用一个液压升降缸和液压回转缸带动花键轴，进而带动机械手的运动。 [关键词] 立式加工中心；盘式刀库；机械手；自动换刀装置 Automatic tool changer structural design of machining centers
Abstract what finished in this paper is drive design, structural design and the power transmission parts design of disc tool magazine in vertical machining center. This tool magazine is widely applied in NC machining center. And the process of changing tools is simple, short change time , high precision, simple and compact of structure, reliable, easy maintenanced and low cost. The transmission part of this tool magazine adopts gear reducer. The design of worm gearbox device can improve the stationarity of output shaft, namely, increasing the operation stability and smooth transmission properties of tool magazine.Transmission device of tool magazine adopts a adjusting sleeve to eliminate the transmission clearance of worm.This tool magazine can load 16 cutting tools which are arranged with monocylic and according to the principle of nearby to choose the right tool. The manipulator of this design is the manipulator with one arm and pair of hands.The advantage of this manipulator is that it can complete the action of inserting tool and pulling out the tool at the same time,simple structure and short change time. Mechanical transmission part adopts a hydraulic lift cylinder and hydraulic cylinder drives the spline shaft rotation, thus drive the motion of the manipulator. Key words V ertical machining center; Disc tool magazine; Manipulator; Automatic Tool Changer
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，
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。
加工中心自动换刀系统changer system control of machine center with carouselstorage 摘要：针对刀套编码的盘式刀库加工中心，阐述其换刀过程，提出一种结合加工程序、换刀程序和PMC 程序以及参数设置来实现自动换刀控制的思路。同时结合实例给出换刀程序代码和关键PMC 程序。 关键词：加工中心; 自动换刀; 数控; 换刀系统。 Abstract：It analyses the ATC process of machine center with carousel storage.A control method to realize ATC using Gcodes,macor program ,PMC program and parmeter setting is proposed. Examples given in connection with tool changing code and key PMC procedures. Keywords：ATC；NC ；PLC； 设计背景：自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。从换刀系统发展的历史来看，1956 年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM 公司同期也研制成功了“APT”(刀具程序控制装置)。1958 年美国K&T 公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。1967 年出现了FMS(柔性制造系统)。1978 年以后，加工中心迅速发展，带有ATC 装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。1983 年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。在这种模式中，机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放松刀柄的动作。利用这种机构夹持刀具进行数控加工的最大问题是，它不能同时获得高的夹持刚度和刀具振摆精度，而且主轴结构复杂，主轴轴向尺寸过大，加上它的液压驱动装置及刀具辅具锥柄的制造成本，使得自动换刀系统的造价在机床整机中占有较大的比重。据有关资料介绍，在刀具采用锥柄夹头、侧压夹头以及弹簧夹头夹紧性能的对比实验中，采用弹簧夹头夹持刀具是唯一可同时获得高的夹持刚度和振摆精度的理想元件。采用这种夹持元件，刀具或刀具辅具可作成圆柱柄，其制造成本低，精度易保证，这对大容量刀库降低刀具辅具的制造成本，意义更为显著。在现代数控机床上亦有采用弹簧夹头作为刀具的夹持元件，但机床的主轴结构、驱动方式仍然采用与上述锥柄刀具完全相同的结构形式。采用这种结构模式，在实际数控加工中，尤其是在需要超高速主轴、主轴的径向、轴向尺寸都很小、没有足够的换刀空间的微细加工场合中实现自动换刀将会是很困难的，如果实施自动换刀那将使机床成本大幅度提高。如在CNC 控制磨削球面铣刀的数控磨削机床上，直接由高速电机驱动主轴，使用小直径盘形砂轮和指形砂轮加工球面铣刀，换刀空间很小，在这种条件下，将难以实现自动换刀。国外最新研制的内圆磨床上采用的弹簧夹头自动换刀装置售价昂贵。设计内容：设计内容数控加工中心由于配有刀库和自动换到系统，能实现一次庄家完成多道工序，减少专用夹具数量，缩短了生产准备时间，同时减少了多次安装多造成的定位误差，提高了加工进度，能实现高效率的加工。所以自动换刀系统的性能的好坏直接影响到数控机床的加工效率和效果。 一、刀库选刀的控制方式自动换刀装置可以定义为：一种能数控机床单元发出的命令从到库中选择和更换刀具的装置。加工中心自动换刀程序有两部分：刀具选择和道具更换。目前刀具选择一般有四种控制方式：顺序选刀方式，刀具编码方式，刀套编码方式，计算机记忆随机换刀方式。其中刀套编码方式是对刀库个个刀座预先编码，每把刀具放入刀座之后就有了相应刀具的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。刀库一般采用链式或者轮式，当然，目前还有一些别的形式的刀库，例如球形刀库、盒式刀库等。
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。？
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。
数控加工中心刀具换刀系统的设计说明（doc 24页）
课程设计说明书 题目机电一体化技术与系统课程设计 --数控加工中心刀具换刀系统的设计 系别 专业 班级 姓名 设计时间 指导教师
3.1 I/O配置(表) (10) 第一节刀盘取刀示意图 (11) 4.1 机械手与调取刀具示意图 (11) 第五节本系统梯形图及指令表 (12) 5.1功能图 (12) 5.2 梯形图 (13) 5.3 指令表 (14) 第六节本系统的开发环境 (18) 6.1 本系统的开发环境 (18) 第七节本系统的改进 (19) 第八节总结 (20) 参考文献 (20) 五、指导教师评价 (21) 前言 加工中心（Machining Center）简称MC，是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。加工程序的编制，是决定加工质量的重要因素。 加工中心时高效、高精度数控机床，工件在一次装夹中便可完成多道工序的加工，同时还备有刀具库，并
且有自动化换刀功能。加工中心所具有是这些丰富的功能，决定了加工中心程序编制的复杂性。 加工中心能是实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。加工中心除具有直线插补和圆弧插补功能外，还具有各种加工固定循环，刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿、加工过程图形显示、人机对话、故障自动诊断、离线编程等功能。 加工中心是从数控铣床发展而来的。与数控铣床的最大区别在与加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具。可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。 课程设计任务书 一.设计任务 本课程取自数控加工中心刀具库的自动控制实验。因原有的刀具库控制方式过于陈旧、功能过于单一且智能度不高。效率较低并且指示灯不合理，对刀成功后没有正确与否的提示。针对原有功能的不足提出自己的改进方法。对位成功的进行指示灯闪烁提示，调取不是当前工位的道时，系统能根据调取刀具的大小自动选择最佳刀盘转动发向，以提高取刀效率。 改进的基本特征：
本项目主要对加工中心的特点、种类、功能和主要技术参数加以概述，使初学者对加工中心有一个基本认识。 项目一加工中心 同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上有区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自动换刀装置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成，如图 5-1 所示。加工中心的基本组成： 项目二加工中心分类 加工中心的品种、规格较多，这里仅从结构上对其作一分类。 一、立式加工中心 指主轴轴线为垂直状态设置的加工中心。其结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘、套、板类零件。一般具有三个直线运动坐标，并可在工作台上安装一个水平轴的数控回转台，用以加工螺旋线零件。 立式加工中心装夹工件方便，便于操作，易于观察加工情况，但加工时切屑不易排除，且受立柱高度和换刀装置的限制，不能加工太高的零件。 立式加工中心的结构简单，占地面积小，价格相对较低，应用广泛。 二、卧式加工中心 指主轴轴线为水平状态设置的加工中心。通常都带有可进行分度回转运动的工作台。卧式加工中心一般都具有三个至五个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类零件。 卧式加工中心调试程序及试切时不便观察，加工时不便监视，零件装夹和测量不方便，但加工时排屑容易，对加工有利。 与立式加工中心相比，卧式加工中心的结构复杂，占地面积大，价格也较高。 三、龙门式加工中心 龙门式加工中心的形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直设置，除自动换刀装置外，还带有可
更换的主轴附件，数控装置的功能也较齐全，能够一机多用，尤其适用于加工大型或形状复杂的零件，如飞机上的梁、框、壁板等。 项目三加工中心主要加工对象 加工中心适用于复杂、工序多、精度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的具有适当批量的零件。其主要加工对象有以下四类： 一、箱体类零件 箱体类零件是指具有一个以上的孔系，并有较多型腔的零件，这类零件在机械、汽车、飞机等行业较多，如汽车的发动机缸体、变速箱体，机床的床头箱、主轴箱，柴油机缸体，齿轮泵壳体等。 箱体类零件在加工中心上加工，一次装夹可以完成普通机床 60 ％～ 95 ％的工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，同时可缩短生产周期，降低成本。对于加工工位较多，工作台需多次旋转角度才能完成的零件，一般选用卧式加工中心；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。 二、复杂曲面 在航空航天、汽车、船舶、国防等领域的产品中，复杂曲面类占有较大的比重，如叶轮、螺旋桨、各种曲面成型模具等。 就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工，加工精度较高，但效率较低。如果工件存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床。 三、异形件 异形件是外形不规则的零件，大多需要点、线、面多工位混合加工，如支架、基座、样板、靠模等。异形件的刚性一般较差，夹压及切削变形难以控制，加工精度也难以保证，这时可充分发挥加工中心工序集中的特点，采用合理的工艺措施，一次或两次装夹，完成多道工序或全部的加工内容。 四、盘、套、板类零件 带有键槽、径向孔或端面有分布孔系以及有曲面的盘套或轴类零件，还有具有较多孔加工的板类零件，适宜采用加工中心加工。端面有分布孔系、曲面的零件宜选用立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。 项目四加工中心主要技术参数 加工中心的主要技术参数包括工作台面积、各坐标轴行程、摆角范围、主轴转速范围、切削进给速度范围、刀库容量、换刀时间、定位精度、重复定位精度等，其具体内容及作用详见表 5 - 1 。 项目五自动换刀装置 加工中心上的自动换刀装置由刀库和刀具交换装置组成，用于交换主轴与刀库中的刀具或工具。 一、对自动换刀装置的要求 加工中心对自动换刀装置有如下具体要求： 1、刀库容量适当 2、换刀时间短 3、换刀空间小 4、动作可靠、使用稳定 5、刀具重复定位精度高 6、刀具识别准确 二、刀库
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。
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。
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
数控加工中心自动换刀装置的设计 摘要 数控机床的发展与运用，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运用，加工机械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、机械手与主轴间自动换刀，加工中心出现故障80%都在上述方面。本课题就是对自动换刀装置进行设计，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。 关键词：自动换刀装置；弧面分度凸轮；滚齿凸轮；机械手。
ABSTRACT The numerical control engine bed development and the utilization, greatly reduced the components processing non-cutting time, enormous enhancement productivity.Along with the numerical control engine bed popularization utilization, processes the machinery the automaticity to enhance greatly, the numerical control engine bed develops now has been common the application one kind of renewal, the more advanced manufacture equipment is the processing center.The processing center has the knife storehouse and trades the knife installment automatically, can carry on the multi-working procedure processing to the work piece according to the pre-set sequence the high automation multi-purpose numerical control engine bed Trades the knife equipment to have automatically to trade the knife time satisfiedly short, the cutting tool reserves enough, the cutting tool placement space small as well as safe reliable and so on the basic request.The processing center key lies in CNC to choose the knife and between automatically the knife storehouse, the manipulator and the main axle to the knife storehouse trades the knife automatically, the processing center appears breakdown 80% all in the above aspect.This topic is to trades the knife installment to carry on the design automatically, chooses the knife control and between the knife storehouse, the manipulator and the main axle using PLC to the knife storehouse trades the knife control automatically. Keywords:Trades the knife installment automatically; Cambered surface indexing cam; Rolls the tooth cam; Manipulator.