【正文】 ......................................................... 27 ...................................................................................................................... 28 刀套 ............................................................................................................................. 28 刀盤 ............................................................................................................................. 29 （刀座）識(shí)別裝置 ............................................................................................................... 29 第 6章 自動(dòng) 換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 30 刀庫(kù)選刀控制方式 ..................................................................................................................... 30 PLC型號(hào)選擇 ............................................................................................................................. 30 CPU22X 系列基本單元 ..................................................................................................... 30 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ............................................................................................................................ 31 自動(dòng)換刀系統(tǒng)控制原理 .............................................................................................................. 31 ............................................................................................................ 32 自動(dòng)換刀程序流程圖 ...................................................................................................... 33 ........................................................................................................... 34 宏程序設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 34 PMC程序設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 34 第 7 章 結(jié)論 ............................................................................................................................. 35 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................... 36 致 謝 .................................................................................................................................... 37 1 第 1 章 緒論 自動(dòng)換刀裝置的定義 自動(dòng)換刀裝置（ Automatic tool changer,簡(jiǎn)稱 ATC）是指加工中心中能完成 刀具儲(chǔ)存位置與 主軸 間的交換 刀具裝置 。 其 包括 存儲(chǔ) 刀具和 刀具 交換 兩部分，前者 稱為刀庫(kù)（ Tool magazine），后者 稱為換刀機(jī)構(gòu) (Tool change mechanism)。刀庫(kù)是用來(lái)儲(chǔ)存加工過程中使用的 刀具的 一種 裝置。當(dāng) 加工中 需要換刀 具 時(shí)，由換刀機(jī)構(gòu) 即機(jī)械手將刀具從刀庫(kù)中取出裝入主軸中，在此同時(shí)主軸中的舊刀具送到刀庫(kù)中儲(chǔ)存起來(lái) 等待下次備用。二者根據(jù)主軸 與 刀庫(kù)刀具 的相對(duì)位置，在比較有限的空間里巧 妙的安裝和換刀動(dòng)作設(shè)計(jì)，使刀庫(kù) 中 的新刀具 可以經(jīng)換刀機(jī)構(gòu)與主軸中的舊刀具進(jìn)行刀具交換動(dòng)作。它的 主要目的是為了減少機(jī) 械 加工過程中的非切削 加工 時(shí)間，以 達(dá)到 提高效率。降低上產(chǎn)成本 的目的 ，進(jìn) 一步 提高機(jī)床在整個(gè)生產(chǎn) 過程中 的生產(chǎn)力， 因此 自動(dòng)換刀刀庫(kù)在加工中心中有著十分重要 的角色。目前 刀庫(kù) 市場(chǎng)的 ATC 種類 極其繁多 ， 并且很多機(jī)型都是由廠商直 接設(shè)計(jì)定型 ， 因此自動(dòng)刀庫(kù)既需要滿足功能上的需要，又需 要成為機(jī)床的 一部分 。在 當(dāng)今 激烈的市場(chǎng)環(huán)境中 ，由于 自動(dòng)換刀裝置 在縮短非 機(jī)械 加工時(shí)間 中扮演重要角色 。 所以自動(dòng)換刀裝置 ATC 的換刀時(shí)間 也成為衡量機(jī)床性能的一個(gè)重要指標(biāo) 。 從 自動(dòng) 換刀 裝置 發(fā)展 進(jìn)程 來(lái)看， 1956 年日本富士通研究 出了 數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國(guó) IBM 公司 也 同期 研制出 “ APT39。39。(刀具過程控制裝置 )。 1958 年美國(guó) Kamp。T 公司研制成功 帶 有 自動(dòng)交換 刀具裝置的加工中心。 繼而 1967 年 研制 出了 FMS(柔性制造系統(tǒng) )。 1978 年以后，加工中心 得到了 迅速發(fā)展， 同時(shí) 帶有 ATC 裝置，可 以完成 多種 加工 工序 的機(jī)床，進(jìn)入 了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。 直到 1983年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定 出 了數(shù)控刀具錐柄的國(guó)際 化標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)換刀系統(tǒng)從此形成了統(tǒng)一 。 自動(dòng)換刀裝置在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)前 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，刀具、輔具 很多都是使用 錐柄結(jié)構(gòu)，刀柄與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)、 切削刀具的夾緊放松機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方法大多都是使用 同一種結(jié)構(gòu)模式。在這種 統(tǒng)一結(jié)構(gòu) 模式中，機(jī)床 的 主軸 大多都是 采用空心 且 帶有 碟形彈簧組 、 長(zhǎng)拉桿的結(jié)構(gòu)形式，用 液壓或 者是 氣動(dòng)裝置提供 驅(qū)動(dòng) 動(dòng)力， 來(lái)完成 夾緊放松刀柄的 動(dòng)作。 使用這種機(jī)構(gòu)夾持刀具進(jìn)行機(jī)械加工的最大障礙 是，它 無(wú)法 同 一 時(shí) 刻 得 到較高的夾持剛度和刀具振動(dòng) 精度， 并且由于 主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸軸向尺寸 有時(shí)會(huì)很大 ， 再加之 它的液 壓驅(qū)動(dòng)裝置和 刀具輔具錐柄的制造成本 較高，使得自動(dòng)換刀系統(tǒng)的成本 在機(jī)床整機(jī)中占有較大的比重。 在刀具 使用錐柄夾頭、側(cè)壓夾頭或者是 彈簧夾頭夾緊性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，采用彈簧夾頭夾持刀具是唯一可 以 獲得高的夾持剛度和振擺精度。 所使用 這種夾持組件，刀具或刀具輔具可 以做成圓柱形狀 ， 就可以降低它的制造成本，提高制造精度 。所以 在 當(dāng)今的 數(shù)控機(jī)床 中也是采用彈簧夾頭作為刀具的夾 持組件， 因此 機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu) 和 驅(qū)動(dòng)方式仍 需要使用和 錐柄刀具完全相同的結(jié)構(gòu)。在實(shí)際 的 數(shù)控 機(jī)械 加工中， 特別是 在 要求有 超高速主軸、主軸的徑向、軸向尺寸都很小 的時(shí)候 、 如果 沒有足夠 大 的換刀空間的微細(xì)加工場(chǎng)合中 很難完成 自動(dòng)換刀，如果 需要來(lái)完成 自動(dòng)換刀那 勢(shì)必 將 提高機(jī)床成本 。如在 CNC 控制磨削球面銑刀的數(shù)控磨削機(jī)床上，直接 驅(qū)動(dòng)主軸的是高速電機(jī) ，使用 的是 小直徑盤形砂輪和指形砂輪 來(lái) 加工球面銑刀，換刀空間 是比較 小，在這種 條件比較差的情況 下，將 很難完成 自動(dòng)換刀。國(guó)外 研制 最新的內(nèi)圓磨床 中也是 采用的彈簧夾頭自動(dòng)換刀裝置 并且 售價(jià)昂貴。 自動(dòng)換刀刀庫(kù)形式及各自應(yīng)用范圍 因?yàn)榧庸ぶ行牡淖詣?dòng)換刀裝置是由機(jī)械手和刀庫(kù)組成的，它的機(jī)械機(jī)構(gòu)是比較復(fù)雜 ， 所以 自動(dòng)換刀裝置 的品種 繁多。 因?yàn)樽詣?dòng)換刀頻率比較高 ， 所以加工中心對(duì)自動(dòng)換刀的裝置的要求就相當(dāng)苛刻 ．如要求定位精度高．動(dòng)作平穩(wěn)，工作可靠以及精度保持性等。這些要求都與加工中心的性能息息相關(guān)。 表 自動(dòng)換刀刀庫(kù)的形式及應(yīng)用范圍 形式 類別 特點(diǎn) 應(yīng)用范圍 轉(zhuǎn)塔式 垂直轉(zhuǎn)塔頭 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式不同，可分為順序選刀或任意選刀 結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單 容納刀具數(shù)目少 用于鉆削中心 水平轉(zhuǎn)塔頭 刀 庫(kù)式 無(wú)機(jī)械手 的 換刀 方式 運(yùn)用 刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)與主軸直接換刀 的方式 ，省 略 去機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)較多 小型加工中心 機(jī)械手換刀 刀庫(kù)只做選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手換刀 布局靈活，換刀速度快 各種加工中心 機(jī)械手和刀具運(yùn)送器 刀庫(kù)距 離 機(jī)床主軸 比 較遠(yuǎn)時(shí)，用刀具運(yùn)送器 可以 將刀具送至機(jī)械手 大型加工中心 3 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成套更換方式 更換轉(zhuǎn)塔 的方式 利用更換轉(zhuǎn)塔頭，增加換刀數(shù)目 換刀時(shí)間基本不變 擴(kuò)大加工工藝的鉆削中心 更換主軸箱 的方式 利用 替換 主軸箱， 來(lái)擴(kuò)展 組合機(jī)床 所需要的 加工工藝范圍 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 擴(kuò)大柔性的組合機(jī)床 更換刀庫(kù) 的方式 通過擴(kuò)展加工工藝，替換刀庫(kù)，還 有 其他的 刀庫(kù)存儲(chǔ)器 充分提高機(jī)床利用率和自動(dòng)化程度 擴(kuò)展 加工中心所需 的加工工藝范圍 加工 比較 復(fù)雜零件 的時(shí)候 ，就 需 要擁有很多 刀具的加工中心或組成 比較高級(jí)別的 自動(dòng)化的生產(chǎn)系統(tǒng) 刀庫(kù)的類型 刀庫(kù)中的最關(guān)鍵的部件就是自動(dòng)換刀裝置 ， 自動(dòng)換刀裝置 的 布局，容量和其機(jī)械結(jié)構(gòu)都會(huì)對(duì)加工中心的具體設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響 。 刀庫(kù)可以用來(lái)存放加工所需的刀具和輔助工具 。 因?yàn)榇蠖鄶?shù)的數(shù)控中心換刀裝刀的位置都是對(duì)應(yīng)著刀庫(kù)中一個(gè)固定的刀位 ， 所以想要保證有可靠的換刀性能就必須要 有能使刀具運(yùn)動(dòng)和定位機(jī)構(gòu)。 如果需要 的話 還要有 一定傳動(dòng)比 減速機(jī)構(gòu)。刀庫(kù)的定 位即是能使需要的每一把刀或者是其刀套停在準(zhǔn)確的位置 。其控制部分可以采用 十分 簡(jiǎn) 的易位置控制器或 相 類似半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的伺服位置控制，也可以采用電氣和機(jī)械相結(jié)合的銷定為方式，一般要求綜合定為精度達(dá)到 ~ 。 依據(jù)不同的取刀方法及不同的刀庫(kù)容量 ， 刀庫(kù)可以被定為很多種類 。圖 所示為 常用的幾種刀庫(kù) 形式 。圖 中的 ~ad是 盤式 的 刀庫(kù)，為 了能夠滿足不同 的機(jī)床布局 ，刀庫(kù)的刀具軸線 可以配置成不同的方向 ，圖 中 d 所示的盤式刀庫(kù)的刀具就可以 90176。 翻轉(zhuǎn)， 使用取刀動(dòng)作比較簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu) ，取刀也較為方便， 多以它得到了最廣泛的使用 。但由于圓盤尺寸受限制，刀庫(kù)的容量較?。ㄍǔＱb 15~30 把刀）。 圖 a）軸向式 b）徑向式 c）斜向式 d）刀具翻轉(zhuǎn)式 e）鼓筒彈夾式 f）鏈?zhǔn)? g）多盤式 h）格子式 如果需要安放更多的刀具時(shí) ， 就可以選用 圖 中的 ~eh刀庫(kù)，它們 可以 在有限的空間里完成換刀的一系列動(dòng)作 ， 并 且 它們沒有過大的尺寸。 圖 所示的 是鼓筒彈夾式刀庫(kù)， 由于它有很緊湊的結(jié)構(gòu)，可以在相同的空間里擁有很大的刀庫(kù)容量。 但 是也帶來(lái)了取選刀的動(dòng)作繁瑣的缺點(diǎn) 。圖 所示的 是鏈?zhǔn)降稁?kù)， 它擁有很好的靈活性，因此有較多的刀庫(kù)容量。并且 選刀和取刀 的 動(dòng)作 也是相當(dāng) 簡(jiǎn)單。 如果 鏈條較長(zhǎng)時(shí)， 就 可以增加支撐鏈輪的數(shù)目，使鏈條折迭 能夠回繞， 這一舉