数控铣床自动换刀化改造刀库式加工中心Word格式.docx
- 文档编号:14760243
- 上传时间:2022-10-24
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:588.59KB
数控铣床自动换刀化改造刀库式加工中心Word格式.docx
《数控铣床自动换刀化改造刀库式加工中心Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数控铣床自动换刀化改造刀库式加工中心Word格式.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第五代数控系统:
1974年开始,采用微处理机和微型计算机。
1.2自动换刀系统的意义
从换刀系统发展的历史米看,1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床,美国IBM公司同期也研制成功了“APT”(刀具程序控制装置)。
1958年美国K&
T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。
1967年出现了FMS(柔性制造系统)。
1978年以后,加工中心迅速发展,带有ATC装置,可实现多种工序加工的机床,步入了机床发展的黄金时代。
1.1.1加工中心
加工中心机床的出现,加之CAD技术、信息技术、网络控制技术以及系统工程学的发展,为单机数控自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展,创造了必要的条件.计算机群控系统即直接数控(DirectNC-DNC)系统,就是这一发展趋向的具体体观。
DNC系统使用一台较大的计算机,控制与管理多台数控机床和数控加工中心,能进行多品种、多工序的加工。
加工中心机床配备有装载多把刀具的刀具库,有自动更换刀具的功能,一次装夹中可以完成钻、镗、铣、铰等工序,特别适用于箱体类零件的多面、多工序加工。
它能完成车削加工的同时,兼有铣、镗、钻孔、攻丝等功能。
1.1.2柔性制造单元
柔性制造单元(FMC)是由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件(AWC,APC)装置所组成。
工件一次装夹后可在柔性制造单元中的加工中心上加工,使得加工的柔性(可编程性)、加工精度和生产效率更高。
在柔性制造单元中,中心控制计算机负责作业调度、自动检测与工况自动监控等功能。
工件装在自动交换工件装置(工作台)上在中心控制计算机控制下传送到加工中心上加工;
加工中心接收中心控制计算机传送来的数控程序进行加工,并将工况数据送中心控制计算机处理,如工件尺寸自动检测和补偿,刀具损坏和寿命躲控等。
组成:
它由加工中心、环形工件交换工作台、工件托盘及托盘交换装置组成环形工作台是一个独立的通用部件,与加工中心并不直接相连,装有工件的托盘在环形-工作台的导轨上由环形链条驱动进行回转,每个托盘上有地址编码。
当一个工件加工完毕后,托盘交换装置将加工完的工件连同托盘一起拖回至环形工作台的空位,然后,按指令将下一个加工的托盘与工件转到交换位置,由托盘交换装簧将它送到机床工作台上,定位夹紧以待加工。
已加工好的工件连同托盘转至工件的装卸工位,由工人卸下,并装上待加工的工件。
托盘搬运的方式多用于箱体类零件或大型零件。
托盘上可装夹几个不同的零件,也可装夹数个不同的零件。
对于车削或磨削中心等机床,可以使用工业机器人进行工件的交换。
由于机器人的抓重能力及同一规格的抓取手爪对工件形状,与尺寸的限制,这种搬运方式主要适用于小件或回转件的搬运。
柔性制造单元可以作为组成柔性制造系统的基础,也可以作独立的自动化加工设备。
由于柔性制造单元自成体系,占地面积小,成小低而且功能完善,加工适应范围广,故有廉价小型柔性制造系统之称。
1.1.3柔性制造系统
柔性制造系统带有自动换刀装置的数控加工中心,是柔性制造的硬件基础,是制造系统的基木级别。
其后出现的柔性制造单元,是较之高一级的柔性制造系统,它一般由加工中心机床与自动更换工件的随行托盘或工业机器人以及自动检测与监控技术装备所组成。
由多台和存储,以及必要的工件清洗和尺寸检查设备,并由高一级的计算机对整个系统进行控制和管理。
可实现多品种的全部机械加工。
1.1.4计算机集成制造系统
计算机集成制造系统:
将车间制造过程的自动化,从生产决策、产品设计、市场预测直到销售的整个生产活动的自动化,特别是技术和管理科室工作的自动化的要求综合成一个完整的生产制造系统,即所谓的计算机集成制造系统,它将一个制造工厂的生产活动进行有机的集成,以实更高效益、更高柔性的智能化生产。
这是当今自动化制造技术发展的最高阶段。
1.3自动换刀系统产品化的技术问题
为了更好地简化数拧机床主轴结构,尽可能地减小换刀机构对机床主轴结构优化设计带来的影响,采用弹簧夹头这一理想的刀具夹持元件,在机床主轴的设计上除了轴端制作出与弹簧夹头联结的专用结构外,机床主轴结构完全可以根据其优化耍求来确定,从而可最人限度地提高机床主轴的工作性能。
本研究以它巧妙的构思,对换刀机械手、刀具交换装簧、刀库结构形式:
以及驱动机构进行了新的设计与讨论,改变了传统的结构模式。
在本项研究中要解决的主要问题有:
(1)研究适用于机床主轴结构并能满足自动换刀要求的高性能弹簧夹头结构模式弹簧夹头的结构及其制造工艺的优化程度并按影响着它的使用性能。
用于自动换刀的弹簧夹头必须具备夹紧力大,能够自锁和工作可靠的特点,而且还必须具有足够的夹持刚度,同时便于刀具的轴向精确定位。
(2)研究确定弹簧夹头与机床主轴头部可靠联结的结构方案弹簧夹头与主轴采用轴头联结,这种联结方式完全不影响机床主轴自身的优化设计。
弹簧夹头对定尺寸柄刀具或定尺寸柄辅具的夹紧放松动作采用主轴轴端外驱动工作方式。
因此要研究满足以上要求的主轴轴端结构形式。
(3)换刀机械手与驱动装簧的研究
换刀机械手的主要任务是,完全模拟人手的换刀动作,给机床主轴与弹簧夹头提供相对转动实现夹紧、放松刀具的动作。
机械手应具备足够的转矩,该转矩还必须恒定(可调)。
同时还应使机械手具备结构紧凑、占据空间小的特点,以适应不同类型机床的换刀空间,换刀机械手完全采用电磁机械传动,以求最大限度地降低自动换刀系统的成本造价。
(4)刀库结构及刀库驱动方式的研究
要在总结现有数控机床刀库类型、刀架结构、刀库驱动方式的基础上,研制出夹持圆柱形定尺寸柄刀具或辅具的刀片形式、刀架结构和刀具交换装置。
同时包括刀库的驱动、定位机构、刀具编码方式的研究。
(5)智能型控制系统的研究
自动换刀系统采用单片机或PLC控制,它通过几条与主控机的联络信号线以及系统内设置的自诊断、自适应功能实现对换刀系统的全自动控制管理。
本研究已取得了阶段性成果,并获得了国家专利。
该项研究包括:
采用高性能弹簧夹头夹持刀具,使用外驱动机械手完成刀具的夹紧、放松,系统配簧扩展型链式刀库和刀具交换装簧,整机采用电磁机械传动、PLC控制,换刀系统具有夹紧力大、夹紧力恒定(可调)、自动复位以及各种自检保护功能,同时具有占据空间小的特点。
研究的最终目标是,期望能够形成一种结构紧凑、工作稳定可靠、造价低廉、可供不同类型数控机床选型配套的智能型高性能自动换刀系统系列产品。
1.4自动换刀系统产品化的前景
随着机械加工业的发展,制造行业对于带有自动换刀系统的高效高性能加工中心的需求量越来越大。
在现有的各种类型的加工中心中,传统结构的白动换刀系统的造价在机床整机造价中总是占着很大比重,这是加工中心价格居高不下、应用不普遍的重要原因。
如果把自动换刀系统的设计制造从现有加工中心的制造模式中分离出来,把它作为加工中心的标准件或工件组织专用化的生产,同时由于.该项技术的应用简化了机床主轴结构、采用弹簧夹头和外驱动机械手等关链技术、采用圆柱柄刀具和辅具,这不仅使数控机床工作性能有所提高,而且使得由它配套构成的加工中心的总体造价人幅度下降。
低造价高性能的加工中心将会被中小生产厂家广泛接收,这样必将给自动换刀系统生产批厂商和加工中心制造商带来巨人的经济效益。
1.5自动换刀装置(ATC)的选择
自动换刀装置(ATC)是加工中心、车削中心和带交换冲头数控冲床的基本特征。
尤其是加工中心,ATC装置的投资往往占整机的30%-50%。
因此,用户应十分重视ATC的工作质量和刀库储存量,ATC的工作质量主要表现为换刀时问和故障率。
经验表明,加工中心故障中有50%以上与ATC有关。
因此用户应在满足使用要求的前提下尽量选用结构简单和可靠性高的ATC,以降低整机的价格。
第二章换刀系统
数控机床(CNCmachinery)集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体,是典型的机电一体化产品,具有模块化特点。
因此普通数控铣床与加工中心相在结构与功能上有很人的互换性。
2.1数控立式铣床与加工中心的简介及区别
2.1.1数控铣床简介
数控铣床是一种加工功能很强的数控机床,是数控铣床中数量最多、应用最广的一种。
其机械部分与普能铣床基本相同,主要功能有:
点位控制能力、连续轮廓控制能力、刀具长度补偿功能、镜像加工功能、同定循环功能等其它特殊功能。
2.1.2加工中心简介
加工中心是和数控铣床的基础上再配以刀具库和自动换刀系统而构成的,其主要结构、功能与数控铣床基本相同。
2.2常用自动换刀装置简介
2.2.1更换主轴换刀
更换主轴换刀是一种比较简单的换刀的换刀方式。
这种机床的主轴就是一个转塔刀库。
主轴头有卧式和立式两种,常用转塔内转位来更换主轴头,以实现自动换刀。
在转塔的各个主轴头上,预先安装各工序所需要的旋转刀具,当发出换刀指令时,各轴头依次地转到加工位置,并接通木轴运动,使相应的主轴带动刀具旋转。
而其它不处于加工位置的主轴头与主运动分离。
由于空间位置的限制,主轴部件的结构不可能设计得十分坚实,因而影响了主轴系统的刚度。
为了保证主轴的刚度,主轴数目必须加以限制,否则将会使结构尺寸大为增加。
转塔主轴头换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作。
从而提高了换刀的可靠性,并显著地缩短了换刀时间。
但由于上述结构上的原因,转塔主轴头通常只是用于工序较少、精度要求不太高的机床,例如数控钻床等。
图2-11所示为八轴立式铣床的转塔结构外形。
2.2.2带刀库的自动换刀系统
带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成。
首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准刀柄上,在机外进行尺寸预调整后,按一定的方式放入刀库中去,换刀时先在刀库中进行选刀,并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具,在进行交换刀具之后,将新刀具装入主轴,把旧刀具放回刀库。
刀库具有较大的容量,它既可以安装在土轴箱的侧面或上方,也可作为单独部件安装到机床以外,并由搬运装置运送刀具。
与转塔主轴头相比较,由于带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴,设计主轴部件就有可能充分增强它的刚度,因而能满足精密加工的要求。
另外,刀库可以存放数量很大的刀具,因而能够进行复杂零件的多工序加工,这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。
(l)有机械手的换刀(刀库—与机械手—主轴)该装置由刀库和刀具交换系统机构组成。
如图2-22所示
(2)无机械手的换刀(刀库—主轴)该装置是通过主轴直接与刀库进行换刀,换刀时主轴必须先将刀具放同刀库后才能取刀。
如图2-33所示。
图2-11图2-22图2-23
2.3.1换刀形式
数控机床的刀具交换方式通常分为由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换和采用机械手交换刀具两类。
刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有直接的影响。
由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置,在换刀时必须先将用过的刀具送回刀库,然后再从刀库中取出新刀具,这两个动作不可能同时进行,因此换刀时间长。
采用机械手进行刀具交换的方式应用最为广泛,这是因为机械手换刀有很大的灵活性而且可以减少换刀时问。
目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。
这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置(地址)对应地记忆在数控系统的PC中,不论刀具放在哪个刀套内部始终记忆着它的踪迹。
刀库上装有位置检测装置(一般与电动机装在一起),可以检测出每个刀套的位置,这样刀具就可以任意取出并送回。
刀库上还设有机械原点,使每次选刀时,就近选取,如对于盘式刀库来说,每次选刀运动或者
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数控 铣床 自动 换刀化 改造 刀库式 加工 中心