机床刀具设计外文翻译资料

 2022-08-17 03:08

Design Of Tool Machine Prop

Research significance

The original knife machine control procedures are designed individually, not used tool management system, features a single comparison, the knife only has to find the tool knife, knife positioning the shortest path, axis tool change, but does not support large-scale tool.
Automatic knife in the knife election, in the computer memory knife-election on the basis of using the Siemens 840 D features, and the election procedures knife more concise, and complete the space Daotao View. ATC use the knife rapid completion of STEP-7 programming, and have been tested in practice. In the positioning of the knife, PLC controlled modular design method, which future production of similar machines will be very beneficial, it is easy to use its other machine. Automatic tool change systems will be faster growth, reduced tool change time, increase the positioning accuracy tool is an important means to help NC technology development.
Tool and inventory components of modern production is an important link in the management, especially for large workshop management. The traditional way of account management, and low efficiency, high error rate, and not sharing information and data, tools and the use of state can not track the life cycle, are unable to meet the current information management needs. With actual production, we have to establish a workshop tool for the three-dimensional tool storage system to meet the knife workshop with auxiliary storage and management needs.
The system uses optimization technology, a large number of computer storage inventory information, timely, accurate, and comprehensive tool to reflect the inventory situation. The entire system uses a graphical interface, man-machine dialogue tips from the Chinese menu, select various functions can be realized and the importation of all kinds of information. Management system using online help function. Through the workshop management, network management and sharing of information. Have automated inventory management, warehousing management tool, a tool for the management and statistical functions.

1.System components and control structure

The entire system, including the structure and electrical machinery control systems.

1.1.1Mechanical structure and working principle

Tool from the stent, drive, drive system, Turret, shielding, control system, and electrical components. Support from the column, beam, the upper and lower guide Central track, and track support component.
1) Drive for the system chosen VVVF method. Cone used brake motors, with VVVF by Cycloid reducer through sprocket drive.
2) Drag a variable frequency drive system and control technology. VVVF adopted, will speed drive shaft in the normal range adjustment to control the speed rotary turret to 5 ~ 30mm in, the drive shaft into two, two under through sprocket, the two profiled rollers Chain driven rotating shelves. Expansion chain adopted by the thread tight regulation swelling, swelling the regular way. - Conditioned, under the same chain-of-conditioning, so that the chain of uniform.
3) Turret and shields the entire total of 14 independent Turret. 13 of them as a socket-Turret, as a drawer-Turret, each Turret back through the pin and, under the conveyor chain link chain plate, installed at the bottom roller, chain driven rotating turret rotation along the track. Outlet-Turret and BT50-BT40 Turret Turret two kinds of forms. To strengthen management, security, landscaping modeling, shelf peripherals and shields. Turret-drawer drawer placed at six other Des Voeux a knife, can be categorized with some of knife auxiliary equipment, such as bits, such as turning tools.

1.1.2.Electrical Control System

This tool storage systems is the main electrical control their shelves for operational control and position control. Operational control equipment, including operation of the start of braking control. Position Control is the main location and address of the shelves for testing. Control system as shown in Figure 1.

图 1 Tool Control System

1) Electric Transmission horizontal rotary tool storage systems are the mechanical movements are repeated short-term work system. And the run-time system needs some speed, speed transmission needs, the system will use VVVF method can be used simple structure, reliable operation of the motor and frequency inverter.
2) Control of the system is divided into two kinds of manual control and automatic control, manual control as a general reserve and debugging methods of work; ways to the system control computer (IPC) and the control unit (inverter contactor , etc.) consisting of a control system.
3) location and positioning accuracy of the system automatically identify the site and location using a detection device as proximity switches, relays through the plate-point isolation and the number plate recorded close to the switching signal acquisition and operation of Hutchison with a Optimal Path addressable identify the current location and shelves of the purpose of the shelf location. In order to enable a more accurate positioning system, adopted two photoelectric switches, to detect the two shelves of the two films.

1.2.The functions of the knife

knife The is the role of r

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机床刀具设计

课题研究意义

机床原先刀库的控制程序都是单独设计的，还未采用刀具管理系统，功能相对来说很唯一，一点也不多样性，只实现了主轴换刀，刀库最短路径定位，刀库中刀具的找刀，而且不满足大刀具。

刀库自动选择刀具时，计算机自动选刀程序的基础上，还采用了西门子840D特色功能，使选刀方式方法更为简便，并且完成了空刀套的寻找。利用STEP-7完成编程，刀库快速换刀，还在实践中得到了验证。在刀库定位时，PLC程序控制采用了模块化设计的方式，从而对后续生产的机床有着非同小觑的作用，运用到其他的机床上十分的简便。自动换刀将会发展的较为迅速，换刀的时间极大的变短，刀具精度的提高，有着深厚影响，推动了数控机床等的发展。

现在车间重要管理环节是刀库库存以及小元器件的保存, 大型车间的管理更为重要。在传统管理中，采用人工登记的方式，速度效率很低，误差较大，并且不能够资源共享。刀具使用过程中不能够监控，没办法登记后续了解，不能满足当代信息共享资源共享基本要求。配合着实际生产的需求，我们在刀具管理车间创立刀具存储立体库系统, 来满足车间中刀具存储和管理的要求。

本系统采用最为先进的技术手段，利用计算机来存放大量的信息数据，能够快速，明朗，准确反映刀库中的信息。本系统运用了图形选择栏技术，能够满足数据输入以及查询和管理，所有的操作时有着电脑来提示进行下一步，管理系统可以联网，能够及时查询各种帮助信息。可以通过车间的领导层以及本身的信息交互平台来进行资源和信息数据共享以及查阅。刀库管理系统有着自动管理刀具的库存，刀具入库出库登记备案，刀具统计和查询等作用。

1.系统组成及控制结构

整个系统包括机械结构系统及电气控制系统。

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　变频调速是本系统采用的。运用锥形制动电机, 携带变频调速, 经过摆线针轮减速器, 通过链轮传输动力。

2)拉动和传动系统　采用变频控制方式。能够调节使刀架回转速度控制在5～ 30min，使得主动轴转速在正常范围内。两个传动轴各带上、下链轮通过上、下两条异形滚子链带动货架转动。链条机构为定期胀紧方式，采用螺纹调节松紧。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　共有十四个独立刀库架在本库中。其中十三列为一列为抽屉式刀架，插座式刀架，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。BT40刀架和BT50为插座式刀架两种方式组成。增强美观效果，实用性，增加了防护罩。抽屉式刀架分六个抽屉放置其他的辅助刀具，例如砂轮，不同刀头等。

1.1.2. 电气控制系统

本电气控制系统主要满足刀具运行的控制以及刀具定位设置。运行控制包括启动控制以及位置控制。位置控制主要是对货架位置和地点的观察了解。控制系统如图 1 所示。

图 1　刀具库控制系统图

1)位置及定位精度检测　系统中采用了位置确定以及自动寻址的功能，接近开关负责检测元器件，通过光点隔离继电器板和记数板对接近开关采集的信号作为计算和运算储存处理，利用最好寻址方式来确定货架的初始位置和最终位置。目标使定位更为精确，采用了两只光电开关, 分别检测两个货架的两监测片。

2)控制方式　该系统有手动和自动控制两种控制方式，手动控制一般是自检和检测使用，自动控制方式为本系统计算机和变频器、接触器等组成。

3)电气传动　水平旋转刀具储存系统各个刀具短时动作。而且系统在运行时候要求不同的速度，所以传动系统需要调速变速，所以该系统使用了变频调速的方式，可以采用组装简便的变频器和变频电动机。

1.2.刀库的作用

刀库的作用是存放一些数量的刀具，机械手实现主轴上刀具的互换，刀具的类型有盘式刀库、链式刀库等不同方式，刀库的方式和空间要根据机床的工艺范围来确定。

1.3.常见类型

(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

在刀盘切削刀具与刀库ESS技术，沿竖向布置（包括径向和轴向从刀），对国有企业如何沿径向阵列排列的形式，或在非常时间的调整。使得其简单，紧凑。更多的应用程序，但其有着较低的空间利用率。如图2.7（a）至（c）：如果存储容量必须增加刀口直径，那么增加的惯性时刻也选举运动，较长的刀。盘式刀库刀具不能超过三十二把刀。环刀有着多阶的空间利用率，给出了刀，但是刀刃从于复杂的空间机构，适用于机床的存储容量的限制及其更多的场合。双刀盘结构的两个较小的容量是一个在线的主轴两端的机构，更紧凑的布局，增加的数量相应提高。适用于小型和中小型加工中心。

(3)链式刀库

包括单个和多个环链机构，链条可以采取多种形式的变化，参见图2.8（a）~（c），如图2所示的基本结构。刀具适用于大容量的场合，一般适用小数量在30-120这个工具的空间。只有增加外链工具长度会增加一些不应该的刀的转动惯量增加圆周速度不增加盘一样大。

  1. 直线式刀库和组合刀库

直线刀结构简单，在图2.9中，刀具排列方式为单行，刀库容量相对较小，用于数控车床和钻床上。由于刀库是固定的位置，换刀完成动作由主轴，不需要机械手。组合刀库一般是用组合刀盘刀和链组合及其链式组合刀架。每个刀库存储空间很小，换刀速度很快。也有一些密集的鼓轮方式，砖塔式，格子式刀库，弹夹式刀库。占地面积小，但由于结构限制，基本上不用于单机加工中心，用于FMS的集中供刀系统。

1.4.刀库的容量

刀库的储藏容量要考虑加工的需要，从使用的角度来看，一般10到40刀，刀库的利用率会高，且结构紧凑。

1.5.刀具的选择方式

（1）选择根据订单处理工具，然后添加到块中的每一把刀的刀。每个刀具的改变，对定位切刀旋转的顺序，并取出所需要的刀具，被刀可恢复到原来的刀架，也可以为添加刀架。然而，在不同的进程中的刀具不能重复使用，必须增加容量并且利用率较低。

（2）目前大多数的数控系统采用任意选刀方式，分为刀套编码，编码和记忆方式。刀套编码刀具代码或刀具或刀套需要安装代码用于识别，按照二进制编码的一般原则。刀具编码选刀方式采用特殊的刀柄结构。每个刀具每个刀具都有自己的代码，从而刀具可在不同的工序中重复使用，而不是取代刀具放回原来的刀库，刀库的容量可以相应减少。采取记忆式选择刀具，这样可以在数控系统中PLC的存储器位置对应刀套和刀具，对内刀工具不管，工具的信息总是存在在PLC中。对位置检测装置的刀，得到每个刀套位置。这个工具可以任意取出并送回。刀具上也是一个机械原点，每一次选举，选择最近的刀具。

1.6.刀库的控制方式

（1）刀具作为一个系统来控制定位轴线。在梯形图中用计算T代码比较输出角速度指令到刀伺服马达驱动器的指示符合。刀库的容量，转速，加/减速时间，和其他系统参数可以设置在这样一种方式，不受任何外界的影响，定位准确可靠，但成本较高。

（2）刀库由液压马达驱动刀，快/慢有区别，用接近开关计数和定位。在梯形图中比较储藏当前刀号（主轴）和目标刀号（前刀）接着计算，然后输出旋转指令，通过最短路径旋转到位。这种方法需要足够的液压动力和电磁阀刀旋转速度可通过节流阀调整。但随着时间的推移，可能是油液压油温度和环境因素的影响，影响速度和精度的变化。一般不用于大中型经常改变机床。

(3)从交流异步电机驱动的凸轮机构的刀（马尔可夫机构），用接近开关计数，这意味着运行稳定，准确可靠，一般用于与机械手连接定位凸轮，ATC的快速定位。

2.换刀装置的主要类型,特点和适用范围

2.1.自动回转刀架

旋转刀具自动对数控机床的使用是一个简单的自动换刀装置，四方刀架和转塔刀架的各种形式，如旋转炮塔上安装了四个，六个或更多的工具，通过ATC的数控指令。旋转工具，有立式和卧式两种，结构相对简单，适用于经济型数控车床。

回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，抵抗粗切削刀具在切削力和减少变形的作用，提高加工精度。旋转工具，选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以确保每个转塔旋转到一个更高的位置后，重复定位精度（一般在0.001～0.005mm）。图2.1显示的四方刀架螺旋运动。

换刀装置最为简便的是180度换刀装置，如图2.2所示。收取到换刀相应指令后，机床系统就会将主轴旋转到相应换刀位置，此时，刀具库也旋转到了相应的位置，换刀装置和主轴、刀具库一起相互配合协调；主轴刀具上将拉杆卸除，换刀装置去除各位置原先刀具，换刀装置旋转180ordm;并将刀具库和主轴刀具去除，换刀装置回转的同时，刀具库重新调整，使其归位，拿下主轴刀具；接下来，换刀装置将要换上的刀具与卸下的刀具分别装入主轴和刀具库；最后，换刀装置转回原位置等候下一次命令。至此，换刀完成，程序继续运行。这种换刀装置的主要优点是换刀迅速，机构简便，便捷。主要缺点是刀具必须存放在与主轴平行的平面内，与侧置后置刀具库相比，切屑及切削液易进入刀夹，因此必须对刀具另加防护。

2. 2.转塔头式换刀装

带有旋转刀具的数控机床常采用此种换刀装置，转塔头上装有几个主轴，每个主轴上均装一把刀具，每两刀主轴，第一塔的中间过程可自动换刀的实现。其优点是结构简单，换刀时间短，仅为2s左右。然而，由于空间的限制，主轴数目不能太多，通常只适用于工序较少，没有高精度的机床。近年来出现了一种用机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置，如图2.3所示。它实际上是在转塔头的ATC，ATC装置组合刀具。其原理如下:

5转塔头在前两刀具主轴3和4，利用工具主轴4加工工具时，由机械手2将为下一步需要的刀具换至不工作的刀具主轴3上，直到这个过程完成后，第一旋转炮塔180ordm;，ATC完成。ATC的大部分时间和加工时间重合，唯一真正的换刀时间刀架换位的第一时间，这种方法主要用于ATC数控钻床和数控铣床等。

2. 3.带刀库的自动换刀系统

图2.4显示了出现的刀库和整个机床的数控机床。

图2.5显示了出现的刀库和分体式机外观数控机床图形。

在这一点上，刀库容量，较重的刀具，常常附加运输装置来完成主轴与刀具之间的运输的刀。

带刀库的换刀装置由刀库、选刀机构、刀具自动装卸机械及刀具交换机构(机械手)等四部分组成，应用广泛。

刀库机械手自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂。第一把其装载在加工手柄上，在机外进行尺寸归零调整后，按一定的方式放入刀库。换刀时，先在刀库中选刀，再由换刀装置从刀库或主轴上取刀，进行交换，将新刀装入主轴，旧刀放回刀库。

因为前两刀容纳有限数量不能太多，不能满足复杂零件的加工需要，数控机床带刀库的自动换刀的自动换刀装置的使用。刀具有更大的容量，安装在主轴箱的侧面或上方。对于带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱主轴组件只有主轴，高刚度满足加工要求。刀库内数量较大，能满足加工过程更加复杂的零件，大大提高生产率。用于自动工具带系统的更改将应用于数控钻削中心和加工中心。比较的带自动换刀系统是最有前途的。

3.PLC控制的随机选刀方式的研究

3. 1常见的自动选刀方式

这把刀的数控自动控制是指CNC系统在刀库自动化处理用户指令执行后，如发现刀和自动换刀（63,71）。加工中心的数控装置（CNC）的选刀指令，发出指令，刀要拿刀的位置，称为自动选刀。自动选刀的方式有两种：顺序选刀和随机选刀方法。

3.1.1顺序选刀

刀具的选择是根据插入序列的过程的工具刀，以刀代替使用，使用刀放回原来的刀，也可以为添加刀具。但刀库中每把刀具在不同的工序中不能重复使用，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。必须增加刀具的数量和刀库的容量，降低了刀具和刀库的利用率。

采用这种方式，不需要刀具识别装置，而且驱动装置控制也比较简单，工作可靠，可以直接由刀库的分度机械来实现。

3.1.2随机选刀

刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放的。每把刀具(或刀座)均编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识别器”接受识别。随机选刀的优点是刀库中刀具的排列顺序与加工顺序无关，相同的刀具可以重复使用。 随机选刀方法是根据指令要求任意选择所需要的刀具，这时必须有刀具识别装置。在图书馆的工具刀不与工件按秩序有可以加工任意存储。每把刀具（或刀块）是一个代码，自动换刀，旋转刀，每刀已“刀具识别装置”可接受的识别。当刀具代码与CNC指令代码相符时该刀具被选中刀库旋转将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。随机选刀的刀在订货的优势与已无关的处理顺序，可以重复使用相同的工具。因此，刀具数量比较少，刀库也相应的较小。随机选刀必须对刀具编码，以便识别。编码主要有以下三种。

1、刀具编码。采用特殊的刀柄结构进行编码，刀柄后端的拉杆上套装着等间距的编码环，由锁进螺母固定。编码环直径有大小直径两种，分别

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