链式刀库
加工中心40刀刀库（链式刀库）-说明书
加工中心40刀刀库(链式刀库)-说明书第一章绪论本章首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势,再具体到本次设计针对的刀库的任务要求,明确了本设计任务的主要内容。
引言1952年世界上出现了第一台数控机床,使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。
1958年第一台加工中心问世,它将多工序(铣、钻、镗、铰、攻丝等)加工集于一身;适应加工多品种和大批量的工件;增加机床功能(自动换刀、自动换工件、自动检测等),使自动化程度和加工效率上了一个新台阶;使无人化(或长时间无人操作)加工成为现实。
90年代以来,数控加工技术得到迅速的普及及发展,数控加工中心在制造业得到越来越广泛的应用。
目前国内企业生产制造的加工中心主要是面向生产领域,其结构复杂、精度高、封闭性强,价格昂贵。
加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。
加工中心是数控机床的代表,是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备,受到世界各工业发达国家的高度重视,技术迅速发展,品种和数量大幅度增加,成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。
加工中心简介加工中心的发展简史1952年世界上出现第一台数控机床,使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。
它用易于修改的数控加工程序进行控制,因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性,容易适应加工件品种的变化,进行多品种加工。
它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制,因为有更高的自动化程度和加工效率,大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工的状况。
数控机床能实现两坐标以上联动的功能,其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得多。
1958年第一台加工中心在美国卡尼、特雷克(Kearney&Trecker)公司问世。
现代加工中心的内容是什么?第一,它是在数控镗床或数控铣床的基础上增加自动换刀装置,可使工件在一次装卡中,能够自动更换刀具,自动完成工件上的铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等工序的数控机床。
链刀、盘式。斗笠式刀库
链式、盘式、斗笠刀库刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。
藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、搪孔、攻牙等。
一、圆盘式刀库圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。
操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。
1. 制造成本低。
主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。
装配调整比较方便，维护简单。
一般机床制造厂家都能自制。
2. 每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡板靠近（距离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。
并以此为计数基准，“马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。
只要机床不关机，当前刀号就被记忆。
刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。
如要换10号刀，刀库是顺时针转。
机床关机后刀具记忆清零。
3. 固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削到另一次切削）。
4. 圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把。
)圆盘刀库。
如图7.1(b)-(g)所示，存刀量少则6把-8把，多则50把-60把，有多种形式。
图7.1(b)所示刀库，刀具径向布置，占有较大空间，一般置于机床立柱上端。
图7.1(c)所示刀库，刀具轴向布置，常置于主轴侧面，刀库轴心线可垂直放置，也可以水平放置，较多使用。
图7.1(d)所示刀库，刀具为伞状布置，多斜放于立柱上端。
认识刀库与机械手的结构
机械故障
所谓机械故障，就是指机械系统(零件、组件、部件、整台设备乃至一系列的设备组 合)因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。数控机床机械故障的分类如表4—7所 示，其特点见表4—8
数控机床机械故障的分类
数控机床的特点
：数控机床常发生的故障为哪种？
任务巩固
一、填空题
1.无机械手换刀的方式是利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换。 2.刀库一般使用电动机或液压系统来提供转动动力，用刀具运动机构来保证换刀的可靠性，用定 位机构来保证更换的每一把刀具或刀套都能可靠地准停。 3.刀库的功能是储存加工工序所需的各种刀具，并按程序指令，把将要用的刀具准确地送到换刀 位置，并接受从主轴送来的已用刀具。 4.常见机械手的形式有单臂单爪回转式机械手、单臂双爪摆动式机械手、单臂双爪回转式机械手、 双机械手、双臂往复交叉式机械手及双臂端面夹紧机械手六种。
JCS-018A刀库结构图
3.链式库的结构
方形链式刀库示意图
刀套的准停 1—定位插锁 2—定位盘 3—链轮 4—手爪
：数控机床上常用的刀库还有哪几种形式？其结构是怎样的？
二、机械手
1.机械手的形式与种类
常见机械手实物
单臂单爪回转式机械手
单臂双爪摆动式机械手
单臂双爪回转式机械手
双机械手
双臂端面夹紧机械手 机械手形式
D.校核
6.目前在数控机床的自动换刀装置中，机械手夹持刀具的方法应用最多的是（ A ）。
A.轴向夹持
B.径向夹持
C.法兰盘式夹持
7.加工中心刀具交换装置有（ C ）等类型。
A.无机械手换刀 B.机械手换刀 C.A、B均正确 D.A、B均不正确
8.不同的加工中心，其换刀程序是不同的，通常选刀和换刀（ D ）进行。
链式刀库本体模态分析和优化设计
摘
要： 简要介 绍运 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ和 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ进行链式刀库本体 的有 限元分析的方法。为 了达到设计轻量化 、 低成
本 的产 品的 目标 ， 对本体进行 了有预应力的模 态分析 ， 得 到 了本体应力、 应 变、 固有频 率等的仿真参数 ． 对本体 结构的 机械强度和 固有频率进行 了校核 ， 分析得到 了本体的危险位置 ， 并且根据分析的结果对本体进行 了轻量化设 计。结果 表 明， 在保证 满足本体设计要 求的情 况下， 显著减轻 了本体的质量 ， 同时给 出了本体 的优化 方案 ， 为同类结构的设 计和
ｍ ａ ｇ ａ ｚ ｉ ｎ ｅ ， ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｏ ｆｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｗ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ， ｌ ｏ ｗ ｃ ｏ ｓ ｔ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｗ ａ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ － ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． ｅ ６ ｏ ’ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒａ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｆｔ ｏ 胁ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ， ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｎ ， ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｌｆ ａ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ， ｅ ｔ ｃ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｃ ｈ ｎｉ ａ ｃ ｌ ａ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｔｕ ａ ｒ ａ ｌ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｅ ｄ ． Ａ ｎ ｄ ｃｃ ａ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｄ ｙ ｗ ａ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ Ｏ Ｕ ｔ ａ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｗ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｓｅ ａ ｆｇ ｏ ｕ ｒａ ａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｔ Ｏ ｍ ｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｄ ｙ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ｎｉ ｔ ｙ ｆｔ ｏ ｈ ｅ ｂ ｏ ｉ ｓ ５ ｃ ｎｔ ａ ｌ ｙ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ． Ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ｔ ｉ ｍ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｔ ａ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ Ｗ ｓ ａ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ｅ ｄ ， ｎｄ ａ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ａ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ
加工中心刀库形式
加工中心刀库形式13数控技术一田磊 135307127摘要：加工中心有立式、卧式、龙门式等多种，其自动换刀装置的形式更是多种多样，换刀的原理及结构的复杂程度也各不相同，除利用刀库进行换刀外，还有自动更换主轴箱、自动更换刀库等形式。
利用机械手实现换刀，是目前加工中心大量使用的换刀方式。
由于有了刀库，机床只要有一个固定的主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。
独立的刀库，大大增加了刀具的存储数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度的因素。
刀库用于存放刀具，它是自动换刀装置中的主要部件之一。
根据刀库存放刀具的数目和取刀方式，刀库可设计成不同类型。
关键词：加工中心自动换刀刀具刀库AbstractMachining center has a vertical, horizontal, gantry, etc, the automatic tool change device form is varied, the principle of tool change and the complexity of the structure are different, in addition to the use of knife library for tool change, and automatically change the spindle box, automatically change the knife library, etc. Using manipulator to realize too change, is the way of tool change is widely used in machining center. Library with the knife, as long as there is a fixed axis machine tool clamping tool, to improve the spindle stiffness. Independent of knife library, greatly increases the storage quantity of cutting tool, which helps to expand the function of machine tool, and can be well isolated various factors that affect the machining accuracy. Knife library to hold the cutting tool, it is one of the main components of automatic tool change device. According to the number of inventory to put the knives and take knife, knife library can be designed into different types.Keywords:processing center automatic tool change the cutting tool knife library1、引言自动换刀数控机床多采用刀库式自动换刀装置。
加工中心刀库形式
加工中心刀库形式摘要：加工中心有立式、卧式、龙门式等多种，其自动换刀装置的形式更是多种多样，换刀的原理及结构的复杂程度也各不相同，除利用刀库进行换刀外，还有自动更换主轴箱、自动更换刀库等形式。
利用机械手实现换刀，是目前加工中心大量使用的换刀方式。
由于有了刀库，机床只要有一个固定的主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。
独立的刀库，大大增加了刀具的存储数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度的因素。
刀库用于存放刀具，它是自动换刀装置中的主要部件之一。
根据刀库存放刀具的数目和取刀方式，刀库可设计成不同类型。
关键词：加工中心自动换刀刀具刀库AbstractMachining center has a vertical, horizontal, gantry, etc, the automatic tool change device form is varied, the principle of tool change and the complexity of the structure are different, in addition to the use of knife library for tool change, and automatically change the spindle box, automatically change the knife library, etc. Using manipulator to realize too change, is the way of tool change is widely used in machining center. Library with the knife, as long as there is a fixed axis machine tool clamping tool, to improve the spindle stiffness. Independent of knife library, greatly increases the storage quantity of cutting tool, which helps to expand the function of machine tool, and can be well isolated various factors that affect the machining accuracy. Knife library to hold the cutting tool, it is one of the main components of automatic tool change device. According to the number of inventory to put the knives and take knife, knife library can be designed into different types.Keywords:processing center automatic tool change the cutting toolknife library1、引言自动换刀数控机床多采用刀库式自动换刀装置。
20 刀架刀库类故障
3.刀具的选择方式 (3)
刀座编码选择(3) • 临时性编码，也称钥匙编码，它采用了一种专用 的代码钥匙，并在刀座旁设专用的代码钥匙孔。 编码时先按加工程序的规定给每一把刀具系上表 示该刀具号码的代码钥匙，在刀具任意放入刀座 的同时，将对应的代码钥匙插入该刀座旁的代码 钥匙孔内，通过钥匙把刀具的代码记到该刀座上， 从而给刀座编上了代码。
3.刀具的选择方式 (4)
任意选刀（1） • 就是利用软件选刀。它代替了传统的编码环和识 刀器，在这种选刀与换刀方式中，刀库上的刀具 与主轴上的刀具直接交换，即随机任意选刀换刀。 • 主轴上换上的新刀号及还回刀库中的刀具号，均 在计算机 ( 或可编程序控制器 ) 内部相应的存储单 元记忆，不论刀具放在哪个地址，都始终能跟踪 记忆。 • 这种刀具选择方式需在计算机内部设置一个模拟 刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库 的刀座位置数和刀具号相对应。这种方法主要用 软件完成选刀，从而消除了由于识刀装置的稳定 性、可靠性所带来的选刀失误。
7.经济型数控车床刀架越位故障
①反靠装置不起作用，应检查反靠定位销是否灵活， 弹簧是否疲劳 ②反靠棘轮与螺杆连接销是否折断 ③使用的刀具是否太长
8.刀塔部位故障 ①刀塔转位异常 a.刀塔抬起、落下开关信号不正常（更换开关） b.转塔记数开关信号不正常（调整开关位置） c. 传动凸轮磨损（拆修转塔刀架机械，更换凸轮） d. 转塔卡紧的机械系统故障（调整转塔卡紧的机 械系统） e.松开转塔的输入信号有问题 ②刀号不对 a.刀位开关松动（调整刀位开关位置） b.到位开关损坏（更换） c.刀号串（调整刀号）
3.刀具的选择方式 (1)
顺序选择(2) • 顺序选择方式具有结构简单，工作可靠等优点。 • 由于刀库中的同一规格的刀具在不同的工序中 不能重复使用，因而必须相应的增加刀具的数 量和刀库的容量，这样就降低了刀具和刀库的 利用率。 • 人工装刀操作必须十分谨慎，如果刀具在刀库 中的顺序发生差错，将会造成设备或质量事故。
第二代链条式刀库安全操作及保养规程
第二代链条式刀库安全操作及保养规程刀具是机械加工中不可或缺的工具之一，而对于刀具的使用与保养也是非常重要的。
在这里我们介绍第二代链条式刀库的安全操作及保养规程。
一、安全操作手册1.1 入门准备在开始使用前，要确定所有部件是否完好，确认刀具是否固定牢固。
检查所有部件是否清洁并无损坏。
检查链条式刀库安装是否正确，是否有任何异物。
确认该设备的电源电压符合当地电源电压。
1.2 基本操作要领1.确定刀库上所有刀具和刀头的状况，选择所需的刀具和刀头进行操作。
2.确保每次使用前均清洁刀具和刀头。
3.确认切削深度和切削速率适宜后，打开刀库后盖并选择所需刀具和刀头。
4.滑动刀台便可完成刀具更换，并调整刀头的距离和角度。
5.确认刀具和刀头的稳固固定。
1.3 额外的安全操作在运行和操作链条式刀库时，请务必注意以下事项：1.确认没有任何人员靠近链条式刀库，并保持安全距离。
2.避免将手伸入链条式刀库内部或触摸其中任何活动部件。
3.确认刀具和刀头在操作期间不会受损或脱落，并在发现异常情况时停止工作并检查原因。
4.在停止使用链条式刀库后，请关闭电源。
二、保养检查手册为确保您的第二代链条式刀库正常运行并寿命长久，我们提供以下保养检查手册。
2.1 操作期间保养1.常规清洁：在日常操作期间，请保持设备的外部干净整洁，防止杂物进入设备内部。
2.轴承润滑：在日常操作期间，十分重要的是要定期润滑链条式刀库的轴承，以防止因磨损而导致的故障。
润滑周期取决于使用的频率，但在使用前后加油是必要的。
3.切削和刀具磨损：要注意观察切削质量及刀具磨损程度，并根据需要进行更换。
2.2 定期保养1.加油：使用过程中，应定期为设备添加适量的润滑油，以保证轴承能够正常工作。
2.更换刀头和刀具：刀具和刀头磨损到一定程度后，需要及时更换。
不及时更换会影响切削质量，缩短设备的使用寿命。
3.常规维护：在更换刀头和刀具时，及时对设备进行常规的维护和保养工作，以确保设备寿命长久。
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摘要：链式刀库刀具容量大，但刀库定位精度低。
文章介绍了SDL120数控链式刀库的模拟电子检控电路及其控制方案，解决了链式刀库快速和精确定位的问题。
链式刀库的链条式结构，决定了刀库自身存在着明显的缺陷：机械刚性差、传动间隙大，从而造成刀库定位精度差，常引起机床故障。
我厂开发的SDL120数控链式刀库中，采用了模拟电子检控电路，很好地解决了链式刀库快速和精确定位的问题。
SDL120数控链式刀库的主要参数：刀具容量为120 把：刀具锥度为ISO50：最大刀具直径为250mm：最大刀具长度为500mm。
图1
图2
图3
SDL120数控链式刀库主要由蜗轮减速箱、链式刀具存储仓、机械手穿梭装置和机械手等部分组成。
该刀库链式存储仓由伺服电动机经圆柱蜗杆减速箱驱动，位置环开环控制，存储仓刀座依靠编码器进行刀具号译码，由模拟电子检控电路(图1)完成精确定位。
各部分功能简述如下
链条及刀座部分链条上有120 个刀座，用于存放120 把刀具，整个链条由伺服电动机驱动。
模拟接近开关
输出电压(或电流)与物体和接近开关之间的距离为近似线性关系。
由于刀具的刀柄是圆形结构，两个接近开关为平行安装，所以当移动的刀柄随着链条的转动从某一方向经过两
个接近开关时，两个接近开关各输出一个近似正弦规律变化的电压信号，两个信号存在着一个相位差，如图2 所示。
比较电路
把两个模拟电压信号进行比较，并做出如下判断：输出比较结果先达到正最大值则刀库链正向转动：输出比较结果先达到负最大值则刀库链反向转动：输出比较结果由正负最大值转换为“0”，则该刀座位于两个接近开关正中位置，即刀库精确定位位置。
通过调整零位置窗的阈值大小，可调整刀座的定位精度。
窗口值偏大则定位精度低，偏小则导致刀库链抖动，无法完成定位，这正是不采用闭环控制的原因。
逻辑处理电路
逻辑处理电路是刀库定位控制的核心，主要完成如下功能：计算最佳找刀路径：控制链条正反转及起停：快速找到要求刀座的精定位区：控制精确定位及输出定位完成信号。
通信接口电路
用于逻辑处理电路和机床PLC之间进行信息交换。
如机床PLC给出的找刀指令、定位指令、抓刀指令、放刀指令、机械手控制指令和要求的刀号等，逻辑单元提供定位完成信号、刀座有刀信号、机械手到位信号等。
手动控制电路
主要用于操作者进行刀具更换、调整以及生产调试和机床维护。
给定电路
完成把来自逻辑控制电路的给定信号和手动控制电路的给定信号转换成伺服驱动要求的给定信号。
伺服驱动电路及电动机
用于驱动刀库链的转动。
我们选用了SIEMENS 611A系列的伺服系统及其相应电动机。