自動換刀與刀庫 外文翻譯(1).pdf

刀庫為數(shù)控臥式加工中心刀庫為數(shù)控臥式加工中心帶盤式自動換刀裝置的設(shè)計帶盤式自動換刀裝置的設(shè)計 MUSTAFA ILHAN GOKLERt and MURAT BJLGJN KO t 1996年4月12日 摘要摘要 自動換刀裝置 ATC 均是在數(shù)控機床設(shè)備交換中的刀具 主軸與刀具在刀庫 在本文中 設(shè)計的 ATC 的電腦數(shù)控臥式加工中 心 實現(xiàn)了數(shù)控機床制造商 經(jīng)過幾個檢查的替代品 它決定實施 圓盤式 ATC 一本刀庫的設(shè)計與24 與刀具最大刀具直徑為 150 毫米 最大刀具重量 8 公斤力 ATC 設(shè)計可以改變在 4 秒內(nèi) 并在 6 秒內(nèi) 距離最遠刀具最接近的刀具 1997 EL VIER 科技有限公司保留所 有戰(zhàn)斗 1 簡介 任何機床制造商必須支付任何特定的數(shù)控專利機床 或設(shè)計自己的系 統(tǒng) 以生產(chǎn)數(shù)控機床 買一個新技術(shù)是一種昂貴的替代方案 并且 一般不進行任何所購買的系統(tǒng)的修改和發(fā)展 機床制造商不銷售自 行開發(fā)的新技術(shù) 他們一般都愿意出售他們的被遺棄的技術(shù) 因此 一個特定的數(shù)控機床制造商已經(jīng)開始研究和開發(fā)研究的一個新的數(shù) 控臥式加工中心的設(shè)計和生產(chǎn) 它需要設(shè)計一個新的空管系統(tǒng) 這個 特殊的機床 航管可以被定義為一個裝置 可以選擇和改變從刀具的 刀具存儲刀庫根據(jù)由機器控制單元給出的命令 ATC 具有相當(dāng)不同的工作原理的不同類型的已被用于在水平不同的 機床制造商生產(chǎn)的加工中心 1 17 一個刀具 存儲 刀庫一般是鏈型 或光盤 旋轉(zhuǎn)木馬 類型 然而 時下 還有一些其他類型的刀庫 如球形 磁帶等 17 根據(jù)光盤的功能 可以分為圓盤型刀庫 1 在 一換臂 型刀庫光盤 通過一個刀具改變從刀庫和交流刀具 與一個在手臂主軸 因此 該光盤具有索引的功能和存儲的刀具 1 5 這種類型的一些例子示于圖中 升 一 1 圖 升 二 1 和圖升 三 5 2 光盤不換臂 型刀庫就像換刀臂 該刀具改變光盤本身的 2 6 8 這種類型的一個例子示于圖 2 1 如該圖所示 兩個盤刀庫 和兩個主軸安裝在炮塔存在于這個應(yīng)用程序 在 ATC 的鏈條式刀庫 9 16 該刀具改變了換手臂 鏈型刀庫中的刀 具的方向時 可以被分類相對于主軸軸線的刀庫如下 刀庫上的刀具 圖 1 一些例子二型 ATC 換臂 1 5 圖 2 不換臂圓盤式刀庫的一個例子 1 改變方向的刀具 臂開的刀具 使得繞帶來了新的刀具 以平行的位 置將主軸作為一垂直軸線如圖所示 圖 3 a 13 在另一個版本 中此類型的 該刀具盆 其中的刀具的位置 繞自己的軸成為平行于 主軸軸向如示于圖 圖 3 b 12 換臂交流刀具 刀具之間的鍋 和主軸 2 鏈刀庫上的刀具的軸是在主軸軸線平行的平面 如該圖所示 圖 3 c 12 在該切割的刀具 僅在一個位置為數(shù)控 臥式加工中心 279 的設(shè)計與光盤 刀庫的自動換刀 圖 3 鏈條式 ATC 的一些例子 12 13 16 刀具變成平行于主軸軸線 并在該位置上 在換刀 是交流的刀具主 軸和刀庫之間的臂 3 刀庫上的刀具的軸是平行于主軸軸心 的臂之間的主軸以及刀 庫刀具和做直線運動 向主軸和交換的刀具 如圖所示 3 D 16 表 l 不同的 ATC 和他們的最低 刀具 換刀時間 T T 基于貿(mào)易文 獻 2 5 7 14 在表 1 中 D A D 和 C 候 圓盤型刀庫換 臂 不換臂 的圓盤型刀庫 和 鏈條式 刀庫換臂 分別 在光盤 刀庫 作為刀具的數(shù)量增加 在盤的直徑增加 從空間的角度來看 這是一個不理想的情況 然而 在一個鏈類型 刀具的數(shù)量是約 1 5 倍 在該盤類型中的刀具相同的空間 18 ATC 鏈類型可以存儲很多 的刀具在一個非常小的空間 然而 鏈型刀庫比較昂貴與圓盤型刀庫 2 設(shè)計 ATC 在澄清數(shù)控機床的設(shè)計規(guī)范的階段 供應(yīng)在特定的市場 需求 潛在客戶的喜好 規(guī)格競爭對手的產(chǎn)品可以得到相關(guān)貿(mào)易文學(xué) 價格數(shù)控機床 等應(yīng)予以考慮 根據(jù)所需要的特性數(shù)控機床 ATC 的設(shè)計規(guī)范確定 通過考慮一些基本的設(shè)計簡單 成本相對較低 相 對容易的標(biāo)準(zhǔn)制造 組裝 拆卸 維修 備件 可用性 不換臂 的光 盤盒型 ATC 被認為是專為特別是數(shù)控臥式加工中心 19 280 Mustafa llhan 的 GOkler 和穆拉特 比爾金 Koq 表一 刀具的質(zhì)量和換刀時間數(shù)據(jù) 提供各種機床的自動換刀 在市場上 如該圖所示 如圖 4 所示 設(shè)計的 ATC 換刀循環(huán)包括以下 基本步驟 步驟 1 主軸接近該刀庫將舊刀具到刀具口袋 圖 4 換刀設(shè)計 ATC 周期 19 為數(shù)控臥式加工中心 281 的設(shè)計與光盤 刀庫的自動換刀 步驟 2 后拉桿釋放舊的刀具 該刀庫沿前進 AA 方向 圖 4 b 步驟 3 帶來了新的刀具 盡快到換刀位置 刀庫是順時針或逆時針 的方向繞其軸線旋轉(zhuǎn) 根據(jù)該刀庫上的刀具 圖 4 c 的相對位置 步驟 4 該刀庫被縮回到主軸插入新的刀具 圖 4 c 步驟 5 當(dāng)控制單元從主軸以消息的牽引桿主軸已運行安全繪制新的 刀具 讓去 開始新的 加工周期 圖 4 D 要使用的決定之后 關(guān)于不同的空管的工作 原理及 光盤盒的規(guī)格確定沒有換臂 型 ATC 如下所示的 20 1 存儲刀具 即數(shù)量刀具站 在該刀庫的 24 2 當(dāng)相鄰刀最大刀具直徑為 100 毫米充滿 3 最大刀具直徑為 150 毫米 當(dāng)相鄰的刀具口袋是空的 4 該刀具的刀具保持架的最大重量為 8 千克力 5 刀具保持架的類型是 BT40 21 6 換刀時間是 4 秒和 6 秒的刀庫上最近和最遠的刀具 分別 在下面的小節(jié)中 特定 ATC 的基本組成部分 2 1 光盤盒的計算方法是考慮在指定的最小直徑的盤類刀庫要存儲 的刀具和最大刀具直徑數(shù) 之間的距離連續(xù)的將被存儲在該刀庫的 刀具應(yīng)該離開 光盤的直徑為刀庫為 812 毫米計算 留 6 毫米之間 連續(xù)的刀具 19 在光盤盒的直徑進行了計算 光盤盒的形狀被確 定 低慣量具有首要的重要性 因為加速度的頻率光盤盒和減速 這 可以通過以下方式獲得使用的光的材料 光盤盒的材料被選擇為 鋁 薄壁圓盤幾何適當(dāng)?shù)目棊?應(yīng)考慮以確保必要的剛度 該光盤 盒的結(jié)構(gòu)盡可能簡單 以降低費用的模式被用于鑄造刀庫 一個簡 單的草圖如圖 5 19 2 2 滑體 在任何的空中交通管制系統(tǒng) 是提取和回縮運動采取出的主軸或插入 一個新的刀具保持器 在 光盤沒有換臂 型 ATC 這本刀庫應(yīng)該做 一個來回運動 這就需要滑體 這些運動可以很容易地實現(xiàn)由一個 液壓或氣動活塞 事實上 也有一些其他的方法 例如使用具有直 線運動 圖 5 光盤盒設(shè)計 ATC 19 282 Mustafa llhan的Grkler和穆拉特 比爾金高 滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運動 變?yōu)橹本€運動 然而 這種方法是極其昂貴時 只有一個簡單的重 復(fù)運動周期是必需的 可以看出在圖 如圖 6 所示 滑動體的設(shè)計 中空以減輕重量 19 在后方 有編碼器和耦合身體內(nèi)部的空間 氣 動活塞被選擇和實施到推拉滑體 很后面身體被關(guān)閉有蓋的氣動活 塞組裝 滑動的滑動體中 設(shè)計為正方形的邊緣 但不燕尾式 使用 的方形邊緣的幻燈片類型的原因是便于制造 價格和有限的空間優(yōu)勢 2 3 減震器 對于每個換刀周期 該刀庫執(zhí)行向前向后運動滑動體 它占據(jù)了大部 分的周期時間 為了縮短這一時間 更高的移動速度是優(yōu)選的 然 而 出現(xiàn)一個問題 關(guān)于減速 凡極高的水平必須在很短的距離才能 停下來吸收 動能系統(tǒng)沒有造成過大的沖擊或振動載荷 減震器可 用于此目的 在設(shè)計中 使用了一個氣動活塞 由于空氣的可壓縮 性 氣動活塞有急劇上升的人口特征對行程結(jié)束的緩沖操作過程 中 大部分的能量被吸收附近的行程結(jié)束 22 因此 減震器是必 需的 特別是在前面產(chǎn)生的壓力減震器活塞在整個行程中 速度保 持不變 減小到零 由于孔的具體間距 因此 抗力保持恒定和均勻的 因 此 線性減速實現(xiàn) 22 2 4 夾緊刀具 都保存在光盤盒上的刀具與夾具的口袋 該刀具可以鉗口之間舉 行 在這樣一種方式 用一個刀具的夾緊法蘭設(shè)計最大重量可以安 全地舉行 由于光盤盒繞其軸旋轉(zhuǎn) 離心力增加了該刀具的重量 這 被認為是在設(shè)計過程中的夾緊系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計刀具口袋和夾鉗刀架 指定類型 夾緊爪應(yīng)該有適當(dāng)?shù)呐浜厦娣湃胫付ǖ牡都?的刀具的 口袋保持葉片和螺旋彈簧的組合已舉行的刀具最大重量為 8 千克力 安全 19 爪有適合 BT40 21 的刀具保持架的錐形表面 圖 6 設(shè)計的空中交通管制的一些組成部分 19 為數(shù)控臥式加工中 心 283 的設(shè)計與光盤 刀庫的自動換刀 2 5 甲盾保護刀具持有人從芯片 在設(shè)計的 ATC 一些保護措施是必要的 如果任何芯片粘到之前 它被插入到主軸的刀具保持架的錐形表面 它會不能準(zhǔn)確地就位在主 軸軸 并會導(dǎo)致運行的不準(zhǔn)確度和可重復(fù)性的問題 和芯片可能會損 壞主軸錐孔 為了防止這些 該刀具持有人應(yīng)受到保護 從芯片盾 之前剛剛打開主軸到達換刀位置 圖 7 19 加工屏蔽期間保持關(guān) 閉流程 2 6 電機和減速 光盤的旋轉(zhuǎn) 可以提供通過使用一個電機和減速機組合 已作出決定 后電機的類型 功率和扭矩要求計算 選擇一個合適的電機 通過考 慮的位置精度和可重復(fù)性 交流無刷伺服用于電機的旋轉(zhuǎn)的光盤盒 19 電機選擇可以給 4 5 Nm 和 0 94 千瓦的額定扭矩 額定功率值 分別為 60 100 K K 和 5 5 Nm 和 1 2 千瓦于電機的旋轉(zhuǎn)速度 2000 轉(zhuǎn) 23 2 7 減速 刀庫和電機之間的減速可能會通過蠕蟲減速機 行星齒輪火車 諧波 傳動 無間隙的減少是必要的相對于主軸的刀具的精確定位孔中心 同時改變的刀具 同步帶是另一種方法 可以保證零背隙的動力傳 輸 然而 高的還原是非常困難的 取得同步帶在一個非常小面積 與 蝸桿齒輪組 可以得到非常高的減速比 在一個非常小區(qū)域 然而 蝸桿齒輪有反彈的問題 此外 為減少高 系統(tǒng)的效率急劇下降 如 果減少具有非常低的效率蝸輪 電機大小所需的容量變大了 而這又 增加的電動機及其控制系統(tǒng)的成本 在零背隙蝸輪 蠕蟲是分體式 及他們的齒廓是特殊的 24 在行星齒輪系統(tǒng)的價格低廉 僅僅是通 過間隙消除齒輪之間的中心距減小 直到最小間隙條件是達到無噪音 太大或升溫 這通常會導(dǎo)致高起動轉(zhuǎn)矩 因為干擾 以及低得多的運行效率比相同 與正常的反彈條件 只 有少數(shù)公司在世界上生產(chǎn)零背隙行星齒輪系 25 諧波傳動是具有零 背隙減少的另一種方式 的優(yōu)點諧波傳動可以表述為如下 26 1 的位置精度是相當(dāng)不錯的 諧波傳動齒輪的設(shè)計可確保約 10 的總齒從事在任何時間點上 這齒對齒誤差的影響最小化 2 由于諧波驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)簡單 它是很容易納入成殼體 該殼體 易于制造 因為要求是很簡單的加工在鏜削和車削操作 3 由于諧波的驅(qū)動器有一個非常緊湊的結(jié)構(gòu)和重量非常輕 裝配 和拆卸都非常容易 4 這是比任何其他零背隙齒輪便宜 由于上述優(yōu)點和必要的計算 后 諧波驅(qū)動器選擇和實施在 ATC 的 26 假設(shè)旋轉(zhuǎn)半圈的光盤盒 包括加速和減速所經(jīng)過的時間 完成在 2 秒內(nèi) 該刀庫的旋轉(zhuǎn)速度被 計算為 16 67 轉(zhuǎn) 這需要一個 120 1 的降低 可減少 16 67 RPM 刀庫 旋轉(zhuǎn) 2000 轉(zhuǎn)馬達輸出 諧波傳動選擇取得 50 1 的減少 再加上一對 正齒輪 284 穆斯 塔法 伊爾汗 Gtikler 和穆拉特 比爾金 Koq 提供減少 2 4 1 諧波驅(qū)動器的輸出軸連接的小齒輪的節(jié)圓直徑為 125 毫米的 嚙合的齒輪的直徑為 300 RAM 齒輪是用螺栓固定在光盤盒 19 2 8 編碼器和控制開關(guān) 該刀庫的位置是非常重要的 以插入右刀具裝入主軸 這可以提供通 過使用絕對或增量式編碼器 編碼器還可以可用于計數(shù)的工位 這 是必要的索引所需的刀具 編碼器是非常敏感的器件 其能提供非 常精確的輸出 如果編碼器的電纜 從環(huán)境中通過一些手段 即干 擾 的影響 的消息被發(fā)送到控制單元將其真正的價值是不同的 因 此 計數(shù)的刀具的另一種方法 建議將支持編碼器作為安全預(yù)防措 施 計數(shù)的刀具的開關(guān)可以用于此目的 發(fā)送的信號的開關(guān)和編碼 器進行比較 以防止任何錯誤 而索引的刀具 相比增量編碼器 絕 對編碼器是昂貴 如圖所示在圖 如圖 6 所示 定位的刀庫是通過使 用一個增量編碼器光盤盒的軸線上 而不是在電機上直接組裝是正常 的伺服驅(qū)動器 角定位反彈放置一個問題克服增量型編碼器直接連 接到光盤盒 滑動范圍內(nèi)位于身體 選擇增量式編碼器每轉(zhuǎn) 3600 線 一個接近開關(guān)被放置在光盤盒作為一種安全的滑體附近預(yù)防措 施 致動開關(guān) 24 裝在光盤盒的狗 因此 對于每個刀具 有一個致 動開關(guān)的狗 從而使兩個計數(shù)的刀具站 并提供一個信號到控制單元 還需要幾個開關(guān) 用于控制目的 由于空管具有旋轉(zhuǎn)軸 所述控制 單元能夠識別旋轉(zhuǎn)的參考點 否則 控制單元不知道的參考刀具的位 置和其他的刀具 由于使用了一個增量編碼器 接近開關(guān)被放置在 所述滑動體內(nèi)要設(shè)置起始位置 如果使用絕對編碼器 就沒有必要 家用開關(guān)以來的絕對編碼器的知道他們絕對位置的 甲拉桿是一個繪制單元 它是用來在主軸上拉的刀具保持架 該 ATC 及牽引工作順序 否則將造成嚴(yán)重的可能會出現(xiàn)問題 至同步操作 的牽引桿 滑動體和該刀庫的旋轉(zhuǎn) 使用兩個限位開關(guān) 滑動體的前 面和后面的位置 以使可靠性的同時 改變刀具 另一個接近開關(guān) 放置在主軸感官拉桿單位是否是在其夾具位置或不 如果該開關(guān)處 于不致動時 它意味著 刀具保持架不鉗位或不當(dāng)鉗位 刀套將挑選 主軸中的刀具必須是空置的前主軸方法 否則會發(fā)生崩潰 造成損害 的刀具 主軸和刀庫 為了防止這種破壞 接近開關(guān)用于檢查特定 刀具口袋是否被占用 圖 7 19 3 自動換刀裝置的實現(xiàn)和試驗 系統(tǒng)進行了測試 并運行單獨或作為一個整體的機床由 CNC 機床制 造商 測試結(jié)束時 據(jù)報道 所能 ATC 的運行沒有任何問題 所設(shè) 計的空中交通管制的測試T T最接近的刀具是4秒 而它是6 秒時 最遠的刀具是 concem 特別是用于在生產(chǎn)線中的特定數(shù)控機床機床制造商沒有任何問題 有 關(guān)設(shè)計 ATC 的系統(tǒng) 4 結(jié)論 在本文中 工作原理和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的 ATC 光盤刀庫不換臂已提交 這 種類型的 ATC 已發(fā)現(xiàn)為數(shù)控臥式加工中心 285 的設(shè)計與光盤 刀庫的 自動換刀 圖 7 盾保護刀柄和接近開關(guān)檢測刀具口袋 19 的 為適合于特定的數(shù)控機床制造商時 考慮設(shè)計周期 盡快進入市場的 沖動 的最小設(shè)計 ATC 這是 4 秒 T T 相比 是相當(dāng)合理的所對 應(yīng)的表 1 中 因此 實現(xiàn)空管系統(tǒng)提供了具有競爭力的在市場上的 加工中心的位置 致謝 作者 要表達自己的感謝到 TAKSAN 機床刀 具工業(yè)貿(mào)易有限公司 開塞利 土耳其 特別是 ATC 的設(shè)計和制造 支持 作者 也感謝中東技術(shù)大學(xué)博士教授穆斯塔法 N Parlar 教育與研究基金會 METU CAD CAM 機器人中心 安卡拉 土耳其 讓他們的設(shè)施被用于這 項研究 參考 1 的 Kobuladze 和的 LM Prupis 水平主軸加工中心的自動換刀 機器及模具 45 5 56 1974 21 Sidepalsa貿(mào)易文學(xué) Sidepalsa SA 西班牙艾維斯德 Paletizacion 3 的 NTC貿(mào)易文學(xué) NTC 日平富山株式會社 日本 4 Olivetti公司貿(mào)易文學(xué) Olivetti 公司 Controllo Numerico SPA 意 大利 51 曼德里貿(mào)易文學(xué) Mandelli 的水療 皮亞琴察 意大利 6 布里奇波特貿(mào)易文學(xué) 布里奇波特機床 英國 7 白 勝貿(mào)易文學(xué) 白色勝 白合并機床集團 IL 美國 8 麗偉貿(mào)易文學(xué) 麗偉機床 臺灣 9 馬扎克貿(mào)易文學(xué) 日本山崎馬扎克公司 10 韋伯貿(mào)易文學(xué) 布克哈德 Weher 聯(lián)系 Werkzeugmachinenfabrik 羅