自动换刀装置的结构原理与维修修订稿
自动换刀装置控制原理及故障分析
第27 卷第1期2 0 0 9 年1 月西安航空技术高等专科学校学报Journal of Xi an Aerotechnical CollegeVol 2 7 No 1Jan . 2 0 0 9 自动换刀装置控制原理及故障分析罗庚合1, 黄万长2( 1. 西安航空技术高等专科学校机械工程系, 陕西西安710077; 2. 陕西法士特齿轮有限公司, 陕西西安710077)摘要: 加工中心自动换刀装置提高了数控机床的加工效率, 但由于加工中心换刀装置的动作控制比较复杂, 包含机械、电气与PM C、液压和检测等技术, 所以自动换刀装置的故障率比较高, 主要介绍自动换刀装置的类别和控制,自动换刀装置的故障诊断方法, 列举了自动换刀装置的一些常见故障及维修示例。
关键词: 加工中心; 选刀; 刀具交换; 乱刀与掉刀; PM C 诊断; I/ O 状态诊断中图分类号: T H161+ . 21 文献标识码: A 文章编号: 1008- 9233( 2009) 01- 0014- 051 引言4、6、8、12 工位, 有用电动机驱动的正传和反转, 也有用液压系统通过电磁换相阀和顺序阀进行控制加工中心可分为车削中心、镗铣中心和钻削中心等, 加工中心在加工过程中, 要使用多种刀具, 因此必须有自动换刀装置, 以便选择不同刀具, 完成不同工序的加工工艺。
常用的刀库形式有圆盘式刀库, 链式刀库, 格子盒式刀库。
按有无机械手又可分为不带机械手的自动换刀装置和带机械手的自动换刀装置。
按刀库的旋转和机械手的动作驱动方式可分为有液压、气动控制系统和电气与机械联合控制的驱动系统。
随着加工中心数控机床的普及和应用, 自动换刀装置控制过程中的故障率也比较高。
由于自动换刀装置结构比较复杂、控制为机、电、液联合控制, 复杂系数高等原因。
所以加工中心自动换刀装置的故障维修比较困难。
简要叙述换刀装置的分类和特点, 以立式镗铣中心普遍使用的圆盘式加工中心自动换刀装置为例, 分析自动换刀装置的控制原理及常见故障的维修方法。
转塔式自动换刀装置及结构改进
卧式回转刀架典型结构
自动回转刀架的几种形式
(a)螺母升降转位刀架 (b)利用十字槽轮来转位及锁紧刀架 (c)凸台棘爪式刀架 (d)电磁式刀架 (e)液压式刀架
转塔头式换刀装置
转塔头式换刀装置是带有旋转刀具的数控机床上常用的一种换刀装置，这种换刀 装置的转塔头上装有多个主轴，每个主轴上装一把刀具，加工中，通过转塔头自 动转位实现自动换刀。
THE END
感谢大家•Fra bibliotek各类数控机床的自动换刀装置的结构和数控机床的类
型、工艺范围、使用刀具种类和数量有关。数控机床常用
的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见下表。
常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围
类型 转 塔 刀 架 回转刀架 转塔头 刀库与主轴之间直 接换刀 刀 库 式 用机械手配合刀库 换刀 用机械手、运输装 置配合刀库换刀 有刀库的转塔头换刀装置 特点 回转刀架多为顺序换刀换刀时间短，结构简单紧凑， 容纳刀具较少 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 换刀运动集中，运动部件少。但刀库运动多。布局不 灵活，适应性差 刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运动，比刀库作 换刀运动惯性小，速度快 换刀运动分散，有多个部件实现，运动部件多，但布 局灵活，适应性好 弥补转换刀数量不足的缺点，换刀时间短 适用范围 各种数控车床，车削中心机床 数控钻床、镗床 各种类型的自动换刀数控机床，尤 其是对使用回转类刀具的数控镗铣 ，钻镗类立式、卧式加工中心机床 ，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类型， 用于加工工艺范围的立、卧式车削 中心机床 扩大工艺范围的各类转塔式数控机 床
转塔式自动换刀装置及结构改进
演讲提纲
1. 2. 3. 4. 5. 自动换刀装置的意义 自动换刀装置的分类 转塔式自动换刀装置的介绍 结构改进 答谢
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！。
自动换刀装置结构与维护
3)PLC令输出端YOD为“1”，KA6继电器线圈得电，使电磁阀YV2、YV3 线圈通电，从而使汽缸动作，令主轴中刀具放松，同时进行主轴锥孔吹 气。此时SQ9被压下，使I／O输入端X36信号有效。
4)PLC令主轴上移直至刀具彻底脱离主轴(一般Z轴上移到参考点位置)。
5)PLC按最短路径判断出刀库的旋转方向，令输出端YOA或YOB有效，使 刀盘中目标刀具转到换刀位置。刀盘每转过一个刀位，SQ5开关被压一次 ，其信号的上升沿作为刀位计数的信号。
(1)圆盘式刀库换刀
换刀时，主轴移动到换刀位置，圆盘 式刀具库转至所需刀槽的位置，将刀具 从“等待”位置移出至换刀位置，并与 装在主轴内的刀夹配合；拉杆从刀夹中 退出，刀具库前移，卸下刀具；然后刀 具库转到所需刀具对准主轴的位置，向 后运动，将刀具插入主轴并固紧；最后 ，刀具库离开主轴向上移动，回到“等 待”位置，换刀完成。
图6—15 回转插入式换刀装置
4、回转插入式换刀装置
接到换刀指令，换刀机构从“等待 ”位置开始运动，夹紧主轴上的刀具并 将其取下，转至刀具库，并将刀具放回 刀具库；从刀具库中取出欲换上的刀具 ，转向主轴，并将刀具装入主轴；然后 返回“等待”位置，换刀完成。
图6—16 二轴转动式换刀装置
5、回转插入式换刀装置
换刀缸
齿轮
作用
每半年检查加 工中心换刀缸润 滑油，不足时需 要及时添加。
每季度检查加 工中心刀臂式换 刀机构齿轮箱油 量，不足时需要 添加齿轮箱油。
名称 铁屑
传动部分
图示
作用
用气枪吹掉刀库内 的铁屑
每季度在刀臂式刀 库传动部分须及时加 润滑油脂，保持刀套 在刀库上能顺畅转动 及刀库能灵活转动。
6)Z轴下移至换刀位置，压下SQ10，令输入端X37信号有效。
3.8自动换刀装置的工作原理
数控机床控制技术精品在线开放课程河南工业职业技术学院加工中心3.8自动换刀装置的工作原理自动换刀装置已广泛应用于加工中心机床，其功能就是储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换。
它应满足换刀时间短、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。
自动换刀装置 自动换刀装置的工作原理带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成，目前这种换刀方法在数控机床上的应用最为广泛。
由于带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分增强它的刚度，因而能满足精密加工的要求。
这种带刀库的自动换刀装置特别适用加工中心。
链式刀库 盘式刀库加工中心刀库系统盘式刀库盘式刀库的特点是，结构简单，应用较多。
但由于刀具环形排列，空间利用率低，受刀盘尺寸的限制，刀库容量较小，通常容量为15～32把刀。
一般用于小型加工中心。
链式刀库在环形链条上装有许多刀座，刀座孔中装有各种刀具，链条由链轮驱动，链条的形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便于换刀。
刀具的选择方式按照数控装置的选择刀具指令，刀具交换装置从刀库中挑选相应工序所需要的刀具的操作称为自动选刀。
常用的刀具选择方法有顺序选刀方式和任意选刀方式两种。
1.顺序选刀方式顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需使用的刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。
2.任意换刀方式任选刀具的换刀方式可以有刀座编码、刀具编码和刀具记忆等方式。
刀具编码或刀座编码都需要在刀具或刀座上安装用于识别的编码。
1)刀具编码选刀方式2)刀座编码选刀方式3)刀具记忆选刀方式刀具交换装置数控机床的自动换刀系统中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
刀具的交换方式通常分为有机械手换刀和无机械手的换刀。
1.机械手换刀采用机械手进行刀具交换的方式在加工中心中应用较普遍。
刀具交换装置2.无机械手的换刀换刀系统一般是采用把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，同时，刀库中刀具的存放方向一般与主轴上的装刀方向一致。
自动换刀装置及其控制的研究
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。
加工中心自动换刀控制及常见故障分析
4
分别由 Y50.1、Y50.2 控制。
图 4 电动刀库 PMC 接线图 软件完成换刀控制逻辑关系。实现换刀控制过程的流程图如图 5
8
步，即找到了 1 号刀位。 （4） CTR 功能指令（计数指令） CTR 功能指令中，计数指令 01 号计数，地址 C1 为刀库现在的位
置目标位置相差的步数的数据存储地址。R10.4 控制计数器的加计数 或计数器的减计数，X2.1 为 0 时计数器不计数，当 X2.1 为 1 时计数 器计数累加。当计数器累加到定值 R10.5 输出。
5
所示。图 6 为 PMC 控制梯形图。
图 5 换刀控制流程图
6
图 6 换刀控制梯形图
7
例如，加工中心在执行 M06T1 换刀指刀令时的换刀结果是：刀库 中的 T1 刀装放轴。
（1）DSCH 功能指令（检索功能） 当 CNC 读到 T1 指令代码信号时，将此信号信息送入 PMC。当 PMC 接 到寻找新刀具的指令 T1 后（FT3 为“1”）在模拟刀库的刀号数据表 中开始 T 代码数据检索出来存入 F26 地址单元中。然后 将 1 号刀所 在数据表中的序号 1 存入到检索结果输出地址 D100 中，同时 R10.2 为“1”。由于 R9091.0 为“0”。即断开，所以 DSCH 功能指令按规定 2 位 BCD 码处理数据。
调整螺钉
先用扳手旋转 ATC 来确认是否夹刀
刀臂弯曲
位置正确，如果高度已修正仍不能
自动换刀原理 -回复
自动换刀原理-回复自动换刀原理：提高生产效率的机械装置自动换刀是一种广泛应用于工业生产中的机械装置，它可以实现自动化的刀具更换，从而提高生产效率和降低人力成本。
本文将详细介绍自动换刀的原理和工作过程，以及它在不同行业和领域中的应用。
第一部分：自动换刀的基本原理自动换刀是通过机械装置和控制系统的配合实现的。
其中，机械装置包括刀库、刀臂、夹具等部件，控制系统则负责指挥机械装置的动作和刀具的更换。
1. 刀库：刀库是自动换刀系统存放刀具的地方。
它通常由多个刀位组成，可以同时容纳多个不同的刀具。
2. 刀臂：刀臂是连接刀库和主轴的组件，其上安装了夹具用于固定刀具。
刀臂能够在刀库和主轴之间移动，从而实现刀具的换取和送达。
3. 夹具：夹具是将刀具固定在刀臂上的装置。
它可以根据刀具的形状和尺寸进行调整，确保刀具在切削时的稳定性和准确性。
4. 控制系统：控制系统是自动换刀的核心部分，它可以通过编程和传感器的反馈实现对自动换刀过程的控制。
控制系统可以提前设定好刀具的使用顺序和换刀时机，实现切削过程中的自动换刀。
第二部分：自动换刀的工作过程自动换刀的工作过程可以分为几个步骤：刀具检测、刀具选取、刀具固定、刀具送达等。
1. 刀具检测：在自动换刀开始之前，系统首先会对刀库中的刀具进行检测。
这个过程主要通过传感器来实现，传感器可以检测刀具的类型、状态和位置等信息。
2. 刀具选取：根据刀具检测的结果，控制系统会选择合适的刀具进行换取。
通常情况下，控制系统会根据加工工艺和产品要求等因素进行判断，选择最为适合的刀具。
3. 刀具固定：选中刀具后，刀臂会移动到刀库中，将夹具固定在刀具上。
固定完成后，刀臂会将刀具从刀库中取出，并抬升到适当的高度。
4. 刀具送达：刀臂将固定好的刀具送达到主轴处。
主轴是切削过程的关键部分，它负责旋转刀具并实现切削操作。
5. 切削过程：在刀具送达到主轴处后，主轴开始旋转，刀具开始进行切削操作。
在切削过程中，控制系统会实时监测刀具的磨损情况，一旦刀具磨损超过设定的阈值，系统会自动发出换刀信号。
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自动换刀装置的结构原
理与维修
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自动换刀装置的结构原理与维修2007-09-26 01:24:39?作者：来源：文字大小：【】【】【】
简介：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
关键字：
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。
回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。
2．更换主轴头换刀
在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种简单换刀方式。
主轴头通常有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。
在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具。
当发出换刀指令时，各主轴头依次地转到加工位置，并接通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。
图8-18为卧式八轴转塔头。
转塔头上径向分布着八根结构完全相同的主轴7，主轴的回转运动由齿轮12输入。
当数控装置发出换刀指令时，先通过液压拨叉将移动齿轮3与齿轮12脱离啮合，同时在中心液压缸14的上腔通压力油。
由于活塞杆和活塞15固定在底座上，因此中心液压缸14带着由两个推力轴承17和16支承的转塔刀架体18抬起，离合器2和1脱离啮合。
然后压力油进入转位液压缸，推动活塞齿条，再经过中间齿轮使大齿轮4与转塔刀架体18一起回转45o，将下一工序的主轴转到工作位置。
转位结束后，压力油进入中心液压缸14的下腔，使转塔头下降，离合器2和1重新啮合，实现了精确的定位。
在压力油的作用下，转塔头被压紧，转位液压缸退回原位。
最后，通过液压拨叉移动齿轮3，使它与新换上的主轴齿轮12相啮合。
为了改善主轴结构的装配工艺性，整个主轴部件装在套筒5内，只要卸去螺钉1 0，就可以将整个部件抽出。
主轴前轴承9采用锥孔双列圆柱滚子轴承，调整时，先卸下端盖6，然后拧紧螺母8，使内环做轴向移动，以便消除轴承的径向间隙。
为了便于卸出主轴锥孔内的刀具，每根主轴都有操纵杆13，只要按压操纵杆，就能通过斜面推动杆11，顶出刀具。
转塔主轴头的转位、定位和压紧方式与鼠齿盘式分度工作台极为相似，但因为在转塔上分布着许多回转主轴部件，使结构更为复杂。
1、2一离合器 3、4、12一齿轮 5一套筒 6一端盖 7一主轴 8一螺母
9、16、17一轴承 10一螺钉 1l一推动杆 13一操纵杆 14一液压缸 15一活塞 18一转塔刀架体
由于空间位置的限制，主轴部件的结构不可能设计得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。
为了保证主轴的刚度，主轴数目必须加以限制，否则将会使结构尺寸大为增加。
转塔主轴头换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作。
从而提高了换刀的可靠性，并显着地缩短了换刀时间。
但由于上述结构上的原因，转塔主轴头通常只是用于工序较少、精度要求不太高的机床，例如数控钻床等。
3．带刀库的自动换刀系统
带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成。
首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调整后，按一定的方式放入刀库中去。
换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，在进行交换刀具之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。
存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外，并由搬运装置运送刀具。
与转塔主轴头相比较，由于带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分增强它的刚度，因而能满足精密加工的要求。
另外，刀库可以存放数量很大的刀具，因而能够进行复杂零件的多工序加工，这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。
所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻床、数控铣床和数控镗床。