加工中心斗笠式刀庫

加工中心斗笠式刀庫當(dāng)前第1頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)一般只能存16～24把刀具。1斗笠式刀庫的動(dòng)作過程，斗笠式刀庫在換刀時(shí)整個(gè)刀庫向主軸平行移動(dòng)，首先，取下主軸上原有刀具，當(dāng)主軸上的刀具進(jìn)入刀庫的卡槽時(shí)，主軸向上移動(dòng)脫離刀具其次主軸安裝新刀具這時(shí)刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)目標(biāo)刀具對正主軸正下方時(shí)，主軸下移，使刀具進(jìn)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(dòng)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(hù)方便等特點(diǎn)，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(huì)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(xiǎn)。當(dāng)前第2頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)斗笠式刀庫的工作原理：斗笠式刀庫的換刀時(shí)間為5～7秒1.1刀庫處于正常狀態(tài)，此時(shí)刀庫停留在遠(yuǎn)離主軸中心的位置。此位置一般安裝有信號(hào)傳感器（為了方便理解，定義為A），傳感器Ａ發(fā)送信號(hào)輸送到數(shù)控機(jī)床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。1.2數(shù)控系統(tǒng)對指令的目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸的刀具號(hào)進(jìn)行分析。如果目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸刀具號(hào)一致，直接發(fā)出換刀完成信號(hào)。如果目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸刀具號(hào)不一致，啟動(dòng)換刀程序，進(jìn)入下一步。1.3主軸沿Z方向移動(dòng)到安全位置。一般安全位置定義為Z軸第一參考點(diǎn)位置，同時(shí)主軸完成定位動(dòng)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(hào)來完成。當(dāng)前第3頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)1.4刀庫平行向主軸位置移動(dòng)。刀庫刀具中心和主軸中心線在一條直線上時(shí)為換刀位置，位置到達(dá)通過信號(hào)傳感器（B）反饋信號(hào)到數(shù)控系統(tǒng)PLC進(jìn)行確認(rèn)。1.5主軸向下移動(dòng)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(diǎn)，在此位置將當(dāng)前主軸上的刀具還回到刀庫中。1.6刀庫抓刀確認(rèn)后，主軸吹氣松刀。機(jī)床在主軸部分安裝松刀確認(rèn)傳感器（C），數(shù)控機(jī)床PLC接收到傳感器Ｃ發(fā)送的反饋信號(hào)后，確認(rèn)本步動(dòng)作執(zhí)行完成，允許下一步動(dòng)作開始。1.7主軸抬起到Ｚ軸第一參考點(diǎn)位置。此操作目的是防止刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(jī)正/反轉(zhuǎn)啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)刀庫電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，找到指令要求更換的目標(biāo)刀具，并使此刀具位置的中心與主軸中心在一條直線上。當(dāng)前第4頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)1.9主軸沿下移到Z軸的第二參考點(diǎn)位置，進(jìn)行抓刀動(dòng)作。1.10主軸刀具加緊。加緊傳感器（D）發(fā)出確認(rèn)信號(hào)。1.11刀庫向遠(yuǎn)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(rèn)信號(hào)。1.12主軸定位解除，換刀操作完成。刀庫僅有以上四個(gè)傳感器是不夠的，為了保證數(shù)控機(jī)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(dòng)到位確認(rèn)傳感器（E），保證刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)，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(gè)“斗笠”就太大了，放不下了。這種斗笠式刀庫在換刀時(shí)整個(gè)刀庫向主軸移動(dòng)。當(dāng)主軸上的刀具進(jìn)入刀庫的卡槽時(shí)，主軸向上移動(dòng)脫離刀具，這時(shí)刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)要換的刀具對正主軸正下方時(shí)主軸下移，使刀具進(jìn)入主軸錐孔內(nèi)，夾緊刀具后，刀庫退回原來的位置。當(dāng)前第5頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)斗笠式刀庫的分度裝置是利用了外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)能把主動(dòng)軸的勻速連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)軸的周期性間歇運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)的一種分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。斗笠式刀庫選刀時(shí)，首先由刀庫回轉(zhuǎn)電機(jī)得到旋轉(zhuǎn)指令，輸入軸通過聯(lián)軸器帶動(dòng)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(dòng)；當(dāng)圓柱滾子轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，進(jìn)入分度盤的分度槽中，撥動(dòng)分度盤開始作轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)；當(dāng)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(dòng)見圖1）即靜止不動(dòng)，并由定位法蘭的鎖止半軸定位。當(dāng)前第6頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)ω1ω2槽輪機(jī)構(gòu)（馬爾它機(jī)構(gòu)）一、槽輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作特點(diǎn)作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)變換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。因槽輪運(yùn)動(dòng)過程中角速度有變化，不適合高速運(yùn)動(dòng)場合。o1工作過程：撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)兩鎖止弧接觸時(shí)，槽輪靜止；反之槽輪運(yùn)動(dòng)。o2鎖止弧槽輪撥盤圓銷當(dāng)前第7頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)二、槽輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用球面槽輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：

電影放映機(jī)、自動(dòng)攝影機(jī)、六角車床轉(zhuǎn)塔。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)類型軸線平行軸線相交外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)ω12φω2球面槽輪機(jī)構(gòu)當(dāng)前第8頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)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空閑當(dāng)前第9頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)三、槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)及運(yùn)動(dòng)特性1.運(yùn)動(dòng)系數(shù)撥盤等速回轉(zhuǎn)，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，總的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：

t＝2π/ω1定義：

k=td/t

為運(yùn)動(dòng)系數(shù)，即：

k=td/t為減少?zèng)_擊，進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，槽中心線與撥銷中心連線成90°角。故有：2α12φ2td＝2α1/ω1槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：=2α1/2π90°90°2α1=π－2φ2=π－(2π/z)=2π(z-2)/2z代入上式ω1ω2當(dāng)前第10頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)將2α1代入得：

∵k>0可知：當(dāng)只有一個(gè)圓銷時(shí)，k=1/2-1/z如果想得到k≥0.5的槽輪機(jī)構(gòu)，則可在撥盤上多裝幾個(gè)圓銷，設(shè)裝有n個(gè)均勻分布的圓銷，則撥盤轉(zhuǎn)一圈，槽輪被撥動(dòng)n次。故運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)系數(shù)k

31~61/6~1

41~40.25~1

5、61~30.3~1即槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間總是小于其靜止時(shí)間。<0.5當(dāng)前第11頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)z=4及n=2時(shí)2、運(yùn)動(dòng)特性(1)外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)

圖示槽輪在運(yùn)動(dòng)的任一瞬時(shí)，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(jìn)入?yún)^(qū)為正，在圓銷離開區(qū)為負(fù)，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(shí)槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間相等。k=n(1/2－1/z)=0.5φ2-φ2當(dāng)前第12頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)分別對時(shí)間求一階導(dǎo)數(shù)、和二階導(dǎo)數(shù)，得：令i21=ω2/ω1(傳動(dòng)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性曲線。dα/dt=ω1,dω1/dt=0當(dāng)前第13頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)kα=α2/ω21i21槽輪運(yùn)動(dòng)的前半段，槽輪的角速度ω2是增加的，角加速度α2>0運(yùn)動(dòng)特性曲線z=3z=3z=4z=6z=4z=6分析：槽輪運(yùn)動(dòng)的ωmax、amax隨z的增多而減小。圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時(shí)，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。當(dāng)前第14頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)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(jī)構(gòu)用同樣方法可求得內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線如圖所示。分析：圓銷進(jìn)入或退出徑向槽時(shí)，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(fù)角加速度又逐漸增大到開始時(shí)的數(shù)值，而不象外槽輪那樣有兩個(gè)峰值?？梢?，內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性能比外槽輪機(jī)構(gòu)要好得多。當(dāng)前第15頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)1四、槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)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(jì)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(yàn)確定b鎖止弧半徑r0

r0=R-r-b當(dāng)前第16頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)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當(dāng)前第17頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)1-直流伺服電機(jī)；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-粗定位銷當(dāng)前第18頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)（1）當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)正常，通過套筒聯(lián)軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)渦輪絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)，中心軸固定不動(dòng)，渦輪絲杠繞中心軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)渦輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(dāng)?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(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開時(shí)轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160°，球頭銷8在彈簧力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。當(dāng)前第19頁\共有22頁\編于星期日\20點(diǎn)（3）刀架定位刀架體7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)著電刷座10轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號(hào)時(shí)，粗定位銷15在彈簧力的作用下進(jìn)入粗位盤6的槽中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷13接觸導(dǎo)體使電動(dòng)機(jī)1翻轉(zhuǎn)。由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)精確定位。

（4）夾緊刀架電動(dòng)機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)渦輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿軸3自身轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩端面齒增加到一定夾緊力時(shí)，電動(dòng)機(jī)1停止轉(zhuǎn)動(dòng)。譯碼裝置由發(fā)信體13﹑14組成，電刷13負(fù)責(zé)發(fā)信號(hào)，電刷14負(fù)責(zé)位置判斷當(dāng)?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過位或不到位時(shí)，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(hào)進(jìn)行檢測，每把刀具各有一個(gè)霍爾位置檢測開關(guān)。各刀具按順序依次經(jīng)過發(fā)磁體