斗笠式刀库换刀原理
斗笠刀库解析
斗笠式刀库的动作过程斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴平行移动。
（1）还刀取下主轴上原有刀具，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。
（2）抓刀刀库转动，当目标刀具位于主轴正下方时，主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，刀具夹紧后，刀库退回原来的位置，换刀结束。
斗笠式刀库换刀过程动作图PMC和NC程序的配合PMC在整个换刀过程中主要控制刀库的正反转、刀库的前进后退、松刀紧刀阀动作。
NC程序控制主轴的上升和下降、主轴定位。
N19 M99:9001 (参数6071)N1 IF[#1000EQ1]GOTO19 (T CODE=SP TOOL) T代码等于主轴刀号，结束N2 #199=#4003 ( G90/G91 MODLE)N3 #198=#4006 (G20/21 MDOLE) 保留之前的模态信息N4 IF[#1002EQ1]GOTO7 ( SP TOOL=0) 主轴无刀，直接抓刀N5 G21G91G30P2Z0M19 回第2参考点，M19定向，准备还刀N6 GOTO8N7 G21G91G28Z0M19 回第1参考点，M19定向，准备抓刀N8 M50 刀库准备好（使能）N9 M52 刀库靠近主轴N10 M53 松刀吹气N11 G91G28Z0 回第一参考点N12 IF[#1001EQ1]GOTO15 (T CODE=0) 如果指令T0，则无需抓刀N13 M54 刀盘旋转G04X3.0N14 G91G30P2Z0 回第二参考点N15 M55 刀具卡紧N16 M56 刀盘远离主轴N17 M51 旋转结束N18 G#199G#198 恢复模态M代码含义M50刀库旋转使能M51刀库旋转结束M52刀库向右（靠近主轴）M53松刀，吹气M54刀盘旋转M55刀具夹紧M56刀盘向左（远离主轴）宏变量定义宏程序中，利用#1000-#2000宏变量对应PMC信号G54的相应位，可直接和PMC 进行联系，极大的方便了处理。
斗笠式刀库换刀过程的控制
斗笠式刀库换刀过程的控制张 楠,李 强,秦建国(内蒙古工业大学机械学院,内蒙古呼和浩特 010062)摘 要:介绍了南京四开SKY2001系统的NC程序与PLC相配合能方便地控制刀库动作、轴移动和主轴松夹等动作,从而实现斗笠式刀库的换刀过程的完整控制。
关键词:PLC;刀库;换刀过程;轴的控制中图分类号:TG723 文献标识码:B 文章编号:1671-5276(2006)04-0106-02On the Control of C loak s Knives StoreroomZHANG Nan,LI Qiang,Q IN Jian-guo(Inner Mongolia University of Technology,NM Huhehaote010062,China)Abstract:The paper introduces the NC program of Nanjing SKY2001.T he program,cooperated w ith the PLC (programmable logical controller),can easily control the knives storeroom action,axis shift and principal ax is loosening and clamping.T hus realizing the full control of ex chang ing knives.Key words:PLC;knives storeroom;the process of exchanging knives;axis control0 前言加工中心是为了满足产品的批量生产,通过自动更换不同的刀具在一次装夹中完成相应工序的全部加工,因此大大提高了加工效率。
加工中心是通过自动换刀系统实现刀具的自动换取的,根据刀库选取的不同,换刀系统的控制方式也不同。
FANUCOiMD数控系统斗笠式刀库实现自动换刀
Ｎ １ Ｍ ９ ９
％
（ 换刀结束 ，返回主程序）
（ ２）Ｐ ＭＣ 与ＮＣ 程序的配合 。斗笠式 刀库 实 现 自动换 刀是Ｐ ＭＣ与ＮＣ 程 序 的配合 来完成 的 。
Ｐ Ｍ Ｃ在 整 个 换 刀 过 程 中 主 要 控 制 刀 库 的 正 ／反
转 、刀库的前进 ／后退、松 刀 ／紧刀阀的动作以及 换 刀动作 顺序 。主轴 的上 升 、下 降和定 位都是 由
Ｎ Ｃ系统 程序 控 制 的 。
（ ８ ）刀库向远离 主轴 中心位置侧平移如附图ｆ
所示 ，直 ￣ Ｊ Ｉ Ｐ Ｌ Ｃ 接 收 到 传 感 器Ａ发 出 的 反馈 确认 信
步。
斗
换取 ，根据 刀库选取的不同 ，换刀系统 的控制方式 也不同。加 工中心常用的刀库有斗笠式 、凸轮式、 链条式 等 ，斗笠式 刀库是加工中， Ｏｌ ： ｋ 较常见的一种 换刀装置 ，换 刀过程简单 ，体积小、安装方便 、易 于控制和维护等优点 ，因此在中小型加工 中心上得 到了广 泛的应用 。但对 刀库的定位要求高 ，而且在 换刀过 程中需要轴配合其动作 ，而Ｐ Ｌ Ｃ 是无法直接 参与数控轴的控制。基于Ｆ Ａ ＮＵＣ ０ ｉ ＭＤ数控 系统 利用ＮＣ 宏程序可以把轴控制与Ｐ ＭＣ 控制有机地结 合 ，它可以按一定的逻辑控制Ｐ Ｍｃ 和进给轴 ，从而 实现 包含轴移动的换 刀控制。在本文 中，笔者 结合
后 ，这 时 刀库 转 动 ， 当 目标 刀具 对 正 主 轴 正 下 方 时 ，主 轴 下 移 ，使 刀具 进 入主 轴 锥 孔 内 ，刀具 夹 紧 后 ，刀库 退 回原 来 的 位 置 ，换 刀结 束 。 刀库 具 体 动 作过程如下 ：
斗笠式刀库的设计
济南铁道职业技术学院毕业设计指导书（高职机电一体化专业08级）一、设计题目斗笠式刀库的设计二、设计目的随着科学技术和社会的发展，对机械产品的性能、精度、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求，数控机床的出现，开创了机械加工自动化的新纪元，不仅能提高产品的质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人劳动条件。
一个零件往往需要多道工序完成，而单功能的数控机床只能完成单工序的加工，因此在零件生产过程中，要进行多次装卸换刀工作，不仅影响劳动效率，还降低了工件精度，加工中心和普通单功能机床的区别在于有了刀库和自动换刀装置，这样，一次装夹就可完成多到工序的加工，提高了零件精度和劳动效率。
现在加工中心上刀库种类很多，有斗笠式、圆盘式等，其中斗笠式刀库结构简单，运动集中，适合与立式加工中心。
刀库成本低，工艺要求不高，但是国内生产此类刀库的企业较少，大部分需要进口，价格相对较贵，因此本课题非常有研究价值。
三、设计的技术要求1、斗笠式刀库主要工作过程为：斗笠式刀库换刀时，由三步组成，第一、刀库横移装置移动到主轴箱可以到达的位置；第二，刀库分度装置进行选刀，通过精确地分度、定位，将下个工序需要的刀送到指定位置；第三，主轴上自动装卸刀机构准确取刀装刀。
具体过程为：1）、系统接收到换刀指令。
2）、气缸推动刀库移动到主轴位置，保证当前刀位上为空，准备换刀。
3）、主轴打刀缸释放，将主轴上当前刀具放置到刀库空刀位置。
4）、刀库电机转动，接近目的刀具位置时，接近开关发送指令，电机减速，转到位置停止，准备换刀。
5）、主轴完成装刀动作。
6）、刀库气缸带动刀库返回。
一个换刀动作结束。
2、机械结构的设计通过对加工中心刀库工作目的及工作过程的了解，设计出用横移机构、分度装置及刀盘。
3、技术参数1、机械结构①刀库有8刀位。
②使用槽轮机构完成分度。
③刀柄标准为BT30。
④刀库在圆导轨上滑动，以减小摩擦。
2、电器控制系统①额定输入电压：三相四线380v②额定输入频率：50Hz③额定输入电流：不大于60A④三相异步电动机带动刀盘的转动⑤接近开关检测目的刀具位置⑥工作环境温度：0 ºC~55 ºC3、控制系统①气缸推动刀库移动到主轴位置，打刀缸完成主轴的装刀卸刀。
斗笠式刀库的容刀量与分度装置的运动分析_张宇
作者简介：张宇（1963-），女，副教授，主要从事数控技术方向的研究 和教学工作。
收稿日期：2００８－０９－２２
36 机械工程师 ２００9 年第 1 期
20 40 60 80 φ1（/ °）
-0.2
-0.4
越小。从角速度、角加 速度变化的曲线图得 出：槽数 Z 达到 12（亦
-0.6 -0.8
图 4 槽数与角加速度变化曲线
即刀库的刀数为 12）以上时，分度装置分度过程就比较平
稳了，换句话说，此时斗笠式刀库在选刀过程中，产生的
震动和冲击已经很小，分度盘角速度变化不大，刀库运动
刀具
刀库鼓轮
图 1 刀库分度装置示意图
毂周期性间歇运动，起到了刀库的分度作用（如图 1）。
分度盘与刀库鼓轮同轴，分度盘的分度槽数与刀库
鼓轮上的刀数一致。定位法兰不断回转，分度盘就不停地
进行分度，刀库鼓轮就不断重复上述的运动循环，从而将
下一个工序所需刀具的刀位转到换刀位置上，以便让主
轴进行换刀，实现刀库的自动换刀。
定位法兰每回转一圈驱动分度盘转过一个槽。连续 匀速运动的电机，带动定位法兰与圆柱滚子连续匀速转 动。但圆柱滚子是间断性地转入分度槽的，从而使刀库轮
机械工程师 ２００９ 年第 1 期 35
专题报道
SPECIAL REPORT 金属加工 / 工具 / 工艺 / 工装
电机 输入轴
联轴器
滚子
定位法兰 分度盘
２ 刀库分度装置运动分析
刀库在换刀前首先需要选刀，选刀的过程就是使刀
库鼓轮满足一个周向间歇运动，也就是分度盘在分度的
过程中，转位开始与转位结束位置上的瞬时角速度 ω２=0。 如图 2，为了使圆
浅谈斗笠式刀库的控制流程_吕洋
还刀过程： １．刀库退回原始位置；
主轴准停 通过参数４０７７调 节角度 主 轴换刀准备位置 Ｚ＝０ 主 轴换刀位置 通过参数１２４１调整
刀库原始位置
刀库换刀位置
刀库原始位置
图９
或者卡紧； ３ 斗笠刀库的工作原理
刀库固定式换刀流程图 （３）换刀过程描述（斗笠式刀库控制约
（ １ ）斗笠式刀库换刀动作可分为三个， 定：１ ．斗笠式刀库采用固定刀位，即刀套号 即取刀、还刀和换刀。由于采用固定刀位管 就是刀具号；２．取刀时，刀库就近找刀）
刀库具有前后两个位置，刀库前位时 刀库最外的刀具正好与主轴刀套在同一条 轴 线 上 。通 过 气 动 或 液 压 装 置 使 刀 库 在 两 个位置上前后移动，且通过两个行程开关
检测ＴＦ信号上升沿
来 确 认 刀 库 的 前 后 位 置 。刀 库 采 用 普 通 三 相异步电机驱动， 可正转或反转。在刀库上 设 有 刀 具 计 数 开 关 。通 过 刀 库 伸 出 和 缩 回 ， 刀库与Ｚ 轴和主轴配合实现换刀。这种刀库 的另一个特点是采用固定刀位管理，即刀 库中每个刀套只用于安放一把固定的刀 具。
发展中，就难以引导所有员工趋向一致方 向形成合力，执行效果也就难以提高。
结束语 由此可见基层电力企业将传统绩效考
核体系进行有目的的整合与改进，最终行 成一个完善且清晰的绩效管理系统对基层 中 的 电 力 企 业 非 常 重 要 。它 能 促 进 企 业 的 长远发展，保持企业良好运营，在企业文化 建 设 上 起 着 重 要 的 作 用 。在 整 个 绩 效 管 理 系 统 中 ， 企 业 、管 理 者 、员 工 三 者 联 系 紧 密 却又独立存在。虽然各自任务不同， 目的却 相同，都是为了完善和发展企业绩效管理 体系所作出的努力，它们都是企业发展中 的 重 要 成 员 。绩 效 管 理 系 统 的 实 现 和 发 展 是长期的，它是企业管理中每一人的努力
加工中心斗笠式刀库
槽轮机构（马尔它机构）
一、槽轮机构的组成及其工作特点 组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。 拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘 上的凸圆弧，起锁定作用。
拨盘 圆销
ω1
锁止弧
o1
工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时， 槽轮静止；反之槽轮运动。
作用：将连续回转变换为间歇转动。
o2
槽轮
ω2
• •
• • • • • • • • •
1.4 刀库平行向主轴位置移动。刀库刀具中心和主轴中心线在一条直线上时为换 刀位置，位置到达通过信号传感器（B）反馈信号到数控系统PLC进行确认。 1.5 主轴向下移动到刀具交换位置。一般刀具交换位置定义为Ｚ轴的第二参考点， 在此位置将当前主轴上的刀具还回到刀库中。 1.6 刀库抓刀确认后，主轴吹气松刀。机床在主轴部分安装松刀确认传感器 （C），数控机床PLC接收到传感器Ｃ发送的反馈信号后，确认本步动作执行 完成，允许下一步动作 开始。 1.7 主轴抬起到Ｚ轴第一参考点位置。此操作目的是防止刀库转动时，刀库和主 轴发生干涉。 1.8 刀库旋转使能。数控系统发出刀库电机正/反转启动信号，启动刀库电机的转 动，找到指令要求更换的目标刀具，并使此刀具位置的中心与主轴中心在一 条直线上。
∴ 槽轮的槽数 z≥3
可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/z < 0.5 即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。 如果想得到k≥0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆销，设装有n个均匀 分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍， 即:
k=n(1/2-1/z) ∵ k≤1 得：n≤2z/ (z -2)
• •
（3） 刀架定位刀架体7转动时带动着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，粗 定位销15在弹簧力的作用下进入粗位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13接 触导体使电动机1翻转。由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该 位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现精确定位。
斗笠刀库解析
斗笠式刀库的动作过程斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴平行移动。
（1）还刀取下主轴上原有刀具，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。
（2）抓刀刀库转动，当目标刀具位于主轴正下方时，主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，刀具夹紧后，刀库退回原来的位置，换刀结束。
斗笠式刀库换刀过程动作图PMC和NC程序的配合PMC在整个换刀过程中主要控制刀库的正反转、刀库的前进后退、松刀紧刀阀动作。
NC程序控制主轴的上升和下降、主轴定位。
N19 M99:9001 (参数6071)N1 IF[#1000EQ1]GOTO19 (T CODE=SP TOOL) T代码等于主轴刀号，结束N2 #199=#4003 ( G90/G91 MODLE)N3 #198=#4006 (G20/21 MDOLE) 保留之前的模态信息N4 IF[#1002EQ1]GOTO7 ( SP TOOL=0) 主轴无刀，直接抓刀N5 G21G91G30P2Z0M19 回第2参考点，M19定向，准备还刀N6 GOTO8N7 G21G91G28Z0M19 回第1参考点，M19定向，准备抓刀N8 M50 刀库准备好（使能）N9 M52 刀库靠近主轴N10 M53 松刀吹气N11 G91G28Z0 回第一参考点N12 IF[#1001EQ1]GOTO15 (T CODE=0) 如果指令T0，则无需抓刀N13 M54 刀盘旋转G04X3.0N14 G91G30P2Z0 回第二参考点N15 M55 刀具卡紧N16 M56 刀盘远离主轴N17 M51 旋转结束N18 G#199G#198 恢复模态M代码含义M50刀库旋转使能M51刀库旋转结束M52刀库向右（靠近主轴）M53松刀，吹气M54刀盘旋转M55刀具夹紧M56刀盘向左（远离主轴）宏变量定义宏程序中，利用#1000-#2000宏变量对应PMC信号G54的相应位，可直接和PMC 进行联系，极大的方便了处理。