小型立体加工中心的换刀装置设计与控制研究

摘要

本论文主要是研究设计小型立式加工中心自动换刀装置，要保证其空间利用率小、价格实惠、运行时间短。首先对小型立式加工中心的发展现状和未来发展方向做了介绍，接下来对自动换刀装置的发展意义和其应用前景做了描述，最后进一步对小型立式加工中心自动换刀装置总体结构进行分析选择，并对传动部分的零部件进行设计计算与校核。

查阅相关资料。通过对各种类型的刀库、机械手结构进行分析比较，清楚的知道加工中心上大多选用圆盘型刀库，结构紧凑，定位精度高。回转式单臂双手机械爪装卸刀动作可共同进行，换刀动作少，缩短了换刀时间。在此基础上明确总体设计方案。选择圆盘式刀库和回转式单臂双手机械手，并对刀库的涡轮蜗杆轴进行设计计算与校核。

根据机械手及刀库的工作原理及要求，制定合理高效的可编程序控制器的控制方案，并不断对程序进行调试，保证 PLC 对自动换刀的精准控制。

关键词：加工中心；自动换刀装置；蜗轮蜗杆；PLC控制

1 绪论

1.1 加工中心概述

现代工业水平飞速发展。许多生产厂家对加工中心提出了更高的要求，加工中心已成为人们关注的焦点。数控加工中心是目前制造业中不可或缺的设备，它适用于大多数结构复杂，精度较高的零件加工。加工加工中心与普通数控机床最大的不同在于拥有自动换刀装置。自动换刀装置包含多个组成部分。刀库能够放置多把刀具，并将下一道工序所用到的刀具准确无误地送到换刀位置,使主轴上的旧刀与刀库里的新刀进行交换。当刀库较大时,其与主轴的距离会增大，换刀时间会增长,因此需要在主轴和刀库之间配备一个换刀机构来缩小换刀时间。想要实现这一功能需添加辅助机构机械手[1]。它的主要作用是实现新刀具与旧刀具的装卸和主轴头与刀库之间的刀具转换。驱动装置需要控制系统发出指令，驱动刀库和机械手完成换刀，一般选择步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构[2]。

每台数控加工中心设备都有自己的刀库，可以实现自主换刀，这也是和其他数控设备的根本区别。数控加工中心的切削利用率很高，工件装夹一次就可以实

现多道工序的加工，缩短了加工时间，提高了生产效率，特别符合高精密零件的加工要求。大大降低了高精度零件加工过程中所会产生的误差[3]。这是加工中心的显著特点。经济效益较高。

1.2 小型立式加工中心的发展现状及趋势

加工中心至少三轴联动，最多有五轴联动，立式加工中心具有一定的立柱高度范围，无法加工大型箱体零件，但立式加工中心刀具运动轨迹明显，方便观察工件夹紧，在检测和调试中定位准确，冷却条件容易控制，切削屑容易排除和清理，所以，在现代工业中立式加工中心发展比较迅速，应用较广泛[4]。

在此之前，加工中心加工零件，不仅需手动拆卸刀具，而且还需拆装工件，会占用大量的时间。为了使生产效率不断提高，就不得不减少非切割时间。因此，自动换刀系统的不断改进已成为了加工中心的发展趋势。当今，生产商对于大中型立式加工中心的自动换刀装置研究都趋于成熟化和商业化。为了适应工业的发展，小型自动换刀装置应运而生。采用小型自动换刀装置，可省时、省力。

数控机床的加工中心是可以一次装夹并多次加工的机床，其只需编写好程序，修改键盘按键，对关键部位进行技术测量就可以，加工完零件后，对零件进行拆卸，随时查看机床设备的运转是否正常，由于数控机床具有信息化和专业化的特点，所以我们可以准确的观察到零件的加工时长。加工中心可以分为卧式加工中心、立式加工中心和万能加工中心，其区别在于机床上主轴的位置不同。

数控加工中心是一种比较系统全面的数控设备。其适合加工形状不规则、精度要求高的中小批量、多品种的产品。利用加工中心加工可以节省工件来回装夹的时间，为新型加工中心的基本设计和改造节省了大量资金和时间，在企业中具有很强的竞争力。为了提高生产效率，减小空间使用，大多数加工中心的自动换刀装置都采用单臂双爪机械手换刀，其结构简单，一般情况下机械手安装在加工中心主轴与刀库中间位置，可以保证换刀的衔接。气缸为保证换刀提供动力源，驱使机械手旋转和上下移动，使换刀能够正常准确的实现。刀库采用圆盘式结构。

自动换刀系统由刀库电机、刀具装夹、传动装置等组成，刀库电机为保证换刀的正常运行提供动力来源。想要精准定位刀具，轴向和径向定位都必须可靠有效。传动装置主要进行动力传动，传动装置一般包括链传动，齿轮传动，皮带传动等，以实现零件加工过程中换刀所需的动力。

1.3 自动换刀装置商业化的意义

自动换刀系统可通过修改程序来改变机床使用的刀具，工件一次安装，转换主轴刀具，完成多道工序加工。基于此，自动换刀装置成为加工中心区别于普通数控铣床的关键标志，是提高机械加工生产效率的关键部件[5]。在工序较多的复合加工中，换刀时间会影响加工时长。因此，提高换刀装置换刀的准确性和快速性、换刀动作的简易性，对加工中心的生产效率具有重大意义。

目前，我国加工中心的自动换刀装置大多从日本、德国等发达国家采购。主要原因如下：一是国内厂家生产的产品性能相对较差，在价格上没有优势；二是进口的产品虽然价格高，但在整机中所占份额不大，在运行状况、使用寿命等方面性价比较高。近年来国内自动换刀装置的性能有很大的提高，但用户仍不愿购买。与国外成熟、先进的产品相比，国内的自动换刀装置无任何优势，其在换刀速度、换刀精准性等许多方面仍需进行突破[6]。因此，本设计将对国内外加工中心自动换刀装置的结构和控制系统进行较全面的分析研[7]究[7][7]。通过对比，选择合适、性能稳定的部件组成新的换刀装置，并优化换刀控制系统，缩短产品制造周期，适应市场需求。

1.4 研究意义及主要完成工作

自动换刀装置包含很多零部件，只有各个零部件之间相互配合，才能实现准确换刀。以前的数控机床大多是加工完一道工序后，待机床停下，工人手工换刀，并进行重新装夹和定位。有了换刀装置后完全不需要人进行干预，只需编写好程序即可，并且不需要辅助的设备。用机械手替代人手，缩短换刀时间，提高换刀速度，大大节省了人力资源[8]。

自动换刀装置在数控加工中心的整体结构设计和实际生产中起着重要的作用，其类型也越来越多。本论文研发的自动换刀装置主要适用于小型机械设备，要求体积小，结构紧凑，性价比高。主要完成以下工作：

（1）深入调查企业、国内外市场的自动换刀装置生产技术。对资料进行汇总，从而使本论文具有可行性。

（2）对加工中心刀库和机械手进行方案设计，并对主要参数计算与校核。通过多种结构方案的组合，选择性价比高的设计方案，确定整体设计方案。

（3）对传动轴进行设计和计算。对比不同种类的机械手和刀库，选择合适

的零部件，确定零部件设计方案。

（4）熟练运用软件绘制总装图及部分零件的零件图。

（5）编程并对PLC控制系统进行调试。

1.5小结

本论文目的是研究加工中心自动换刀装置的结构设计和控制的一般方法。经过大量调查研究，发现大多数自动换刀装置的成本过高，其中有些自动换刀装置的性能并不理想。在我国，绝大多数换刀工作仍由人来完成。因此，本论文首先针对小型加工中心换刀成本高、性能差的问题，设计了小型加工中心的自动换刀装置。

2 自动换刀装置的类型及设计特点

2.1 运动方案的设计

加工中心的主运动由主传动系统控制。部分进给运动由工件自己完成，工件和工作台同时移动；部分也可以由刀具完成，控制刀具的运动轨迹，对零件切削[9]；极少数的数控机床是由刀具和工件来共同协作完成。如图2-1 所示：

（1）工件进给运动由自身完成，工作台和升降台通过X、Y方向进行加工；

（2）刀具固定在立柱上，工作台完成一个方向的运动。另外两个方向的运动由刀具随立柱共同完成。

（3）当工作台固定不动，刀具随立柱可实现三个方向的进给运动。

（4）刀库、电柜等装在立柱侧面的横梁上。主轴体积较小。刀具来完成垂直进给运动，工作台实现X、Y 两个方向的进给，一般对质量较轻、体积较小的工件进行加工[10]。

图 2-1 加工中心运动方案

2.2 总体布局

通过对上述运动方案的分析研究，小型立式加工中心自动换刀装置的零部件选择设计如下：延续目前市场上自动换刀装置的基础部件，包含刀库和机械手爪，刀库的位置选择在立柱的侧面，机械手的位置在主轴与刀库中间，均固定在横梁上。机械手选择单臂双手机械手，气缸为机械手运动提供动力源；刀库选择圆盘型刀库，通过蜗轮蜗杆传，如图2-2 所示。

图 2-2 刀库结构总图

2.2.1刀库的结构设定

刀库的作用就是存储刀具。其需要定位机构让刀具运动，选择要使用的刀具，用来保证换刀的准确性。常见的刀库有以下几种[11]：

（1）转塔式刀库

包括水平转塔头和垂直转塔头两种类型。转塔上通常有6~8根轴，每个轴上都有一把刀具，都固定于同一转塔上；一般用于简单的机型。根据控制系统指令，把即将使用的刀具移动到相应位置，确保准确换刀。

（2）盘式刀库

盘式刀库呈圆盘状，刀具储存一般不少于8把刀，一般不会多于32把刀，刀具垂直排列在盘面，这种形式排列的刀库结构简单紧凑，储刀数量也相应较大，应用较多，适用于中小型加工中心[12]。如图2-3 所示：

图 2-3 盘式刀库的形式

（3）链式刀库

主要分为单环链和多环链，链环形式可变化，结构灵活；取刀和选刀也较为简单[13]。适合刀库容量大的场合，占用空间比例较小，一般刀具数都在30~120把。刀库独立安置在机床外面的立柱上。如图2-4 所示：

图2-4 链式刀库的形式

2.2.2机械手的结构设定

机械手的结构形状会影响换刀时长，其结构形状很多，主要包含以下几种：（1）单臂机械手

单手式：换刀臂一端有抓手[14][14]

换刀动作全部由换刀臂控制抓手实现，其结构简单，但换刀动作繁多、所用时间较长。适用于主轴轴线平行或垂直的情况[15]。

双手式：换刀臂两端都有抓手

新旧刀具的装卸可同时进行，动作简单，换刀时间短。适用于主轴轴线与刀座平行的情况。

（2）双臂机械手

两个机械手臂端都有一个抓手

其换刀动作与人手类似，不仅可换刀还可运输刀具。形状结构复杂，换刀快。

本设计采用回转式单臂双手机械手，适用于各类加工中心。这种机械手的装卸刀动作同时进行，动作简单，换刀快。对机械手的研究发现，其可采用油缸运动，活塞固定；或活塞运动，油缸固定的结构。机械手臂想要实现回转运动，其需活塞运动提供动力输出，通过齿轮齿条传输动力来完成。调节活塞行程控制其回转角度。如图2-5 所示。

图 2-5 机械手结构图

2.2.3驱动装置的选择

机械手的驱动方式有以下两种：

（1）液压式：油缸的左右腔进油可实现刀具的装卸。机械手固定在套筒上，活塞杆固定，在驱动时缸套与套筒同时移动[16]。

（2）凸轮联动式：通过凸轮驱动摆杆完成插刀和拔刀动作，机械手回转动作由凸轮带动滚子盘直接驱动，也可再添加一对齿轮进行驱动[17][17]。

2.2.4刀套结构

查阅相关资料，了解了刀套的结构和形状。由于本论文设计小型加工中心，加工的零件大多为中小型，刀具的尺寸不会太大，所以选择对照40号刀柄的尺寸参数设计刀套。如图2-6 所示：

图2-6 刀套结构图

2.3 单臂双手机械手的结构及工作原理

机械手爪固定在主轴的末端，圆盘也固定在轴上，齿轮连接主轴并套在主轴上。当开始换刀的时候，气缸向左移动，齿轮受力的作用逆时针旋转，由于气缸处于主轴上方，圆盘的末端销插入了齿轮的槽中，因此齿轮驱动手臂主轴和手爪移动到固定抓刀位置，抓住刀具后，气缸开始向下移动，推动机械手臂主轴将刀具拔出，主轴上的圆盘与主轴共同下移，端面销与齿轮分离，并与齿轮进行组合，拔出刀后，气缸向左移动，受力继续逆时针旋转，旋转达180度实现手爪移位[18]。

移位完成后，气缸向上移动，完成刀具插入动作，将齿轮拉开并啮合。插入后，气缸向右移动，以保证手爪回到其初始位置。等待下一道工序的换刀指令。如图3-7 所示：

图 3-7 换刀动作顺序图

2.4自动换刀装置材料的分析选择

机械手臂材料主要由其工作情况决定，在进行设计时必须综合考虑，能够使机械手臂完成多种运动。因此，要符合以下要求：

（1）选择较轻型的材料。轻型材料可以提高换刀速度，使移动迅速，提高运转的精度。

（2）需要考虑机械手与各部件之间产生摩擦的程度，保证运动的稳定性，手臂振动会降低精度。

（3）在机械手臂的材料选择上，要考虑手臂的轻度、刚度、外观等多种因素。

（4）材料不仅要抗震、抗压、强度高、屈服极限高，而且还要耐腐蚀和耐热性好，提高运转时的摩擦性、耐热性以及耐腐蚀性[19]，可增

加其使用时间。

基于对材料要求分析，本设计的机械手臂大部分采用铸造件，机械总质量的一半甚至70~80%都是由铸件构成。铸件的应用范围很广，其具备刚度高，整体性强，吸振减振能力强等优点。自动换刀装置的主轴则选用碳素钢材料，其应力敏感性较低，用热处理可提高其综合性能；而且价格较低廉，所以主轴材质选择碳素钢。机械手爪要插刀和拔刀，手爪与刀具会频繁接触，所以要选择高耐磨性和高强度材料，可用45钢进行热处理，达到其性能要求，并对接触频率高的地方进行渗碳处理。前臂可选择轻型的铝合金件，不仅能达到强度要求还能承受一定的载荷。中臂也要有足够的的强度和硬度，不然无法承受前臂的重量。另外需在中臂的平板上距离相同间距加一块肋板，降低机械手的总质量。底座具有支撑作用，其要承受机械手的全部载荷，材料选择上需具备高强度和减振效果好等特点，可选用HT200。最后，必须对机械手中各个移动副的接触表面进行渗碳处理，提高其使用寿命。

2.5自动选刀过程分析

刀库用于储存刀具，机械手爪用于新旧刀具装卸。所谓自动选刀，就是将选刀指令传送给加工中心的CNC设备上，然后刀库移动将刀具传送到正确的换刀位置。目前，刀具选刀方式有以下几种[20]：

刀套编码方式：就是对刀库中的所有刀座进行编码，刀具放入刀座后对应着刀座的编码，也就是说，刀具在刀库中的位置是固定的错误!未找到引用源。[20]。这种编码操作简单，可有效控制换刀步骤。但存在的不足是刀具无法重复调用，如果刀具不按顺序放入相应的刀座中，会产生严重的后果，无法准确完成加工工序。

刀具编码方式：就是对每把刀具进行编码，可在刀库中任意放置，在收到换刀指令时，刀库转动的同时刀具接受“刀具识别器”的识别，当刀具的代码与指令代码相同时，刀库会将识别成功的刀具转动指定位置等待换刀。

这种方式是通过系统软件来完成选刀，用程序控制来代替人工可大大降低选刀时的误差，提高选刀准确性，降低人工等成本。现如今机械工业发展迅速，这

种选刀方式被广泛应用于加工中心。本论文采用PLC控制系统换刀，通过PLC 控制系统接收数控装置发来的换刀指令和所需刀具代码，驱使刀库转动，“刀具识别器”对刀具代码进行逐一识别，当遇到相同代码的刀具后，将刀送到指定的位置，等待换刀。当完成加工后，机械手会将刀具装回刀库，等待下一个换刀指令；并选择出下一道工序要用的刀具，使其移动到预备刀架中。

2.6 小结

本章节介绍了自动换刀装置的需求，并对其功能做了简单介绍，阐述了设计自动换刀装置的必要性。通过对刀库、机械手、刀套、驱动装置、控制系统等方面的分析和选择比较，明确了自动换刀装置的总体设计方案。

3 传动轴的设计

轴是数控机床的重要组成零部件。轴可用来支撑部件、完成拔刀和插刀动作、并交换刀具。由于自动换刀装置中的运动和动力传递很多，所以需要用到轴的种类也不尽相同。无论是支撑刀库的轴，还是电机的主轴，它们发挥的作用都是有区别的。设计轴要保证其能够有准确的工作位置，外形和尺寸应使其发挥出最大的作用；轴和轴套要高度契合，不仅要拆卸方便还要便于清理；其材料必须具备高硬度、耐摩擦、性能稳定等特点。轴的结构设计及校核主要由其受力方向和大小决定。

3.1 蜗杆的设计与校核

3.1.1 初步估计蜗杆轴各段的尺寸

由于刀库运动需要蜗轮蜗杆的传动来实现，所以选择角接触球轴承（GB292-94）。通过对蜗杆轴的零件受力分析，并使其要达到位置和定位的要求，初步确定了轴的类型，该轴是5段的阶梯轴。如图3-1 所示：

图 3-1 蜗杆图

估计各段尺寸：

因为1、3段轴上各装有一个角接触轴承，其直径d=35mm 。为了能够使轴正常运转，阶梯轴1、3段的轴径估计为?35mm ,长度估计为25mm 。由于蜗杆上包含齿根圆直径为?47.88mm ，因此2段轴径估计为?42mm ，长度估计为250mm ，4、5段轴径分别估计为?30mm 、?25mm ，长度估计为50mm 、100mm 。

3.1.2 蜗杆轴 蜗杆受力：11tan z m d γ

= 112 6.3tan 6311.31z m d γγ?==∴=?

蜗杆受力：

212222336958.382541.26265.19

a t T F F N d ?====轴向力：122122tan 2541.26tan11.31508.26tan 2541.26tan 20924.94t a t r r t F F F N

F F F N

γα===??====??=圆周力：径向力：

如图 3-2 所示：

垂直面受力:

''12100y R R r F F F F =+-=∑ '1203004500A r R M F F =-?+=∑

解得： '1308.31R F N =

'2616.63R F N =

图 3-2

垂直面弯矩如图 3-3 所示：

图 3-3

水平面受力如图 3-4 所示：

"11504500t R F F -=

"1150534.9178.3450

R F N ?∴== "24503000R t F F -=

"2300356.6450

t R F F N ∴==

图3-4 水平面弯矩如图3-5 所示：

图3-5 合成弯矩如图3-6 所示：

图3-6 转矩如图3-7 所示：

图 3-7

许用应力:

应力值: 0[]102.5b MPa σ=，1[]60b MPa σ-=

应力校正系数: 10[]600.59[]102.5

b b σασ-=

== 当量弯矩:

mm 25.1408659.0?=?=N T T α （3-1） 蜗杆中间截面处： ()mm 9.1064722

2?=+='N T M M IV α （3-2） 在左轴颈中间截面处：

()mm N T M M ?=+='I I -I 02.1064752

2α （3-3）

当量弯矩如图 3-8 所示：

图 3-8

校核轴径:

齿根圆直径:

*112()f a d d h c m =-+

（3-4）

632(10.2) 6.347.25

=-?+?= 轴径:

26.0847.25d mm ===<Ⅳ （3-5）

26.0835d mm -===<ⅠⅡ （3-6） 校核转轴的强度:

对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个截面受到的应力分析判断，得到其具有较大的应力和应力集中，以下是对截面Ⅰ进行安全系数校核。

对称循环疲劳极限：

650B MPa σ=，360s MPa σ=，

疲劳极限；

10.440.44650286b B MPa σσ-==?= （3-7） 10.30.3650195B MPa τσ-==?= （3-8）脉动循环疲劳极限：

011.7 1.7286486b b MPa σσ-==?= （3-9）

011.6 1.6195312MPa ττ-==?= （3-10） 等效系数:

100222864860.18486b b

b

σσσ?σ--?-=== （3-11） 100221953120.25312

τττ?τ--?-=

== （3-12）

截面Ⅰ上受到的应力:

弯矩: m m 1694242.169100?=?=I N M

弯曲应力幅:

3

16942 6.270.130a M MPa W σσ==

==?Ⅰ （3-13） 弯曲平均应力:

0m σ= （3-14）

扭转切应力: 323875 4.420.230

T T MPa W τ===? （3-15） 扭转切应力和平均切应力:

4.42 2.2122

a m MPa τττ==

== （3-16） 弯曲安全系数: 1N k =，

1128620.281.73 6.60.920.88N b a m k S k σσσ

σσσ?σβε-?===+?? （3-17） 扭转安全系数:

1

119544.841.28 2.210.25 2.210.920.81n a m

k S k ττττ

ττ?τβε-?===?+?+? （3-18） 复合安全系数：

18.48 1.5[]S S ===> （3-19）

结论：通过对蜗杆表面的受力分析和疲劳极限的计算校核，证明截面Ⅰ完全符合所要要求的受力强度，是安全可靠的。

3.2 蜗轮的设计与校核

3.2.1 初步估计蜗轮轴各段的尺寸

由于刀库运动需要蜗轮蜗杆的传动来实现，所以选择角接触球轴承

（GB292-94）。通过对蜗轮轴的零件受力分析，并使其要达到位置和定位的要求，初步确定了轴的类型，该轴是6段的阶梯轴。如图 3-9 所示：

图 3-9

估计各段尺寸：

2、6段 因为2、6段轴上各装有一个角接触轴承，其直径d=50mm 。为了

能够使轴正常运转，因此，可以基本确定2、6段轴的直径为

50mm Φ，长度为60mm ；

1段

直径为40mm Φ，长度为100mm ，键14?9，L=80mm ； 2段

直径为60mm Φ，长为50mm ； 3段 直径为80mm Φ，长为10mm ；

5段 直径为60mm Φ，长为60mm ，181140l mm ?=键，

3.2.2 蜗轮轴

蜗轮受力：

圆周力 22222336958.382541.26265.19

t T F N d ?=== （3-20） 径向力 22tan 2541.26tan 20924.94r t F F N α==??= （3-21） 轴向力 22tan 2541.26tan11.31508.26a t F F N γ==??= （3-22） 涡轮的垂直面所受力，如图 3-10 所示：

图 3-10

''32400y R r R F

F F F =+-=∑ '2240235132.5953200C r a R M F F F =+-=∑

'3'

435.04889.9R R F N

F N ∴=-=

垂直面弯矩如图 3-11 所示：

图 3-11

水平面受力如图 3-12 所示：

图

3-12

加工中心自动换刀功能及编程

加工中心自动换刀功能及编程 加工中心自动换刀功能是通过机械手（自动换刀机构）和数控系统的有关控制指令来完成的。换刀过程：装刀，选刀，换刀 1．换刀过程 （1）装刀：刀具装入刀库任选刀座装刀方式。刀具安置在任意的刀座内，需将该刀具所在刀座号记下来。 固定刀座装刀方式。刀具安置在设定的刀座内。 （2）选刀从刀库中选出指定刀具的操作。 1）顺序选刀：选刀方式要求按工艺过程的顺序（即刀具使用顺序）将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。 2）随意选刀： ①刀座编码选刀：对刀库各刀座编码，把与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中，编程时用地址T 指出刀具所在刀座编码。 ②计算机记忆选刀刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器 或可编程控制器 的存储器内，刀具存放地址改变，计算机记忆也随之改变。在刀库装有位置检测装置，刀具可以任意取出，任意送回。 （3）换刀 1）主轴上的刀具和刀库中的待换刀具都是任选刀座。 刀库一选刀一到换刀位一机械手取出刀具一装入主轴，同时将主轴取下的刀具装入待换刀具的刀座。 2）主轴上的刀具放在固定的刀座中，待换刀具是任选刀座或固定刀座。选刀过程同上，换刀时从主轴取下刀具送回刀库时，刀库应事先转动到接 收主轴刀具的位置。 3）主轴上的刀具是任选刀座，待换刀具是固定刀座。选刀同上，从主轴取下的刀具送到最近的一个空刀位。 2．自动换刀程序的编制 （1）换刀动作（指令）：选刀（T XX）；换刀（M06 （2）选刀和换刀通常分开进行。 （3）为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。 （4）换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。 （5）换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点（Z0）,要求在换刀前用准备功能指令（G28使主轴自动返回Z0点。 （6）换刀过程：接到T XX指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。 （7）换刀程序编制方法 1）主轴返回参考点和刀库选刀同时进行，选好刀具后进行换刀

加工中心自动换刀装置的设计

加工中心自动换刀装置的设计 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 加工中心自动换刀系统 1前言 随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业中起着愈来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加[1]工。 人们一直寻求各种方式，提高加工中心的加工效率。如提高进给与移动速度、提高主轴转速、加大主轴电机功率、加大切削用量、采用高质量刀具等。在高节拍多次换刀的加工过程中，缩短换刀时间，可大大提高生产效率。国内外加工中心生产厂家都投入大量的资金和精力，研制自动换刀装置，以缩短换刀时间，提高工作效率和竞争力。自动换刀装置是专门为大中型加工中心配套，实现其刀具储备及自动交换功能的重要功能部件，是高档加工中心和重型加工中心的重要组成部分。其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率，降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。自动换刀装置的换刀速度和可 [2]靠性，是数控机床系统先进与否的一个重要标志。 2、自动换刀系统的组成 [2,3,5]自动换刀系统一般由刀库、机械手和驱动装置组成。 一般来说，刀库容量可大可小，其装刀数量在20,180把之间。刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。 当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀

臂，总称为机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。 [4]驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏 多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。 2.1 刀库 目前，国内外采用的数控机床刀库主要分为:转塔式、圆盘式、链式刀库等形式。 转塔式刀库，包括水平转塔头和垂直转塔头两种，所有刀具固定在同一转塔上，无换刀臂，储刀数量有限，通常为6—8把。一般仅用于轻便而简单的机型，常见于车削中心和钻削中心。 圆盘式刀库呈盘状，刀具沿盘面垂直排列(包括径向取刀和轴向取刀)、沿盘面径向排列或成锐角形式的刀库，结构简单、紧凑，应用较多，但刀具单环排列，空间利用率低。若增加刀库容量，必须使刀库的外径增大，那么转动惯量也相应增大，选刀运动时间长。双盘式结构，是两个较小容量的刀库分置于主轴两侧，[5,7]布局较紧凑，储刀数量也相应增大，适用于中小型加工中心。 链式刀库，包括单环链和多环链，链环形式可有多种变化，适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小。一般适用于刀具数在30—120把。仅增加链条长度即可增加刀具数，也可以把多个刀库按并联或串联的方式排列起来，既可使刀库容量加

数控加工中心自动换刀系统设计

摘要 本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。第一，了解数控加工中心的分类，其按换刀形式的分类以及加工中心刀库的形式；然后根据给定的参数进行刀库类型的选择以及电动机的确定；接着对刀库的转位定位机构进行了设计；最后是对于控制系统进行了简单设计。 关键字：加工中心，换刀系统，刀库，PLC。

目录 1绪论 (3) 2.刀库的总体设计方案 (5) 2.1课程设计的任务及要求 (5) 2.2刀库的类型选择 (5) 3.电机的选择 (6) 3.1电机的选型及相关参数 (6) 3.2各部分转动惯量的计算 (6) 3.3预选电机 (6) 3.4电机的校核 (7) 4.机械系统的设计 (7) 4.1刀库转动定位机构的设计 (7) 4.2滚动轴承的选择计算 (9) 4.2 轴的校核计算 (10) 4.3 键的设计计算 (10) 5.控制系统的设计 (11) 5.1 刀库的换刀动作如下： (11) 5.2利用PLC实现随机换刀 (12) 参考文献 (15)

1绪论 在现代数控机床中，加工中心(MC-Machining Center)能进行自动换刀、自动更换工件，实行平面、任意曲面、孔、螺纹等加工，成为一种独特的多功能高精、高效、高自动化的机床，并迅速向高速化、复合化、环保化、五轴联动等方向发展，己成为当今国际机床展上最大的亮点。 加工中心特别适合于箱体、框架、叶片等特殊复杂零件的柔性高效加工，能减省一些普通铣床、钻床、键床，提高加工精度和效率，减少转换时间，降低生产成本。 在当今机械工业中，产品不断向个性化、精密化、小批量发展，世界对MC的市场需求在不断增多。特别是在要求适量柔性、大批高效生产的汽车工业、单件、小批重切、快速生产的航空、模具工业以至IT高精尖工业中，MC已逐渐成为重要的高效性机种。 1996年国产加工中心与进口加工中心的台数比，仅为百分之几，到2005年逐步增长到39.4%。2005年与2000年相比，进口的加工中心数量增加4.8倍。加工中心需求猛增的主要原因，大致有三:(l)整个机械工业原有工艺装备结构陈旧、性能落后，呈“三多三少”(手动的多、自动的少;粗加工的多、精加工的少;低效的多、高效的少)，函需大量更新。能源、交通、冶金、发电、工程机械、造船、模具、IT各业均需购置大、中、小各种Mc，量大面广;(2)汽车工业迅速发展，2002-2004年汽车产量分别为325、444、 507万辆，发动机缸体、缸盖、变速箱及各种汽车零部件加工，均需增添高速、高精、环保、节能的各式MC;(3)航空、国防、军工产业，适应新形势发展，均在提高生产能力，需要大、中型各种立式、卧式、龙门式、五轴控制的高性能MC，而且要求品种多、质量好、供货快。 加工中心进口的快速增加，一方面反映了我国制造业对这类数控机床的需求旺盛，另一方面也反映了我国机床制造业在加工中心的生产能力和国产加工中心的竞争力上还存在差距。国产加工中心市场占有率低的主要原因是国产加工中心在产品水平、交货期、质量和可靠性上与国外 h L =86750 (h) 验算结果：合格。

加工中心刀库装置设计_时雨

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!! 5计算及试验情况5.1 疲劳仿真分析 2010年4月，委托北京交通大学采用AAR 机务标准M-1001-97“货车设计制造规范”中确定载荷谱和“BS EN 1993-1-9： 2005Euro code 3：钢结构设计规范”中的疲劳寿命预测方法及S-N 曲线，对CW1型米轨敞车设计方案进行了疲劳仿真分析计算，结果表明该车体各部位结构的疲劳寿命均大于600万km 。5.2 动力学性能仿真分析 2010年4月，委托西南交通大学对CW1型米轨敞车设计方案进行了动力学性能仿真计算，结果如下： （1）空车工况车辆的临界速度为101km/h ，重车临界速度为108km/h ，空重车临界速度均高于最高运行速度80km/h 的110%；能够满足运行要求，并且稳定性具有一定的裕量。 （2）在所计算的速度范围和曲线工况下，轮轴横向力最大值、脱轨系数最大值和轮重减载率最大值都能够满足GB5599-85的要求，能够保证安全运行。 （3）在美国五级谱的激励下，速度在90km/h 以下范围内，空、重车的横向、垂向平稳性指标和平均最大加速度均为优，车体振动最大加速度垂向均小于0.7g ，横向均小于0.5g 。 5.3 静强度试验 2011年6月委托青岛四方车辆研究所，在包头对CW1型米轨敞车样车进行了车体静强度试验，分别对车体在纵向载荷、 垂向载荷、侧向力、顶车载荷和翻车机工况作用下的强度进行了试验验证。试验结果表明：CW1型敞车车体强度满足TB/T1335-1996的要求，并具有一定的强度储备。 车体刚度试验与垂向静载荷试验同时进行，测量中梁中央处和心盘处的位移值，并计算中梁中央处相对于心盘处的挠度。中梁中央处相对于心盘处挠度为3.52mm ，挠跨比为0.49/1500＜1/1500，满足设计和用户要求。5.4 线路运行试验 2011年11月，首批CW1型米轨敞车在印度尼西亚用户指定线路上进行了车辆线路运行试验，运行性能稳定、状态良好，符合运用要求。6 结论 通过样车试制及相关试验，以及运用考验，CW1型米轨敞车符合标准及用户使用要求，效果良好。 （编辑立 明） 作者简介：高宏强（1974-），男，高级工程师，从事产品研发营销管理工作。 收稿日期：2０１２－１１－１９ 加工中心刀库装置设计 时雨 （哈尔滨市国际工程咨询中心，哈尔滨150000 ）1引言随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快。形状复杂的零件越来越多，对精度的要求也越来越高。多品种、中小批量的生产方式逐渐占据了工业市场。激烈的市场竞争使得产品研发生产周期逐渐缩短。传统的加工设备和制造方法已难以满足这种多样化、柔性化的高效高质量零件加工要求。近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术，在加工设备中大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术［1］。加工中心就是一种这样应运而生的数控设备［2］。 目前我国加工中心技术水平同发达国家相比仍存在巨大差距，本设计力求在刀库及换刀装置方面最大限度地改进并设计出相对可靠、高效率的刀库装置［3］。2 刀库的综述 首先我们要对刀库进行一次系统的定义。刀库是储存加工工序所需的各种刀具的机构，可以按程序指令，把即将使用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，并接受计算机指令将使用过的刀具复位。因此，刀库不单单是储存刀具的单一机构，而是能够按程序运作的一个精确机构［4］。 常见刀库形式可分为三种：圆盘式刀库，链条式刀库以及斗笠式刀库，具体对比见表1。 对于每种刀库，它们各自的结构也不同，这里主要介绍设计中所选择的圆盘式刀库结构［5］。传统圆盘式刀库通摘要： 在全面了解数控加工中心的结构、工作原理和控制方法的基础上，设计出加工中心的刀库装置。根据加工中心刀库的工作原理，确定结构与技术参数并给出结构设计方案，设计出一套符合技术要求的刀库，具有工作效率高、刚性好、使用寿命长等特点。 关键词：数控加工中心；刀库；刀座 中图分类号：T G659文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2013）01－0138－02 解决方案 SOLUTION 工艺／工装／模具／诊断／检测／维修／改造 机械工程师2013年第1期 138

加工中心自动换刀装置结构设计

加工中心自动换刀装置结构设计 [摘要] 本论文完成的是立式加工中心盘式刀库的传动设计、结构设计以及机械手部分的传动设计、结构设计。盘式刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，总体结构简单、紧凑，定位精度高。刀库传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。刀库满载装刀16把，采用单环排列方式放置。本次设计中的机械手采用单臂双手式机械手，可以同时完成插刀和拔刀动作，结构简单，换刀时间短。机械手传动部分采用一个液压升降缸和液压回转缸带动花键轴，进而带动机械手的运动。 [关键词] 立式加工中心；盘式刀库；机械手；自动换刀装置 Automatic tool changer structural design of machining centers

Abstract what finished in this paper is drive design, structural design and the power transmission parts design of disc tool magazine in vertical machining center. This tool magazine is widely applied in NC machining center. And the process of changing tools is simple, short change time , high precision, simple and compact of structure, reliable, easy maintenanced and low cost. The transmission part of this tool magazine adopts gear reducer. The design of worm gearbox device can improve the stationarity of output shaft, namely, increasing the operation stability and smooth transmission properties of tool magazine.Transmission device of tool magazine adopts a adjusting sleeve to eliminate the transmission clearance of worm.This tool magazine can load 16 cutting tools which are arranged with monocylic and according to the principle of nearby to choose the right tool. The manipulator of this design is the manipulator with one arm and pair of hands.The advantage of this manipulator is that it can complete the action of inserting tool and pulling out the tool at the same time,simple structure and short change time. Mechanical transmission part adopts a hydraulic lift cylinder and hydraulic cylinder drives the spline shaft rotation, thus drive the motion of the manipulator. Key words V ertical machining center; Disc tool magazine; Manipulator; Automatic Tool Changer

数控加工中心自动换刀系统

加工中心自动换刀系统changer system control of machine center with carouselstorage 摘要：针对刀套编码的盘式刀库加工中心，阐述其换刀过程，提出一种结合加工程序、换刀程序和PMC 程序以及参数设置来实现自动换刀控制的思路。同时结合实例给出换刀程序代码和关键PMC 程序。 关键词：加工中心; 自动换刀; 数控; 换刀系统。 Abstract：It analyses the ATC process of machine center with carousel storage.A control method to realize ATC using Gcodes,macor program ,PMC program and parmeter setting is proposed. Examples given in connection with tool changing code and key PMC procedures. Keywords：ATC；NC ；PLC； 设计背景：自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。从换刀系统发展的历史来看，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。1983 年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。在这种模式中，机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放松刀柄的动作。利用这种机构夹持刀具进行数控加工的最大问题是，它不能同时获得高的夹持刚度和刀具振摆精度，而且主轴结构复杂，主轴轴向尺寸过大，加上它的液压驱动装置及刀具辅具锥柄的制造成本，使得自动换刀系统的造价在机床整机中占有较大的比重。据有关资料介绍，在刀具采用锥柄夹头、侧压夹头以及弹簧夹头夹紧性能的对比实验中，采用弹簧夹头夹持刀具是唯一可同时获得高的夹持刚度和振摆精度的理想元件。采用这种夹持元件，刀具或刀具辅具可作成圆柱柄，其制造成本低，精度易保证，这对大容量刀库降低刀具辅具的制造成本，意义更为显著。在现代数控机床上亦有采用弹簧夹头作为刀具的夹持元件，但机床的主轴结构、驱动方式仍然采用与上述锥柄刀具完全相同的结构形式。采用这种结构模式，在实际数控加工中，尤其是在需要超高速主轴、主轴的径向、轴向尺寸都很小、没有足够的换刀空间的微细加工场合中实现自动换刀将会是很困难的，如果实施自动换刀那将使机床成本大幅度提高。如在CNC 控制磨削球面铣刀的数控磨削机床上，直接由高速电机驱动主轴，使用小直径盘形砂轮和指形砂轮加工球面铣刀，换刀空间很小，在这种条件下，将难以实现自动换刀。国外最新研制的内圆磨床上采用的弹簧夹头自动换刀装置售价昂贵。设计内容：设计内容数控加工中心由于配有刀库和自动换到系统，能实现一次庄家完成多道工序，减少专用夹具数量，缩短了生产准备时间，同时减少了多次安装多造成的定位误差，提高了加工进度，能实现高效率的加工。所以自动换刀系统的性能的好坏直接影响到数控机床的加工效率和效果。 一、刀库选刀的控制方式自动换刀装置可以定义为：一种能数控机床单元发出的命令从到库中选择和更换刀具的装置。加工中心自动换刀程序有两部分：刀具选择和道具更换。目前刀具选择一般有四种控制方式：顺序选刀方式，刀具编码方式，刀套编码方式，计算机记忆随机换刀方式。其中刀套编码方式是对刀库个个刀座预先编码，每把刀具放入刀座之后就有了相应刀具的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。刀库一般采用链式或者轮式，当然，目前还有一些别的形式的刀库，例如球形刀库、盒式刀库等。

数控加工中心刀库设计论文_本科论文

1前言 1.1数控加工中心简介 加工中心是一种可以对工件进行多工序加工的数字控制机床，它装备有刀库，并可以自动更换里面的刀具。工件经过一次装夹之后，数字控制系统能控制机床按照不同的工序，自动选择刀具或者更换刀具，自动地改变机床主轴的转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，并且可以完成很多其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。减少了工同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放的时间，大大缩短了生产的周期，具有显明经济效益。 一种功能较全的数控加工机床就是数控加工中心。目前数控加工中心是世界上生产产出的数量最高、最广的应用数控类机床之一。它综合加工的能力特别强，工件一次装夹后能够完成很多的加工内容，加工工件质量比较高，就要求中等加工难度和批量生产的工件，其加工效率是普通类机床的6～10倍，特别的是：它还能够完成许多普通机床所不能完成的加工，对要求精度高，单件加工或中小批量多品种生产形状较复杂的尤为适和。它把削铣、钻、攻等功能加在一个装置上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有储存刀具的刀库，刀库中存放着各种不同数量和规格的刀具或量具，在加工过程中利用程序来实现自动地更换和选用。这就是加工中心与数控铣、镗的差异。加工中心是一种综合的加工能力比较强的设备，工件一次装夹之后就能完成很多的工步，加工精度很高，就批量的中等的工件而言，其加工效率是普通制造机器和设备的7～12倍多，尤其是它能够实现很多普通机床所不能完成的加工，就像一些特别的行面等。这将会使新产品的研制和更新换代节省大量的人力和物力，从而使得企业具有特别强的竞争力。 1.2数控加工中心刀库系统简介 刀库系统是一种可以提供自动化加工过程中所需的换刀及储刀需求的装置。藉由电脑程式（PLC）的控制，可以实现各种不同的加工的需求，如攻、削、

加工中心刀刀库(链式刀库)机械毕业设计方案

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70%~80%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

加工中心自动换刀

要 本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。第一，了解数控加工中心的分类，其按换刀形式的分类以及加工中心刀库的形式；然后根据给定的参数进行刀库类型的选择以及电动机的确定；接着对刀库的转位定位机构进行了设计；最后是对于控制系统进行了简单设计。 关键字：加工中心，换刀系统，刀库，PLC。

目录 1绪论 (3) 2.刀库的总体设计方案 (5) 课程设计的任务及要求 (5) 刀库的类型选择 (5) 3.电机的选择 (6) 电机的选型及相关参数 (6) 各部分转动惯量的计算 (7) 预选电机 (7) 电机的校核 (8) 4.机械系统的设计 (8) 刀库转动定位机构的设计 (8) 滚动轴承的选择计算 (10) 轴的校核计算 (11) 键的设计计算 (12) 5.控制系统的设计 (12) 刀库的换刀动作如下： (13) 利用PLC实现随机换刀 (14) 参考文献 (17)

1绪论 在现代数控机床中，加工中心(MC-Machining Center)能进行自动换刀、自动更换工件，实行平面、任意曲面、孔、螺纹等加工，成为一种独特的多功能高精、高效、高自动化的机床，并迅速向高速化、复合化、环保化、五轴联动等方向发展，己成为当今国际机床展上最大的亮点。 加工中心特别适合于箱体、框架、叶片等特殊复杂零件的柔性高效加工，能减省一些普通铣床、钻床、键床，提高加工精度和效率，减少转换时间，降低生产成本。 在当今机械工业中，产品不断向个性化、精密化、小批量发展，世界对MC的市场需求在不断增多。特别是在要求适量柔性、大批高效生产的汽车工业、单件、小批重切、快速生产的航空、模具工业以至IT高精尖工业中，MC已逐渐成为重要的高效性机种。 1996年国产加工中心与进口加工中心的台数比，仅为百分之几，到2005年逐步增长到%。2005年与2000年相比，进口的加工中心数量增加倍。加工中心需求猛增的主要原 因，大致有三:(l)整个机械工业原有工艺装备结构陈旧、性能落后，呈“三多三少”(手动的多、自动的少;粗加工的多、精加工的少;低效的多、高效的少)，函需大量更新。能源、交通、冶金、发电、工程机械、造船、模具、IT各业均需购置大、中、小各种Mc，量大面广;(2)汽车工业迅速发展，2002-2004年汽车产量分别为325、444、507万辆，发动机缸体、缸盖、变速箱及各种汽车零部件加工，均需 h L =86750 (h) 验算结果：合格。

实现刀库控制功能

附录9：实现刀库控制功能 目录 相关知识与技能 1．与刀库相关的电气连接 2．刀库控制的相关信号及其功能 2．1 主轴准停控制信号ORCMA 2．2 宏程序所用的系统变量 2．2．1 用户宏程序输入信号 2．2．2 宏程序报警变量 2．2．3 模态信息变量（#4003、#4006） 3．宏程序调用及刀库相关系统参数 3．1 指定调用宏程序的M代码值参数PRM#6080～6089 3．2 主轴准停位置设置参数（PRM#4031） 3．3 主轴定向速度参数（PRM#4038） 3．4 换刀点设置参数（PRM#1241） 3．5 其他相关参数 4．换刀宏程序 5．PMC控制程序 思考题 实训项目3.8 实现刀库控制功能 以FANUC 0i系统加工中心或调试台为例，介绍一种通过宏程序调用实现斗笠式刀库换刀控制的方法。刀库容量为16（装16把刀），利用伺服主轴电动机的内置编码器进行定向/准停。 实训学时：10学时。 实训目的: （1）加工中心斗笠式刀库的操作与控制程序的编制。 （2）掌握调用宏程序实现刀库控制的编程方法。 （3）掌握调用宏程序实现刀库控制的相关参数设置。 实训内容： （1）斗笠式刀库的操作。 （2）控制刀库的宏程序设计。 （3）刀库梯形图程序的设计与调试。 （4）梯形图功能的调试。 （5）宏程序调用实现刀库控制的相关参数设置。 实训设备:

（1）配置FANUC 0i数控系统的加工中心/综合调试台。 （2）个人计算机（PC）。 （3） FANUC公司的梯形图编辑软件（FLADDER Ⅲ版本）。 实训要点： （1）用FLADDER Ⅲ软件对PMC离线编程。 （2）FANUC 0i PMC操作。 （3）FANUC 0i 系统PMC程序传输与功能调试。 （4）刀库控制用宏程序设计与加载。 （5）PMC功能指令的应用。 （6）刀库梯形图程序设计。 （7）调用宏程序控制刀库的相关参数设置。 （8）刀库控制功能验证。 实训具体要求： （1）规范实训，按操作规范操作机床。 （2）机床工作时，严禁用手或导体去触碰各通电电器，确保人身和设备安全。 （3）操作刀库之前，必须保证机床执行手动回零操作。 （4）验证刀库功能时，可采用单程序运行模态或单独执行相关的刀库辅助功能指令（M指令）操作，密切关注机床的动作，确保刀库与主轴不撞机。 （5）具备加工中心的基本操作能力和应用水平。 （6）熟悉FANUC 0i系统参数的设置方法与操作。 组织形式： 教师：演示与指导，组织学生训练、演示、讨论与评估。 学生：根据设备数量，可在课内分组定时训练，也可预约训练，采取组长负责制，负责指导、提问与考核各组员。 相关知识与技能： 1．与刀库相关的电气连接 假设加工中心刀库的主电路如图附9-1所示。

换刀宏程序

换刀宏程序： M50；//屏蔽单段信号 G65H01P#100Q#1250；/*首先取得R250(变量1250)的值存在公用变量100里面*/ n10G65H81P10Q#1250R#100；/*等待PLC在经过一个周期的计算后翻转R130的值*/ /*PLC已经对换刀指令处理完毕，以下进入换刀流程*/ G65 H81 P800 Q#1120R1；/*判断T指令刀号是否与主轴上的刀号一致，不一致时才需要换刀*/ /*需要换刀*/ G0 G49 M05；/*主轴停转，取消刀补，当前移动指令模态设置为定位方式G0*/ G28 G91 Z0 ；/*返回参考点，设置增量式编程*/ G53 x-300 Y-20；/*工件移动到安全位置*/ /*判断主轴上是否有刀，无刀时直接跳转到N500所指换刀函数*/ G65 H81 P500 Q#1121 R1； /*主轴有刀时的换刀过程*/ G65 H01 P#1254 Q1；/*R154赋值为1-定位指示灯亮*/ G53 Z-20；/*主轴下降到刀盘水平线*/ G65 H01 P#1255 Q1；/*R155赋值为1，允许刀盘转动*/ G4 X2；/*等待2秒*/ N110 G65 H81 P110 Q#1122 R01；/*等待R2为0--刀盘转到主轴刀号对应位置*/ G65 H01 P#1255 Q0；/*R155赋值为0，停止刀盘转动*/ G65 H01 P#1251 Q1；/*R151赋值为1，刀盘前进*/ G65 H01 P#1256 Q0；/*R156赋值为0，*/ /*等待R9为1--主轴松刀动作到位(梯形图处理时已经对刀盘前进到位动作采样)*/ N120 G65 H81 P120 Q#1129 R0； G4 P800；/*等待800毫秒*/ G28 G91 Z0；/*主轴提起到安全位置*/ /*R3为1表示T指令刀号已经无效则直接跳转到N600所指取刀函数*/ G65 H81 P600 Q#1123 R1； G65 H01 P#1255 Q1；/*R155赋值为1，允许刀盘转动*/ N130 G65 H81 P130 Q#1124 R01；/*等待R4为0--刀盘已转到T指令刀号对应位置*/ G65 H01 P#1255 Q0；/*R155赋值为0，停止刀盘转动*/ G65 H01 P#1251 Q1；/*R151赋值为1，允许刀盘前进后者后退*/ N140 G65 H81 P140 Q#1129 R0；/*等待R9为1--主轴松刀到位*/ G4 P800；/*等待800毫秒*/ 78 GSK21MA加工中心数控系统安装连接手册

数控加工中心盘式刀库设计

毕业设计(论文) 题目：数控加工中心盘式刀库设计

摘要 90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，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。本论文完成的是盘式刀库的总体设计、传动设计、结构设计以及传动部分的运动和动力设计。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库减速传动部分分两级减速，一级传动部分采用齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。本刀库满载装刀24把，采用单环排列方式排放，按就近选刀原则选刀。 关键词：加工中心；刀库；数控加工

ABSTRACT Since the 1990s, CNC machining technology made the rapid and universal development, as a new era of the representatives of NC machine tools, High-speed processing center has been widely used in the field of machine tools. The development of automatic Tool Change,s tool house in recent years seems to have gone beyond the NC Center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-precision machine tools, high efficiency and reliability, and more complex tasks, such as the concept of unique products . The tool house as a processing center one of the most important part, it has a direct bearing on the development of the processing center's development.This paper completed the overall design,transmission design,structure design and the transmission part's movement and dynamic design of the disc tool house. Such a tool house in the CNC Machining Center is widely used, the tool change is simple, tool change time is short, high-precision positioning; overall structure is simple and compact , Action is accurate and reliable; convenient maintenance and low cost.The slowdown part in the transmission of the tool house includes two parts, the first part of the transmission is gear deceleration device, the second transmission part of the transmission is Worm Gear deceleration device, such design can increase the output shaft of the transmission smooth performance, improve the smooth functioning of the tool house. The tool house which can load with the maximum of 24 tools use single-ring arrangement of emissions and according to the principle of the nearest to election tools.

加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试(行业文书)

加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试 一、实训目的 （ 1 ）了解加工中心的各种刀库形式； （ 2 ）了解机械手换刀的基本动作组成； （ 3 ）掌握加工中心自动换刀程序的编写与调试运行； 二、预习要求 认真阅读加工中心组成、换刀装置、自动换刀程序的编写等章节内容。 三、实训理论基础 1 ．加工中心的刀库形式 加工中心刀库的形式很多，结构各异。常用的刀库有鼓轮式和链式刀库两种。 图 11-1 鼓轮式刀库 （ a ）径向取刀形式（ b ）轴向取刀形式（ c ）径向布置形式（ d ）角度布置形式 鼓轮式刀库结构简单，紧凑，应用较多。一般存放刀具不超过 32 把。见图 11-1 。 径向取刀形式（ a ）多用于使用斗笠式刀库的立式加工中心和使用角度布置的机械手换刀装置的加工中心；形式（ b ）应用比较广泛，可用于立式和卧式加工中心，换刀可用机械手或直

接主轴移动式换刀。由于从布局设计方面的考虑，鼓轮式刀库一般都采用侧向安装的结构形式，若用于机械手平行布置的加工中心时，刀库中的刀袋（座）通常在换刀工作位可作 90 o 翻转。形式（ c ）多用于小型钻削中心；形式（ d ）一般用于专用加工中心。 链式刀库多为轴向取刀，适于要求刀库容量较大的加工中心。见图 11-2 。 图 11-2 链式刀库 2 ．自动换刀装置及其动作分解 斗笠式刀库换刀装置我们已经在实训 4 中接触过，在此就不再赘述。 对于刀库侧向布置、机械手平行布置的加工中心，其换刀动作分解见图 11-3 。换刀时， Txx 指令的选刀动作和 M6 指令的换刀动作可分开使用。 图 11-3 平行布置机械手的换刀过程

加工中心自动换刀

加工中心自动换刀 夏仰球，110010087，机械电子工程 1前言 随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业中起着愈来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工[1]。 人们一直寻求各种方式，提高加工中心的加工效率。如提高进给与移动速度、提高主轴转速、加大主轴电机功率、加大切削用量、采用高质量刀具等。在高节拍多次换刀的加工过程中，缩短换刀时间，可大大提高生产效率。国内外加工中心生产厂家都投入大量的资金和精力，研制自动换刀装置，以缩短换刀时间，提高工作效率和竞争力。自动换刀装置是专门为大中型加工中心配套，实现其刀具储备及自动交换功能的重要功能部件，是高档加工中心和重型加工中心的重要组成部分。其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率，降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。自动换刀装置的换刀速度和可靠性，是数控机床系统先进与否的一个重要标志[2]。 2、自动换刀系统的组成 自动换刀系统[2,3,5]一般由刀库、机械手和驱动装置组成。 一般来说，刀库容量可大可小，其装刀数量在20～180把之间。刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。 当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀臂，总称为机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。 驱动装置[4]则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。