自动换刀装置及识别技术···.docx

实验一 加工中心刀具的识别与自动换刀班级:机制一班姓名:杨鹏学号：1000401014实验一 加工中心刀具识别与自动换刀实验目的：通过观察机床自动换刀装置，分析换刀的基本运动过程，掌握相关刀具自动识别技术等。实验内容:列出刀具自动识别技术，自动换刀方式最新研究进展，绘制相关运动组件的简图，准确描述自动换刀过程。一：刀具自动识别技术：1.条形码技术条形码(BarCode)，是用一组黑白相间、粗细不同的条状符号来表示刀具的名称、产地、价格、种类等信息的工具。条形码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。在刀具管理系统中主要优点是成本低、应用灵活;缺点是易撕裂、污损或脱落、信息存储量有限、每次只能识别一个条码。2.射频识别技术即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125k134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，微波等技术。RFID读写器也分移动式的和固定式的， 3.TRS1新型刀具识别技术Renishaw公司的这一新型系统将激光光束发射到刀具上，并监控反射回来的散射光，以确定刀具是否破损。这一识别过程能够确保在加工循环开始或结束时快速检测每一个刀具。TRS1是一个含有激光光源和检测电子器件的一体化系统，可安装在加工区域之外，不仅能够防止受到碰撞，同时还节省了宝贵的加工空间。工业发达国家对于自动换刀装置的研究，起始于上世纪70 年代并获得迅速发展。1983 年，国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀装置形成了统一的结构模式。目前德国、奥地利、日本、韩国、意大利等国家，都将自动换刀装置成功应用到了高端加工中心上。例如德国CHIRON 公司生产的FZ08S 和FZ08W 加工中心，采用机械手换刀，刀库布置在主轴的周围并可随主轴一起移动，且每把刀具配有一套换刀机械手，其刀对刀换刀时间仅需0.5 s，切削对切削换刀时间仅为1.5 s。德国Burkardt 和WeberGmbH 公司生产MC325、MC325- TWN 加工中心，采用可换位的转塔刀库，换刀时间等于换位与进给时间，并带有可交换托盘和回转刀具交换系统，其切削对切削换刀时间为2 s。相比工业发达国家，我国对加工中心的研究起步较晚，因此对自动换刀装置的研究也相对落后。从上世纪80 年代起，北京机床研究所、大连组合机床研究所、沈阳机床集团、大连机床集团、济南第一机床厂等，先后对自动换刀装置开展了研究与开发。如大连机床集团自主研发的自动换刀装置刀对刀最短换刀时间已达到2 s 以内。二：自动换刀方式最新研究进展系统整体设计，是保证大型高速刀库及自动换刀装置产品质量的基础，核心在于保证系统各零件、各机构间协调、有序的工作，使系统结构在空间和时间上不发生干涉。系统设计技术包括创新设计、并行设计、优化设计、可靠性设计等多种设计方法。其中，模块化设计方法将其运用到自动换刀装置系统的整体设计当中，建立系统化设计理念。同时运用结构拓扑优化方法对各模块进行设计与优化，并对各运动件进行动态特性分析，建立快速创新设计支撑平台等。系统设计技术涉及设计、分析等多种软件的集成与二次开发。关键零部件的核心制造技术凸轮机构是凸轮式自动换刀装置中的核心部分，包括平面凸轮和空间弧面分度凸轮。其中，弧面分度凸轮机构，是一种高速间歇空间分度机构，与棘轮机构、槽轮机构等传统的间歇分度机构相比，具有分度精度高、动力学特性好、承载能力大等优点；而弧面分度凸轮的工作轮廓面是空间不可展曲面，设计、制造难度大。凸轮的制造工艺水平和加工精度，直接影响自动换刀装置的换刀速度和可靠性等性能。机械手上刀具夹持元件的结构，直接影响着其使用性能，研究适应重量刀具安全夹持要求的换刀机械手上刀具夹持元件的结构模式，使之具备夹紧力大，适应重量刀具的安全夹持，能够自锁和工作可靠等特点，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。未来的自动换刀装置，将根据不同的工作需要，进行多元化发展自动换刀装置的换刀时间将越来越短，同时通用性和可靠性越来越强。传统装置将会采用动作速度更快的机构和驱动元件，凸轮结构近年来已被大量采用。同时新的材料和加工工艺，弥补凸轮机构磨损后可靠性降低的缺点。新的换刀方式的出现，也为自动换刀装置的进一步发展提出了新的思路。双主轴和多主轴换刀技术，把机床的换刀速度提高到了新的水平。多主轴换刀方式，可以使安装在夹具上的工件快速在各主轴之间移动，使得切削对切削换刀时间到达0.4 s。在通用性方面，立卧式两用自动换刀装置将会成为另一个发展方向。三：自动换刀简图及换刀过程该自动换刀系统由盘式刀库和刀具交换装置组成。刀库安装在机床立柱的左侧，刀库容量为24把刀具，换刀机械手安装在刀库和主轴之间。机械手将刀具从刀库中取出送至机床主轴上，然后将用过的刀具送回刀库。其自动换刀动作过程简述如下：1）刀套下转90：如图所示3-3，刀库位于立柱左侧，刀具轴线在刀库中的安装方向在换刀前与主轴垂直，刀库将待换刀具5送到换刀位置，刀套4连同刀具5向下翻转90，使刀具轴线与主轴轴线平行。2）机械手转75：下图所示K向视图为机械手的原始位置，换刀时机械手顺时针转75，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。3）机械手拔刀：待主轴上自动夹紧机构松开刀具后，机械手下降，同时拔出主轴上和刀库上的刀具。4）刀具位置交换：机械手顺时针转180，使主轴刀具与刀库刀具交换位置。5）机械手插刀：机械手上升，分别将刀具插入主轴锥孔和刀库刀套中。6）机械手逆时针转75：待主轴上自动夹紧机构夹紧刀具后，机械手逆时针转，回到原始位置。7）刀套上转90：刀套带着换回的旧刀具向上翻转90，准备下一次选刀。该机床使用回转式单臂双手机械手换刀。在自动换刀过程中，机械手要完成抓刀、拔刀、交换主轴上和刀库上的刀具、插刀和复位等动作，这些动作由气压系统来控制完成。这种自动换刀系统结构简单，换刀可靠，换刀动作也少，得到了广泛应用。参 考 文 献1吴宗泽 罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2006.5；2邱宣怀 吴宗泽.机械设计(第四版)M.北京:高等教育出版社,2006.5；3廉元国 张永红 加工中心设计与应用M 北京：机械工业出版社，1995.12；4张建民.机电一体化系统设计(第二版)M. 北京:高等教育出版社,2006.9；5王永章,杜君文,程国全 主编.数控技术M.高等教育出版社,2007.8;6现代机械传动手册编辑委员会.现代机械传动手册M.机械工业出版社1995.4;7现代实用机床设计手册编委会 编.现代实用机床设计手册M，机械工业出版社.2006.6；8哈尔滨工业大学理论力学教研室 编.理论力学(1)M.高等教育出版社，2004.4；9刘洪文 主编.简