加工中心斗笠式刀库换刀装置设计
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 ：
毕业设计-斗笠式刀库控制装置
斗笠式刀库控制实验装置设计摘要随着数控加工技术的普及与发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。
自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。
刀库作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。
本文介绍了在教学当中斗笠式刀库自动换刀控制实验装置的总体设计方案，开发了自动换刀控制系统的硬件和软件，并对斗笠式刀库自动换刀过程进行组态设计，实现了对自动换刀动作的动态监控，生动直观的展示了换刀动态过程，便于技术维修和学生观察自动换刀机构和PLC的运行状态，尽快定位故障点、排除故障。
关键词：斗笠式刀库，自动换刀控制，组态设计，动态监控，西门子802c数控系统Design of control device of bamboo hat type tool magazineLaboratoryABSTRACTAlong with the popularization and development of NC machining technology,high speed machining center as a representative of a new era of CNC machine tools, has been widely used in the field of machine tools.Development of automatically change the knife base has exceeded its NC Center for supporting the role of the development of unique products, to meet the high-precision machine tools, high efficiency, high reliability and more complex tasks such as the concept of technology in their unique areas of.As one of the most important part of machining center tool magazine, itsdevelopment will determine the processing center. This paper introduces the overall design scheme of control experimental device of automatic tool changing hats in teaching tool library, automatic tool change control system hardware and software development, and the bamboo hat type tool process of configuration design, the realization of the dynamic monitoring and automatic tool chan ging motion control, vivid and intuitive display tool changing dynamic process, facilitating technical repairand students to observe the automatic tool change mechanism and the running state of the PLC, as soon as possible to locate the fault point, fault elimination.KEY WORDS:Bamboo hat type knife, automatic tool change control, configuration design,dynamic monitoring, Siemens 802C CNC system目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1综述 (1)1.1数控教学实验装置分析 (1)1.1.1 数控铣床试验台不同实验装置形式分析 (1)1.1.1.1 数控铣床电气控制与维修实训台（西门子） (1)1.1.1.2 数控铣床电气控制与维修实训台（半实物/西门子） (1)1.1.1.3 数控铣床电气控制与维修实训台（实物/西门子） (3)1.1.2 组态软件在当前数控教学中的应用 (4)1.1.3 本设计在教学中的意义 (4)1.2 组态王应用 (5)1.2.1 建立组态王新工程 (6)1.2.2 创建组态画面 (8)1.2.3 定义I/O设备 (9)1.2.4 构造数据库 (12)1.2.5 建立动画连接 (13)1.2.6运行与调试 (15)2 斗笠式刀库实验室控制装置总体方案设计 (16)2.1数控加工加床刀库形式 (16)2.2 斗笠式刀库控制过程分析 (18)2.3 斗笠式刀库实验室控制装置硬件测绘 (19)3 斗笠式刀库实验室控制装置软硬件控制系统设计 (21)3.1 硬件电气系统 (21)3.2 数控程序控制原理与程序设计 (22)3.3 PLC换刀程序设计原理与程序设计 (23)3.3.1 刀库旋转方向、旋转步数计算 (24)3.3.2 主轴松刀、紧刀程序设计 (24)3.3.3 刀库旋转程序设计 (26)3.3.4 刀库前进、后退程序设计 (26)4 斗笠式刀库实验室模拟控制装置设计 (27)4.1 斗笠式刀库实验室模拟控制装置设计画面设计 (27)4.2 接口数据库的建立 (28)IV4.3 命令语言设计 (30)5 基于802c数控系统的斗笠式刀库实验室装置的联机调试 (30)5.1组态王与数控系统联机调试 (30)5.1.1 组态王设置 (30)5.1.2 数控系统设置 (34)5.2 联机调试结果分析 (34)总结 (35)参考文献 (36)附录Ⅰ (37)附录Ⅱ (41)斗笠式刀库控制实验装置设计 11 综述随着制造业的迅速发展以及国家对制造行业的高度重视，在制造业教学中实验装置层出不穷，在很大程度上提高了教学质量，但是由于部分实验装置的缺失又阻碍了教学工作的有效进行。
代系统斗笠式刀库换刀规划
目的和意义
随着制造业的快速发展，高效、高精度的数控机床在加工领域的应用越来越广泛。
斗笠式刀库作为数控机床的关键组成部分，其换刀规划的合理性和高效性对整个加 工过程的效率和质量具有重要影响。
本研究旨在针对斗笠式刀库的换刀过程进行优化规划，以提高加工效率、降低刀具 磨损和减少空程时间，为实际生产提供理论支持和实践指导。
05
实际应用与效果评估
应用案例介绍
案例一
某机械加工企业，采用斗笠式刀库进 行自动化换刀。通过合理的换刀规划 ，实现了加工效率的提高和成本的降 低。
案例二
某汽车制造企业，在生产线上采用斗 笠式刀库进行换刀。通过优化换刀策 略，减少了非加工时间，提高了生产 线的整体效率。
效果评估方法
对比分析法
将实施斗笠式刀库换刀规划前后的加工效率、换刀时间、成本等 数据进行对比，分析其变化情况。
统计分析法
对大量的数据进行统计分析，了解斗笠式刀库换刀规划在实际应用 中的表现和趋势。
专家评估法
邀请行业专家对斗笠式刀库换刀规划的实际效果进行评估，给出专 业意见和建议。
效果评估结果
加工效率提高
通过合理的换刀规划，减少了换刀时 间，提高了加工效率。
成本降低
优化了换刀策略，减少了不必要的浪 费，降低了生产成本。
代系统斗笠式刀库换刀规划
目录
• 引言 • 斗笠式刀库换刀系统概述 • 换刀规划算法 • 换刀规划系统实现 • 实际应用与效果评估 • 结论与展望
01
引言
主题简介
01
斗笠式刀库是数控机床中常用的 一种刀库形式，具有存刀量大、 换刀速度快等优点。
02
换刀规划是数控加工中的重要环 节，合理的换刀规划可以提高加 工效率、减少空程时间和刀具磨 损。
新代系统斗笠式刀库换刀规划
2019/3/18
斗笠式刀库换刀动作故障及排除方法
根据以上的分析,可以总结换刀故障的处理思路
T1 刀 盘
打刀缸
Z+
抬刀点 Pr3409
主
T2
轴
换刀点 Pr2803
主轴刀号: 1
2019/3/18
1 1
0 1
0 2
2 2
6
刀盘刀号: 2
斗笠式刀库换刀动作异常中断 斗笠式刀库换刀流程小结
1.换刀流程由十二个动作组成 2.每个动作按照固定的顺序依次执行 3.每个动作相互制约和限制
4.每个动作的执行都必须满足相关的约束条件
主轴定位解除m05中断斗笠式刀库换刀动作异常中断进入jog模式按键退回刀库进入刀表编辑画面根据实际主轴刀号修改刀表上的数据如果主轴无刀可设定主轴刀号为0进入jog模式按键退回刀库进入刀表编辑画面根据实际主轴刀号修改刀表上的数据如果主轴无刀可设定主轴刀号为0进入jog模式按键退回刀库进入刀表编辑画面根据实际主轴刀号修改刀表上的数据如果主轴无刀可设定主轴刀号为0202011手动初始化刀库系统斗笠式刀库换刀动作异常中断的处理进入手动模式jog退回刀盘按键aux7或者复位按键取下主轴上的刀具如果无法松刀则修改刀表中的主轴刀号为1取下刀盘一号刀爪上的刀具参数3407手动调整刀库0
5
刀盘刀号: 2
一.主轴停止(M05) 二.刀盘旋转至主轴目前刀号 三.主轴定位(M19)
一种斗笠式刀库换刀宏程序的设计
Ｎ２ ５ ０ Ｇ ０ ４ Ｘ０ ． ５（ 暂停 ０ ． ５ ｓ ）
Ｎ２ ６ ０ Ｍ８ ３（ 刀 库 向右 靠 近 主 轴 ）
牲
Ｎ２ ７ ０ Ｇ０ Ｔ０ １ ６Ｏ
ＮＳ ０ Ｍ８ １（ Ｔ Ｊ 库准备好使 能）
Ｎ９ ０ Ｍ８ ３（ Ｔ Ｊ 库 向右 靠 近 主 轴 ） Ｎ１ ０ ０ Ｇ ０ ４ Ｘ ０ ． ５（ 暂停 ０ ． ５ ｓ ）
Ｎ１ １ ０ Ｍ１ １（ 主轴松刀）
根据 实 际 换 刀 过程 中可 能 出现 的情 况 ， 若换 刀 指令要 求 的刀 具 号 和 主轴 上 原 有 的 刀具 号 一 致 ， 说 明不需 要 执 行 换 刀 过 程 ， 则 数控 系统 Ｐ ＭＣ 信 号
设 计
Ｎ１ ８ ０ Ｍ１ ０（ 主轴夹紧刀具）
计 算
Ｎ１ ９ ０ Ｍ８ ５（ 存储刀号 ）
Ｎ２ ０ ０ Ｍ８ ４（ 刀 盘 向左 远 离 主 轴 ）
Ｎ ２１ Ｏ Ｇ ０ Ｔ Ｏ ２８ ０
Ｎ２ ２ ０ Ｇ ９ １ Ｇ３ ０ Ｐ ２ Ｚ ０（ ｚ轴移动到第二参考点）
释。
Ｏ９ ０ ０ １
宏程 序 的接 口输 入 信 号 ， 分 别 对 应 系统 Ｐ ＭＣ 中 的 Ｇ５ ４ ． ０ 、 Ｇ５ ４ ． １ 、 Ｇ５ ４ 。 ２ ， 通过“ 读 取” 这 几 个 系 统 变 量， 就可 以知 道 对 应 接 口输 人 信 号 的状 态 。 当相 应
的输 入 点 （ 即 Ｇ５ ４ ． ０ ～Ｇ５ ４ ． ２ ） 接通时 ， 对 应 的 变 量 值为 １ ， 否 则 变量值 为 ０ ＿ ２ ］ 。 ＃１ ０ ０ ０（ Ｇ ５ ４ ． Ｏ ） ： 判 断指令 Ｔ代 码 和 主轴 上 的 刀 具号 是否 一致 ， 若 一致 ， 则 ＃１ ０ ０ ０ —１ 。 ＃１ ０ ０ １（ Ｇ ５ ４ ． １ ） ： 判 断 指 令 主 轴 上 刀 号是 否 为
基于802DSL数控系统斗笠式刀库自动换刀程序设计
位
位
一
２ ； ）
一
Ｔ ７ 储存主轴还刀刀位临时值 ； Ｍ［ ］
Ｔ ０ Ｍ［ ］表 示 刀库旋 转找 刀 的 ３种情 况 。 刀库就 近找 刀 ３种 情况 及 其 刀 位差 一 Ｓ Ｒ［ ］ ＺＦ ０ 的
Ｖ ４ ０ ０ ０ 说 明任 务 已完成 。 固定循 环 一 旦 发 现 ￥ Ｂ ９０ ０ １
Ａ
—
（） 刀 ： ３换 主轴 上有 刀具 ， 先将 主轴 上 刀具 还 回刀 库 原 来位 置上 ， 将 目标 刀 具取 到主 轴上 。 再 斗笠 式刀 库采 用 固定 刀位 管 理 ， 具 号 与 刀 库 刀 刀 位 号 相 同 ， 了使用 方便 ， 为 我们 对 程序设 计 提 出 ３点 要
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｕ ｏ ａ ｉ ｔ ｏ ｈ ｎ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔｐ ｓｇ ｆ ｔ ｍ ｔ ｏ ｌ ａ ｇ ｒ ｇ ａ ｆ ｒａ ｍｌｓ ｙ ｅ ａ ｃ ｃ
ＡＴＣ ｂ ｓ ｄ ｏ ０ ａ ｅ ｎ ８ ２ ＳＬ ＣＮＣ ｓ ｓｅ Ｄ ｙ ｔ ｍ
Ｋ ｙ ｏ ｄ ： ｒ ｌ ｓ Ｄ ｕｉ ｙ ｅＡ ｅ； ｒｇａ ａ ｌ Ｌ ｇｃＣ ｎｒｌ ｒ Ｕ ｅ ａ ；Ｓｓ ｍ Ｖ ｒ ｂｅ Ａ ｔｍ ｔ ｅｗ ｒｓ Ａ ｍｅ （ ｏｌ ｓ ）Ｔ ｐ Ｔ Ｐｏｒｍｍ ｂｅ ｏｉ ｏ ｔ ｌ ； ｓｒＤ ｔ ｙｔ ａ ａ ｌ； ｕｏ ａ ｃ ｏｅ ａ ｅ ｉ ｉ
２ ０ ０ ９
孙 德茂 ） （ 收稿日 ２１－０ ２） 期： １１—０ ０
如果 您想发表对本文的看法。 请将文章编号填入读者意见调 ｒ Ｎ ｅ ｎ ａ
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。
加工中心换刀装置的设计
XKA5032A/C数控立式铣床自动换刀装置设计摘要本设计介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置（刀库式）的设计，刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。
它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置。
换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。
存放刀具的刀库具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。
设计成采用轴向放置的鼓盘式刀库形式和回转式双臂机械手组成。
刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。
用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。
该法不需要刀具识别装置，驱动控制也比较简单，工作可靠。
数控铣床用4把刀就可完成大多数的铣削加工。
所以这个容量为6把刀的刀库，几乎不存在加工过程中需要重复利用刀具的情况，所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。
两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠，换好时间短，缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。
一般来说，这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直，刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置，因此，在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。
关键词：数控铣床，自动换刀装置，刀库，换刀机械手The XKA5032A/C Number Controls The Sign Type Working Panel Miller To Change The Knife DeviceABSTRACTthe introduction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute.The knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife position in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesn't need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility. scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so theknife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have.Two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device.KEY WORDS:numerical control milling machines, Automatic tool changer, Tool storage , tool changing-manipulator目录前言 (1)第1章数控机床概述 (2)1.1 数控机床知识 (2)1.1.1 数控铣床的分类 (2)1.1.2 数控铣床的结构特征 (4)1.1.3 数控铣床的主要功能及加工对象 (5)1.1.4 自动换刀装置（ATC）及其形式 (5)1.1.5 自动换刀装置应当满足的基本要求 (7)第2章总体方案的确定 (8)2.1 刀库系统的设计 (8)2.1.1 确定刀库容量 (8)2.1.2 确定刀库形式 (9)2.1.3 刀库结构设计 (9)2.1.4 初选电动机与降速传动装置 (11)2.1.5 初估刀库驱动转矩 (11)2.1.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 (12)2.1.6 刀库驱动转矩的校核 (17)2.1.7 花键联接的强度计算 (17)2.1.8 夹紧机构插销剪切强度的校核 (18)2.1.9 确定刀具的选择方式 (18)2.10 刀库的定位与刀具的松夹 (19)第3章刀具交换装置的设计 (21)3.1 换刀机械手的设计 (21)3.1.1 确定换刀机械手形式 (21)3.1.2 换刀机械手的工作原理 (23)3.1.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序 (23)3.1.4 自动换刀装置的相关技术要求 (25)3.1.5 换刀机械手的安装与调试 (25)第4章自动换刀装置的控制原理 (26)4.1 自动换刀装置的液压系统原理图 (26)4.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程 (26)第五章典型零件的设计 (28)5.1 联轴器的设计 (28)5.1.1 联轴器 (28)5.1.2 联轴器的选用 (28)5.1.3 联轴器的校核 (29)5.1.4 蜗杆蜗轮传动设计的一些相关技术要求 (29)5.1.5 托架的设计 (29)结论 (30)谢辞 (31)参考文献 (32)外文资料翻译 (34)前言数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字信号进行控制的一种方法。
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第30卷第3期2009年3月煤矿机械Coa lM ine Mach i n er yVo.l30No.3M ar.2009加工中心斗笠式刀库换刀装置设计张宇1,夏晓平2(1.常州工学院,江苏常州213002;2.常州工程职业技术学院,江苏常州213003)摘要:加工中心斗笠式刀库由刀库横移装置、刀库分度选刀装置以及主轴上的刀具自动装卸机构组成。
横移装置使刀库以直线运动的方式,从起始位置运动到换刀点进行换刀。
在运动过程中速度表现为正弦曲线的运动规律,减小了刀库的运动冲击,保证刀库准确定位,满足换刀的技术指标要求。
刀库分度装置采用电机驱动,定位法兰每回转一圈,分度盘反向转过一个刀位,从而使刀库轮毂得到周期性间歇运动,起到刀库的转位分度作用。
其分度槽槽数(容刀量)越多,刀库转位越平稳,另一方面,槽数的增加会导致刀库尺寸的增加。
因此,正确合理地选择刀库容量就显得尤为重要。
关键词:刀库;横移装置;容刀量;分度盘;定位法兰;运动分析中图分类号:T G659文献标志码:B文章编号:1003-0794(2009)03-0100-03Desi gni ng of ToolChanger i n Ba mboo Hat ATC ofM ac hi ne Ce ntreZHANG Yu1,X IA X i a o-p i ng2(1.Changzhou Instit ute Technol ogy,Changz hou213002,Ch i na;2.Changzhou Institute of Engi neer i ng Technol ogy,Changzhou213003,Ch i na)Abstr act:The ba mboo hatATC ofmachine centre is made up of the horizonta lmoving device,d i v iding device and cla mping&re leasi n g tool device i n t h e sp i n dle.The ATC moves i n a li n e on t w o col u mn slide way,f ro m start point to end poi n t to fi n ish changi n g tools.The moving speed of ATC obeys si n usoida l rule,wh ich reduces shocks i n the ATC move men.t It ensures a accurate position i n g of the ATC,and met the tool changi n g requ ire men.t The divi d i n g device is divi d ed by divi d i n g motor.D ivi d i n g d isk rotates one tool roo m wh ile positi o n flange rotates one c ircle.It makes tool whee l gai n a period ical i n ter m ittent rotati n g action,and the ATC gai n s a divi d i n g action.The more divi d i n g slo,t the more stably ATC ro2 tates.O ther w ise,the i n cre ment of slots leads to i n cre ment of size of ATC.So it is very i m portant to ex2 actl y select the tools capac ity ofATC.K ey w ords:ATC;horiz ontal movi n g device;tools capacity;divi d ing disk;positi o n flange;acti o n ana2 l y ze0引言加工中心换刀方式一般可以分为有机械手换刀和无机械手的换刀,有机械手换刀方式的刀库一般为链式,无机械手换刀方式的刀库一般为盘式。
无机械手换刀方式一般适用于立式加工中心,原因是它运动集中,运动部件少,但受立式加工中心机床尺寸大小的限制,刀库鼓轮盘尺寸一般不宜太大,即刀库的容量不能太大。
斗笠式刀库,结构上为盘式刀库,换刀方式属于无机械手换刀系统。
斗笠式刀库换刀步骤:(1)刀库横移装置移动到主轴箱可以达到的位置;(2)刀库分度装置进行选刀,通过精准地分度、定位,把下个工序所需的刀具送到指定位置;(3)主轴上的自动装卸机构准确取刀、送刀。
所以横移装置和分度装置是斗笠式刀库的重要组成部件。
1斗笠式刀库装置设计(1)斗笠式刀库横移装置设计刀库的横移装置是在进行换刀的整个过程中,刀库从远离主轴的位置直线移动到主轴轴线位置,以实现换刀。
该机构运动的动力部件是刀库电动机,电机轴实现旋转运动,使刀库实现直线移动。
斗笠式刀库横移装置由2根圆柱导轨(滑杆)支撑,每根圆柱导轨由2个支架固定在连接板上,连接板固定在机床立柱上,实现刀库与机床立柱的连接。
整个刀库可以在2根圆柱导轨上滑动,实现刀库前后运动,以完成抓刀和返回动作。
而刀库前后运动的原动力是由电机通过拨杆和滑块实现的(见图1)。
当加工中心进行零件加工的时候,刀库远离主轴,停留在最左边极限位置1,即刀库处于原位。
收到换刀指令后,电机通过电机轴逆时针方向旋转带动拨杆转动(拨杆上带有滑块),滑块与拨杆联接,跟随拨杆回绕电机轴旋转,滑座上开有滑槽,滑块在滑槽中上下移动,带动滑座(即刀库)向右移动,从而使刀库运动到右极限位置2,到达换刀位置,等待取刀及放刀电机轴顺时针方向旋转时使刀库返回。
第30卷第3期加工中心斗笠式刀库换刀装置设计)))张宇,等Vo.l30No.3图1刀库的横向移动示意图1.连接件2.滑座3.连接板4.支架5.滑槽6.滑块7.拨杆8.电机轴9.圆柱导轨10.刀库(2)斗笠式刀库分度装置设计斗笠式刀库的分度装置使用的是经典的槽轮机构(即马氏机构),它具有结构简单、外形尺寸小、机械效率高,以及能较平稳地、间歇地进行转位等优点,但槽数多少直接影响到机构的柔性冲击和准确定位。
本节阐述了槽数与机构平稳性的关系。
斗笠式刀库的分度装置如图2所示。
分度装置的电机输出轴轴线与定位法兰、分度盘、刀库鼓轮盘的回转轴线平行。
斗笠式刀库选刀时,首先由刀库回转电机得到旋转指令,输入轴通过联轴器带动定位法兰旋转,从而使在定位法兰上的圆柱滚子回绕法兰中心转动;当圆柱滚子转动一定角度,进入分度盘的分度槽中,拨动分度盘开始做转位运动;当分度盘转过一定的角度后,圆柱滚子从分度槽中脱出,刀库鼓轮盘(分度盘通过螺钉与刀库鼓轮连在一起转动见图2)即静止不动,并由定位法兰的锁止半轴定位。
图2刀库的分度装置1.刀库鼓轮2.刀具3.分度盘4.定位法兰5.滚子6.输入轴7.电机定位法兰每回转一圈,就驱动分度盘转过一个槽。
电机是连续匀速运动的,从而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,从而使刀库轮毂得到周期性间歇运动,起到了刀库的分度作用。
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。
2斗笠式刀库运动分析(1)斗笠式刀库横移装置运动分析刀库需要一个横向的直线运动来满足换刀要求,而驱动电机输出的是旋转运动,利用该机构,根据运动的合成与分解原理,可以将电机输出的旋转运动分解为x、y两个方向的直线位移,利用滑块在滑槽中运动消除掉刀库的y向位移,实现刀库所需的x方向的直线运动。
如图3所示。
图3横向移动装置运动分解示意图1.电机轴2.曲柄3.滑块整个机构的运动过程为图4,拨杆(主动件)的动力来源于中心的驱动电动机,滑块是从动件。
拨杆由电动机控制从状态A运动到状态B,再从状态B返回到状态A,做往复的1/2圆周运动。
滑块由位置1运动到位置2,再运动到位置3,再由位置3返回到位置1,做往复的直线运动(见图4)。
在这个过程中,该机构很好地将电动机提供的圆周运动转化成了滑块的上下往复直线运动和滑座的水平往复直线运动,从而保证刀库准确可靠地换刀与复位。
图4横向移动装置运动简图1.滑座2.滑槽3.滑块4.拨杆(2)斗笠式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X2=0。
图5刀库分度装置运动简图1.圆柱滚子2.定位法点3.分度盘Vo.l30No.3加工中心斗笠式刀库换刀装置设计)))张宇,等第30卷第3期由图5得出,为了使圆柱滚子能顺利进入和脱出分度盘上的径向槽,在槽口的瞬时位置时,必须使转臂中心线O1O3与分度槽的中心线O3O2相垂直,即N O1O3O2=90b。
假设O1O2=a,O1O3=R1,O2O3=R,圆柱滚子从进入至脱离径向槽这个过程,定位法兰的转角为2U1(即N O2O1O3=U1),分度盘的转角为2U2(即N O1O2O3=U2,2U2=2P/z),则在Rt$O1O2O3中,得U2=arctanK si n U1 1-K cos U1K=R1a=si n U2=sinPz(z为分度盘的槽数)。
分度机构在转位过程中,定位法兰以匀角速度X1转动,分度盘以角速度X2反向转动,分度盘每次分度转过的角度与槽数z有严格的对应关系(2U2= 2P/z),分度盘的角速度X2=d U2d t=K(cos U1-K)(1-2K cos U1+K2)X1分度盘的角加速度E=d X2d t=K(K2-1)si n U1(1-2K cos U1+K2)2X21定位法兰的角速度X1为常数,分度盘转位起、停时,分度盘的角速度X2和分度盘的角加速度E为槽数和定位法兰拨盘转角U1的函数,当拨盘匀速转动时,随着分度盘槽数z的增加,运动趋于平缓。
当圆柱滚子开始进入和即将退出分度槽时,角加速度有突变,且突变的大小是随着分度槽数z的增加而减小。
这说明刀库在开始选刀和选刀结束时,会产生振动和冲击,但分度槽数越多,刀库转位过程越平稳,产生的振动和冲击越小。
从角速度、角加速度变化的曲线图(图略)得出:槽数z达到12(亦即刀库的刀数为12)以上时,分度装置分度过程就比较平稳了,此时斗笠式刀库在选刀过程中,产生的振动和冲击已经很小,分度盘角速度变化不大,刀库运动趋于平稳。