加工中心自动换刀

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五轴加工中心的自动换刀故障

目前，五轴加工中心的自动换刀装置(ATC)有两种常用类型的换刀方式，一是刀具从刀库中直接由主轴交换，二是依靠机械手完成主轴与刀库上刀具的交换。第一种换刀方式适用于五轴小型加工中心，刀库较小，刀具较少，换刀动作简单，出现掉刀等故障时容易发现并能及时排除。第二种换刀方式，从结构上和动作上看均属于比较复杂的一种。本文以Vcenter-80型加工中心为例分析掉刀故障?象并加以处理。加工中心换刀动作分析从PLC图上看此机床换刀程序达900多步，很难读懂其工作原理。在此，略运去ATC数据交换、传递、存储及刀号存储等内容，把换刀动作简述如下：CNC换刀指令(M06)→刀套下降→下降到位→机械手转动→转动减速→转动到位(X4.7)→主轴刀松开→松开到位→机械手转动→转动减速→转动到位→主轴刀夹紧→夹紧到位(X2.5)→机械手逆转→机械原位，换刀完成。其中，机械手的快、慢速由变频器实现，电动机转动时带动机械凸轮传动实现机械手的上升、下降。掉刀故障掉刀故障现象出现时间较长，一开始，偶尔出现一次，一月一次，甚至两三月一次，以为是偶然因素引起的，没有引起足够的重视，慢慢地一周出现一次，甚至两次，同时伴随着主轴上的刀装不到位的情况。后来慢慢地演变为一个班次多次出现故障，严重地影响生产进度、造成废品产生。仔细观察，掉刀故障有两种情况出现，一种是由本工步加工完成后掉刀，一种是本工步根本没加工，刀具落在工作台上。由于加工过程中，换刀动作均执行，动作顺序正常，故出现掉刀、装刀(装到主轴上)不到位时均无任何报警现象，只有操作者在工件检查或听到掉刀异常声音时，才会发生故障，因而在自动加工生产线上有时会因掉刀而出现批量废品的现象。故障分析与处理检查机械手执行ATC换刀故障排除步骤，把机械手停止在垂直极限位置。检查机械手手臂上的两个卡爪及支持卡爪的弹簧等附件。均没有发现问题，说明机械手夹持刀具紧固，在机械手转动情况下不会出现掉刀现象。检查刀具夹持情况根据刀具有主轴上装不位的现象分析，可能是主轴内孔中碟簧不能对刀具夹持紧固，从而出现刀装不到位，甚至装不上而掉刀现象。拆开主轴内部，发现有几处对碟簧已碎。于是更换了全部碟簧。试车时没有出现任何问题。运行一个班次后又出现掉刀现象。检查换刀程序针对本故障仅出现在换刀动作过程中?与其他动作无关，编辑一个自动换刀反复执行程序，并运行此程序，以期找到掉刀的真正原因。编辑自动换刀程序如下：O0200→S500→M03→G04X3.0→M06→M99→%在程序运行中，发现如下情况：主轴刀具夹紧没有到位，甚至还没有夹紧动作的情况下，机械手转动，于是掉刀。依前文换刀动作顺序分析主轴刀具夹紧到位行程开关误动作引起掉刀故障。打开PLC梯形图，监控该行程开关(输入为X2.5)，反复按压该行程开关，发现20多次压合中有3次X2.5为“0”状态的现象出现两次，同时压合后X2.5不能由“1”状态转到“0状态”的现象出现两次，根据以上判定该行程开关损坏。此开关为OMRONZC—Q2255，用国产CXW5—11Q1替换，试车正常。一周后，操作者仍反映有掉刀现象，当然出现的频次小了，这说明掉刀故障仍未彻底排除。故障处理反复运行两个小时，自动换刀几百次。终于发现一次故障：在机械手没有到位的情况下，主轴上的刀具松开，机手没有抓住刀，从而出现掉刀现象，这说明机械手到位磁感应开关误动作。更换开关E2E—CR8C1，故障现象仍然存在。查看PLC梯形图，此开关输入点为X4.7。梯形图中X4.7为常开点，当此开关感应时状态为“0”，不感应时状态为“1”。其逻辑状态与常见的感应开关逻辑状态相反。当X4.7断线时，也会引起X4.7为“1”状态，于是排查X4.7的联线，发现电磁感应开关后方的接线端子处X4.7松动，每当自动换刀时，机械手凸轮一系列动作引起的轻微震动，使X4.7线处于断开状态，这样在机械手未到位时，松开刀具的感应开关虽仍感应，但因处于断线状态，X4.7伯为“1”状态，于是在机械未到位时，刀具松开而出现掉刀故障。这种情况的掉刀故障，是刀具已作加工工步而后掉的刀，在上文提到的则是刀具未作任何加工工步就掉刀的故障。3 y$ f& L- o! K5 v本文来自五轴加工中心网站朱轩实业撰写而来，朱轩希望能帮助到各位，高手路过见笑

加工中心自动换刀功能及编程

加工中心自动换刀功能及编程加工中心自动换刀功能是通过机械手（自动换刀机构）和数控系统的有关控制指令来完成的。

换刀过程：装刀，选刀，换刀1．换刀过程（1）装刀：刀具装入刀库任选刀座装刀方式。

刀具安置在任意的刀座内，需将该刀具所在刀座号记下来。

固定刀座装刀方式。

刀具安置在设定的刀座内。

（2）选刀从刀库中选出指定刀具的操作。

1）顺序选刀：选刀方式要求按工艺过程的顺序（即刀具使用顺序）将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。

2）随意选刀：①刀座编码选刀：对刀库各刀座编码，把与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中，编程时用地址T 指出刀具所在刀座编码。

②计算机记忆选刀刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器内，刀具存放地址改变，计算机记忆也随之改变。

在刀库装有位置检测装置，刀具可以任意取出，任意送回。

（3）换刀1）主轴上的刀具和刀库中的待换刀具都是任选刀座。

刀库一选刀一到换刀位一机械手取出刀具一装入主轴，同时将主轴取下的刀具装入待换刀具的刀座。

2）主轴上的刀具放在固定的刀座中，待换刀具是任选刀座或固定刀座。

选刀过程同上，换刀时从主轴取下刀具送回刀库时，刀库应事先转动到接收主轴刀具的位置。

3）主轴上的刀具是任选刀座，待换刀具是固定刀座。

选刀同上，从主轴取下的刀具送到最近的一个空刀位。

2．自动换刀程序的编制（1）换刀动作（指令）：选刀（T XX）；换刀（M06（2）选刀和换刀通常分开进行。

（3）为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。

（4）换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。

（5）换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点（Z0）,要求在换刀前用准备功能指令（G28使主轴自动返回Z0点。

（6）换刀过程：接到T XX指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。

加工中心的换刀原理

加工中心的换刀原理加工中心的换刀原理是指在加工过程中，当需要换一把不同工具进行加工时，加工中心能够自动地将当前的刀具卸下，然后安装新的刀具，以保证加工的连续性和高效性。

加工中心通常配备了一个刀库，用于存放不同类型的刀具。

刀库内的刀具根据其特性和用途被分配了一个特定的刀位。

刀具库通常由数控系统控制，可以根据加工需求自动选择和安装相应的刀具。

加工中心的换刀流程通常包括以下几个步骤：1. 刀具识别：加工中心需要首先识别当前所使用的刀具类型和位置。

通过刀具的标识或者其他识别方式，数控系统能够准确地确定当前所使用的刀具。

2. 刀具卸下：在识别了当前刀具后，加工中心会将当前的刀具卸下。

这个过程通常是由一个自动换刀系统完成的，它可以根据机床的结构和控制系统的指令，自动操作各个动作。

例如，可以通过夹紧装置松开卡住刀具的螺栓，然后通过主轴的卸下动作将刀具从主轴中取出。

3. 刀具安装：在刀具卸下后，加工中心需要安装新的刀具。

这个过程也是由自动换刀系统完成的。

它可以将新的刀具从刀库中选取出来，然后通过夹紧装置将刀具安装到主轴上。

4. 刀具测量和校准：在刀具安装完成后，加工中心通常需要对新安装的刀具进行测量和校准。

这是为了确保刀具安装的准确性和稳定性。

测量和校准可以通过一些传感器和测量设备进行，如刀具长度测量设备，加工中心控制系统会根据这些测量结果进行补偿和调整。

5. 刀具补偿调整：当刀具安装完成并完成了测量和校准后，加工中心通常还需要进行刀具补偿调整。

这是因为不同类型的刀具，在加工过程中可能存在一些误差和偏差。

加工中心会通过数控系统对刀具的补偿参数进行调整，以保证加工结果的准确性和质量。

总的来说，加工中心的换刀原理是通过一个自动换刀系统，根据刀具的类型和位置，将当前的刀具卸下并安装新的刀具。

换刀过程通常还包括了刀具的测量和校准，以及刀具补偿调整。

这样可以确保加工中心在加工过程中能够高效、准确地使用不同类型的刀具，提高加工效率和加工质量。

自动换刀原理

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！。

加工中心的自动换刀系统

加工中心自动换刀系统
加工中心自动换刀装置
一、加工中心自动换刀装置的类型 1.转塔式更换主轴换刀装置（1）脱开主轴传动（2）转塔头抬起（3）转塔头转位（4）转塔头定位（5）主轴传动重新接通
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
一、加工中心自动换刀装置的类型 2.成套更换式（1）更换转塔（2）更换主轴箱（3）更换刀库
六、几种典型换刀过程 1、无机械手换刀
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
六、几种典型换刀过程 2、机械手换刀
加工中心自动换刀装置
六、几种典型换刀过程 3、带刀套机械手换刀
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 2.链式刀库
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 3.格子式刀库
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 3.格子式刀库
加工中心自动换刀装置
三、加工中心刀库结构
加工中心自动换刀装置
三、加工中心刀库结构
加工中心自动换刀装置
四、JCS-018A加工中心机械手结构 2、机械手抓刀部分的结构
五、其他类型机械手 2、两手互相垂直的回转式单臂机械手
加工中心自动换刀装置
五、其他类型机械手 3、两手平行的回转式单臂机械手
加工中心自动换刀装置
五、其他类型机械手 4、双手交叉式机械手（1）机械手移动到机床主轴处-卸装刀具（2）机械手移动到刀库处送回卸下的刀具
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
四、JCS-018A加工中心机械手结构 2、机械手抓刀部分的结构
பைடு நூலகம் 加工中心自动换刀装置

加工中心如何实现自动换刀

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
G40 G17 G71 G90 G54
......
TO2
TL
G40 G17 G71 G90 G54
......
TO3 Βιβλιοθήκη TL G40 G17 G71 G90 G54
......
M9
M30
%
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。
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
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。

基于PLC的数控加工中心自动换刀系统的研究

盘式刀库自动换刀控制系统的优势主要体现在以下几个方面。首先，自动换刀控制系统可以显著提高加工效率，避免了手动更换刀具的繁琐过程，节省了大量时间。其次，自动换刀控制系统可以降低工人的劳动强度，减少错误操作的可能性，提高生产安全性。最后，自动换刀控制系统有利于实现工厂的自动化和智能化，提升整体竞争力。
目前，加工中心自动换刀装置的研究主要集中在换刀方式、刀库设计、夹持机构和控制系统等方面。其中，换刀方式是自动换刀装置的核心技术之一，直接影响到换刀的效率和精度。按照换刀过程中是否有旋转动作，换刀方式可以分为旋转式和非旋转式两种。旋转式换刀方式又可以分为刀具旋转和主轴旋转两种，而非旋转式换刀方式则可以分为直插式和伸缩式两种。
盘式刀库自动换刀控制系统的工作原理基于计算机数值控制（CNC）技术，通过接收加工中心的指令，控制机械手臂进行刀具的更换。首先，机械手臂在盘式刀库中选择需要更换的刀具，然后将其抓取并移动到加工区域。接下来，机械手臂将旧的刀具从主轴中取出，并将新的刀具安装到主轴上。最后，机械手臂将更换下来的刀具放回盘式刀库的正确位置。
近年来，随着人工智能、机器学习和计算机视觉等技术的不断发展，加工中心自动换刀装置的研究也在不断深入。这些技术的应用，可以实现更加智能化和高效的换刀控制，从而提高加工中心的生产效率和加工质量。
在应用前景方面，加工中心自动换刀装置将会在更多领域得到应用。例如，在航空航天、汽车制造、模具制造和医疗器械等领域，由于对加工精度和效率的要求较高，因此对自动换刀装置的需求也将会不断增加。此外，在智能制造和数字化工厂的建设中，加工中心自动换刀装置也将会成为其重要组成部分之一。
加工中心自动换刀装置的发展历程可以追溯到20世纪80年代，当时该技术还处于研究和实验阶段。随着计算机技术、机械制造技术和液压气动技术的发展，自动换刀装置的可靠性、稳定性和效率得到了不断提高。进入21世纪以来，随着数控技术的快速发展和制造业的不断升级，加工中心自动换刀装置的应用范围和需求量也不断增加。

加工中心不同刀库的换刀方法和指令

加工中心是拥有刀库和自动换刀装置的数控加工设备。

刀库的种类有很多种，换刀的方法及换刀指令的编写和执行也各不相同。

下面，就为大家总结一下几种常见刀库的换刀方式及其指令。

斗笠式刀库的换刀:斗笠式刀库大多采用固定地址换刀方式，刀具号与刀座号存在一一对应的关系。

斗笠式刀库的换刀动作是依靠刀库的横向移动与主轴的上下移动来实现的，这种方式简称为主轴换刀方式。

由于没有换刀机械手，所以选刀动作不能在换刀动作之前预选，而是将换刀指令与选刀指令编写在同一个程序段中，其指令格式为M06 TXX。

执行这个指令时，刀库首先找到指令中主轴上需要换下的刀号所对应的刀座，并将其转到换刀位置，使主轴上的刀具换回到刀座中。

接下来，刀库再找到指令中需要换上的刀具，将其转到换刀位置，并换上主轴。

因为不能预选刀具，这个指令如果将Tx x放在M06之前就是无效的，最终选刀的动作还是在执行M06时执行，如果M06后面没有Tx x，系统就会报错。

圆盘式和链式刀库的换刀:圆盘式刀库和链式刀库一般会采用随机地址的换刀方式，刀具号与刀座号并不是一一对应，而是随机的，但数控系统能够记忆其对应关系。

圆盘式和链式刀库采用机械手进行换刀，换刀前可以对新换上的刀具进行预选。

刀具指令Tx x控制刀库旋转，并将选中的刀具转至换刀工作位置，而换刀指令M06控制换刀机械手的动作，实现主轴刀具与刀库换刀位置处新旧两把刀具的交换。

圆盘式和链式刀库的选刀指令与换刀指令可以编写在同一个程序段，也可以分在不同程序段编写，因此选刀与换刀动作也可以一起执行或分开执行，其指令格式为TXXM06。

执行这个指令时，刀库首先将指令中要换上的刀具转到换刀位置，然后机械手将刀库刀具与主轴刀具交换。

了解了以上两种换刀方式，我们可以对比一下哪种更好。

结果显而易见，第二种换刀方法将选刀动作与加工动作重叠在一起，这样换刀时就不必选刀而直接换刀，使加工效率得到了提高。

不同机床厂家的不同规定:不同的机床生产厂家对于换刀方法、换刀指令及其执行方式也有不同的规定。

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————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ﻩ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”。

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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 (8)4.2 轴的校核计算 (9)4.3 键的设计计算 (9)5.控制系统的设计 (10)5.1 刀库的换刀动作如下： (10)5.2利用PLC实现随机换刀 (11)参考文献 (14)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hL=86750 (h)验算结果：合格。

同类产品相比存在不少差距。

因此研究加工中心及其控制系统具有现实和长远的意义，掌握其中的关键技术是充分发挥加工中心功能和性能的先决条件，必将对我国装备制造业的整体水平的提高起到积极的作用。

图1-1 立式数控铣床2.刀库的总体设计方案2.1课程设计的任务及要求设计题目：数控加工中心自动换刀系统设计设计要求：设计一个立式数控加工中心自动换刀系统的刀库装置及其控制系统，主要性能指标参数如下：刀库载刀量：8把；刀具形式：BT40；刀具直径：Φ63mm；刀盘最低转速：60r/min；刀架水平运动行程240mm；采用PLC控制。

2.2刀库的类型选择目前一般刀库按结构形式可以分为以下几种：1）刀具储存在圆型鼓轮上，这种刀库结构简单，但刀具环形排列，空间利用率低，为了不致于刀库外径过大导致转动惯量过大，一般刀库容量在32把以下。

使刀库中处于换刀位置的刀具轴线平行于主轴轴线，以简单的回转式机械手对刀库和主轴进行交换。

要求刀库容量较大的场合，可以采用空间利用率较高的多重型鼓轮式刀库，这种刀库的传动装置和控制装置较为复杂。

2）链式刀库。

刀具储存在链条环节上，再以链轮驱动，结构紧凑，刀库容量较大，链环的现状可以根据机床的布局配置成各种形状，也可以将换刀位置突出以利换刀。

当链式刀库需要增加刀库容量时，只需增加链条的长度，在一定的围，无需变更线速度及惯量，这种条件对系列刀库的设计与制造带来了很大的方便，可以满足不同的使用条件。

3）盒式刀库。

刀具储存在纵横排列的格子上，此种刀库空间利用率最高，刀库容量大。

4）转塔式刀库。

刀具储存在同一转塔上，其主要特征是刀库环绕是主轴，储刀位置即为主轴位置，因储存刀具数量有限，主要用于小型加工中心。

5）斗笠式刀库。

斗笠式刀库由于其形状像个大斗笠而得名，一般存储刀具数量不能太多，10~24把刀具为宜，具有体积小、安装方便等特点，在立式加工中心中应用较多。

加工中心的一个很大优势在于它有ATC装置，使加工变得更200W惯量比：，满足20倍以下的要求。

由此可知刀库系统的转动惯量为：33310807.01036.010447.0---⨯=⨯+⨯=+=LC mC C J J J 3.4电机的校核（1）由摩擦引起的摩擦力矩： 0.1392.00678.059.3815.0<=⨯⨯=≈SP C FC R G T μ （2）最大加速转矩：845.02.0602000210807.06023max =⨯•⨯⨯==-ππCa C C Cam t n J T （3）电机的最大启动转矩： 8.7652.10807.0845.0<=+=+=FC Cr T Tcam T 通过上述校核，得出电机符合要求。

加速装置采用XB1型通用谐波减速器，减速比100：3，输出轴径20mm 。

4.机械系统的设计 4.1刀库转动定位机构的设计自动换刀装置为了实现快速可靠，应该满足三点要求：①运动平稳、无冲击，即最大加速度和最大速度要小。

②各相邻动作可重叠者，要按其规律尽量多重叠。

③各个动作要可靠。

为了实现自动换刀装置的功能，可以通过电、液、气、机联合实现需要的动作。

常用的间歇运动机构有：（1）弧面分度凸轮机构和圆柱分度凸轮机构；（2）平行凸轮机构；（3）槽轮机构；（4）改良型槽轮机构；（5）余摆线机构根据实际工作情况与目前以上几种间歇机构的特点，选择机械部分结构采用槽轮机构，槽轮机构是20世纪初就开始使用的间歇运动机构，也是成本最低的结构。

槽轮机构(又称马尔他机构)能把主动轴的匀速连续运动转换为从动轴的周期性间歇运动，常用于各种分度转位机构中。

槽轮机构有三种基本类型：外啮合槽轮机构、啮合槽轮机构和球面槽轮机构。

立式加工中心斗笠式刀库采用外啮合槽轮机构。

该刀库可容纳8把刀具，即槽轮的齿数为8。

刀库的回折算到电机上的负载惯量惯量比在20倍以，满足要求刀库系统的转动惯量所以电机符合要求选用XB1型谐波齿轮，减速比100:3选用槽轮机构转选刀由刀库电机通过减速器带动曲柄回转，曲柄每回转一周，槽轮转过45°,刀库刀盘转过一个刀位，并由锁止盘定位。

刀库上的刀位信号由两只开关联合发出，在刀库的一号刀位上安装一只挡铁，在支架上安装一只检测开关，机床开机后，刀库自动回转寻找一号刀位(基准刀位)，当一号刀位上的挡铁触发支架上检测开关后刀库停止回转，刀库的当前刀位为一号刀位，刀库处于初始状态。

其余刀位信号由安装在曲柄上的挡铁触发刀位检测开关进行累计计数，曲柄每回转一周即刀库转过一个刀位触发一次。

通过控制刀库电机的旋转方向，实现刀库的双向选刀。

综上所述：故刀库转动定位机构选择平面单销外槽轮机构。

具体计算参数如下：槽间角：槽轮每次转位时曲柄的转角：槽数：z=8；槽轮与锁止盘间的中心距:L=100.54mm ；主动曲柄长度：，根据装配要求，取61.6 槽轮半径：，取100 圆销半径：，取8.6 槽底高：34.264)6.86.61(54.100)5~3()(1=-+-=-+-=r R L b锁止弧半径：考虑具体装配要求，取20.1由于槽轮的角加速度变化较大，且在转位过程的前半阶段与后半阶段的角加速度方向不同，因此当槽与滚子之间存在间隙时，会产生冲击。

为了减小冲击应采取以下措施：减小或消除滚子与槽之间的间隙；消除销开始进入槽时的间隙，应使槽轮的实际外圆半径Ra 略大于槽轮名义外圆半径R，取R =A r 为滚子半径。

4.2滚动轴承的选择计算滚动轴承的基本额定动负荷在条件是： 1）轴承材料为高质量淬硬钢 2）时效概率为10%3）基本额定寿命为 61010L =根据轴承所受载荷的大小和方向，初选圆锥滚子轴承。

槽间角槽数8中心距100.54曲柄长61.6槽轮半径100圆销半径8.6锁止弧半径20.1设计参数：轴向力)(248.3608.9)85.42435.456.3(N g m F i a =⨯+++=∑= 径向力r F ，很小忽略不计。

轴颈直径转速 60(/min)n r = 要求寿命 510()h L h = 温度系数1t f = 润滑方式：脂润滑。

被选轴承信息：轴承型号 30210 轴承参数：基本额定动载荷：基本额定静载荷：根据()p r a P f XF YF =+ 公式中：P ——动载荷（N ）；r F ——径向载荷（N ）； a F ——轴向载荷（N ）；X ——径向动载荷系数； Y ——轴向动载荷系数；轴承寿命的校核：轴承基本额定寿命为：610()60r h C L n Pε=公式中： n ——轴承转速（/min r ）；ε ——指数，对于球轴承ε= 3得：,h h L L >故型号为30210的圆锥滚子轴承符合要求。

4.2 轴的校核计算按扭转强度条件计算：MPa d n P W T TT 87.14.02.06075.02.01055.92.01055.93636=⨯⨯⨯=⨯≈=τ，满足要求。

4.3 键的设计计算选择A 型平键初选圆锥滚子轴承型号30210键1的基本数据，12*8，L取40mm，，取75MPa。

工作长度键与轮毂键槽的接触高度则，满足要求。

键2的基本数据，14*9，L取35mm，，，取75MPa。

工作长度键与轮毂键槽的接触高度则，满足要求。

5.控制系统的设计换刀控制是数控加工中心控制中较为复杂的一个容，涉及刀库的选刀及机械手的换刀控制。

本系统采用主轴向上下运动的自卸式换刀方式。

刀库为斗笠式刀库。

如下图所示。

图5-15.1 刀库的换刀动作如下：1)轴移动至换刀坐标处．见图6-1a2)主轴准停3)刀库前进(抓旧刀)。

见图6-1b4)主轴松刀5)z轴向上移动(让出刀库旋转尺寸)，见图6-1c6)刀库旋转(选刀)。