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要实现自动换刀功能主要就是做长度补偿值，因为半径补偿值在软件编程时已经自动加入了。
本文以云南机床厂的加工中心为例，系统为西门子802C。
一、装刀例如要装入T01、T02两把刀 1. 刀库先回零：按下回零键，再按启动按钮即可，此步骤也可不执行。
手动输入： T01 TL（有的机床不需换行也能执行） TL 为此机床自带的换刀宏程序，,不同的机床此宏程序可能名称不同，用法也不同。
在主轴上装入要使用的一号刀，此时即为T01。
2.以T01来做基准刀具，直接对刀到工件坐标系（以G54为例）Z=0,输入到G54的Z值中，此刀的长度补偿值要为0。
3.手动输入“T02 回车TL”，此时T01入库，主轴上装入二号刀，即为T02；对刀到Z=0，注意偏移值（即对刀时不能到达工件坐标系G54的Z向零点而做的偏移，如有对刀仪或偏置块时）。
4.在参数设置中找到2号刀，选择对刀(默认是
D1，在偏移处输入偏移值（为正值），零点G处输入54，按计算即可算出T02的长度补偿值D1了。
二、程序刀具号后面应加入零点偏移，如G54， UG软件中，设置刀具参数时补偿寄存器一项填入数字1就输出D1，输入2就输出D2；
刀补D0必须取消，因为要使用刀补,默认D1不必显示，若刀补为D2时,必须应在程序中加入D2。
格式大致如下： %_N_101_MPF TO1 TL G40 G17 G71 G90
G54 ...... TO2 TL G40 G17 G71 G90 G54 ...... TO3 TL G40 G17 G71 G90 G54 ...... M9 M30 %。
本科毕业设计（论文）题目加工中心自动换刀系统设计（盘式）——刀库系统学院名称机械与动力工程学院专业名称机械设计制造及其自动化年级班级学生姓名指导教师2017年5月目录前言1.加工中心概述 (1)1.1加工中心发展现状和发展趋势 (1)1.2加工中心的特点 (2)1.3加工中心的分类 (3)1.4加工中心的结构 (5)1.5加工中心刀库及自动换刀装置 (6)1.5.1加工中心刀库形式 (6)1.5.2加工中心的自动换刀装置 (8)1.5.3刀库结构及换刀过程 (9)2.刀库传动设计…………………………………………………………………2.1电动机的选择…………………………………………………………2.1.1初选电动机………………………………………………………2.1.2校核电动机………………………………………………………2.2运动和动力参数计算……………………………………………2.3蜗杆传动设计…………………………………………………………2.3.1蜗杆传动的选择…………………………………………………2.3.2蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算…………………………2.3.3校核齿根弯曲疲劳强度…………………………………………2.3.4验算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡……………………………2.3.5蜗杆和蜗轮的结构设计…………………………………………2.4传动轴设计…………………………………………………………2.4.1轴的材料…………………………………………………………2.4.2蜗杆轴的结构设计………………………………………………2.4.3蜗轮轴的结构设计………………………………………………2.4.4轴系零、部件的校核………………………………………………3.刀库结构设计………………………………………………………………3.1刀盘设计………………………………………………………………3.2刀库设计………………………………………………………………4.液压系统的设计……………………………………………………………4.1液压缸的载荷计算…………………………………………………4.2液压缸的主要参数计算……………………………………………结论…………………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………前言目前机床发展的主要趋势是加工中心，其在机械制造业中得到了大规模的应用，而且加工中心还在不断地向高速化、高效率、高精度的目标发展着，在机床结构方面，多轴化、复合加工等方面的创新也日趋活跃。
文章编号:100622343(2001)032049203加工中心自动换刀装置类型综述及设计特点刘建慧, 邹慧君(上海交通大学 机械工程学院,上海 200030)摘 要:在对国内外加工中心(Machine Center ,简称MC )自动换刀装置(Autotomatic Tool Changer ,简称A TC )广泛调查研究的基础上,对加工中心A TC 的组成结构、类型、特点以及各部分的相互关系做了系统全面的分析和归纳,进一步分析了自动换刀装置各部分的功能、基本换刀动作及其设计要求。
提出A TC 的创新设计问题以及抽象—分析—综合三步走的创新设计思想,为加工中心自动换刀装置系统化的创新设计做了有意义的探索。
关键词:加工中心;ATC;创新设计中图分类号:TH2/605 文献标识码:A 收稿日期:2000201217 自动换刀装置(Automatic Tool Changer )简称A TC ,作为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。
所以A TC 在加工中心中扮演着极重要的角色。
1 A TC 的组成及分类 加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力,即能在一次装夹中自动完成铣、镗、钻、扩、铰、攻螺纹和内槽加工等。
其之所以有这种加工能力,就是因为它有一套自动换刀装置。
自动换刀装置是指能够自动完成主轴与刀具储存位置之间刀具交换的装置。
A TC 的主要组成部分是刀库、机械手和驱动装置。
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。
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！。
加工中心弧面凸轮式自动换刀装置(ATC)Ξ西北轻工业学院 贺 炜 蔚泽峰 陈婵娟 曹巨江 曹西京 摘要 文章在比较加工中心传统的液压式A TC和新兴的凸轮式A TC的基础上,论述了弧面分度凸轮的性能最优,分析了自动换刀装置的基本动作规律及工作循环图,并给出一些主要计算公式及装配图,指出弧面凸轮式A TC可大大缩短换刀时间,是A TC的发展方向。
关键词 加工中心 自动换刀装置 液压式A TC 弧面凸轮式A TC1 液压式与凸轮式ATC的比较 传统的加工中心大多采用液压式A TC,国内厂家目前基本上还采用和生产这种A TC。
根据《加工中心应用与维修》列出的技术参数显示,其换刀时间大多为5～20s,换刀时间较长,大大降低了经济效益。
凸轮式A TC的刀具交换时间已达到2s以内。
如日本滨井产业的D Z216型立式加工中心的换刀时间为1s,日本丰和工业的MM N2400V CJ型超小型高速加工中心的换刀时间为0.8s。
与液压式A TC相比,凸轮式A TC由于动作可重叠、运动规律可选择、几乎无定位误差以及没有中间环节的控制,具有更高的可靠性与较高的自动换刀速度,因而成为目前最为理想的A TC。
2 弧面分度凸轮机构的优缺点 弧面凸轮分度装置的性能优于其他凸轮分度装置,它有以下一些特点:(1)凸轮廓面是按最佳动力性能的运动规律设计的,又在数控机床上按包络原理加工出来,无理论误差,分度准确;(2)中心距可调,能在凸轮与滚子之间施加预紧力,消除了传动间隙;(3)分度盘停歇时,分度盘上相邻两个滚子卡在凸轮的凸脊上,定位准确、可靠;(4)机构刚度大,强度高,寿命长。
弧面凸轮分度机构存在的一个问题是工作曲面复杂,在设计和制造上有很大难度。
因此,在我国生产的加工中心上所配的这种A TC装置,整个部件都是从国外进口的。
要实现凸轮式A TC的国产化,解决该凸轮的设计和加工是关键。
设计和制造问题现已能利用我院开发的凸轮CAD CAM软件,以及我院研制的专用数控机床得到完满的解决。
自动换刀装置及其控制的研究一、本文概述随着现代制造业的快速发展，数控机床作为其核心设备，其性能与效率的提升对于整个制造过程至关重要。
自动换刀装置（ATC，Automatic Tool Changer）作为数控机床的重要组成部分，其性能直接影响到机床的加工效率与精度。
对自动换刀装置及其控制进行深入研究，不仅有助于提升数控机床的整体性能，也是当前制造业技术革新的重要方向。
本文旨在全面探讨自动换刀装置及其控制的研究现状与发展趋势，分析不同类型自动换刀装置的工作原理与特点，研究其控制系统设计与优化方法。
通过文献综述与实验研究相结合的方法，本文将对自动换刀装置的关键技术进行深入剖析，提出改进方案与新型控制策略，以期为提高数控机床的加工效率与精度提供理论支持与实践指导。
本文首先将对自动换刀装置的发展历程进行回顾，总结其技术演变与创新点。
接着，重点分析自动换刀装置的分类与特点，包括刀库类型、换刀方式、换刀时间等关键因素，以及它们对机床性能的影响。
在此基础上，本文将深入探讨自动换刀装置的控制系统设计，包括硬件组成、软件编程、传感器选择等方面，并分析控制系统在换刀过程中的关键作用。
本文还将研究自动换刀装置的控制策略与优化方法。
通过对比分析不同控制算法在换刀过程中的表现，提出适用于自动换刀装置的新型控制策略，以提高换刀速度与精度。
同时，结合实验研究，验证所提控制策略的有效性，并为其在实际应用中的推广提供有力支持。
本文将对自动换刀装置及其控制的研究前景进行展望，探讨未来可能的研究方向与技术创新点。
通过本文的研究，期望能够为自动换刀装置的性能提升与技术创新提供有益的参考与启示，推动现代制造业的持续发展。
二、自动换刀装置的结构和工作原理自动换刀装置（ATC，Automatic Tool Changer）是数控机床的重要组成部分，它负责在加工过程中自动更换刀具，从而提高加工效率，减少人工干预，提升加工精度。
本文将对自动换刀装置的结构和工作原理进行详细的阐述。
加工中心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，既可使刀库容量加大，又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。
链式刀库的驱动，有伺服电机或液压分度马达，刀库做选刀运动在起始和到位时，有平稳的加减速过程，而在相隔多个刀位选刀运动途中，运动连贯不变速，这样就保证了较高的选刀速度和平稳性。
对于刀库的选择应根据具体的需求和情况进行选择，比较各刀库的优缺点合理选择。
例如，在空间有限，刀具需求量大的情况下，可以选择将刀库设计为链式刀库。
2.2 机械手[6]加工中心自动换刀装置有两种形式: 有机械手换刀和无机械手换刀。
加工中心的自动换刀装置大多都采用有机械手换刀方式。
它是由机械手把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返送到刀库上，换刀时间短，但其机械结构比较复杂。
目前，国内外采用的执行刀库和主轴之间换刀动作的机械手，主要分为以下几种类型:单臂机械手、双臂机械手、带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手。
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--欢迎你的欣赏单臂机械手的换刀机械手仅一个手臂，其又分为单手式和双手式。
单手式，换刀臂仅在某一端有一个抓刀手，所有动作均由单手完成，执行动作多，换刀时间长，但结构简单，刀库与主轴轴线平行或垂直的情况均适用。
双手式，换刀臂两端各有一个抓刀手，机械手同时抓取主轴和刀库上的刀具。
回转180?，同时放回和装入刀具，换刀时间短，较为常用，多用于刀库与主轴轴线平行的场合[]。
双臂机械手有两个机械手臂，每个手臂端部都有一个抓刀手，其抓刀和换刀动作类似于人手动作，除执行换刀动作外，有些还可以起运输刀具的作用。
这种机械手结构较复杂，但换刀时间短。
带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手。
送刀臂将刀具从刀库中取出送到摆刀站，由摆刀站将刀具送到换刀位置，最后由换刀臂进行换刀。
其结构更复杂，各部分在空间巧妙配置和组合，更具变化性，一般换刀时间较短，适用于刀库距离主轴较远的场合。
无机械手换刀方式是直接在刀库与主轴(或刀架)之间换刀的自动换刀方式。
因无机械手，所以结构简单，换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具。
这两个动作不能同时进行，所以换刀过程较为复杂，换刀时间较长，但是刀库回转是在工步与工步之间，即非切削时进行的，因此可免去刀库回转时的振动对加工精度的影响。
无机械手换刀方式适用于小型加工中心或换刀次数少的用重型刀具的重型机床。
2.3 驱动装置机械手的驱动，主要有液压(包括气液)驱动和机械式凸轮联动两种。
采用液压式驱动的自动换刀装置，插、拔刀动作均由油缸完成。
常见的方案是机械手装在套筒上，活塞杆固定，缸套同套筒一起移动，油缸左右腔进油完成动作。
机械手的回转既可以采用回转油缸，也可以采用直线运动油缸通过齿轮齿条带动来完成。
液压系统工作平稳可靠、易予调节、传动介质为高压力的油性介[7]。
加工中心换刀控制液压系统主要用于实现主质，因此适合大功率输出的系统轴退刀控制，亦可也用于机械手的换刀控制。
[8]自动换刀气动控制系统的主要控制内容为:刀库刀具倒刀或回刀控制，主轴吹气控制。
该系统的特点为:气源容易获得、反应速度快、动作迅速、维护方便、管路不易堵塞、不易发生过载，还可以用于降温。
工作压力较低，空气压缩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--欢迎你的欣赏比大，故输出功率低。
采用机械凸轮联动驱动的自动换刀装置，插、拔刀动作通常由凸轮驱动摆杆来完成。
回转动作常通过弧面分度凸轮或平行分度凸轮，带动滚子盘直接驱动机械手，或再通过一对齿轮驱动机械手旋转。
目前应用较多的是液压驱动的方式，在液压的驱动下可以实现平稳工作且输出的功率比较大，也没有凸轮的磨损问题。
3、自动换刀过程[9] 这里以日本牧野MAKINO 1210 卧式加工中心换刀过程为例，简述自动换刀过程的实现。
MAKINO 1210采用盘式刀库，刀库容量为60把刀具，刀库刀套采用传统的炮筒式结构，机械手采用回转式结构，换刀示意图如图1所示。
P1为送刀机构取送刀的工位。
假设现在主轴上正工作的刀具是T01，而要被换上的下一把刀具是T02，继T02之后要被换上的刀具是T03。
[9]图1 日本牧野MAKINO 1210 卧式加工中心换刀示意图换刀过程:1、刀库取刀:主轴正常工作，刀库旋转，将T02所在的滑板由刀库沿滑道上移，并将T02所在的刀座中心与P1重合，等待换刀。
当系统发出换刀指令后，送刀机构将刀具T02及其刀座一起沿轨道移动到P2 ，等待换刀机械手换刀，在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--欢迎你的欣赏送刀机构工作的同时，主轴快速停转并回到主轴换刀点，主轴应离开被加工工件一段距离，为换刀留出一个足够的空间，避免换刀被工件干涉。
2、主轴换刀:主轴回到换刀点，刀具T02在P2 。
机械手旋转抓刀，外伸拔刀。
旋转180?换刀，机械手装刀，机械手复位。
主轴开始工作，送刀机构要将刚换下的刀具T01放回刀库中。
刀库旋转选刀滑道、导轨送刀主轴急停回到换刀点机械手旋转抓刀一手抓待换刀具T02 一手抓主轴刀具T01机械手外伸拔刀机械手旋转180?换刀一手将T01送到P2位置一手抓T02送到主轴位置机械手回缩装刀机械手复位、主轴工作导轨、滑道送刀刀回刀库准备下次换刀图2 自动换刀流程图3、刀库装刀:送刀机构将刚才换下的刀具T01沿轨道送到P1处的滑板里，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--欢迎你的欣赏滑板沿轨道下移回到刀库中，刀库旋转，将T03所在的滑板由刀库沿轨道上移，并将T03所在的刀座中心与P1重合，等待下次换刀。
换刀过程就是这样，由刀库取刀?送刀?机械手换刀?刀库装刀?刀库取刀循环，直到工件加工完成，其流程图如图2所示。
当然换刀过程并不唯一，考虑到上述刀库容量大，加上采用盘式刀库引起刀库所占的空间较大，刀具由刀具到换刀点P2，并最终完成换刀和刀库装刀的操作台复杂。
特别是刀具在换刀和退刀的过程中要经过两次移动，这样就容易带来误差。
如果在换刀过程中其中一个环节出现问题，都可能无法正常工作，降低了效率，甚至发生事故。
可以考虑将盘式刀库改为链式刀库，这样可以使刀库占用的空间减小。
再通过刀库与主轴的合理布置，机械手类型的选择，特殊刀座的应用来简化换刀过程，使得在换刀的过程中无移动环节。
将机械手设计为直抓式，利用特殊刀座，实现简化目的。
改进后机械手可以安全、快速的完成换刀，动作也少，实现较容易。
回转式机械手与刀库中刀具间有干涉，而直抓式机械手与刀库没有干涉，这样就保证换刀的准确性，也可以大大降低发生事故的概率。
4、自动换刀过程的控制机器毕竟是机器，要使它听命于人就必须对其进行控制，目前常用可编程[10,11]逻辑控制器(PLC)进行编程控制。
利用PLC可以控制步进电机的转动来实[11]现角位移，也可以控制电磁阀的通断。
步进电机的转动来驱动机械手臂的左右旋转或驱动刀库的旋转。
电磁阀驱动液缸(气缸)的升降和伸缩，升降运动来控制机械手手臂的上升和下降，伸缩运动来控制机械手手臂的伸长和收缩。
4.1 自动选刀方式目前刀具选择一般有四种控制方式:刀套编码方式、顺序选刀方式、刀具编码方式以及随机换刀方式。
刀套编码方式是对刀库各刀座预先编码，每把刀具放入相应刀座之后就具有了相应刀座的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。
顺序选刀方式是将刀具按加工工序顺序依次放入刀库的每一个刀座中。
每次换刀时，先把已经使用过的刀具放回原来的刀座中，然后刀库顺序转过一个刀座位置，并取出所需要的刀具。
这种方法有利于换刀过程的控制，但是，由于刀具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--欢迎你的欣赏在不同的工序中不能重复使用，如果刀具不按顺序放在刀库中，将会产生严重的后果。
