译文：

机床刀具设计

课题研究意义

机床原来的刀库控制程序是单独设计的，没有采用刀具管理系统，功能也比较单一，只实现了刀库刀具的找刀、刀库最短路径定位、主轴换刀，而且不支持大型刀具。

在刀库自动选刀方面，在计算机记忆式选刀的基础上采用了西门子840D特色功能，使选刀程序更简洁，并完成空刀套的查找。刀库快速换刀利用STEP-7完成编程，并在实际中得到验证。在刀库定位问题上，PLC程序控制采用模块化设计方法，这对今后生产类似机床将十分有利，很容易将其利用到其他机床上。自动换刀系统将以较快的速度增长，缩短换刀时间，提高刀具的定位精度是重要的手段，有利于数控技术的发展。

刀具及其元件库存是现代生产管理中的重要环节, 特别是大型车间管理。传统的人工记帐管理方式, 效率低下, 错误率高, 且信息数据不能共享, 刀具的使用状态和寿命周期无法跟踪, 不能适应当前信息化管理需要。结合生产实际, 我们在车间刀具准备间建立刀具贮存立体库系统, 以满足车间刀辅具储存与管理的需要。

该系统采用最优化技术, 利用计算机存储的大量库存信息, 能及时、准确、全面地反映刀具库的库存情况。整个系统采用图形界面, 人机对话由中文菜单提示, 可实现各种功能选择和各种信息的输入。管理系统采用在线帮助功能。可通过车间管理层、网络系统实现信息管理和共享。具有自动库存管理、刀具入库管理、刀具出库管理和统计查询功能。

1.系统组成及其控制结构

整个系统包括机械结构及电气控制系统。 1.1.1 机械结构及工作原理

刀具库由支架、驱动机构、传动系统、刀架、护罩、电气控制系统等部分组成。支架由立柱、横梁、上下导向环轨、支撑地轨组成。

1)驱动机构 该系统选用了变频调速的方法。采用锥形制动电机, 带变频调速, 经摆线针轮减速器, 通过链轮传动。

2)拖动与传动系统 采用变频控制技术。通过变频调速, 可使传动轴转速在正常范围内调节使刀架回转速度控制到 5～ 30mm in, 2 个传动轴各带上、下2 个链轮通过上、下2 条异形滚子链带动货架转动。链条胀紧机构采用螺纹调节胀紧, 为定期胀紧方式。调节时上、下链条松度调节一致, 使链条受力均匀。

3)刀架与防护罩 整库共有14 列独立刀架。其中 13 列为插座式刀架, 1 列为抽屉式刀架, 每个刀架背部通过销轴与上、下输送链链板联接, 底部安装滚轮, 链条转动带动刀架沿地轨转动。插座式刀架分BT40 刀架和BT50 刀架 2 种形式。为加强管理, 保证安全, 美化造型, 货架外围加防护罩。抽屉式刀架分 6 个抽屉放置其他刀辅具, 可分类装存一些刀辅具, 如钻头、车刀等。 1.1.2. 电气控制系统

本刀具储存系统的电气控制主要是对其货架进行运行控制和位置控制。运行控制包括运行设备的启动、制动控制。位置控制主要是对货架位置和地址进行检测。控制系统框图如图 1 所示。

图 1 刀具库控制系统图

1)电气传动 水平旋转刀具储存系统各机械的动作都属于反复短时工作制。而且系统在运行时需要几种速度, 因此传动系统需要调速, 所以该系统选用了变频调速的方法, 可以采用结构简单、运行可靠的变频器和变频电动机。

2)控制方式 该系统分为手动和自动控制2 种控制方式, 手动控制一般作为调试用和备用的工作方式; 自动控制方式为本系统计算机(IPC)和控制单元(变频器、接触器等)组成的一个自动控制系统。

3)位置及定位精度检测 本系统中自动认址和位置检测采用了接近开关作为检测元器件, 通过光点隔离继电器板和记数板对接近开关采集的信号进行记数和运算处理, 采用最优路径寻址方式确定货架的当前位置和货架的目的位置。为了使系统定位更准确, 采用了 2 只光电开关, 分别检测2 个货架的2 只检测片。 1.2.刀库的功能

刀库的作用是储备一定数量的刀具，机械手实现主轴上刀具的互换}zs}a刀具的类型有盘式刀库、链式刀库等多种形式，刀库的形式和容量要根据机床的工艺范围来确定。 1.3.常见类型

刀库是存储刀具的装置，常见的刀库主要有以下几种形式: (1)转塔式刀库

包括水平转塔头和垂直转塔头两种，见图2.6a)与b):

(2)盘式刀库

盘式刀库中刀库呈盘状,刀具沿盘面垂直排列(包括径向取刀和轴向取刀),沿盘面径向排列或成锐角排列的形式的刀库。结构简单、紧凑,应用较多,但刀具单环排列,空间利用率低。见图2.7a)~c)。若增加刀库容量必须使刀库的外径增大,那么转动惯量也相应增大,选刀运动时间长。刀具数量一般不多于32把。刀具呈多环排列的刀库的空间利用率高,但必然使得取刀机构复杂,适用于机床空间受限制而刀库容量又较大的场合。双盘式结构是两个较小容量的刀库分置于主轴两侧,布局较紧凑,储刀数量也相应增大,适用于中小型加工中心。

(3)链式刀库

包括单环链和多环链，链环形式可有多种变化，见图2.8a)~c)，基本结构见图2. 8do

特点:适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小，一般适用于刀具数在30-120把。仅增加链条长度即可增加刀具数，可以不增加圆周速度其转动惯量不像盘式刀库增加的那样大。

(4)直线式刀库和组合刀库

直线式刀库结构简单如图2. 9，刀具单行排列，刀库容量小，多用于数控车床和钻床上。由于刀库位置固定，换刀动作由主轴完成，无需机械手。组合刀库一般是转塔式刀库的组合、转塔式与盘式刀库的组合及链式刀库的组合。每单个刀库的储刀量较小，换刀速度快。另外还有一些密集型的鼓轮式、弹匣式和格子式刀库，这些密集型刀库虽.占地面积小，但由于结构限制，基本上不用于单机加工中心，多用于FMS的集中供刀系统。

1.4.刀库的容量

的利用率会高，而结构比较紧凑。 1.5.刀具的选择方式

刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要，从使用角度出发，一般为10~40把刀，刀库

(1)顺序选择将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时，