数控机床换刀控制方式
数控机床自动切换刀的原理
数控机床自动切换刀的原理数控机床是一种利用数控系统控制机床运动的机床。
在机床加工时，为了提高生产效率和加工质量，需要将不同的刀具进行切换。
数控机床自动切换刀的原理就是利用数控系统的控制信号和机床上的自动切换刀具系统实现的。
数控机床自动切换刀的原理要涉及到机床控制系统、切换刀具系统、动力传递系统和机床功能模块等方面。
下面我们就分别来介绍一下这些方面是如何共同作用的。
首先，数控机床自动切换刀的原理离不开机床控制系统。
数控系统通过程序控制切换刀具系统的动作，从而实现自动化的刀具更换。
数控系统内部会设计不同的切换信号，通过接口设备传递到机床上的切换系统，驱动切换系统的动作。
有的数控系统还能够实现刀具组合的自动切换，即按照预定的加工工艺，自动切换到不同的组合刀具，如切割刀、钻孔刀、铣刀、插铣刀等，以满足不同零件加工的需要。
其次，机床上的切换刀具系统也是数控机床自动切换刀的原理的关键组成部分。
该系统主要由刀库、换刀机构和切换机构三个部分构成。
刀库是刀具的存放处，一般有多个库位，每个库位可以存放不同形状、不同材质、不同尺寸的刀具。
换刀机构用于抓取和移动刀具，常见的是机械手形式或机械吸盘形式。
切换机构则是将刀具固定在刀柄上，并将刀柄插入主轴锥孔，完成刀具切换。
第三，动力传递系统也是数控机床自动切换刀的原理的重要部分。
就是将刀具的旋转力和推进力传递给工件的系统。
机床上的动力传递系统主要有主轴系统、伺服系统和进给系统等。
刀具切换时，要保证新刀具与传动装置的同心度，防止工件被切割时产生偏差或异常，同时还需保证机床整体刚度和运动精度。
最后，机床的功能模块也是数控机床自动切换刀的原理的一部分。
不同于传统机床，数控机床在进行刀具切换时还需要考虑各种功能模块的配合。
例如，需要进行刀具校正或零点重置等操作，以保证工件的精度和加工质量。
综上所述，数控机床自动切换刀的原理要涉及到机床控制系统、切换刀具系统、动力传递系统和机床功能模块等方面的配合运作。
数控铣床自动换刀化改造(刀库式加工中心)
第一章绪论1.1 数控设备的发展历史>第一代数控系统：1952年至1959年，采川电子管元件。
>第二代数控系统：1959年开始，采刖晶体管元件。
>第三代数控系统：1965年开始，采川集成电路。
>第四代数控系统：1970年开始，采刖人规模集成电路及小型通用计算机。
>第五代数控系统：1974年开始，采用微处理机和微型计算机。
1.2 自动换刀系统的意义从换刀系统发展的历史米看，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。
1.1.1 加工中心加工中心机床的出现，加之CAD技术、信息技术、网络控制技术以及系统工程学的发展，为单机数控自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展，创造了必要的条件．计算机群控系统即直接数控(Direct NC-DNC)系统，就是这一发展趋向的具体体观。
DNC系统使用一台较大的计算机，控制与管理多台数控机床和数控加工中心，能进行多品种、多工序的加工。
加工中心机床配备有装载多把刀具的刀具库，有自动更换刀具的功能，一次装夹中可以完成钻、镗、铣、铰等工序，特别适用于箱体类零件的多面、多工序加工。
它能完成车削加工的同时，兼有铣、镗、钻孔、攻丝等功能。
1.1.2 柔性制造单元柔性制造单元(FMC)是由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件(AWC，APC)装置所组成。
工件一次装夹后可在柔性制造单元中的加工中心上加工，使得加工的柔性（可编程性）、加工精度和生产效率更高。
在柔性制造单元中，中心控制计算机负责作业调度、自动检测与工况自动监控等功能。
工件装在自动交换工件装置（工作台）上在中心控制计算机控制下传送到加工中心上加工；加工中心接收中心控制计算机传送来的数控程序进行加工，并将工况数据送中心控制计算机处理，如工件尺寸自动检测和补偿，刀具损坏和寿命躲控等。
第4章 数控机床自动换刀装置
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4.2 刀库
统计了15000种工件，按成组技术分析，各种加工刀具所必需 的刀具数的结果是：4把刀的容量就可以完成95%左右的铣削 工艺，10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺，因此，14把刀 的容量就可完成70~以上的工件钻削工艺。如果从完成工件的
全部加工所需的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成全
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4.3 机械手
2. 刀库夹爪 刀库夹爪既起着刀套作用，又起着手爪的作用。如图4-19 所示为刀库夹爪图。
4.3.4 机械手结构原理
如图4-20所示，机械手结构及工作原理如下。 机械手有两对抓刀爪，分别由液压缸1驱动其动作。当液压 缸推动机械手抓刀爪外伸时，抓刀爪上的销轴3在支架上的 导向槽2向滑动，使抓刀绕销4摆动，抓刀爪合拢抓住刀具； 当液压缸间缩时，支架2上的导向槽迫使抓刀爪张开，放松 刀具。由于抓刀动作由机械机构实现，且能自锁，因此工作 安全可靠.
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4.3 机械手
4.3.5 机械手的驱动机构
如图4-21所示为机械手的驱动机构。汽缸1通过杆6带动机械 手臂升降。当机械手在上边位置时，液压缸4通过齿条2、齿 轮3、传动盘5、杆6带动机械手臂回转；当机械手在下边位置 时，汔缸7通过齿条9、齿轮8、传动盘5和杆6，带动手臂回转。 如图4-22所示为机械手臂和手爪结构图。手臂的两端各有一 手爪。刀具被带弹簧1的活动销4紧靠着固定爪5。锁紧销2被 弹簧3弹起，使活动销4被锁位，不能后退，这就保证了在机 械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。当手臂在上方 位置从裙位置转过750时锁昆锁2被挡块压下，活动锁4就可以 活动，使得机械手可以抓住主轴和刀套中的刀具。
数控机床自动换刀装置
02
数控机床自动换刀装置 的结构与设计
刀库设计
刀库容量
根据数控机床的加工需求， 合理设计刀库容量，确保 能够存放足够数量的刀具。
刀具存放方式
采用合适的刀具存放方式， 如刀具架、刀具套等，以 便于刀具的存取和管理。
刀库布局
根据数控机床的整体布局 和加工要求，合理布置刀 库的位置和方向，以提高 换刀效率和加工精度。
例如，在发动机缸体的加工中，需要使用不同种类的刀具进行粗加工、半精加工和精加工。数控机床 自动换刀装置可以在加工过程中自动识别需要更换的刀具，并快速、准确地完成换刀操作，保证了加 工过程的连续性和稳定性。
应用案例二：航空航天业
航空航天业对零部件的加工精度和效率要求极高，数控机床自动换刀装置在航空 航天业中也有着广泛的应用。例如，在飞机机身和机翼的制造中，需要使用大型 五轴数控机床进行加工，而大型五轴数控机床的换刀时间较长，影响了加工效率 。
数控机床自动换刀装置的应用，可以大大缩短换刀时间，提高加工效率。同时， 由于航空航天业对零部件的加工精度要求极高，数控机床自动换刀装置的精确性 和稳定性也得到了充分验证，为航空航天业的发展提供了有力支持。
应用案例三：模具制造业
模具制造业是数控机床自动换刀装置的重要应用领域 之一。在模具的制造过程中，需要使用不同种类的刀 具进行粗加工、半精加工和精加工。数控机床自动换 刀装置的应用，可以大大提高模具的加工效率和精度 。
分类与比较
按换刀方式分类
数控机床自动换刀装置可分为机械手换刀和机器人换刀两种 方式。机械手换刀方式具有结构简单、成本低等优点，但换 刀速度较慢；机器人换刀方式具有换刀速度快、精度高等优 点，但结构复杂、成本较高。
按刀库类型分类
数控机床自动换刀装置可分为固定刀库和旋转刀库两种类型 。固定刀库具有容量大、换刀速度快等优点，但结构复杂、 成本较高；旋转刀库具有结构简单、成本低等优点，但容量 较小、换刀速度较慢。
自动换刀装置
为完成对工件的多工序加工而设置的存储及更换 刀具的装置称为自动换刀装置（Automatic Tool Changer, ATC）。 自动换刀装置应当满足的基本要求为：
刀具换刀时间短且换刀可靠。 刀具重复定位精度高。 足够的刀具储存量。 结构简单，便于制造、维修、调整。 布局合理，机床总布局美观大方。
编码识别装置
接触式刀具识别装置的原理
非接触式磁性识别原理图
光导纤维刀具识别原理图
刀座编码方式
对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与 其号码相符的刀座中，换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经 过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库停止旋转。
如图所示为圆盘形刀库的刀 座编码装置。在圆盘的圆周上均 匀分布若干个刀座，其外侧边缘 上装有相应的刀座识别装置2。 刀座编码的识别原理与刀具编码 完全相同.
(6)主轴箱及主轴带着刀具上升；
(7)机床工作台快速向左返回，将刀库 从主轴下面移开，同时将工件移至主轴 数控立式镗铣床
下面，使主轴上的刀具对准工件的加工
面。
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换
这种自动换刀装置只有一个刀库， 不需要其他装置，结构极为简单，然而 换刀过程却较为复杂。 另外，由于刀库置于工作台上，因 而减少了工作台的有效使用面积。这种 换刀装置多用于小型低价位的加工中心。
转塔头主轴通常只适应于工序较少，精度要求 不太高的机床，如数控钻床、铣床等。
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
优点： 省去了自动松、夹、装刀、卸刀以及刀具搬运等一系 列的复杂操作，从而缩短了换刀时间（仅为2s左右）， 并提高了换刀的可靠性。
缺点： 由于空间位置的限制，使主轴部件结构不能设计得十 分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的 刚度，必须限制主轴数目，否则将使结构尺寸大大增加。
机床数控技术及应用-自动换刀装置相关知识
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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6.4.1自动换刀装置的分类
无机械手的换刀装置一般把刀库放在主轴箱可以运动到的位置 ，即整个刀库或刀库的某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置 。刀库中刀具的存放方向一般与主轴箱的装刀方向一致。换刀时 通过主轴和刀库的相对运动执行换刀动作，利用主轴取走或放回 刀具。
机械手换刀是利用机械手实现主轴和刀库间刀具交换的方 式。它可以克服无机械手换刀的缺点，刀具交换速度快， 刀具数量多，刀库布局灵活，使用范围广。但其结构通常 较复杂，制造成本高。
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6.4.1自动换刀装置的分类
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பைடு நூலகம்
6.4.1自动换刀装置的分类
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6.4.1自动换刀装置的分类
（3）刀架定位 刀架体7转动时 带动电刷座 10转动，当转到程 序指定的位置时，粗定位销 15 在弹簧力的作用下进入粗定位 盘6的槽中进行粗定位，同时电 刷13接触导体使电动机1反转。 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 ；
（1）刀架抬起 当数控装置发 出换刀指令后，电动机 1起动 正转，并经联轴器 2使蜗杆 3 转动，从而带动蜗轮丝杠4转动 。刀架体 7的内孔加工有螺纹 与丝杠联结，蜗轮4与丝杠为整 体结构。当蜗轮开始转动时， 由于刀架底座5和刀架体 7上的 端面齿处于啮合状态，且蜗轮 丝杠轴向固定，因此刀架体 7 抬起 。
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
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6.4.1自动换刀装置的分类
在加工中心上，由于刀具被安装于主轴上，换刀必须在主轴 和刀库之间进行，为此，必须设计专门的自动换刀装置和刀 库，其刀具的交换方式通常可以分为无机械手换刀和带机械 手换刀两大类。
数控机床换刀机械手设计说明(全部)之欧阳学创编
毕业设计（论文）任务书课题信息：课题性质：设计□论文□课题来源：教学□科研□生产□其它□发出任务书日期：指导教师签名：年月日毕业设计开题报告摘要本设计主要是对数控机床换刀机械手的设计。
机械手的种类很多，在本次设计中机械手选用回转式双臂机械手。
此次设计主要是对数控机床换刀机械手手部进行设计，完成手部各参数的计算，以及液压传动系统中相关参数的计算和机械手中轴的计算，还有液压控制系统的设计。
它的主要动作是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行交换，其动作循环为：拔刀─新旧刀具交换─装刀。
回转式双臂机械手刀具交换装置具有换刀时间短、动作灵活可靠等.应用最为广泛。
本设计也在一定程度上简化了换刀机械手的结构，以方便数控机床换刀机械手的加工制造过程。
关键词: 数控机床；换刀机械手；手部设计ABSTRACTThe design mainly introduces the design of the robot about CNC machine tool change.Many different types ofrobots, in this designuserotaryrobotmanipulatorarms.Thedesign ofCNC machinetool changemainly onhandto designrobotsto completethe calculation ofthe parameters ofthe hand, and the hydraulic systemrelated parametersin thecalculation andthe calculation ofthe robotaxes, as well as hydraulic control systemdesign.Its mainaction isonthemachinetoolspindleandtoollibrary ortoolto sendthe toolexchangedevice, the movementcycleare:his sword——exchange ofold and newtoolloadedknife.Rotarytoolexchange devicemanipulatorarmswith thetool change timeis short,flexible movementand reliable. It has used widely.This designalways simplify thestructure ofthe robottool changera certainextent, CNC machine toolsto facilitate theprocessingrobottool changingprocess.Keywords：CNC machine tools; Robotictool changer; HandDesign目录1绪论111.1数控技术的基本概念111.1.1我国数控技术的发展概况111.1.2数控机床的组成及特点111.2数控技术的产生与发展121.3加工中心的概况121.3.1加工中心的定义121.3.2加工中心的组成131.3.3换刀机械手的发展现状131.3.4换刀机械手的类型151.3.5机械手设计的目的及意义161.3.6确定机械手设计方案172机械手手部的设计182.1机械手手臂和手爪的设计182.1.1手爪口的计算182.1.2手爪锁的设计与计算212.2弹簧的选择与设计232.3手爪的整体尺寸设计243液压传动系统设计253.1液压传动的概述253.2液压缸的设计273.2.1液压缸的载荷组成及计算273.2.2升降缸的设计283.2.3油缸壁厚的设计313.2.4油缸长度的确定313.2.5油口直径的计算313.2.6缸底厚度计算（缸底有油孔）32 3.3液压回转缸的设计333.3.1回转缸内径的计算333.3.2回转缸壁厚的计算353.3.3缸盖联接螺钉计算363.3.4动片输出轴联接螺钉计算374花键轴的设计384.1花键轴的计算384.1.1轴的材料选择384.1.2轴径的初步计算394.1.3花键轴的校核404.2轴承的选择414.2.1升降缸中轴承的选择414.2.2对于回转缸的轴承选择434.3法兰连接的选择434.4升降缸中(液压缸及活塞杆工作)密封元件43 5机械手液压控制系统设计445.1液压系统图的拟定445.2液压控制元件选用46结论48参考文献49致谢501绪论1.1数控技术的基本概念数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
数控机床原理、结构与维修 第5章 回转工作台与自动换刀系统
5.1 分度工作台
图5-3 齿盘定位分度工作台 1—螺旋弹簧 2、10、11—轴承 3—蜗杆 4—蜗轮 5、6—减速齿轮 7—管道 8—活塞 9—分度工作台 12—液压缸 13、 14—分度齿盘
5.1 分度工作台
5.1.3 鼠牙盘分度工作台 鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面、底座、分度液压缸及鼠牙 盘等零件组成，如图5⁃4所示。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，
图5-8 双蜗杆传动结构 1—轴向固定蜗杆 2—轴向调整蜗杆 3、5—调整垫 4—锁紧螺母
5.2 数控回转工作台
图5-9 数控回转工作台 1—电液脉冲马达 2、4—齿轮 3—偏心环 5—楔形拉紧销 6—压块 7—螺母 8—锁紧螺钉 9—蜗杆 10—蜗轮 11—调整套 12、13—夹紧瓦 14—夹紧液压缸 15—活塞 16—弹簧 17—钢球 18—光栅 19—撞块 20—感应块
5.3 刀架换刀装置
表5-1 自动换刀装置
类
型
回转刀架
特
点
适用范围
各种数控车床，车 削加工中心
转塔式
多为顺序换刀，换 刀时间短，结构简单 紧凑，可容纳的刀具 较少 顺序换刀，换刀时 间短，刀具主轴都集 中在转塔头上，结构 紧凑。但刚性较差， 刀具主轴数受限制
转塔头
数控钻、镗、铣床
5.3 刀架换刀装置
表5-1 自动换刀装置
刀库式
刀具与主轴之间直 接换刀
换刀运动集中，运 动部件少。但刀库容 量受限
用于各种类型的自 动换刀数控机床上， 尤其是对使用回转类 刀具的数控镗铣床类 的立式、卧式加工心。 要根据工艺范围和机 床特点，确定刀库容 量和自动换刀装置形 式
用机械手配合刀库 进行换刀
刀库只有选刀运动， 机械手进行换刀运动， 刀库容量大