自动换刀与刀库 外文翻译(1).pdf

刀库为数控卧式加工中心刀库为数控卧式加工中心带盘式自动换刀装置的设计带盘式自动换刀装置的设计 MUSTAFA ILHAN GOKLERt and MURAT BJLGJN KO t 1996年4月12日 摘要摘要 自动换刀装置 ATC 均是在数控机床设备交换中的刀具 主轴与刀具在刀库 在本文中 设计的 ATC 的电脑数控卧式加工中 心 实现了数控机床制造商 经过几个检查的替代品 它决定实施 圆盘式 ATC 一本刀库的设计与24 与刀具最大刀具直径为 150 毫米 最大刀具重量 8 公斤力 ATC 设计可以改变在 4 秒内 并在 6 秒内 距离最远刀具最接近的刀具 1997 EL VIER 科技有限公司保留所 有战斗 1 简介 任何机床制造商必须支付任何特定的数控专利机床 或设计自己的系 统 以生产数控机床 买一个新技术是一种昂贵的替代方案 并且 一般不进行任何所购买的系统的修改和发展 机床制造商不销售自 行开发的新技术 他们一般都愿意出售他们的被遗弃的技术 因此 一个特定的数控机床制造商已经开始研究和开发研究的一个新的数 控卧式加工中心的设计和生产 它需要设计一个新的空管系统 这个 特殊的机床 航管可以被定义为一个装置 可以选择和改变从刀具的 刀具存储刀库根据由机器控制单元给出的命令 ATC 具有相当不同的工作原理的不同类型的已被用于在水平不同的 机床制造商生产的加工中心 1 17 一个刀具 存储 刀库一般是链型 或光盘 旋转木马 类型 然而 时下 还有一些其他类型的刀库 如球形 磁带等 17 根据光盘的功能 可以分为圆盘型刀库 1 在 一换臂 型刀库光盘 通过一个刀具改变从刀库和交流刀具 与一个在手臂主轴 因此 该光盘具有索引的功能和存储的刀具 1 5 这种类型的一些例子示于图中 升 一 1 图 升 二 1 和图升 三 5 2 光盘不换臂 型刀库就像换刀臂 该刀具改变光盘本身的 2 6 8 这种类型的一个例子示于图 2 1 如该图所示 两个盘刀库 和两个主轴安装在炮塔存在于这个应用程序 在 ATC 的链条式刀库 9 16 该刀具改变了换手臂 链型刀库中的刀 具的方向时 可以被分类相对于主轴轴线的刀库如下 刀库上的刀具 图 1 一些例子二型 ATC 换臂 1 5 图 2 不换臂圆盘式刀库的一个例子 1 改变方向的刀具 臂开的刀具 使得绕带来了新的刀具 以平行的位 置将主轴作为一垂直轴线如图所示 图 3 a 13 在另一个版本 中此类型的 该刀具盆 其中的刀具的位置 绕自己的轴成为平行于 主轴轴向如示于图 图 3 b 12 换臂交流刀具 刀具之间的锅 和主轴 2 链刀库上的刀具的轴是在主轴轴线平行的平面 如该图所示 图 3 c 12 在该切割的刀具 仅在一个位置为数控 卧式加工中心 279 的设计与光盘 刀库的自动换刀 图 3 链条式 ATC 的一些例子 12 13 16 刀具变成平行于主轴轴线 并在该位置上 在换刀 是交流的刀具主 轴和刀库之间的臂 3 刀库上的刀具的轴是平行于主轴轴心 的臂之间的主轴以及刀 库刀具和做直线运动 向主轴和交换的刀具 如图所示 3 D 16 表 l 不同的 ATC 和他们的最低 刀具 换刀时间 T T 基于贸易文 献 2 5 7 14 在表 1 中 D A D 和 C 候 圆盘型刀库换 臂 不换臂 的圆盘型刀库 和 链条式 刀库换臂 分别 在光盘 刀库 作为刀具的数量增加 在盘的直径增加 从空间的角度来看 这是一个不理想的情况 然而 在一个链类型 刀具的数量是约 1 5 倍 在该盘类型中的刀具相同的空间 18 ATC 链类型可以存储很多 的刀具在一个非常小的空间 然而 链型刀库比较昂贵与圆盘型刀库 2 设计 ATC 在澄清数控机床的设计规范的阶段 供应在特定的市场 需求 潜在客户的喜好 规格竞争对手的产品可以得到相关贸易文学 价格数控机床 等应予以考虑 根据所需要的特性数控机床 ATC 的设计规范确定 通过考虑一些基本的设计简单 成本相对较低 相 对容易的标准制造 组装 拆卸 维修 备件 可用性 不换臂 的光 盘盒型 ATC 被认为是专为特别是数控卧式加工中心 19 280 Mustafa llhan 的 GOkler 和穆拉特 比尔金 Koq 表一 刀具的质量和换刀时间数据 提供各种机床的自动换刀 在市场上 如该图所示 如图 4 所示 设计的 ATC 换刀循环包括以下 基本步骤 步骤 1 主轴接近该刀库将旧刀具到刀具口袋 图 4 换刀设计 ATC 周期 19 为数控卧式加工中心 281 的设计与光盘 刀库的自动换刀 步骤 2 后拉杆释放旧的刀具 该刀库沿前进 AA 方向 图 4 b 步骤 3 带来了新的刀具 尽快到换刀位置 刀库是顺时针或逆时针 的方向绕其轴线旋转 根据该刀库上的刀具 图 4 c 的相对位置 步骤 4 该刀库被缩回到主轴插入新的刀具 图 4 c 步骤 5 当控制单元从主轴以消息的牵引杆主轴已运行安全绘制新的 刀具 让去 开始新的 加工周期 图 4 D 要使用的决定之后 关于不同的空管的工作 原理及 光盘盒的规格确定没有换臂 型 ATC 如下所示的 20 1 存储刀具 即数量刀具站 在该刀库的 24 2 当相邻刀最大刀具直径为 100 毫米充满 3 最大刀具直径为 150 毫米 当相邻的刀具口袋是空的 4 该刀具的刀具保持架的最大重量为 8 千克力 5 刀具保持架的类型是 BT40 21 6 换刀时间是 4 秒和 6 秒的刀库上最近和最远的刀具 分别 在下面的小节中 特定 ATC 的基本组成部分 2 1 光盘盒的计算方法是考虑在指定的最小直径的盘类刀库要存储 的刀具和最大刀具直径数 之间的距离连续的将被存储在该刀库的 刀具应该离开 光盘的直径为刀库为 812 毫米计算 留 6 毫米之间 连续的刀具 19 在光盘盒的直径进行了计算 光盘盒的形状被确 定 低惯量具有首要的重要性 因为加速度的频率光盘盒和减速 这 可以通过以下方式获得使用的光的材料 光盘盒的材料被选择为 铝 薄壁圆盘几何适当的织带 应考虑以确保必要的刚度 该光盘 盒的结构尽可能简单 以降低费用的模式被用于铸造刀库 一个简 单的草图如图 5 19 2 2 滑体 在任何的空中交通管制系统 是提取和回缩运动采取出的主轴或插入 一个新的刀具保持器 在 光盘没有换臂 型 ATC 这本刀库应该做 一个来回运动 这就需要滑体 这些运动可以很容易地实现由一个 液压或气动活塞 事实上 也有一些其他的方法 例如使用具有直 线运动 图 5 光盘盒设计 ATC 19 282 Mustafa llhan的Grkler和穆拉特 比尔金高 滚珠丝杠将旋转运动 变为直线运动 然而 这种方法是极其昂贵时 只有一个简单的重 复运动周期是必需的 可以看出在图 如图 6 所示 滑动体的设计 中空以减轻重量 19 在后方 有编码器和耦合身体内部的空间 气 动活塞被选择和实施到推拉滑体 很后面身体被关闭有盖的气动活 塞组装 滑动的滑动体中 设计为正方形的边缘 但不燕尾式 使用 的方形边缘的幻灯片类型的原因是便于制造 价格和有限的空间优势 2 3 减震器 对于每个换刀周期 该刀库执行向前向后运动滑动体 它占据了大部 分的周期时间 为了缩短这一时间 更高的移动速度是优选的 然 而 出现一个问题 关于减速 凡极高的水平必须在很短的距离才能 停下来吸收 动能系统没有造成过大的冲击或振动载荷 减震器可 用于此目的 在设计中 使用了一个气动活塞 由于空气的可压缩 性 气动活塞有急剧上升的人口特征对行程结束的缓冲操作过程 中 大部分的能量被吸收附近的行程结束 22 因此 减震器是必 需的 特别是在前面产生的压力减震器活塞在整个行程中 速度保 持不变 减小到零 由于孔的具体间距 因此 抗力保持恒定和均匀的 因 此 线性减速实现 22 2 4 夹紧刀具 都保存在光盘盒上的刀具与夹具的口袋 该刀具可以钳口之间举 行 在这样一种方式 用一个刀具的夹紧法兰设计最大重量可以安 全地举行 由于光盘盒绕其轴旋转 离心力增加了该刀具的重量 这 被认为是在设计过程中的夹紧系统 根据设计刀具口袋和夹钳刀架 指定类型 夹紧爪应该有适当的配合面放入指定的刀架 的刀具的 口袋保持叶片和螺旋弹簧的组合已举行的刀具最大重量为 8 千克力 安全 19 爪有适合 BT40 21 的刀具保持架的锥形表面 图 6 设计的空中交通管制的一些组成部分 19 为数控卧式加工中 心 283 的设计与光盘 刀库的自动换刀 2 5 甲盾保护刀具持有人从芯片 在设计的 ATC 一些保护措施是必要的 如果任何芯片粘到之前 它被插入到主轴的刀具保持架的锥形表面 它会不能准确地就位在主 轴轴 并会导致运行的不准确度和可重复性的问题 和芯片可能会损 坏主轴锥孔 为了防止这些 该刀具持有人应受到保护 从芯片盾 之前刚刚打开主轴到达换刀位置 图 7 19 加工屏蔽期间保持关 闭流程 2 6 电机和减速 光盘的旋转 可以提供通过使用一个电机和减速机组合 已作出决定 后电机的类型 功率和扭矩要求计算 选择一个合适的电机 通过考 虑的位置精度和可重复性 交流无刷伺服用于电机的旋转的光盘盒 19 电机选择可以给 4 5 Nm 和 0 94 千瓦的额定扭矩 额定功率值 分别为 60 100 K K 和 5 5 Nm 和 1 2 千瓦于电机的旋转速度 2000 转 23 2 7 减速 刀库和电机之间的减速可能会通过蠕虫减速机 行星齿轮火车 谐波 传动 无间隙的减少是必要的相对于主轴的刀具的精确定位孔中心 同时改变的刀具 同步带是另一种方法 可以保证零背隙的动力传 输 然而 高的还原是非常困难的 取得同步带在一个非常小面积 与 蜗杆齿轮组 可以得到非常高的减速比 在一个非常小区域 然而 蜗杆齿轮有反弹的问题 此外 为减少高 系统的效率急剧下降 如 果减少具有非常低的效率蜗轮 电机大小所需的容量变大了 而这又 增加的电动机及其控制系统的成本 在零背隙蜗轮 蠕虫是分体式 及他们的齿廓是特殊的 24 在行星齿轮系统的价格低廉 仅仅是通 过间隙消除齿轮之间的中心距减小 直到最小间隙条件是达到无噪音 太大或升温 这通常会导致高起动转矩 因为干扰 以及低得多的运行效率比相同 与正常的反弹条件 只 有少数公司在世界上生产零背隙行星齿轮系 25 谐波传动是具有零 背隙减少的另一种方式 的优点谐波传动可以表述为如下 26 1 的位置精度是相当不错的 谐波传动齿轮的设计可确保约 10 的总齿从事在任何时间点上 这齿对齿误差的影响最小化 2 由于谐波驱动器的结构简单 它是很容易纳入成壳体 该壳体 易于制造 因为要求是很简单的加工在镗削和车削操作 3 由于谐波的驱动器有一个非常紧凑的结构和重量非常轻 装配 和拆卸都非常容易 4 这是比任何其他零背隙齿轮便宜 由于上述优点和必要的计算 后 谐波驱动器选择和实施在 ATC 的 26 假设旋转半圈的光盘盒 包括加速和减速所经过的时间 完成在 2 秒内 该刀库的旋转速度被 计算为 16 67 转 这需要一个 120 1 的降低 可减少 16 67 RPM 刀库 旋转 2000 转马达输出 谐波传动选择取得 50 1 的减少 再加上一对 正齿轮 284 穆斯 塔法 伊尔汗 Gtikler 和穆拉特 比尔金 Koq 提供减少 2 4 1 谐波驱动器的输出轴连接的小齿轮的节圆直径为 125 毫米的 啮合的齿轮的直径为 300 RAM 齿轮是用螺栓固定在光盘盒 19 2 8 编码器和控制开关 该刀库的位置是非常重要的 以插入右刀具装入主轴 这可以提供通 过使用绝对或增量式编码器 编码器还可以可用于计数的工位 这 是必要的索引所需的刀具 编码器是非常敏感的器件 其能提供非 常精确的输出 如果编码器的电缆 从环境中通过一些手段 即干 扰 的影响 的消息被发送到控制单元将其真正的价值是不同的 因 此 计数的刀具的另一种方法 建议将支持编码器作为安全预防措 施 计数的刀具的开关可以用于此目的 发送的信号的开关和编码 器进行比较 以防止任何错误 而索引的刀具 相比增量编码器 绝 对编码器是昂贵 如图所示在图 如图 6 所示 定位的刀库是通过使 用一个增量编码器光盘盒的轴线上 而不是在电机上直接组装是正常 的伺服驱动器 角定位反弹放置一个问题克服增量型编码器直接连 接到光盘盒 滑动范围内位于身体 选择增量式编码器每转 3600 线 一个接近开关被放置在光盘盒作为一种安全的滑体附近预防措 施 致动开关 24 装在光盘盒的狗 因此 对于每个刀具 有一个致 动开关的狗 从而使两个计数的刀具站 并提供一个信号到控制单元 还需要几个开关 用于控制目的 由于空管具有旋转轴 所述控制 单元能够识别旋转的参考点 否则 控制单元不知道的参考刀具的位 置和其他的刀具 由于使用了一个增量编码器 接近开关被放置在 所述滑动体内要设置起始位置 如果使用绝对编码器 就没有必要 家用开关以来的绝对编码器的知道他们绝对位置的 甲拉杆是一个绘制单元 它是用来在主轴上拉的刀具保持架 该 ATC 及牵引工作顺序 否则将造成严重的可能会出现问题 至同步操作 的牵引杆 滑动体和该刀库的旋转 使用两个限位开关 滑动体的前 面和后面的位置 以使可靠性的同时 改变刀具 另一个接近开关 放置在主轴感官拉杆单位是否是在其夹具位置或不 如果该开关处 于不致动时 它意味着 刀具保持架不钳位或不当钳位 刀套将挑选 主轴中的刀具必须是空置的前主轴方法 否则会发生崩溃 造成损害 的刀具 主轴和刀库 为了防止这种破坏 接近开关用于检查特定 刀具口袋是否被占用 图 7 19 3 自动换刀装置的实现和试验 系统进行了测试 并运行单独或作为一个整体的机床由 CNC 机床制 造商 测试结束时 据报道 所能 ATC 的运行没有任何问题 所设 计的空中交通管制的测试T T最接近的刀具是4秒 而它是6 秒时 最远的刀具是 concem 特别是用于在生产线中的特定数控机床机床制造商没有任何问题 有 关设计 ATC 的系统 4 结论 在本文中 工作原理和设计标准的 ATC 光盘刀库不换臂已提交 这 种类型的 ATC 已发现为数控卧式加工中心 285 的设计与光盘 刀库的 自动换刀 图 7 盾保护刀柄和接近开关检测刀具口袋 19 的 为适合于特定的数控机床制造商时 考虑设计周期 尽快进入市场的 冲动 的最小设计 ATC 这是 4 秒 T T 相比 是相当合理的所对 应的表 1 中 因此 实现空管系统提供了具有竞争力的在市场上的 加工中心的位置 致谢 作者 要表达自己的感谢到 TAKSAN 机床刀 具工业贸易有限公司 开塞利 土耳其 特别是 ATC 的设计和制造 支持 作者 也感谢中东技术大学博士教授穆斯塔法 N Parlar 教育与研究基金会 METU CAD CAM 机器人中心 安卡拉 土耳其 让他们的设施被用于这 项研究 参考 1 的 Kobuladze 和的 LM Prupis 水平主轴加工中心的自动换刀 机器及模具 45 5 56 1974 21 Sidepalsa贸易文学 Sidepalsa SA 西班牙艾维斯德 Paletizacion 3 的 NTC贸易文学 NTC 日平富山株式会社 日本 4 Olivetti公司贸易文学 Olivetti 公司 Controllo Numerico SPA 意 大利 51 曼德里贸易文学 Mandelli 的水疗 皮亚琴察 意大利 6 布里奇波特贸易文学 布里奇波特机床 英国 7 白 胜贸易文学 白色胜 白合并机床集团 IL 美国 8 丽伟贸易文学 丽伟机床 台湾 9 马扎克贸易文学 日本山崎马扎克公司 10 韦伯贸易文学 布克哈德 Weher 联系 Werkzeugmachinenfabrik 罗