为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库#中英文翻译#外文翻译匹配

为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 机制 022 张好泉 29 1 为 卧式 加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 MUSTAFA ILHAN GOKLERt and MURAT BJLGJN KOt (Received 12 April 1996) 摘要 ：自动换刀是被用在数控加工机床的刀具更换中，就是用刀库的刀具更换主轴上的刀具。在这篇文章中介绍这种立式加工中心自动换刀的设计曾被认为是一种机床道具的制造者。在几经检验选择之后就决定实施这种磁盘式自动换刀装置的设计，这种刀库拥有 24 把刀，其中刀具最大直径可达 150mm，刀具最大重量可达 8 kg , 这种自动换刀的设计更换 最近的刀具时间放在 4s 之内，在最远处的刀具的更换在 6 s之内。 1.概述 每一个机床刀具生产者或者都必须专门的任何特殊的数控机床，刀具或者设计自己的刀具特殊加工制造数控机床刀具，选择新的技术是昂贵的，并且它并不总是适合修理和购买精密的系统。机床刀具制造者为避免由他们自己卖出新的计数进步，他们通常会去卖那些已经滞后的系统。 因此，一种特殊的数控机床刀具更新被寻找并且继续研究并设计和生产新的立式数控加工中心，就要求为这种新的自动换刀系统。 这种自动换刀装置可以设计成依据由机床控制单元的命令自动从刀库中选择并更换 刀具，由不同的刀具加工者生产中，已经应用【 1 17】。通常认为刀库或串连的或磁盘式的。尽管如此，今天有些别的刀库类型如球型，磁盘式等等。【 17】 磁盘式的刀库可以分成以下几类。 （ 1） 在一种磁盘带更换手臂的刀库中，刀具通过手臂的方式更换，就是从刀库中抓起刀具更换主轴上的刀具。然后，磁盘有检索存储道具的功能。【 1 5】。一些这些功能的例子，如途中所示。 （ 2） 一个没有更换道具手臂额磁盘刀库，这种类型的刀库实际上象一个刀具更换手臂。刀具由磁盘自己更换。【 2， 6 8】，这种例子如图中所示。 为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 机制 022 张好泉 29 2 Fig.1. 几个有机械手自动 换刀的例子 为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 机制 022 张好泉 29 3 Fig.2.无机械手自动换刀的例子 在串连型自动换刀刀库中【 9 16】，刀具机械手更换，依据刀具在刀库中定位的状态和位置，选择分类串连型刀库。 (1) 刀库中刀具坐标轴垂直于主轴的坐标轴，刀库在支柱左边或右边； 为了改变刀具的方向，一个机械手抓起刀具然后绕坐标旋转，并抓起新刀到正确的平行于坐标轴，如图所示，这种换手臂刀库中刀具与主轴上的刀具。 (2) 在串连刀库中刀具的坐标式平行的主轴坐标的平面内，如图所示，在刀具切削中刀具仅仅只有一个位置，为立式加工中心设计带磁盘式自动换刀装置，因为刀具坐标平行于主轴坐标 ，机械手臂在刀库与主轴之间换刀，并且，刀具在这个位置换刀。 (3) 刀库中刀具的坐标平行于主轴坐标，机械手臂在刀库与主轴之间换刀，并且，靠近主轴作线性移动，然后换刀如表【 16】所示。 为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 机制 022 张好泉 29 4 在表 1 中，不同的自动换刀装置和最短时间换刀时间（ T/T）这是在交换基础上给出的最短换刀时间，在表 1 中， D+A,D,C+A 指派磁盘式带机械手换刀装置的刀库，没有机械手换刀装置的磁盘式刀库，带机械手换刀装置的串连型刀库。 在磁盘式刀库中，随着数量的增加，磁盘式的半径增大，这样不符合节省空间的观点，尽管如此，在串连类型中，刀具的数目大约式同 样空间盘式刀具的 1.5 倍，在串连自动换刀装置中能够存储更多的刀具，但是串连型刀库是比较贵的行对于盘式刀具俩说。 2 自动换刀装置的设计 在这一节中阐明数控加工中心刀具的具体设计，供应市场的要求此中意向的特殊的竞争产品，那样可以从相关的试验中，获得数控机床刀具的价格应该在考虑之内，根据 cnc 数控机床刀具的前景，设计特殊的数控机床的自动换刀装置。 把设计的标准降低看作为单元，相当低价位的，易于生产加工的一个没有机械手臂的盘式刀库型的自动换刀装置特殊的立式加工中心设计品。 表 1 步骤 1 去掉的刀具，刀库从用 A-A 方向看 为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 机制 022 张好泉 29 5 2 转动刀具到正确的换刀位置，刀库沿着坐标顺时针旋转或者逆时针旋转。 3 刀库退回，而新刀安装到主轴上。 4当控制单元收到主轴转刀具安装后，主轴开始转的加工周期，在自动换刀装置讨论会后，主要的工作是应用这种装置。 如下所示 1， 刀库中刀具数为 24 把 2， 刀具最大直径为 100mm 3， 当刀库中没有刀时，可以容纳刀具的最大直径为 150mm 4， 可以举起刀柄的重量最大为 8kg 5， 刀库的类型为 BT40 6， 刀具更换时间在 4 秒 6 秒之间。 在如下的分支中，列举处特殊自动换刀装置的基本系数， 盘式刀库最小直径是由考 虑存储具体刀具数量和最大直径，在刀库中存储的应与换下的距离，盘式刀库的直径是 812mm 每个刀具之间为 6 mm。确定刀库直径为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 机制 022 张好泉 29 6 后，刀库的盘式形状也确定了，因为刀库经常加速或减速，所以刀库的惯性为重要问题，这个问题可以用一种轻型材料解决，铝就是这种材料。薄壁的盘库适当的卷筒或几何形状的，这种形状能够保证必要的弯曲，而这些是应该考虑的，应尽可能降低这种结构的降低成本，如简图所示 导轨。 在自动换刀装置系统中，都必须有抽去主轴上的刀的转动，在无机械手换刀装置中，盘式刀库有前后运动，这就有必要的导轨，这种运动由输送形式气压活塞完成，实际上，有几种别的线性运动方法，如用球滚动代替旋转运动，然后，当有圆周运动时。这是非常昂贵的方式，如表 6 所示，导轨设计成空心形式以减轻重量，导轨由气压活塞推动，活塞或装在导轨的最后面，导轨边上设计了方形的边缘，并不是 u 型的，用方形的边是因为容易制造，价格极限空间都有优势。 2.3 减震器 每一个刀具更换周期，刀库都由导轨上前后移动，这占用的周期的大部时间，为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 机制 022 张好泉 29 7 为了 减少运整时间，优先用了移动速度，但是坐标问题随之产生，当动量较大时必须有相适应的短距离停下来的系统，而这种系统又不会起过渡的振动，减震器就可解决此问题。 在设计中，用一个气缸，和用压缩空气活塞缸开减增大压力减震，减震器是必要的，在特殊在减震器前后压力通过整个容器，随着速度的降低为 0，这样持续的压力仍旧比较大，因此线性就达到了。 2.4 刀具夹紧装置 刀库中的刀具用夹具夹在刀库中，刀具可以夹持在钳口之间。以这种方式设计的夹具，最大重量的刀具可以安全举起。盘式刀库绕其轴线旋转，离心力增加刀具的重量。这些 因素在夹具的设计中考虑到。刀库和钳口依据特定的刀柄类型而定。钳口应适合特殊的刀柄。 刀库中的刀具由一个螺旋状的弹簧和铁片组合而夹在刀库中的这种装置设计的可以抓举最大重量为 8 公斤的刀具。钳口的形状符合 BT40 刀柄的外形。 2.5 防屑保护刀柄的防护罩 设计 ATC 时，一些保护措施是有必要的。如果任何铁屑进入主轴前打击到刀柄的外表面，那么将不会准确停下主轴并且引起错位，不精确等相应的问题。铁屑可能损伤主轴，为了防止这样，应该防止铁屑进入主轴，而用一个防护罩。防护罩应与主轴一起移动。 2.6 电机的速度控制 用一 电机和速度结合体控制刀盘的旋转。选用电机类型根据动力和价格的要求选择合适的电机。 考虑位置的精确性和重复性 ，选一种 AC 无刷式电机带动盘式刀库旋转，选用一种可以提供 4.5N/n 的力矩和 0.94KW 动力，性价比好的 2.7 降速 在刀库和电机之间降速，这样可以通过蜗轮蜗杆实现的。一种无级变速对于刀具相对主轴中心轴精确位置更换刀具来说是必要的。 然而，在很小的面积内获得及时的降速是非常困难的，但用蜗轮就可以容易实现。但蜗轮也有问题。而对于降速来说，系统的效率明显下降。如果用效率低为卧式加工中心设计一种盘式自动换刀刀库 机制 022 张好泉 29 8 的蜗轮实现降速，则电机的尺寸就相 应增加，进而增加成本和控制系统。 低价格的行星轮系统，通过减小齿轮中心轮到最小间隙，控制可以消除反冲力，这样没有太大的冲击和噪音。这些自然引起的启动力矩，因为相互干涉，较低的运动效率比那些同样有反冲的情况。在世界上只有少数公司生产反冲的行星轮传动。 谐波驱动是另一种无反冲的方法。这种方法的优点如下述： （ 1） 位置精确度非常好。谐波驱动的设计能够保证大约 10%的齿在任何时刻相啮合，这样最小地降低齿轮齿的误差。 （ 2） 因为谐波驱动的结构简单，且非常容易连在一个车间内加工 ？ （ 3） 谐波驱动有一个非常紧凑的结构和非常轻质量， 这样拆和组装较方便。 （ 4） 比别的无反冲齿轮都便宜。 总上优点和必要的结论，选谐波驱动并应用于 ATC 中，假如盘式刀库旋转一半，包括加速减速所需的时间，总共有 2 秒，旋转速度 16.67 rpm，这就要求有 120：1 的降速比。是从电机的 2000rpm 到输出的 16.67rpm. 2.8 解码控制开关 对于刀具正确地插入到主轴来说，刀库的控制开关非常重要。 用完全的或增值码可以提供正确的操作。每一个码代表用一个刀具位置，那样可以检索到刀具的位置。 编码器是一个非常敏感的装置，能够给出正确的输出。如果编码器的电缆受到外界的干扰（如： 干涉），送到控制单元的信号将会不同于实际的信号。因此，要求另一种计刀具数目的方法提供精确的安全防备。可以用一种计刀具数目的开关去解决。当检索刀具时，由开关送去的信号和编码器相互防备彼此的错误。 相对与增量编码器来说完全编码器是比较贵的。如 Fig6 中所示。用一个增量编码器就可以使刀库到达正确的位置。安装一个直接与刀库相连的增量编码盘可以解决角位置反冲的问题。 有几个控制目的就有几个开关。安装一个靠近刀库的道轨上的近开关作安全防备。这个开关有 24 个关于刀库刀具位置的装置。因此，对每把