8.4 自动换刀装置的结构原理与维修
慧聪网 2006年5月12日16时11分网友评论 0 条进入论坛
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10，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，并显著地缩短了换刀时间。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。
例462．换刀故障的故障维修
故障现象：一台配套OKUMA OSP700系统，型号为XHAD765的数控机床，换刀过程中，机械手未将主轴刀具拔出，随后显示2873“交换臂拔出检测器异常”报警，同时主轴负载逐渐增加，到80％时被迫关机。
分析及处理过程：按下急停钮，给CNC上电，在自动运行方式下输入“CHGCOND”，随后显示方式画面，将光标移到测试方式，按F1方式设定，断电后再上电，按软键PLC测试→扩展→找到调试画面，找到610参数将其改为0，按参数设定键，将任选参数16Bit7改为1，翻页将任选参数56BIT7改为1。切换到手动方式，同时按下ATC、互锁解除两键点亮ATC灯，按扩展→PLC运行。这时机床应能起动，翻到M06调整画面，查看换刀调整画面将EACH OPERATION POSSIBLE改为1，再先后将SPINDLE TOOL UNCLAMP (主轴松刀)、A RMFRONTMOVE(手臂向前)菜单COM位设为1，按单步退执行，如果刀具非机械卡死，则用小橡皮榔头轻轻敲击刀柄，刀柄应从主轴拔出，然后如上所述设置执行RIGHT FINGER UNCLAMP(右手指松)、LEFT FINGER UN CLAMP(左手指松)，将手臂上刀柄取下，然后将手臂各动作调整到准备状态，再将EACH OPERATION POSSIB LE改为0退出，按参数设定将任选参数16Bit7改为1，任选参数56Bit7改为0，同时按ATC、互锁解除两键将ATC灯熄灭。这时就可按常规检查刀具未拔出是油压低还是刀柄拉钉、或是刀柄、松刀液压缸引起。本例中经查发现油压偏低，将液压泵压力略调高0.2MPa后故障排除。调试正常后再将610号参数恢复到原来状态，找到方式转换画面，将方式设定为通常状况，断电开机后系统正常起动。
例463．刀具设置错误报警的故障维修
故障现象：一台配套OKUMA OSP700系统，型号为XHAD765的数控机床，换班后，操作工设置刀具表时，显示“2714刀具数据设定出错”报警。
分析及处理过程：查看刀具刀位表，所要设3号刀位表中确实没有，设入即报警，估计该号刀可能在主轴上，而主轴却是其他刀具。再查看刀具表其他页面，发现3号刀数据前有一红星号，证实3号刀确实应在主轴上。手动将3号刀换上主轴，MDI方式下执行M61、M63指令将主轴上刀具还回刀库后，再打开刀具刀位表，3号刀已显示在当前刀位，证实判断。经询问，交班前，前一班的操作工在手动换刀方式下用其他刀临时将3号刀换下，交班后又未交待，故造成人为故障。
例464．换刀错误的故障维修
故障现象：一台配套OKUMA OSP700系统，型号为XHAD765的数控机床，换刀中1号大刀未插回大刀刀位，大刀刀位插着其他刀，实际刀号刀位与机床控制系统中刀号刀位不符，即换刀错误，机床无报警，幸亏操作工细心，及时发现停机。
分析及处理过程：换刀错误是一种危险的故障，由于无报警，机床将继续工作，直到发生设备事故报警。由于换刀与众多位置开关和PLC控制程序及CNC处理过程有关，应重点检查这几部分。手工将实际刀具刀位调整到与控制系统中的一致，再执行换刀，发现除换1号刀外，其他换刀过程均正常。手动方式下，打开刀库侧门，按刀库上行或下行键，旋转刀库刀链，观察刀位表中当前刀位变化，发现在1号与30号刀位过渡时，刀位显示与实际刀位相差一个刀位，原来是刀库在过零点时出现刀位错误。关机后检查零点开关插头、刀库旋转计数开关插头与FUB-P4M4相关插头，发现进油。将插头清理后再重新插好，过20min再开机，换到手动方式，打开刀库门。手动上行、下行移动刀库，观察刀库在过零点时刀位显示正常，再切换到MDI方式，输入T1M6执行换刀，再输入T30 M6执行换刀。经查实际刀位刀号与刀位刀具表中一致，进行正常加工，未出现错误。
多次维修证明，各位置开关均采用插头联接是该机床电气一大缺陷，容易接触不良引起故障。由于刀库零点开关与刀库旋转计数开关共用一个插头供电，当插头接触不良而刀库又过零点时，易引起刀库旋转计数开关闪烁，导致错误计数。
例465．刀库报警的故障维修
故障现象：一台配套OKUMA OSP700系统，型号为XHAD765的数控机床，出现“2722、刀库刀套号0”报警。
分析及处理过程：该报警的含义为“刀库刀套号的数据不定”。切换到手动运行方式，打开刀库门，按上行或下行键，让刀库过一次零点，故障未能排除；打开PLC数据查各开关状态，发现IMGRCT信号有闪烁，怀疑接触不良，关机将刀库内各传感器插头拔出，发现进油。清除油污再插好，开机后故障排除。
例466~例467．刀库门报警的故障维修
例466．故障现象：一台配套OKUMA OSP700系统，型号为XHAD765的数控机床，换刀过程中出现2834“刀库关门检测器异常”报警，刀库门未关上，随后出现1728“刀库防护门电动机断路器”报警。
分析及处理过程：出现“2834，刀库关门检测器异常”报警，原因有：刀库门未关上，超时报警，传感器SQ8不良或线路不良。根据故障现象，估计本例中刀库门未关上应该是刀库门关上动作超时报警。据操作工介绍，刀库门近期动作迟缓、停顿，似乎很费力，而1728报警说明刀库电动机过载，刀库门卡滞。关机后将刀库门驱动电动机传动带拆下，用手推拉刀库，确是有卡滞，仔细检查，发现刀库门滚珠导轨由于无防护，导轨槽中有细小切屑：用油冲洗，直到用手推拉灵活自由后，将刀库门关上，装上传动带。打开电柜，将热继电器FRM6复位，开机，将参数P16bit7设定为1，将P56bit7设定为1；再切换到手动运行方式，按“ATC+互锁解除”，ATC灯亮，按扩展→PLC测试进入M06调整方面，设EACH OPERATION POSSIBLE 为1，设MAGAZINE DOOROPEN为1，按单步退，打开刀库门，再设MAGAZINEDOOR CLOSE为1，按单步退，如此多次，刀库门开关正常；再将M06调整画面恢复到准备状态，按“ATC+互锁解除”，关闭ATC灯，设定参数P16 Bit7为1，P56 Bit7为0，切换到MDI方式，用T#、M06指令换刀正常。
例467．故障现象：一台配套OKUMA OSP700系统，型号为XHAD765的数控机床，故障现象同上例。
分析及处理过程：关机后，拆下刀库门电动机传动带，用手推拉刀库门很轻松，无卡滞现象，负载很小，也不应是传动带松动的问题(传动带松动不会引起刀库门电动机过载保护)。查电动机供电正常，于是怀疑电动机本身的问题；送电开机按上例进入M06调整方面，打开、关闭刀库门，由于传动带未安装，这时需人为用手模拟将刀库门打开或关闭，同时观察刀库门电动机轴的转动情况，发现电动机轴转动有卡滞，证实电动机部分确有问题。断电关机，将电动机拆下检查，该电动机为普通微型三相异步电动机，在轴端加了一级电磁抱刹，结构原理类似交流伺服电动机上的电磁刹车。在电动机要运转时，电磁线圈级通电吸合铁心，松开刹车，电动机带动刀库门运转；动作结束，电磁线圈断电，弹簧将刹车抱紧。如果该电磁刹车不良，则也会导致电动机过载。将电磁刹车拆下检查，机械正常，用手拧电动机轴正常，用表测电动机绕组，无不平衡及碰壳短路现象：将电磁抱刹接上96V直流电源，观察衔铁未吸合到位，正常情况，通电后铁心应清脆地吸合；铁心未吸合到位，刹车不能完全解除，导致电动机过载；因为电压正常，而电磁力不足，说明电磁线圈有点问题。由于配件一时不易购到，临时将刹车弹簧加载螺钉调松，到铁心能清脆吸合即可；再安装回电动机，接通96V直流电，用手拧输出轴，手感轻松灵活。将该电动机装回机床，装上传动带，按上例，再调整刀库门，正常，恢复状态，退出后到MDI方式下，换刀正常。
例468．刀库不停转的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 0MC系统，型号为XH754的数控机床，刀库在换刀过程中不停转动。
分析及处理过程：拿螺钉旋具将刀库伸缩电磁阀手动钮拧到刀库伸出位置，保证刀库一直处于伸出状态，复位，手动将刀库当前刀取下，停机断电，用扳手拧刀库齿轮箱方头轴，让空刀爪转到主轴位置，对正后再用螺钉旋具将电磁阀手动钮关掉，让刀库回位。再查刀库回零开关和刀库电动机电缆正常，重新开机回零正常，MDI方式下换刀正常。怀疑系干扰所致，将接地线处理后，故障再未出现过。
例469．刀库位置偏移的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 0MC系统，型号为XH754的数控机床，在换刀过程中，主轴上移至刀爪时，刀库刀爪有错动，拔插刀时，有明显声响，似乎卡滞：
分析及处理过程：主轴上移至刀爪时，刀库刀爪有错动，说明刀库零点可能偏移，或是由于刀库传动存在间隙，或者刀库上刀具重量不平衡而偏向一边。因为插拔刀别劲，估计是刀库零点偏移；将刀库刀具全部卸下将主轴手摇至Y轴第二参考点附近，用塞尺测刀库刀爪与主轴传动键之间间隙，证实偏移；用手推拉刀库，也不能利用间隙使其回正；调整参数7508直至刀库刀爪与主轴传动键之间间隙基本相等。开机后执行换刀正常。
例470．刀库转动中突然停电的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 0MC系统，型号为XH754的数控机床，换刀过程中刀库旋转时突遇停电，刀库停在随机位置。
分析及处理过程：刀库停在随机位置，会影响开机刀库回零。故障发生后尽快用螺钉旋具打开刀库伸缩电磁阀手动钮让刀库伸出，用扳手拧刀库齿轮箱方头轴，将刀库转到与主轴正对，同时手动取下当前刀爪上的刀具，再将刀库电磁阀手动钮关掉，让刀库退回。经以上处理，来电后，正常回零可恢复正常。
例471．换刀过程有卡滞的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 0MC系统，型号为XH754的数控机床，换刀过程中，刀时有卡滞，同时声响大。分析及处理过程：观察刀库无偏移错动，故怀疑主轴定向有问题，主轴定向偏移会影响换刀。将磁性表吸在工作台上，将百分表头压在主轴传动键上平面，用手摇脉冲发生器，移动X轴，看两键是否等高。通过调整参数6531，将两键调平；再换刀，故障排除。
例472．换刀不能拔刀的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 0MC系统，型号为XH754的数控机床，换刀时，手爪未将主轴中刀具拔出，报警。
分析及处理过程：手爪不能将主轴中刀具拔出的可能原因有：
①刀库不能伸出；②主轴松刀液压缸未动作；③松刀机构卡死。
复位，消除报警：如不能消除，则停电、再送电开机。用手摇脉冲发生器将主轴摇下，用手动换刀换主轴刀具，不能拔刀，故怀疑松刀液压缸有问题。在主轴后部观察，发现松刀时，松刀缸未动作，而气液转换缸油位指示无油，检查发现其供油管脱落。，重新安装好供油管，加油后，打开液压缸放气塞放气两次，松刀恢复正常。
例473．换刀卡住的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 0MC系统，型号为XH754的数控机床，换刀过程快结束，主轴换刀后从换刀位置下移时，机床显示1001“spindle alarm 408 servo alarm(serialerr)”报警。
分析及处理过程：现场观察，主轴处于非定向状态，可以断定换刀过程中，定向偏移，卡住；而根据报警号分析，说明主轴试图恢复到定向位置，但因卡住而报警关机。手动操作电磁阀分别将主轴刀具松开，刀库伸出，手工将刀爪上的刀卸下，再手动将主轴夹紧，刀库退回；开机，报警消除。为查找原因，检查刀库刀爪与主轴相对位置，发现刀库刀爪偏左，主轴换刀后下移时刀爪右指刮擦刀柄，造成主轴顺时针转动偏离定向，而主轴默认定向为M19，恢复定向旋转方向与偏离方向一致，更加大了这一偏离，因而偏离很
多造成卡死；而主轴上移时，刀爪右指刮擦使刀柄逆转，而M19定向为正转正好将其消除，不存在这一问题。调整刀库回零位置参数7508，使刀爪与主轴对齐后，故障消除。
例474．换刀时间过长报警的故障维修
故障现象：某配套KNDl00T系统的数控机床，在指定2号刀位时刀架旋转直至产生05号报警后停止。
分析及处理过程：05号报警的含义为“换刀时间过长”。从刀架开始正转，经过Ta时间后指定的刀架到达信号仍然没有接收到，故产生报警。因此可适当延长Ta的值，但延长后仍然会产生报警。仔细多次观察换刀过程发现有时2号刀位能找到，有时找不到，通过检查发现换刀过程中刀架到位信号找不到，进一步检查发现刀架与刀架控制模块之间接触不是太好。重新连接后，故障排除。
经济型数控车床自动回转刀架的故障分析及排除
经济型数控车床自动回转刀架的故障分析及排除
经济型数控车床自动回转刀架的故障分析及排除
经济型数控车床一般都配有四工位自动回转刀架，它是根据微机数控系统改造传统机床设备的需要，同时兼顾刀架在机床上能够独立控制的需要而设计的。现有自动回转刀架，其结构主要有插销式和端齿盘式。由于刀架生产厂家无统一标准，因此，其结构、尺寸各异。而无论是哪一类刀架，要使其正常工作，均涉及到机械、电气、控制系统等多方面的稳定、可靠工作。一旦出现某种故障现象，则可能是机械原因，也可能是电气、控制系统方面的原因。因此，应根据不同故障类型，找准原因，准确迅速确定故障点，方能及时排除故障。
现以目前使用较多的端齿盘式四工位自动刀架可能出现的各种故障现象加以分析，确定其排除方法。其它类型的刀架，虽其结构、尺寸、元器件类型号各有差异，但故障原因大多雷同，也可参照此法加以排除。
1.刀架不能启动
1.1机械方面的原因
1)刀架预紧力过大。当用六角扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力时，可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动。此种现象出现，可确定刀架不能启动的原因是预紧力过大，可通过调小刀架电机夹紧电流排除之。
2)刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内，若在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如螺母锁死，应重新调整；再次，由于润滑不良造成旋转件研死，此时，应拆开，观察实际情况，加以润滑处理。
1.2电器方面的原因
1)电源不通、电机不转。检查溶芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。当用万用表测量电容时，电压值是否在规定范围内，可通过更换保险、调整开关位置、使接通部位接触良好等相应措施来排除。除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器断线、刀架内部断线、电刷式霍尔元件位置变化导致不能正常通断等情况。
2)电源通，电机反转，可确定为电机相序接反。通过检查线路，变换相序排除之。
3)手动换刀正常、机控不换刀，应重点检查微机与刀架控制器引线、微机I/O接口及刀架到位回答信号。
2．刀架连续运转、到位不停
由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从电气方面检查：检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘故障。可检查：发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接。此时需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情况相应地进行线路故障排除。当仅出现某号刀不能
定位时，则是由于该号刀位线断路所至。
3．刀架越位过冲或转不到位
刀架越位过冲故障的机械原因可能性较大。主要是后靠装置不起征作用。首先检查后靠定位销是否灵活，弹簧是否疲劳。此时应修复定位销使其灵活或更换弹簧。其次，检查后靠棘轮与蜗杆连接是否断开，若断开，需更换连接销。若仍出现过冲现象，则可能是由于刀具太长过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧。
出现刀架运转不到位（有时中途位置突然停留），主要是由于发讯盘触点与弹性片触点错位，即刀位信号胶木盘位置固定偏移所至。此时，应重新调整发讯盘与弹性片触头位置并固定牢靠。若仍不能排除故障，则可能是发讯盘夹紧螺母松动，造成位置移动。
4．刀架不能正常夹紧
出现该故障时，首先检查夹紧开关位置是否固定不当，并调整至正常位置；其次，用万用表检查其相应线路继电器是否能正常工作，触点接触是否可靠。若仍不能排除，则应考虑刀架内部机械配合是否松动。有时会出现由于内齿盘上有碎屑造成夹紧不牢而使定位不准，此时，应调整其机械装配并清洁内齿盘。
5．其它故障现象
除以上故障外，有时还出现：无法机控选刀、夹紧后无回答信号、启动或松开手控按纽刀架返原来位置等故障现象。出现这些故障的主要原因是电路中继电器接触不良、胶木盘位置不正、电源相序不对所致，可分别读其加以调整、修复，使故障排除。
熟悉以上分析、检查方法及解决措施，对于及时、有效地找到病源，对症下药，迅速排除孤障至关重要。当然，除此之外，还可以能出现其它意外孤障，但在掌握上述方法的基础上，便能够就果循因，加以排除
自动换刀装置的结构原理与维修 自动换刀装置的结构原理与维修 2007-09-26 01:24:39 作者：山特维克来源：互联网文字大小：【大】【中】【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：刀具夹具切削铣削车削机床测量 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。
与相应的触头12接触，发岀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 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 当数控装置发岀换刀指令后，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
第六章 数控机床的自动换刀装置第一节自动换刀装置的形式数控机床 为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。 在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。其基本类型有以下几种。 一、转刀架换刀回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为 0.001～0.005mm）。 一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧141 等。回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。 图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。 转位刀架 刀架内装信号盘上齿盘销钉端齿盘定位开电动机合下齿盘销钉n螺母弹簧安全离合器蜗轮副(a)(b) 刀架 凸轮凸轮拔爪棘爪上齿盘下齿盘电动机液压缸棘轮摆动阀芯(c)(e)(d)回转刀架的类型及其工作原理图6-1 图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。 图6-1c)所示为凸台棘爪式刀架，蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转90o，然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。 图6-1d)所示为电磁式刀架，它利用了一个有10kN左右拉紧力的线圈使刀架定 位锁定。 142
8.4 自动换刀装置的结构原理与维修 慧聪网 2006年5月12日16时11分网友评论 0 条进入论坛 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
第三章机械制造中的加工方法及装备 3-1 表面发生线的形成方法有哪几种？ 答：（p69-70）表面发生线的形成方法有轨迹法、成形法、相切法、展成法。 具体参见第二版教材p69图3-2。 3-2 试以外圆磨床为例分析机床的哪些运动是主运动，哪些运动是进给运动？ 答：如图3-20（p87），外圆磨削砂轮旋转是主运动，工件旋转、砂轮的横向移动、工作台往复运动均为进给运动。 3-3 机床有哪些基本组成部分？试分析其主要功用。 答：（p70-71）基本组成部分动力源、运动执行机构、传动机构、控制系统和伺服系统、支承系统。 动力源为机床运动提供动力；运动执行机构产生主运动和进给运动；传动机构建立从动力源到执行机构之间的联系；控制和伺服系统发出指令控制机床运动；支承系统为上述部分提供安装的基础和支承结构。 3-4 什么是外联系传动链？什么是内联系传动链？各有何特点？ 答：外联系传动链：机床动力源和运动执行机构之间的传动联系。如铣床、钻床传动链； 内联系传动链：执行件和执行件之间的传动联系。如车螺纹、滚齿的传动链。 外联系传动链两端没有严格的传动关系，而内联系传动链两端有严格的传动关系或相对运动要求。 3-5 试分析提高车削生产率的途径和方法。 答：（p76）提高切削速度；采用强力切削，提高f、；采用多刀加工的方法。 3-6 车刀有哪几种？试简述各种车刀的结构特征及加工范围。 答：（p77）外圆车刀（左、右偏刀、弯头车刀、直头车刀等），内、
外螺纹车刀，切断刀或切槽刀，内孔车刀（通孔、盲孔车刀、）端面车刀、成形车刀等。 顾名思义，外圆车刀主要是切削外圆表面；螺纹车刀用于切削各种螺纹；切断或切槽车刀用于切断或切槽；内孔车刀用于车削内孔；端面车刀切断面；成形车刀用于加工成形表面。 3-7 试述6140型卧式车床主传动链的传动路线。 答：（p82）6140型卧式车床主传动链的传动路线： 3-8 6140型卧式车床中主轴在主轴箱中是如何支承的? 三爪自定心卡盘是怎样装到车床主轴上去的？ 答：（p83-84） 3-9 6140型卧式车床是怎样通过双向多片摩擦离合器实现主轴正传、反转和制动的？ 答：如教材图3-17和3-18所示，操纵手柄向上，通过连杆、扇形齿块和齿条带动滑套8向右滑移，拨动摆杆10使拉杆向左，压紧左边正向旋转摩擦片，主轴实现正转； 若操纵手柄向下，通过连杆、扇形齿块和齿条带动滑套8向左滑移，拨动摆杆10使拉杆向右，压紧右边反向旋转摩擦片，主轴反转。 制动时操纵手柄处于中位，滑套8处于摆杆10的中间，此时杠杆7带动制动带8压紧制动轮，实现主轴制动。 3-10 6140型卧式车床主轴箱Ⅰ轴上带的拉力作用在哪些零件
1 绪论 1.1数控加工中心自动换刀装置概述 机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。当今社会，数控机床几乎已经扩展到了所有加工领域，许多工厂为了适应产品的频繁更新、提高加工精度、降低生产成本、缩短产品交货周期和减轻劳动强度，在中等批量、甚至大批量生产中应用数控机床，并取得了良好的经济效益。 数控加工中心带有刀库和自动换刀装置，是能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。自动换刀装置（ATC）是加工中心的重要组成单元，其设计质量的好坏，直接影响加工中心的质量。ATC由刀库和机械手组成，它的机构和运动复杂、性能要求高。刀库的功能是储存刀具，并且按程序指令，把即将要用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，因此刀库的位置、体积大小能否适合加工中心的整体设计，刀库的运动机构能否使刀库平稳运转并准确地停在换刀位置，运动过程有无干涉、卡死等现象，都是设计人员非常关心的问题。机械手的功能是把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具送回刀库。它的动作要求迅速而准确，所以对机构的结构、定位、运动、夹持力的大小等都有很高的要求，一旦有运动故障或定位、运动误差过大，都会造成换刀动作失败，掉刀。 当今时代，高速加工中心已成为加工行业未来的发展趋势。高速功能部件如电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率。为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。未来机床产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等级机床的一项重要指标。因此，对数控机床的刀库及其自动换刀装置的研究和发展有着重要的意义。 1.2国内外自动换刀装置设计的发展情况 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，
数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围
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数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围见表1。 表1 自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 1．自动回转刀架 自动回转刀架是数控车床上使用的一种简单的自动换刀装置，有四方刀架和六角刀架等多种形式，回转刀架上分别安装有四把、六把或更多的刀具，并按数控指令进行换刀。回转刀架又有立式和卧式两种，立式回转刀架的回转轴与机床主轴成垂直布置，结构比较简单，经济型数控车床多采用这种刀架。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减少刀架在切削力作用下的变形，提高加工精度。回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转
位之后具有较高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。图1所示为螺旋升降式四方刀架，它的换刀过程如下： （1）刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，电机22正转，并经联轴套16、轴17，由滑键（或花键）带动蜗杆18、蜗轮2、轴1、轴套10转动。轴套10的外圆上有两处凸起，可在套筒9内孔中的螺旋槽内滑动，从而举起与套筒9相连的刀架8及上端齿盘6，使6与下端齿盘5分开，完成刀架抬起动作。 图1 立式四方刀架结构 1，17—轴；2—蜗轮；3—刀座；4—密封圈；5，6—齿盘；7—压盖；8—刀架；9，20—套简；10—轴套；11—垫圈；12—螺母；13—销；14—底盘；15—轴承；16—联轴套；18—蜗杆；19—微动开关；21—压缩弹簧；22—电机
《机械制造技术基础》部分习题参考解答 第三章机械制造中的加工方法及装备 3-1 表面发生线的形成方法有哪几种？ 答：（p69-70）表面发生线的形成方法有轨迹法、成形法、相切法、展成法。 具体参见第二版教材p69图3-2。 3-2 试以外圆磨床为例分析机床的哪些运动是主运动，哪些运动是进给运动？ 答：如图3-20（p87），外圆磨削砂轮旋转n c是主运动，工件旋转n w、砂轮的横向移动f r、工作台往复运动f a均为进给运动。 3-3机床有哪些基本组成部分？试分析其主要功用。 答：（p70-71）基本组成部分动力源、运动执行机构、传动机构、控制系统和伺服系统、支承系统。 动力源为机床运动提供动力；运动执行机构产生主运动和进给运动；传动机构建立从动力源到执行机构之间的联系；控制和伺服系统发出指令控制机床运动；支承系统为上述部分提供安装的基础和支承结构。 3-4什么是外联系传动链？什么是内联系传动链？各有何特点？ 答：外联系传动链：机床动力源和运动执行机构之间的传动联系。如铣床、钻床传动链； 内联系传动链：执行件和执行件之间的传动联系。如车螺纹、滚齿的传动链。 外联系传动链两端没有严格的传动关系，而内联系传动链两端有严格的传动关系或相对运动要求。 3-5 试分析提高车削生产率的途径和方法。 答：（p76）提高切削速度；采用强力切削，提高f、a p；采用多刀加工的方法。 3-6 车刀有哪几种？试简述各种车刀的结构特征及加工范围。 答：（p77）外圆车刀（左、右偏刀、弯头车刀、直头车刀等），内、外螺纹车刀，切断刀或切槽刀，内孔车刀（通孔、盲孔车刀、）端面车刀、成形车刀等。 顾名思义，外圆车刀主要是切削外圆表面；螺纹车刀用于切削各种螺纹；切断或切槽车刀用于切断或切槽；内孔车刀用于车削内孔；端面车刀切断面；成形车刀用于加工
第一章、刀架和自动换刀装置设计 一、机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求 (一) 机床刀架和自动换刀装置的功能 机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架、转塔车床的转塔刀架、回轮式转塔车床的回轮刀架、自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量存储刀具静自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。 (二) 机床刀架和自动换刀装置的类型 按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架。例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等；按驱动刀架转位的动力可分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架。 自动换刀装置的刀库和换刀机械手，驱动都是采用电气或液压自动实现。目前自动换刀装置主要用在加工中心和车削中心上，但在数控磨床上自动更换砂轮，电加工机床上自动更换电极，以及数控冲床上自动更换模
具等，也日渐增多。 数控车床的自动 换刀装置主要采用回转 刀盘，刀盘上安装8～ 12把刀。有的数控车床 采用两个刀盘，实行四 坐标控制，少数数控车 床也具有刀库形式的自 动换刀装置。图3—122a 是一个刀架上的回转 盘，刀具与主轴中心平 行安装，回转刀盘既有 回转运动又有纵向进给 运动(S纵)和横向进给 运动(S横)。固3—122b 为刀盘中心线相对于主 轴中心线倾斜的回转刀 盘，刀盘上有6～8个刀 位，每个刀位上可装两把刀具，分别加工外圆和内孔。图3—122c装有两个刀盘的数控车床，刀盘1的回转中心与主轴中心线平线，用于加工外圆l刀盘2的回转中心线与主轴中心线垂直，用以加工内表面。图3—122d 安装有刀库的数控车床，刀库可以是回转式或链式，通过机械手交换刀具。
自动换刀装置的基本操作程序 刀架换刀有两种模式，一种是手动换刀，一种是通过T指令进行自动换刀。我们以手动状态为例，介绍一下换刀过程及常见故障。 一、首先我们将机床调至手动状态，通过刀位选择按键进行目的刀位选择，有的系统是利用波段开关的形式进行实现，有的系统是利用记数的形式来实现，比如说通过检测刀位选择信号（X30.6）的状态，如果按下刀位选择按键，X30.6的状态应该会改变一次，计数器的数值会发生改变，系统选择的目的刀具也会发生相应的改变。 （对应的操作方式解释表） 二、选择目的刀具完成以后，下面就是将机床刀架的当前刀位转换到目的刀位。我们按下刀位转换按键X30.7以后。这时系统PLC输出一个刀架正转信号Y0.6，KA6吸合；KM5吸合，这时刀架电机开始正向旋转，刀架开始正转。 三、刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测，如图3所示，每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和目的刀位寄存器中的刀位相一致的时候，PLC认为所选刀具已经到位。
四、刀具到位以后，刀架仍继续正向旋转一段时间，然后停止正向旋转（Y0.6停止输出），延时一段时间以后，刀架反转控制信号Y0.7有效，此时刀架开始反转，反转过程其实就是刀架锁紧的过程，此过程延续一段时间，直到刀架锁紧到位，但反转时间不宜过长或过短。过长就有可能烧坏电机或造成电机过热空开跳闸，时间过短有可能造成刀架不能够锁紧。刀架锁紧以后，整个换刀过程结束。 这就是自动换刀的整个过程。 注意：安全互锁 1、架电动机长时间旋转，而检测不到刀位信号，则认为刀架出现故障，立即停止刀架电动机，以防止将其损坏并报警提示； 2、刀架电动机过热报警时，停止换刀过程，并禁止自动加工。 电器https://www.doczj.com/doc/131017669.html,/jishu-dianzidianqi-cp-isp-mat
第三章机械制造中的加工方法及装备 3-1表面发生线的形成方法有哪几种？ 答：（p69-70）表面发生线的形成方法有轨迹法、成形法、相切法、展成法。 具体参见第二版教材p69 图3-2。 3-2试以外圆磨床为例分析机床的哪些运动是主运动，哪些运动是进给运动？ 答：如图3-20（p87），外圆磨削砂轮旋转n c是主运动，工件旋转n w、砂轮的横向移动f r、工作台往复运动f a均为进给运动。 3-3机床有哪些基本组成部分？试分析其主要功用。 答：（p70-71）基本组成部分动力源、运动执行机构、传动机构、控制系统和伺服系统、支承系统。 动力源为机床运动提供动力；运动执行机构产生主运动和进给运动；传动机构建立从动力源到执行机构之间的联系；控制和伺服系统发出指令控制机床运动；支承系统为上述部分提供安装的基础和支承结构。 3-4什么是外联系传动链？什么是内联系传动链？各有何特点？ 答：外联系传动链：机床动力源和运动执行机构之间的传动联系。如铣床、钻床传动链； 内联系传动链：执行件和执行件之间的传动联系。如车螺纹、滚齿的传动链。 外联系传动链两端没有严格的传动关系，而内联系传动链两端有严格的传动关系或相对运动要求。 3-5试分析提高车削生产率的途径和方法。 答：（p76）提高切削速度；采用强力切削，提高f、a p；采用多刀加工的方法。 3-6车刀有哪几种？试简述各种车刀的结构特征及加工范围。 答：（p77）外圆车刀（左、右偏刀、弯头车刀、直头车刀等），内、外螺纹车刀，切断刀或切槽刀，内孔车刀（通孔、盲孔车刀、）端面车刀、成形车刀等。 顾名思义，外圆车刀主要是切削外圆表面；螺纹车刀用于切削各种螺纹；切断或切槽车刀用于切断或切槽；内孔车刀用于车削内孔；端面车刀切断面；成形车刀用于加工成形表面。
数控机床大作业 数 控 机 床 的 自 动 换 刀 装 置 姓名： 学号： 班级：
数控机床的自动换刀装置 作者：刘伟杰 摘要 数控机床集中应用了计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，等先进技术，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理形式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化，促进了其他行业的生成和飞速发展。刀具及自动换刀装置对加工时间有着重要的影响，自动换刀的快慢又影响了加工的时间，刀库的容量决定了刀具的数量，进而影响换刀时间和加工时间。本文主要讲述数控机床的自动换刀机构。 关键词：发展趋势机构自动换刀刀库 中图分类号：TH 文献标识码：B
1.刀库 刀库是自动换刀装置的主要部件，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大影响。刀库的刀具定位机构是用来保证要更换的每一把刀具准确的停在换到位置上。采用电动机或液压系统为刀库提供动力。根据刀库所需要的容量和取刀方式，可以将刀库设计成多种形式。 1.1刀库的类型 刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按指令将要用的刀具准确的送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。根据需求，刀库类型有多种（1）盘式刀具在盘式刀库结构中，刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安放，刀具轴向安装的结构最为紧凑。在刀库容量较大时，可采用弹仓式结构，目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面，也可安装在单独的基地上。盘式刀库分径向、轴向两种取刀方式，其刀座结构不同。此种刀库结构简单，适用于刀库容量较少的情况。 （2）链式刀库刀具容量比盘式的大，结构也比较灵活和紧凑，常为轴向换刀。可将换刀位置刀座突出以利于换刀。另外还可以采用加长连带方式加大刀库的容量，也可采用折叠回绕的方式提高空间利用率，在要求刀量容量很大时可以采用多条链带的结构。 （3）格子盒式刀具固定型格子盒式刀库。刀具分几排直线排列，由纵、横向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具，此刀具空间利用高，刀库容量大。 1.2刀库的容量 刀库的容量首先要考虑加工工艺的分析需要。一般情况下，并不是刀库中的刀具越多越好，太的容量会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀过程时间增长。如果从完成工件的全部加工所需要的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成加工任务所需的刀具数目在40种以下，所以一般的中小型立式加工中心配14--30把刀具的刀库就能够满足70%--95%的工件加工需要。 1.3刀库的转位 刀库转位机构由伺服电动机通过消隙齿轮带动蜗杆，通过涡轮使刀库转动。
数控加工中心自动换刀装置的设计 摘要 数控机床的发展与运用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。随着数控机床的普及运用，加工机械的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。加工中心带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。 自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和刀库、机械手与主轴间自动换刀，加工中心出现故障80%都在上述方面。本课题就是对自动换刀装置进行设计，利用PLC 对刀库的选刀控制和刀库、机械手与主轴间的自动换刀控制。 关键词：自动换刀装置；弧面分度凸轮；滚齿凸轮；机械手。
ABSTRACT The numerical control engine bed development and the utilization, greatly reduced the components processing non-cutting time, enormous enhancement productivity.Along with the numerical control engine bed popularization utilization, processes the machinery the automaticity to enhance greatly, the numerical control engine bed develops now has been common the application one kind of renewal, the more advanced manufacture equipment is the processing center.The processing center has the knife storehouse and trades the knife installment automatically, can carry on the multi-working procedure processing to the work piece according to the pre-set sequence the high automation multi-purpose numerical control engine bed Trades the knife equipment to have automatically to trade the knife time satisfiedly short, the cutting tool reserves enough, the cutting tool placement space small as well as safe reliable and so on the basic request.The processing center key lies in CNC to choose the knife and between automatically the knife storehouse, the manipulator and the main axle to the knife storehouse trades the knife automatically, the processing center appears breakdown 80% all in the above aspect.This topic is to trades the knife installment to carry on the design automatically, chooses the knife control and between the knife storehouse, the manipulator and the main axle using PLC to the knife storehouse trades the knife control automatically. Keywords:Trades the knife installment automatically; Cambered surface indexing cam; Rolls the tooth cam; Manipulator.
换刀系统 自动换刀系统主要是将加工所需刀具，从刀库中传送到主轴夹持机构上。换刀系统由刀库，机械手，驱动系统等构成。 基本要求：1. 换刀时间短2. 刀具重复定位精度高3. 足够的刀具储存量4. 刀库占地面积小(结构紧凑)5. 安全可靠。 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。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。大幅缩短加工时程，降低生产成本。 刀库主要是提供储刀位置，并能依程式的控制，正确选择刀具加以定位，以进行刀具交换；换刀机构则是执行刀具交换的动作。刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备；若无换刀机构，则加工所需刀具无法自刀库依序更换，而失去降低非切削时间的目的。 刀库的回转运动由带 抱闸的三相异步电动机作 动力源，三相电源通过交流 接触器提供给电动机时抱 闸打开，然后刀库进行运 转，切断三相电源则抱闸闭 锁，刀库立刻停止运转。通 过分度盘的运动及相关检 测元件组的逻辑组合，可使 每个刀套准确停在换刀位 置。刀套停在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直状态，以方便机械手换刀，刀套分度台可以顺时针或逆时针方向旋转，从而可以在最短的时间内搜索到所要更换的刀具。 驱动系统 数控工具机的自动换刀系统有油压机构、气压机构、电气式凸轮机构。现如今凸轮式换刀机构就广泛的被采用。快速确实，除了换油外没有其他消耗零件及保养需求，故障率最少，寿命超过百万次以上。 换刀系统的速度要求 快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的，综合考虑工具机的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换的技术方法。机台有几个特点：1.刀臂短2.刀臂不一定成直线 3.两刀可能互相垂直 4.凸轮箱小且可移动。其主要目的是要让换刀时，可动件之转动惯量小，以达到快速换刀之目的。 提高换刀速度的方法 1．在传统自动换刀装置的基础上提高动作速度，或采用动作速度更快的机构和驱动元件。例如，机械凸轮结构的换刀速度高于液压和气动结构。 2．根据高速工具机的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如，传统工具机的刀库和换刀装置多装在立柱一侧，在高速工具机则多为立柱移动的进给方式，为减轻运动件质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。
自动换刀装置的结构原 理与维修 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
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。
加工中心的主要技术参数包括工作台面积、各坐标轴行程、摆角范围、主轴转速范围、切削进给速度范围、刀库容量、换刀时间、定位精度、重复定位精度等 自动换刀装置 加工中心上的自动换刀装置由刀库和刀具交换装置组成，用于交换主轴与刀库中的刀具或工具。 一、对自动换刀装置的要求 加工中心对自动换刀装置有如下具体要求： 1、刀库容量适当 2、换刀时间短 3、换刀空间小 4、动作可靠、使用稳定 5、刀具重复定位精度高 6、刀具识别准确 二、刀库 在加工中心上使用的刀库主要有两种，一种是盘式刀库，一种是链式刀库。盘式刀库装刀容量相对较小，一般在 1～24 把刀具，主要适用于小型加工中心；链式刀库装刀容量大，一般在 1～100 把刀具，主要适用于大中型加工中心。 换刀方式 三、加工中心的换刀方式一般有两种：机械手换刀和主轴换刀。
1、机械手换刀 由刀库选刀，再由机械手完成换刀动作，这是加工中心普遍采用的形式。机床结构不同，机械手的形式及动作均不一样。 2、主轴换刀 通过刀库和主轴箱的配合动作来完成换刀，适用于刀库中刀具位置与主轴上刀具位置一致的情况。一般是采用把盘式刀库设置在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库能移动到主轴箱可以到达的位置。换刀时，主轴运动到刀库上的换刀位置，由主轴直接取走或放回刀具。多用于采用 40 号以下刀柄的中小型加工中心。 四、刀具识别方法 加工中心刀库中有多把刀具，如何从刀库中调出所需刀具，就必须对刀具进行识别，刀具识别的方法有两种。 1、刀座编码 在刀库的刀座上编有号码，在装刀之前，首先对刀库进行重整设定，设定完后，就变成了刀具号和刀座号一致的情况，此时一号刀座对应的就是一号刀具，经过换刀之后，一号刀具并不一定放到一号刀座中（刀库采用就近放刀原则），此时数控系统自动记忆一号刀具放到了几号刀座中，数控系统采用循环记忆方式。 2、刀柄编码 识别传感器在刀柄上编有号码，将刀具号首先与刀柄号对应起来，把刀具装在刀柄上，再装入刀库，在刀库上有刀柄感应器，当需要的刀具从刀库中转到装有感应器的位置时，被感应到后，从刀库中调出交换到主轴上。
自动换刀装置的结构原理与维修 2007-09-26 01:24:39 作者：山特维克来源：互联网文字大小：【大】【中】【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：刀具夹具切削铣削车削机床测量 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。
1绪论 1.1数控加工中心概述 1.1.1数控加工中心的优点 数控加工中心的优点很多，主要有一下几种： （1）工件一次装夹可完成多种加工任务，避免了因多次装夹带来的误差和时间成本，而且，由于不需要依靠操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。 （2）减少了加工的准备时间，提高了加工效率，减少了劳动力的使用，从而大大的降低了生产成本，提高了产品的竞争力。 （3）提高了设备的利用率，数控加工中心的设备利用率为通用机床的几倍，并且，由于工序较为几种，更加适合多种、中小批量的加工生产。 1.1.2数控加工中心的结构特点 数控加工中心的结构特点如下： （1）刚度高、抗振性好。 （2）传动系统结构简单，传递速度快，精度高。 （3）设计有刀库和换刀机构，这是数控加工中心与其他机床的主要区别。 （4）相较其他机床更为人性化，功能齐全，省去了绝大部分的人力劳动。 1.1.3数控加工中心的发展趋势 （1）高速化 随着数控系统核心处理器性能的进步，数控加工中心的主轴转速和进给速度的进一步提升以及自动交换平台和自动换刀用时的进一步缩短，进而使数控机床的效率向更高的目标迈进。 （2）高精度化 先进的数控系统一般带有高精度的位置检测装置，并通过自我反馈系统时时的调整主轴的运动，进而保证了较高的加工精度和准确性。随着现代科学技术的发展，以及人们不断去对超精密加工技术提出更高的要求，并且伴随新材料，新零件的出现对它们的加工需要更高的超精密加工工艺，因此不断发展新型的超精密加工机床和不断完善现代超精密加工技术，是数控机床发展的毕由之路。 （3）复合化 随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的
毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目基于单片机的数控车床4刀位刀架的自动换刀装置的设计学生姓名学号班级 主要 任务及目标 实现基于单片机的数控车床的4刀位刀架的自动换刀装置的机械机构和电气控制的设计 主要内容与基本要求或技术数据主要内容： 一、基于单片机的4刀位数控车床刀架的机械结构的设计 1、刀架的形式 2、刀位的分布形式 3、刀柄的规格 二、基于单片机的4刀位数控车床自动换刀装置的电气控制的设计 1、控制原理及电路图 2、所用到的电气元件的选用 3、单片机的控制程序 基本要求： (1) 机械结构的设计要有设计方法和设计的图样； （2）电气控制部分，要有电路图、电器元件的选用方法和必要的说明； （3）软件控制部分，要有控制程序及对应的文字说明 进度安排序 号 各阶段 工作安排 起止 日期 1 查找准备相关的书籍、资料9月27日至10月8日 2 整理所要用的相关资料，列出提纲10月9日至10月10日 3 设计机械结构10月11日至10月20日 4 设计电气电路10月21日至10月31日 5 编写控制程序11月1日至11月10日 6 进行修改，完成毕业设计11月11日至11月20日 指导教师签字： 年月日系主管领导签字： 年月日
摘要 数控车床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产效率。随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀，电液组合驱动和伺服驱动方向发展。根据加工对象不同，有四方刀架，六角刀架和八或更多工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把，六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。 自动换刀装置应当满足换刀时间短、安全可靠等基本要求。本课题主要对四工位立式自动回转刀架的机械设计和用PLC编程对控制部分的设计。并对以上部分运用ATUOCAD作图，对自动回转刀架有更直观的了解。
8.4 自动换刀装置的结构原理与维修 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10，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。