加工中心斗笠式刀庫

加工中心斗笠式刀庫本文檔共22頁；當前第1頁；編輯于星期三\21點50分一般只能存16～24把刀具。1斗笠式刀庫的動作過程，斗笠式刀庫在換刀時整個刀庫向主軸平行移動，首先，取下主軸上原有刀具，當主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上移動脫離刀具其次主軸安裝新刀具這時刀庫轉(zhuǎn)動當目標刀具對正主軸正下方時，主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內(nèi)，刀具夾緊后，刀庫退回原來的位置，換刀結(jié)束。刀庫具體動作過程如下：斗笠式刀庫具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于控制和維護方便等特點，因此在中小型加工中心上得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在我們使用中發(fā)現(xiàn)，往往會出現(xiàn)亂刀現(xiàn)象，從而又引起撞刀。這對數(shù)控車床安全和精度構(gòu)成極大的危險。本文檔共22頁；當前第2頁；編輯于星期三\21點50分斗笠式刀庫的工作原理：斗笠式刀庫的換刀時間為5～7秒1.1刀庫處于正常狀態(tài)，此時刀庫停留在遠離主軸中心的位置。此位置一般安裝有信號傳感器（為了方便理解，定義為A），傳感器Ａ發(fā)送信號輸送到數(shù)控機床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進行確認。1.2數(shù)控系統(tǒng)對指令的目標刀具號和當前主軸的刀具號進行分析。如果目標刀具號和當前主軸刀具號一致，直接發(fā)出換刀完成信號。如果目標刀具號和當前主軸刀具號不一致，啟動換刀程序，進入下一步。1.3主軸沿Z方向移動到安全位置。一般安全位置定義為Z軸第一參考點位置，同時主軸完成定位動作，并保持定位狀態(tài)；主軸定位常常通過檢測主軸所帶的位置編碼器一轉(zhuǎn)信號來完成。本文檔共22頁；當前第3頁；編輯于星期三\21點50分1.4刀庫平行向主軸位置移動。刀庫刀具中心和主軸中心線在一條直線上時為換刀位置，位置到達通過信號傳感器（B）反饋信號到數(shù)控系統(tǒng)PLC進行確認。1.5主軸向下移動到刀具交換位置。一般刀具交換位置定義為Ｚ軸的第二參考點，在此位置將當前主軸上的刀具還回到刀庫中。1.6刀庫抓刀確認后，主軸吹氣松刀。機床在主軸部分安裝松刀確認傳感器（C），數(shù)控機床PLC接收到傳感器Ｃ發(fā)送的反饋信號后，確認本步動作執(zhí)行完成，允許下一步動作開始。1.7主軸抬起到Ｚ軸第一參考點位置。此操作目的是防止刀庫轉(zhuǎn)動時，刀庫和主軸發(fā)生干涉。1.8刀庫旋轉(zhuǎn)使能。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀庫電機正/反轉(zhuǎn)啟動信號，啟動刀庫電機的轉(zhuǎn)動，找到指令要求更換的目標刀具，并使此刀具位置的中心與主軸中心在一條直線上。本文檔共22頁；當前第4頁；編輯于星期三\21點50分1.9主軸沿下移到Z軸的第二參考點位置，進行抓刀動作。1.10主軸刀具加緊。加緊傳感器（D）發(fā)出確認信號。1.11刀庫向遠離主軸中心位置側(cè)平移，直到PLC接收到傳感器A發(fā)出的反饋確認信號。1.12主軸定位解除，換刀操作完成。刀庫僅有以上四個傳感器是不夠的，為了保證數(shù)控機床的安全，保證刀庫的換刀順利完成，在斗笠式刀庫中一般還安裝刀庫轉(zhuǎn)動到位確認傳感器（E），保證刀庫轉(zhuǎn)動停止時，刀具中心線位置和主軸中心線在一條直線上。不能太多，太多的話這個“斗笠”就太大了，放不下了。這種斗笠式刀庫在換刀時整個刀庫向主軸移動。當主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上移動脫離刀具，這時刀庫轉(zhuǎn)動。當要換的刀具對正主軸正下方時主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內(nèi)，夾緊刀具后，刀庫退回原來的位置。本文檔共22頁；當前第5頁；編輯于星期三\21點50分斗笠式刀庫的分度裝置是利用了外嚙合槽輪機構(gòu)能把主動軸的勻速連續(xù)運動轉(zhuǎn)換為從動軸的周期性間歇運動原理設(shè)計的一種分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)。斗笠式刀庫選刀時，首先由刀庫回轉(zhuǎn)電機得到旋轉(zhuǎn)指令，輸入軸通過聯(lián)軸器帶動定位法蘭旋轉(zhuǎn)，從而使在定位法蘭上的圓柱滾子回繞法蘭中心轉(zhuǎn)動；當圓柱滾子轉(zhuǎn)動一定角度，進入分度盤的分度槽中，撥動分度盤開始作轉(zhuǎn)位運動；當分度盤轉(zhuǎn)過一定的角度后，圓柱滾子從分度槽中脫出，刀庫鼓輪盤（分度盤通過螺釘與刀庫鼓輪連在一起轉(zhuǎn)動見圖1）即靜止不動，并由定位法蘭的鎖止半軸定位。本文檔共22頁；當前第6頁；編輯于星期三\21點50分ω1ω2槽輪機構(gòu)（馬爾它機構(gòu)）一、槽輪機構(gòu)的組成及其工作特點作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)變換為間歇轉(zhuǎn)動。組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止?。翰圯喩系陌紙A弧、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用。特點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、機械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進行轉(zhuǎn)位。因槽輪運動過程中角速度有變化，不適合高速運動場合。o1工作過程：撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，當兩鎖止弧接觸時，槽輪靜止；反之槽輪運動。o2鎖止弧槽輪撥盤圓銷本文檔共22頁；當前第7頁；編輯于星期三\21點50分二、槽輪機構(gòu)的類型與應(yīng)用球面槽輪機構(gòu)應(yīng)用實例：

電影放映機、自動攝影機、六角車床轉(zhuǎn)塔。外嚙合槽輪機構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)類型軸線平行軸線相交外嚙合槽輪機構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)ω12φω2球面槽輪機構(gòu)本文檔共22頁；當前第8頁；編輯于星期三\21點50分六槽內(nèi)槽輪撥盤六角車床轉(zhuǎn)塔圓銷車螺紋41裝牙膏筒2車帽口6卸牙膏筒5切尾3空閑本文檔共22頁；當前第9頁；編輯于星期三\21點50分三、槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)及運動特性1.運動系數(shù)撥盤等速回轉(zhuǎn)，在一個運動循環(huán)內(nèi)，總的運動時間為：

t＝2π/ω1定義：

k=td/t

為運動系數(shù)，即：

k=td/t為減少沖擊，進入或退出嚙合時，槽中心線與撥銷中心連線成90°角。故有：2α12φ2td＝2α1/ω1槽輪的運動時間為：=2α1/2π90°90°2α1=π－2φ2=π－(2π/z)=2π(z-2)/2z代入上式ω1ω2本文檔共22頁；當前第10頁；編輯于星期三\21點50分將2α1代入得：

∵k>0可知：當只有一個圓銷時，k=1/2-1/z如果想得到k≥0.5的槽輪機構(gòu)，則可在撥盤上多裝幾個圓銷，設(shè)裝有n個均勻分布的圓銷，則撥盤轉(zhuǎn)一圈，槽輪被撥動n次。故運動系數(shù)是單圓柱銷的n倍，即:

k=n(1/2-1/z)∵k≤1∴槽輪的槽數(shù)z≥3

得：n≤2z/(z-2)k=1/2-1/z≥71~20.36~1槽數(shù)z圓銷數(shù)n運動系數(shù)k

31~61/6~1

41~40.25~1

5、61~30.3~1即槽輪的運動時間總是小于其靜止時間。<0.5本文檔共22頁；當前第11頁；編輯于星期三\21點50分當z=4及n=2時2、運動特性(1)外嚙合槽輪機構(gòu)

圖示槽輪在運動的任一瞬時，設(shè)撥盤位置角用α來表示，槽輪位置角用φ表示。并規(guī)定和在圓銷進入?yún)^(qū)為正，在圓銷離開區(qū)為負，變化區(qū)間為：－α1≤α≤α1在△ABO1和△ABO2中有如下關(guān)系：R－φ2≤φ≤φ2ω1ω2o1

O2ABφαL令λ＝R/L，并代入上式得：α1-α1說明此時槽輪的運動時間和靜止時間相等。k=n(1/2－1/z)=0.5φ2-φ2本文檔共22頁；當前第12頁；編輯于星期三\21點50分分別對時間求一階導(dǎo)數(shù)、和二階導(dǎo)數(shù)，得：令i21=ω2/ω1(傳動比),kα=α2/ω21

得：

將上述i21、kα隨α的變化繪制成曲線，稱為槽輪機構(gòu)的運動特性曲線。dα/dt=ω1,dω1/dt=0本文檔共22頁；當前第13頁；編輯于星期三\21點50分kα=α2/ω21i21槽輪運動的前半段，槽輪的角速度ω2是增加的，角加速度α2>0運動特性曲線z=3z=3z=4z=6z=4z=6分析：槽輪運動的ωmax、amax隨z的增多而減小。圓銷進入或退出徑向槽時，角速度有突變，故存在柔性沖擊。Z愈少，沖擊愈大。α后半段正好相反。本文檔共22頁；當前第14頁；編輯于星期三\21點50分四槽內(nèi)槽輪的角速度和角加速度變化曲線z=4(2)內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)用同樣方法可求得內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)的運動曲線如圖所示。分析：圓銷進入或退出徑向槽時，與外槽輪一樣，角速度有突變，且值相等。但隨著轉(zhuǎn)角增大，角加速度值迅速下降并趨于零；然后負角加速度又逐漸增大到開始時的數(shù)值，而不象外槽輪那樣有兩個峰值?？梢姡瑑?nèi)槽輪機構(gòu)的動力性能比外槽輪機構(gòu)要好得多。本文檔共22頁；當前第15頁；編輯于星期三\21點50分1四、槽輪機構(gòu)的幾何尺寸計算圓銷半徑r

由受力大小確定r≈R/6中心距L

由安裝空間確定回轉(zhuǎn)半徑R

R=Lsinφ=Lsin(π/z)槽頂半徑s

s=Lcosφ=Lcos(π/z)槽深h

h≥s-(L-R-r)撥盤軸徑d1

d1≤2(L-s)槽輪軸徑d2

d2≤2(L-R-r)參數(shù)計算公式或依據(jù)槽數(shù)z

由工作要求確定圓銷數(shù)nRsd1d2rhLr0槽頂側(cè)壁厚b

b=3~5mm經(jīng)驗確定b鎖止弧半徑r0

r0=R-r-b本文檔共22頁；當前第16頁；編輯于星期三\21點50分數(shù)控車床中四方回轉(zhuǎn)刀架的組成及工作原理

四方回轉(zhuǎn)刀架的工作過程為：

刀架抬起刀架轉(zhuǎn)位刀架定位夾緊刀架本文檔共22頁；當前第17頁；編輯于星期三\21點50分1-直流伺服電機；2-聯(lián)軸器；3-蝸桿軸；4-渦輪絲杠；5-刀架底座；6-粗定位盤；7-刀架體；8-球頭銷；9-轉(zhuǎn)位套；10-電刷座；11-發(fā)信體；12-螺母；13﹑14-電刷；15-粗定位銷本文檔共22頁；當前第18頁；編輯于星期三\21點50分（1）當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機1啟動正常，通過套筒聯(lián)軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動，從而帶動渦輪絲杠4轉(zhuǎn)動。刀架體7的內(nèi)孔加工有螺紋，與螺紋絲杠旋合，渦輪與絲杠為整體結(jié)構(gòu)。渦輪絲杠內(nèi)孔與刀架中心軸式間隙配合，在轉(zhuǎn)位換刀時，中心軸固定不動，渦輪絲杠繞中心軸旋轉(zhuǎn)。當渦輪開始轉(zhuǎn)動時，由于刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態(tài)，且渦輪絲杠軸向固定，因此刀架體7抬。

（2）刀架轉(zhuǎn)位當?shù)都荏w抬至一定距離后，刀架底座5和刀架體7的端面體脫開，轉(zhuǎn)位套9用銷釘與渦輪絲杠4聯(lián)接，隨渦輪絲杠一同轉(zhuǎn)動，當端面齒完全脫開時轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160°，球頭銷8在彈簧力的作用下進入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。本文檔共22頁；當前第19頁；編輯于星期三\21點50分（3）刀架定位刀架體7轉(zhuǎn)動時帶動著電刷座10轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到程序指定的刀號時，粗定位銷15在彈簧力的作用下進入粗位盤6的槽中進行粗定位，同時電刷13接觸導(dǎo)體使電動機1翻轉(zhuǎn)。由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉(zhuǎn)動，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合實現(xiàn)精確定位。

（4）夾緊刀架電動機繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時渦輪停止轉(zhuǎn)動，蝸桿軸3自身轉(zhuǎn)動，當兩端面齒增加到一定夾緊力時，電動機1停止轉(zhuǎn)動。譯碼裝置由發(fā)信體13﹑14組成，電刷13負責(zé)發(fā)信號，電刷14負責(zé)位置判斷當?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過位或不到位時，可松開螺母12，調(diào)好發(fā)信體11與電刷14的相對位置。刀架在正向旋轉(zhuǎn)的過程中不停的對刀位輸入信號進行檢測，每把刀具各有一個霍爾位置檢測開關(guān)。各刀具按順序依次經(jīng)過發(fā)磁體位置產(chǎn)生相應(yīng)的刀位信號