加工中心换刀机构课程设计说明书论文(编辑修改稿)

加工中心换刀机构课程设计说明书论文(编辑修改稿)内容摘要：

另外，在装刀时必要认真谨慎对号入座，否则将会产生严重后果。 （ 2）任意选择刀具方式 这种方法根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放。 每把刀具 (或刀座 )都编上代码．自动换刀时，刀库旋转，每把刀具 (或刀座 )都经过“刀具识别装置”接受识别。 当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，刀库将选中的刀具送至换刀位置，等待机械手来抓取。 任意选择刀具法的优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关。 相同的刀具可重复使用，故刀具数量比顺序选择法的刀具可少一些，刀库也相应小一些。 ①刀座编码式 这种编码方式是对刀库中的每个刀座都预先进 11 行编码，刀具也编号，并将与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中，根据刀座编码选刀。 换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过刀具识别器，直至找到规定的刀座，刀库即刻停止旋转。 刀座编码又分永久性编码和临时性编码，前者刀座号是固定不变的；后者又称编码钥匙，即采用一种专用的编码钥匙”这种入法是按加工顺序要求事先给各刀具都缚上一“把表示法刀具号的编码钥匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进刀座旁边的钥匙孔中。 这样就把钥匙的号码转记到刀座中，给刀座编上了号码。 识别器可通过识别钥匙上的号码来选取该钥匙旁边刀座中的刀具；编码钥匙中除导向 凸起外，共右 16 个凸起和凹下的位置，故有 65535 凹凸组合，可区别 65535 把刀具。 钥匙沿着水平方向的钥匙缝插人钥匙孔座，然后顺时针方向旋转 90176。 ，处于钥匙代码凸起的第一弹簧接触片被撑起，表承代码“ 1”，处于 代码凹处的第二弹簧接触片保持原状，表示代码“ 0”。 由于钥匙上每个凸凹部分旁边均有相应的碳刷，故可将钥匙各个凸凹部分均识别出来，即识别出相应的刀具。 当取出刀具时，钥匙也随之取出，刀座码立即消失，调换钥匙可任意改变刀具编码，使用具有更大的灵活性。 ②刀具编码式 这种万式是直接对每把刀具进行编码，由换刀装置识别刀具上的编码进行选刀，出于每把刀只都有自己的代码，故可存放于刀库的任一刀座中。 这样刀库中的刀具在不同的工序中也就可重复使用，用过的刀具也 不一定放回原刀座中。 避免了因刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故；同时也缩短了刀库的运转时间，简化了自动换刀控制线路。 它还可直接在刀库与刀具主轴之间进行换刀而不致增加换刀时间。 其缺点是使刀具长度增加，制造田难，刚度降低，同时使机械手和刀库的结构也复杂化。 ③编码附件法 这种选刀方式介于刀具编码与刀座编码之间。 刀库的刀座与刀具均无需编码。 只利用一种带有编码附件 (如钥匙、卡片、编码杆、编码盘 )与刀具合在 — 起，这样刀具就具有与编码附件相同的编号。 当带编码附件的刀具插人刀库中某一刀座时，该刀座便具有编码附件指定 的编码。 以上选刀方式都结换刀系统带来很多不便，所以近年来在加工中心应用得很少。 ④计算机记忆式 高档的数控加工中心，可将刀具号和刀库上存刀地址对应地记忆在计算机存储器内或可编程控制器内。 不论刀具放入哪个地址，均可跟踪记忆；利用刀库上装刀位置检测装置，可测得每一地址。 这样刀具可以任意取、存，无需编码元件，这种刀具任选 12 方式使换刀控制大为简化。 故目前的加上中心绝大多数都采用这种方式。 刀具 (刀座 )识别装置 刀具 (刀座 )识别装置是自动换刀系统中的重要组成部分，常用的有下列几种。 (1)接触式刀具识 别装置 接触式刀具识别装置应用广泛，特别适应于空间位置较小的刀具编码，其原理如图 2— 6 所示。 在刀柄 1上装有两种直径不同的编码环，规定大直径的环表示二进制的“ 1”，小直径的环为“ 0”，图中有 5 个编码环 4，在刀库附近固定一刀具识别装置 2，从中伸出几个触针 3，触针数量与刀柄上的编码环个数相等。 每个触针连一个继电器，当大直径的编码环与触针接触，继电器通电，其数码为“ 1”。 当各继电器读出的 数码与所需刀具的编码一致时，由控制装置发出信号，使刀库停转，等待换刀。 接触式刀具识别装置结构简单，但由于使用中触针有磨损，故寿 命较短，可靠性较差，且难于快速换刀。 (2)非接触式刀具识别装置 非接触式刀具识别装置无机械接触、无磨损、无噪声、寿命长、反应速度快，适应于高速且换刀频繁的工作场合。 常用的有磁性识别法和光电识别法。 ①非接触式磁性识别法 磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料磁感应强弱不同，通过感应线圈读取代码。 编码环的直径相等，分别由导磁材料 (如软钢 )和非导磁材料 (如黄铜、塑料等 )制成，规定前者编码为“ 1”，后者编码为“ 0”。 图 27 所示为一种用于刀具编码的磁性识别装置。 图中刀柄 1 上装有非导磁材料编码环 4 和导磁材料编码 环 与编码环对应的有一组检测线圈 6 组成非接触式识别装置3。 在检测线圈 6 的一次线圈 5 中输入交流电压时，如编码环为导磁材料，则磁感应较强，在二次线圈 7 中产生较大的感应电压。 如编码环为非导磁材料，则磁感应较弱，在二次线圈中感应的电压较弱。 利用感应电压的强弱，就能识别刀具的号码。 当编码环的号码与指令刀号相等时，控制电路便发出信号，使刀库停止运转，等待换刀。 刀具编码的识别装置原理如图 28 所示。 当数控装置接受穿孔纸带给出的选刀号 T 代码，由选刀控制电路使刀库快速转动，刀具依次通过识刀器，对应每个刀具的编码环感应出不 同的信号，经刀号读出电路将编码环所表示的号码读出，通过输入控制门存入刀号寄存器内，然后送入比较符合电路与数控装置，对已接收的 T 代码进行比较。 若与给定的 T代码不一样，则刀库仍继续转动，直到识刀器读出的刀具或刀座编码与 T 代码一致时，发出选刀符合信号，说明已选中刀具； 13 此时刀库减速、定位、停止，所选刀具停在等待换刀位置。 图中延时清零电路用来等待识刀器读完一个编码号后再进行比较识别，以免因读出信号时间上的不一致造成失误。 每读完一次编码，延时清零电路经一定延时发出一次消零信号，使刀号寄存器清零复位，以便寄存下一个刀号。 图 26 接触式刀具识别装置 图 27 磁性识别装置 图 28 识刀装置原理框图 ②光学纤维刀具识别装置 这种装置利用光导纤维很好的光传导特性，采用多束光导纤维构成阅读头。 用靠近的两束光导纤维来阅 14 读二进制码的一位时，其中一束将光源投射到能反光或不能反光 (被涂黑 )的金属表面，另一束光导纤维将反射光送至光电转换元件转换成电信号，以判断正对这两束光导纤维的金属表面有无反射光，有反射时 (表面光亮 )为“ 1”，无反射时 (表面涂黑 )为“ 0”．如图 28 (b)所示。 在刀具的某个磨光部位按二进制规律涂黑或不涂黑，就可以给刀具编上号码。 正当中的一小块反光部分用来发出同步信号。 阅读头的端面如图 29(a)所示，共用的投光射出面为一矩形框，中间嵌进一排共 9 个圆形受光入射面、当阅读头端面正对刀具编码部位，沿箭头方向相对运动时，在同步信号作用下，可将刀具编码读入，并与给定的刀具号进行比较而选刀。 在光导纤维中传播的光信号比在导体中传播的电信号具有更高的抗干扰能力。 光导纤维可任意弯曲，这给机械设计、光源及光电转换元件的安装都带来很大的方便。 因此，这种识别方法很有发展前途。 近年来，“图像识别”技术也开始用于刀具识别，刀具不必编码，而在刀具识别位置上利用光学系统将刀具的形状投影到许多光电元件组成的屏板上，从而将刀具的形状变为光电信号，经信息处理后存人记忆装置中。 选刀时，数控指令 T所指的刀具在刀具识别位置出现图形时，便与记忆装置中的图形进行比较，选中时发出选刀符合信号，刀具便停在换刀位置上。 这种识别方法虽有很多优点，但由于该系统价格昂贵而限制了它的使用。 图 29 光学纤维刀具识别装置 15 (3)利用 Pc 实现随机换刀 随着计算机技术的发展，利用软件选刀以代替传统的编码环和识刀器。 在这种选刀和换刀的方式中，刀库上的刀具能与主轴上的刀具任意地直接交换，即随机换刀。 主轴上换来的新刀号及还回刀库的刀具号，均在 Pc 内部相应地存储单元记忆。 随机换刀控制方式需要在 Pc 内部设量一个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的位置数和刀具号相对应。 这种方法主要由软件完成选刀，从而消除了内于识刀装置的稳定性、可靠性所带来的选刀失误。 ① ATC(自动换刀 )控制和刀号数据表 如图 2— 9 所示，刀库有 8个刀座，可 存放 8 把刀具。 刀座固定位置编号为方框内 1 号 — 8 号， 0为主轴刀位置号，由于刀具本身不附带编码环，故刀具编号可任意没定，如图 2— 10 中 (10)— (18)的刀号。 一旦给某刀编号后．该编号不应随意改变。 为了使用方使．刀号也采用 BCD 码编写。 在 PC 内部建立一个模拟刀库的刀号数据表，如图 211 所示。 数据表的表序号与刀库刀座编号相对应，每个表序号中的内容就是对应刀座中所插入的刀具号。 图中刀号表首地址 TAB 单元固定存放主轴上的刀具号数， TAB+1— TAR+8 存放刀库上的刀具号。 由于刀号数据表实际上是刀库中存放刀具位置的 一种映像，所以刀号表与刀库中刀具的位置应始终保持一致。 图 210 刀库中刀具位置编号 图 211 刀库的刀号数据表 16 ②刀具的识别 虽然刀具不附带任何编码装置，且采用任意换刀方式，但是，由于在 PC 内部设置的刀号数据表始终与刀具在刀库中的实际位置相对应，所以对刀具的识别实质上转变为对刀库位置的识别。 当刀库旋转，每个刀座通过换刀位置 (基准位置 )时，产生一个脉冲信号送至 PC，作为计数脉冲。 同时．在 PC 内部设置一 个刀库位置计数器，当刀库正转 (cw)时，每发一个计数脉冲，使该计数器递增计数；当刀库反转 (ccw)时．每发一个计数脉冲，则计数器递减计数。 于是计数器的计数值始终在 1— 8 之间循环，而通过换刀位置时的计数值 (当前值 )总是指示刀库的现在位置。 立式数控铣床的主轴轴线与工作台面垂直，是数控铣床中最常见的一种布局形式。 立式数控铣床一般为三坐标 （ X 、 Y 、 Z ）联动 , 其各坐标的控制方式主要有以下两种： 1 ）工作台纵、横向移动并升降，主轴只完成主运动。 目前小型数控铣床一般采用这种方式。 2 ） 工作台纵、横 向移动，主轴升降。 这种方式一般运用在中型数控铣床中 当 PC 接到新刀具的指令 (TXX)后，在模拟刀库的刀号数据表中进行数据检索，检索到 T 代码给定的刀号，将该刀具号所在数据表中的表号数存放在一个缓冲存储单元中，这个表序号数就是新刀具在刀库中的目标位置。 刀库旋转后，测得刀库的实际位置与要求的刀库目标位置一致时，即识别了所要寻找的新刀具。 刀库停转并定位，等待换刀。 识别刀具的 PC 程序流程团如图 212 所示。 ③刀具的交换及刀号数据表的修改 当前一工序加工结束后需要更换新刀加工时， NC 系统发出自动换刀指令 M06 控制 机床主轴准停。 机械手执行换刀动作，将主轴上用过的旧刀和刀库上选好的新刀进行交换。 与此同时，应通过软件修改 PC 内部的刀号数据表，使相应的刀号表单元中的刀号与交换后的刀号相对应。 17 图 212 识别刀具的 PC 程序流程框图 刀具交换装置 实现刀库与机床主轴之间装卸和传递刀具的装置称为刀具交换装置。 交换装置的形式和具体结构对数控机床的整体布局、生产率和工作可靠性都有直接影响。 交换装置的形式很多，一般可分为两大类。 由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换 用这种形式交换刀具时，必须将主轴上用过的刀具送回刀库，再从刀库取出新刀，但两个动作不能同时进行。 它适用采用 40 号以下刀柄的小型加工中心或换刀次数少的用重型刀具的重型机床。 这种换刀方式没有机械手，因而结构简单；刀库回转是在工步与工步之间，故换刀时间长，换刀动作也较多，但却免去了刀库回转时的振动对加工精度的影响。 在这种换刀方式中，刀库可以是圆盘型、直线排列式、也可以是格子箱式等。 圆盘式刀库可设在立柱顶上、立柱主轴箱的侧面，也可以设在横梁一 18 端。 直线排列式刀库可设在工作台上方，也可设在工作台的一端或两端。 格子箱式刀 库可设在双工作台的中间。 由机械手进行刀具交换 由于刀库及刀具交换方式不同，换刀机械手种类繁多。 机械手的类型如表 22 所示。 表 22 换刀机械手的结构及特点 类型 形式 应用 特点 单臂单手式 机械手作往复直线运动 用于刀具主轴与刀库刀座轴线平行的场合 结构较简单，换刀时间较长 机械手摆动，其轴线与刀具主轴平行 用于刀库刀座轴线与主轴轴线平行的场合 机械手摆动，其轴线与刀具主轴垂直 用于刀库刀座轴线与主。