数控机床的自动换刀装置设计

第二节数控加工系统的自动换刀装置为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床向着工件在一台机床上经一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，从而出现了各种类型的加工中心机床和车削中心机床。

这类机床为了完成不同工序的加工工艺，需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置。

自动换刀装置应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。

各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀种类和数目。

目前数控机床使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀二种。

一、转塔式自动换刀装置转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二种，回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。

转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。

（一）回转刀架换刀回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。

在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。

回转刀架可在回转轴径向和轴向安装刀具。

在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有：（1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图6-10所示。

（2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具。

如图6-11所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。

图6-11 带有两个回转刀架的数图6-12 双排回转刀架外形图控车床（3）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图6-12所示。

回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。

回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。

工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生的干涉可能性越大；在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。

回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减小刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。

回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度。

自动换刀机构的设计数控立式铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围也最为广泛。

小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降、及主轴不动方式，与普通立式升降台铣床相似；中型数控立式铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动；大型数控立式铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。

从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立式铣床仍占大多数。

一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3坐标中的任意二个坐标联动加工。

此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立式铣床。

一般来说，机床控制的坐标轴越多，特别是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。

但随之而来的是机床的结构更复杂，对数控系统的要求更高，编程的难度更大，设备的价格也更高。

数控立式铣床可以附加数控转盘，采用自动交换台，增加靠模装置等来扩大数控立式铣床的功能，加工范围和加工对象，进一步提高生产效率。

数控铣床的功能数控铣床的功能分为一般功能和特殊功能。

一般功能是指各类数控铣床普遍所具有的功能。

如点位控制功能、刀具半径自动补偿功能、镜象加工功能、固定循环功能等。

特殊功能是指数控铣床在增加了某些特殊装置或附件后，分别具有或兼备的一些特殊功能。

如刀具长度补偿功能、靠模加工功能、自动变换工作台功能、自适应功能、数控采集功能等。

在使用数控铣床加工工件时，只要充分利用数控铣床的各种功能，就可以加工许多普通铣床难加工的工件。

数控铣床的主要加工对象有：平面类零件；变斜角类零件；曲面类（立体类）零件。

自动换刀装置（ATC）及其形式数控机床为了进一步提高生产率，进一步压缩非切削时间，现代的机床逐步发展为在一台机床上在一次装中完成多工序或全部工序的加工。

数控机床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差，通常带有自动换刀系统。

毕业设计（论文）任务书摘要数控车床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产效率。

随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀，电液组合驱动和伺服驱动方向发展。

根据加工对象不同，有四方刀架，六角刀架和八或更多工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。

回转刀架上分别安装四把，六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。

自动换刀装置应当满足换刀时间短、安全可靠等基本要求。

本课题主要对四工位立式自动回转刀架的机械设计和用PLC编程对控制部分的设计。

并对以上部分运用ATUOCAD作图，对自动回转刀架有更直观的了解。

目录第一章引言1.1概述1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势1.3 刀架的设计准则第二章数控车床自动回转刀架的设计2.1 数控车床刀架应满足的要求2.1.1 动力刀架的整体方案设计2.1.2 数控机床刀架的类型选择2.2 刀架的工作原理2.3 步进电机的选用2.4 蜗杆及蜗轮的选用与校核2.4.1 选择传动的类型2.4.2 选择材料和确定许用应力2.4.3 按接触强度确定主要参数2.5蜗杆轴的设计2.5.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力2.5.2按扭转强度初步估算轴的最小直径2.5.3确定各轴段的直径和长度2.5.4蜗杆轴的校核2.5.5键的选取与校核2.6 蜗轮轴的设计2.6.1蜗轮轴材料的选择，确定需用应力2.6.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径2.6.3确定各轴段的直径和长度2.7中心轴的设计2.7.1刀架轴的结构设计及计算2.7.2确定各轴段的直径和长度2.7.3轴的校核2.8齿盘的设计2.8.1齿盘的材料选择和精度等级2.8.2确定齿盘参数2.8.3按接触疲劳强度进行计算2.9轴承的选择2.9.1轴承内部结构2.9.2轴承分类与特点2.9.3滚动轴承的配合2.9.4滚动轴承的润滑2.9.5滚动轴承的密封装置第三章PLC控制单元设计3.1 PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DSC）的比较3.1.2 刀架换刀控制方式的选定3.2 控制电路硬件接线图3.3 PLC控制流程图总结参考文献第一章引言1.1 概述数控车床的刀架是机床的重要组成部分。

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。

XKA5032A/C数控立式铣床自动换刀装置设计摘要本设计介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置（刀库式）的设计，刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。

它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置。

换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。

存放刀具的刀库具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。

设计成采用轴向放置的鼓盘式刀库形式和回转式双臂机械手组成。

刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。

用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。

该法不需要刀具识别装置，驱动控制也比较简单，工作可靠。

数控铣床用4把刀就可完成大多数的铣削加工。

所以这个容量为6把刀的刀库，几乎不存在加工过程中需要重复利用刀具的情况，所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。

两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠，换好时间短，缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。

一般来说，这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直，刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置，因此，在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。

关键词：数控铣床，自动换刀装置，刀库，换刀机械手The XKA5032A/C Number Controls The Sign Type Working Panel Miller To Change The Knife DeviceABSTRACTthe introduction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute.The knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife position in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesn't need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility. scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so theknife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have.Two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device.KEY WORDS:numerical control milling machines, Automatic tool changer, Tool storage , tool changing-manipulator目录前言 (1)第1章数控机床概述 (2)1.1 数控机床知识 (2)1.1.1 数控铣床的分类 (2)1.1.2 数控铣床的结构特征 (4)1.1.3 数控铣床的主要功能及加工对象 (5)1.1.4 自动换刀装置（ATC）及其形式 (5)1.1.5 自动换刀装置应当满足的基本要求 (7)第2章总体方案的确定 (8)2.1 刀库系统的设计 (8)2.1.1 确定刀库容量 (8)2.1.2 确定刀库形式 (9)2.1.3 刀库结构设计 (9)2.1.4 初选电动机与降速传动装置 (11)2.1.5 初估刀库驱动转矩 (11)2.1.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 (12)2.1.6 刀库驱动转矩的校核 (17)2.1.7 花键联接的强度计算 (17)2.1.8 夹紧机构插销剪切强度的校核 (18)2.1.9 确定刀具的选择方式 (18)2.10 刀库的定位与刀具的松夹 (19)第3章刀具交换装置的设计 (21)3.1 换刀机械手的设计 (21)3.1.1 确定换刀机械手形式 (21)3.1.2 换刀机械手的工作原理 (23)3.1.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序 (23)3.1.4 自动换刀装置的相关技术要求 (25)3.1.5 换刀机械手的安装与调试 (25)第4章自动换刀装置的控制原理 (26)4.1 自动换刀装置的液压系统原理图 (26)4.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程 (26)第五章典型零件的设计 (28)5.1 联轴器的设计 (28)5.1.1 联轴器 (28)5.1.2 联轴器的选用 (28)5.1.3 联轴器的校核 (29)5.1.4 蜗杆蜗轮传动设计的一些相关技术要求 (29)5.1.5 托架的设计 (29)结论 (30)谢辞 (31)参考文献 (32)外文资料翻译 (34)前言数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字信号进行控制的一种方法。

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。

(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。

齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。

刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。

这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。

(4)转位液压缸复位刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。

如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。

数控机床自动换刀原理数控机床是一种通过数字指令控制刀具运动和加工过程的机床。

在数控机床加工过程中，常常需要根据不同的工件要求，使用不同类型和规格的刀具进行加工。

而自动换刀系统正是为了实现这一需求而设计的。

数控机床自动换刀系统的原理是通过一系列的动作和控制，完成刀具的自动更换。

下面将详细介绍数控机床自动换刀系统的工作原理。

数控机床自动换刀系统由刀库、刀库传动装置、刀库定位装置、刀库夹紧装置、换刀臂、换刀臂传动装置等组成。

刀库内存放着各种不同类型和规格的刀具，而刀库传动装置可以将刀具送到指定位置。

当数控机床需要换刀时，首先通过数控系统发出换刀指令。

接着，刀库定位装置开始工作，将刀库中所需的刀具定位到换刀位置。

换刀臂传动装置接收到信号后，开始执行换刀操作。

换刀臂传动装置通过一定的轨迹，将换刀臂移动到刀库定位装置定位的刀具位置上。

然后，刀库夹紧装置开始工作，将刀具夹紧在换刀臂上。

此时，刀具已经成功更换，可以进行下一步的加工操作。

在整个自动换刀过程中，数控系统起着关键的作用。

它通过控制刀库传动装置、刀库定位装置、刀库夹紧装置以及换刀臂传动装置的工作，实现刀具的自动更换。

数控系统可以根据加工程序的要求，选择合适的刀具进行加工，提高加工效率和质量。

数控机床自动换刀系统的优势在于提高了加工效率和自动化程度。

相比于传统的手动换刀方式，自动换刀系统可以实现快速、准确地更换刀具，节省了换刀时间，降低了人工操作的难度和风险。

同时，自动换刀系统还可以减少刀具磨损，延长刀具寿命，提高了加工的稳定性和一致性。

数控机床自动换刀系统是一项重要的技术创新，为加工行业带来了巨大的变革。

通过数字指令和自动化控制，实现了刀具的快速、准确更换，提高了加工效率和质量。

随着科技的不断发展和应用，相信自动换刀系统会越来越普及，并在数控机床加工中发挥越来越重要的作用。

数控机床的自动换刀装置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目录1、刀库 (1)1.1刀库的类型 (1)1.2刀库的容量 (1)1.3刀库的转位 (1)2、机械手 (2)2.1机械手的形式 (2)2.2机械手手爪形式与结构原理 (2)2.2.1机械手手爪形式 (2)2.2.2机械手结构原理及驱动机构 (2)3、自动换刀装置 (2)3.1刀具选择方式 (3)3.1.1顺序选刀 (3)3.1.2任选刀具 (3)3.2数控车床刀架 (3)参考文献 (5)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。

中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 绪论 (3)数控机床概述 (3)数控机床的概念 (3)数控机床的组成 (3)数控机床的工作原理 (3)数控机床的特点 (3)数控机床的发展 (3)数控铣床分类 (4)数控立式铣床 (4)数控卧式铣床 (4)万能数控铣床 (4)龙门式数控铣床 (4)数控铣床的功能及加工对象 (5)加工中心知识 (5)自动换刀装置与刀库 (6)自动换刀装置 (6)刀库类型 (7)本章小结 (9)2 总体方案 (9)数控立式升降台铣床的组成及主要技术参数 (9)可能的方案比较及最终选择方案 (10)斗笠式刀库结构组成及工作原理 (12)本章小结 (13)3 斗笠式刀库设计 (13)刀库容量的确定 (13)气缸设计和选择 (14)气缸的选择要点 (14)气缸初选 (15)驱动力校核 (15)活塞杆稳定性校核 (16)缸筒壁厚计算 (17)耗气量及刀库横移运动时间的计算 (17)刀库驱动转矩的估算 (18)刀库分度机构的传动设计及计算 (18)旋转部件转动惯量计算 (20)刀库驱动转矩计算 (20)减速电动机的选择 (20)刀库驱动转矩的校核 (21)换刀过程总时间的计算与校核 (21)刀具的选择方式 (22)刀具交换装置的选择 (22)电气元件的选择 (25)气缸磁环开关 (26)马达定位感应开关 (26)刀号计数器开关 (26) (26)4 重要零部件的设计 (26)联轴器 (27)联轴器的选择 (27)联轴器校核 (27)刀夹 (27)刀夹作用 (27)刀夹工作原理 (28)本章小结 (29)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (32)数控立式升降台铣床斗笠式自动换刀装置设计摘要：本文介绍的是数控立式升降台铣床斗笠式自动换刀装置的设计。

斗笠式刀库的自动换刀装置主要由刀库横移装置和刀库分度装置组成。

其自动换刀的形式为无机械手换刀，换刀过程中刀盘需要横向移动到合适的位置使机床主轴便于与刀库交换刀具。

数控加工中心的自动换刀系统设计摘要本设计介绍了加工中心自动换刀装置的机械手结构的部分设计、相关液压缸的结构设计以及控制系统的设计，最终实现自动换刀动作；介绍了目前实现快速自动换刀技术的基本方法和各种途径，及其在加工中心上的应用情况和实际达到的技术指标，从而可看出这方面的发展趋势。

换刀装置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，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。

加工中心自动换刀装置是实现多工序连续加工的重要装置，其结构设计及其控制是实现加工中心设计制造的关键。

加工中心的换刀过程较为复杂，动作多，动作间的相互协调关系多，因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低。

带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着越来越重要的作用，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。

加工中心是数控机床中较为复杂的加工设备，由于其具有多种加工能力而得到广泛的应用，其强大的加工能力和效率得益于其配置的自动换刀装置（Automatic Tool Changer）。

关键词：自动换刀，机械手，设计，加工中心CNC MACHINING CENTER AUTOMATIC TOOLCHANGING SYSTEMABSTRACTThis paper introduces the structure of Automatic Tool Changer,And the single chip microcomputer is used to achieve the process of automatic tool changing.The cutting tool recognition system uses the cutting tool encoding method, this way is to carries on every time the cutting tool the code, because has every time the cutting tool own code, therefore, may deposit in Y u Daoku any tool apron. In such knife storehouse, simultaneously also reduced the knife storehouse operating time; Simplified has traded the knife control wiring automatically. May complete grasps the knife to draw a sword the rotation slotting tool returns and so on a series of movements.Trades the knife installment to take the machining center the important component, its leading role lies in the reduction processing process the non-cutting time, raises the productivity, reduces the production cost, then promotes the engine bed and even the entire production line's productive forces. The machining center automatically trades the movement are many, the movement intercoordination relates much, thus trades the knife system performance automatically the quality immediate influence processing efficiency height. Has trades the knife system's numerical control machining center to play more and more vital role automatically in the modern advanced manufacturing industry, it can reduce product the manufacturing cycle, enhances the product the working accuracy, suits the flexible processing. The machining center is in the numerically-controlled machine tool the more complex processing equipment, because it has many kinds of working capacities to obtain the widespread application, its formidable working capacity and the efficiency benefit from its disposition trade the knife installment automatically (Automatic Tool Changer).KEY WORDS: automatic tool changer，single chip microcomputer，design，The machining center目录前言 (1)第1章设计任务书 (2)1.1 本课题的内容和要求 (2)1.2 毕业设计目的 (2)第2章总体方案的设计 (4)2.1 换刀过程 (4)2.2 伸缩与旋转运动的确定 (5)2.2.1 液压传动的优缺 (5)2.2.2 液压传动装置的组成 (6)2.2.3 液压系统中在机械手中主要实现的辅助功能 (6)2.3 主要参数的确定 (7)2.3.1 工作行程 (7)2.3.2 运动速度 (7)2.3.3 驱动方式 (8)2.3.4 定位精度 (8)2.3.5 液压系统元件的选择 (8)2.3.6 液压系统的控制原理 (8)2.3.7 机械手液压系统的工作原理图 (11)第3章机械手各部分的设计 (13)3.1 驱动液压缸的设计 (13)3.1.1 液压系统的优点 (13)3.1.2 液压缸的设计 (14)3.2 花键轴及轴套的设计与校核 (16)3.2.1 花键轴的设计 (16)3.2.2 花键的校核 (18)3.3 轴承的选择与润滑 (19)3.4 齿轮的设计与校核 (20)3.4.1 齿轮的设计 (20)3.4.2 齿轮的校核 (21)3.5机械手臂及手抓的设计 (23)3.5.1 对设计手臂的要求 (24)3.6 立柱和机座 (25)3.6.1 立柱 (25)3.6.2 机座 (25)3.7 刀库及换刀机械手的常见故障和维护 (26)3.7.1 刀库的故障 (26)3.7.2 换刀机械手故障 (26)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)外文资料翻译 (32)前言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

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。

图6-1 回转刀架的类型及其工作原理图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。