车床维修数控铣床带斗笠式刀库改造Word文档下载推荐.docx

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学历

大专

职称

导师

孙晓辉

硕士

讲师

具体要求

1．根据有关企业市场需求的、指导教师所给定的和自己选定项目为毕业设计课题。

2．搜集准备设计资料和相关手册。

3．确定毕业设计课题的实施步骤。

4．绘制出产品的相关图形。

5．编写毕业设计说明书。

进度安排

1．2012年10月12日至10月15日完成课题选择，并搜集准备设计资料和手册。

2．2012年10月16日至11月16日完成毕业论文的主要部分内容。

3．2012年11月17日至11月30日编写毕业论文设计说明书。

4．2012年12月01日至12月31日指导教师审核全部设计资料。

5．2013年01月01日至01月08日修改并打印全部设计资料，上交给校内指导老师。

广州数控设备有限公司指导教师签字：

：

年月日

专业组长意见：

专业组长签字：

题目发出日期

2012.10.12

论文起止时间

2012.10.12－2013.01.08

附注：

7.38广州工程技术职业学院毕业设计（论文）任务书

GIT-QI-A6-38

7.39广州工程技术职业学院学生开题报告书

编号：

GIT-QI-A6-39

课题名称

数控铣床带斗笠式刀库的改造

课题来源

教师指定

课题类型

AX

学生姓名

学号

专业

开题报告内容：

随着现代科技的发展猛进、为了提高生产效率、加强设备的技术要求，当今有很多厂家对数控机床进行了改造，使其成为机械化、智能化、人性化等。

根据功能和技术要求的不同因而改造也不同，例如：

在机床上安装排销功能或安置机器手使其全自动机械化或智能化等，而本论文主要讲述的是数控铣床带斗笠式刀库的改造。

方法及预期目的：

数控铣床带斗笠式刀库的改造就是在主轴支架体上安装一个斗笠式刀库，使其成为加工中心能够全自动换刀。

主要目的:

因为在实际加工过程中使用到的加工时间很少而大部分时间都是用在装夹和换刀过程中，所以为了提高生产效率和批量生产，充分利用原有的资源，很多厂家都会注重这一点而进行改造。

指导教师签名：

日期：

课题类型：

（1）A—工程设计；

B—技术开发；

C—软件工程；

D—理论研究；

（2）X—真实课题；

Y—模拟课题；

Z—虚拟课题

（1）、

（2）均要填，如AY、BX等。

目录

前言..............................................................5

摘要..............................................................5

1、绪论.....................................................6

1.1数控机床概述...................................................6

1.2刀库的发展趋势及方向...........................................7

二、刀库类型和改造的选择方案..................................7

2.1刀库的类型.....................................................7

2.2刀库改造的对比和决择...........................................11

三、斗笠式刀库使用说明.........................................13

3.1斗笠式刀库自动换刀装置.........................................13

3.2斗笠式刀库的PMC控制要求........................................16

3.3刀库配置表.....................................................17

3.4与刀库相关的电气连接图.........................................18

3.5主轴准停控制信号...............................................21

3.6宏程序调用及换刀宏程序.........................................21

四、斗笠式刀库的调试...........................................23

4.1刀库换刀调试必须注意的问题.....................................23

4.2刀库安装与相关PLC参数设置.....................................24

4.3刀库的调试设置.................................................28

五、自动换刀系统的常见故障及排除.............................29

5.1刀库的维护要点................................................29

5.2刀库的故障及排除..............................................30

5.3刀库常见的报警处理............................................31

六、总结......................................................33

七、参考文献....................................................34

前言

由于市场竞争日趋激烈，产品更新极为迅速。

随着汽车工业以及轻工消费品生产的高速增长，中小批量零件的生产及复杂零件越来越多，精度要求也越来越高，这就要求加工设备具有很高的效率和加工精度。

而传统的普通机床已远远不能满足现代生产的需要。

而以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子水平。

它的推广应用对于提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用，因此有很多厂家为了达到相应技术要求而对原有的机床设进行改造。

加工中心之所以得到这个称号就是因为它有独特的刀库和高精度，而刀库的容量及性能又直接决定了一台机床的价位和技术水平。

目前，加工中心以及其它大型机床都拥有自己独立的刀库，但还有很多中小型机床还是使用小型刀架换刀或人工装刀，这大大降低了加工效率，难以批量生产，而在加工过程中实际上用到的加工时间很少，而大部分时间都是用在换刀和装夹上。

因此有很多厂家对这类机床进行了改造，在机床上安装一个刀库使其成为加工中心能够全自动换刀，这不但提高了生产效率、缩短加工时间、能够批量生产，而且还充分利用了原有的资源，避免了不必要的损失，利用最小的投资得到最大收益是每个厂主的追求。

因此机床的改造在当今起着重要的作用，特别是对加工中心的改造。

摘要

在现代数控加工技术得到迅速的普及及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。

自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。

因而刀库是加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。

近年来有很多厂家对刀库方面进行更新改进，在容量、效率和稳定可靠性等各方面进行提高，使其更智能化、人性化。

在现代,加工中心虽然已经被广泛使用，但不可能每个厂家都全部使用加工中心加工，无论是大厂还是小厂都还有很多普通机床或技术先进一点的机床而又并非加工中心，因此，有很多厂家避免浪费现象加强设备性能对原有的资源进行了充分利用，注重了机床改造。

而本论文主要讲述的是XK714铣床带斗笠式刀库的改造，因为这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，而换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；

总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；

维护方便，成本低而被广泛使用。

关键词：

机床改造；

刀库；

加工中心

一．绪论

1.1数控机床概述

1.1.1数控机床的概念

数字控制是利用数字化信息对机械运动以及加工过程进行控制的一种方法，简称数控（NumericalControl，NC）。

数控机床是指采用了数控技术进行控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床，也称作为NC机床。

由于现代数控系统是通过计算机进行控制的，因此，数控机床又称为CNC机床。

1.1.2数控机床的组成

数控机床主要由数控系统、伺服系统、程序载体、输入\输出装置、强电控制装置、辅助装置和机床主体组成。

输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。

1.1.3数控机床的工作原理

数控机床在加工工艺与表面成形方法上与普通机床基本相同，在实现自动控制的原理和方法上有很大的区别。

数控机床是利用数字化信息来实现自动控制的。

先将与加工零件有关的信息，即工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数、切削用量以及各种辅助操作等的加工信息，用规定的文字、数字和符号组成代码，按一定的格式编写成加工程序，然后将加工程序输入数控装置。

经过数控装置的处理、运算，按坐标轴的移动分量送到各轴的驱动电路，经转换放大，用于伺服电动机的驱动，带动各轴转动，并进行反馈控制，使刀具、工件以及其他辅助装置严格按照程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊的动作，从而加工出所需的零件。

1.1.4数控机床的特点

数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；

加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。

1.1.5数控机床的发展

随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。

此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。

未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；

激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；

数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。

1．2刀库系统的发展趋势及方向：

近年来刀库的发展俨然已超越其为配备的角色，在特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多任务复合等概念产品，多样化产品，左右工具机在生产效能及产品精度的表现。

刀库的容量、布局，针对不同的工具机，形式也有所不同，根据刀库的容量、外型和取刀方式可概分为斗笠式刀库、圆盘式刀库、链条式刀库。

其发展趋势均为为高效能、轻量化低成本的产品。

刀库系统作为自动化加工过程中所需的储刀及换刀需求的一种装置，为数控机床缩短机床非切削时间，降低劳动强度提供了必要条件，是数控机床的重要功能部件，必将向精密和简易两极化；

高速轻量化；

低碳、环保、智能、安全等几个方向发展。

二、刀库类型和改造的选择方案

由于本次实践主要是对数控铣床XK714进行加工中心改造，在这次改造中刀库的选择特别重要，因为刀库是加工中心自动换刀装置的主要部件，刀库的容量和性能直接决定了一台加工中心的技术含量。

而刀库的形式又有很多种，如：

斗笠式、盘式、链条式、格子箱式等等，再加上各种刀库的价格、寿命和用途都不同，因此选择刀库不仅仅是资金成本的问题，还应考虑到其它的条件限制和各种设备因素，例如机床与刀库的匹配紧凑性能、定位精度要求，加工零件需求等方面问题。

所以刀库的选择是这次改造的首要难点。

2.1刀库的类型

根据刀库的容量和存取刀具的方式，刀库可设计成多种形式。

目前常见的刀库类型如下：

（1）盘式刀库

图1.1盘式刀库

此刀库结构简单，应用较多。

如图1.1所示，由于刀库呈环形排列，空间利用率低，因此出现了刀具在盘中进行双环和多环排列，以增加空间的利用率的设计。

但这样一来，刀库的外径较大，转动惯量也很大，选刀时间也较长。

因此，盘式刀库一般适用于刀具容量较小的刀库。

（2）链式刀库

如图1.2所示，此刀库结构紧凑，刀库容量较大，链环的形状可根据机床的布局制成各种形状，也可将换刀位突出以便于换刀，能充分利用机床的占地空间，通常为轴向取刀，位置精度较低，造价也较高。

图1.2链式刀库

（3）斗笠式刀库

图1.3斗笠式刀库

如图1.3所示，此刀库结构采用日內瓦轮分割机构，运转顺畅，分割精度高。

也可将换刀位突出以便于换刀，刀盤滑動使用线性軸承，摩擦小，寿命長。

，弹簧夾臂，夾持刀具，裝夾容易，維修简单。

（4）格子盒式刀库

固定型格子盒式刀库

刀具分几排直线排列，由纵横向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具。

由于刀具排列密集，空间利用率高，刀库容量大。

非固定型格子盒式刀库

可换主轴箱的加工中心刀库由多个刀匣组成，可直线运动，刀匣可以从刀库中垂直提出。

（5）平置式刀库

优点：

●采用伺服马达，高效率，高精度

（亦可采用普通电机驱动）

●滑座采用直线轴承，換刀定位准确快速，

兼具保护刀庫不受污染。

●刀爪組，采用刚性承靠座定位，刀具稳固不晃動。

2.2刀库改造的对比和决择

以XK714数控铣床为例：

主要规格/特殊功能

XK714数控铣床主要技术参数工作台1200*320mm

工作台行程750x380mm

主轴行程450mm

主轴鼻端至工作台面距离70-470mm

主轴中心至立柱表面距离350mm

主轴转速范围/级别6000rpm

主轴内孔锥度BT40

立铣最大直径25mm

端铣最大宽度100mm

钻孔最大直径30mm

最大快移速度6000mm/min

定位精度0.02mm

重复定位精度0.01mm

最小设定单位0.01mm

主电机额定功率3.7KW（变频）

机床净重2800Kg

机床标准配置：

广数990MA，伺服系统三轴三联动，电子润滑泵，高强度铸件，导轨贴耐磨片，淬火。

根据相关条件因素进行对比决择：

1.不同刀库改造的对比：

（1）链式刀库

此刀库在龙门铣床应用比较广泛，通常为轴向取刀，结构紧凑，刀库容量较大，占地面积较广，位置精度较低，造价也较高，一般装夹重型或大型的刀具，通常用于重型或大型机床的改造。

而XK714数控铣床只是中型机床，对于链式刀库的容量和需求并不多，因此这对于XK714数控铣床进行改造很不合理，这种刀库不但价格昂贵而且用途也不大，改造后资源得不到充分利用，可以说是一种浪费现象，所以排除链式刀库改造。

（2）格子箱式刀库

此刀库应用者较少。

其结构紧凑刀库空间利用率高，但换刀时间较长，布局不灵活，它通常刀库安装在工作台上。

而XK714数控铣床的工作台主要用于零件的装夹加工，因此这对于XK714数控铣床进行改造也很不合理，所以排除格子箱式刀库改造。

（3）盘式刀库

此刀库应用较多，换刀装置的结构简单，成本低，换刀可靠性较好，适用于刀库容量较小的加工中心上改造。

因此这种刀库可以考虑对XK714数控铣床进行改造。

（4）斗笠式刀库

此刀库结构采用日內瓦轮分割机构，运转顺畅，分割精度高。

也可将换刀位突出以便于换刀，刀盤滑動使用线性軸承，摩擦小，寿命長，成本较低。

用弹簧夾臂夾持刀具，裝夾容易，維修简单。

2.决择：

从以上的刀库类型看来，只有盘式刀库和斗笠式刀库可以进行改造，在两者中换刀的速度和其它性能的相比盘式刀库比斗笠式刀库略胜一些，加上盘式刀库的造价也比斗笠式刀库高，但由于所需的技术要求和性能作用的不同而选择不同。

如果主要用于工厂加工生产技术要求较高的应选用盘式刀库，因为盘式刀库换刀速度比较快，技术要求高性能较好。

而我们这次实习改造的XK714数控铣床主要用于教学使用，对于加工生产方面的技术要求不是很高，虽然斗笠式刀库比盘式刀库的换刀较慢，但斗笠式刀库的维修率和成本比盘式刀库的较低，所以在这次实习中主要选用斗笠式刀进行改造，因此本毕业设计主要完成的是对斗笠式刀库的改造。

三、斗笠式刀库使用说明

3.1斗笠式刀库的自动换刀装置

以218M系统为例，介绍一种通过宏程序调用实现斗笠式刀库换刀控制的方法。

刀库容量为16（装16把刀），利用伺服主轴电动机的内置编码器进行定向/准停。

斗笠式自动换刀装置结构简单，无需机械手交换刀具，可提供可靠快速的刀具交换方式，目前常用的到库容量有16、20、24和30把等。

1-刀盘2-刀柄卡簧3-防护罩4-气缸5-磁环开关（两个）6-刀库支架

7-电动机接线盒8-刀盘驱动电动机9-接近开关10-槽轮套11-马氏槽轮

图3-1斗笠式换刀装置的结构图

●采用日內瓦轮分割机构，运转顺畅，分割精度高。

●刀盤滑動使用线性軸承，摩擦小，寿命長。

●弹簧夾臂，夾持刀具，裝夾容易，維修简单。

3.1.1自动换刀动作原理

（1）系统得到换刀信息后，主轴（刀具）自动返回到换到点，且实现主轴定向准停控制。

（2）刀盘从原位自动进刀（气缸4活塞移动），当刀盘到位开关接通后刀盘立即停止，做好准备接刀动作。

（3）主轴自动松刀并进行吹气控制，当主轴松刀到位开关接通后，完成刀盘接刀控制动作（把当前主轴上的刀具放回刀库）。

（4）主轴上移（一般返回机床参考点）。

（5）根据程序的T码指令进行就近选刀（刀盘电动机8正转或反转）控制，即电动机通过槽轮套10驱动马氏槽轮11带动刀盘1间歇运动（到盘分度），同时刀盘计数器开关9计数，选刀到位（计数器为0），刀盘电动机立即停止。

（6）主轴再次下移到换到点，进行主轴接刀控制。

（7）主轴到达换刀点后，实现主轴锁紧刀具控制。

（8）当主轴锁紧到位开关接通后，刀盘1退回到原位（气缸4活塞运动）。

（9）当刀盘1原位开关5接通，完成自动换刀的控制。

刀库动作简介:

刀库的换刀动作如下：

1）刀库转到换刀坐标处，如图1（a）所示；

2）主轴准停；

3）刀库前进（抓旧刀），如图1（b）所示；

4）主轴松刀；

5）z轴向上移动（让出刀库旋转尺寸），如图1（c）所示；

6）刀库旋转（选刀），如图1（d）所示；

7）Z轴向下移动（移动至换刀位置），如图1（e）所示；

8）主轴紧刀（抓新刀）；

9）刀库后退（换刀结束），如图1（f）所示。

3.1.2换刀基本过程

对于GSK218系统来说，无论是斗笠式刀库还是机械手刀库，其换刀过程均为通过M6调用9999子程序来执行的，9999为扩展程序，如果系统参数中参数为0，则可以通过《程序》--《选择程序》--《扩展程序》载入9999程序入内存，来查看9999程序，也可以在电脑上在目录下用文本方式打开9999文件，查看里面的内容。

M6调用9999程序之后，再通过调用相应的M扩展代码，对换刀的整个过程进行控制。

换刀的M扩展代码可以在《系统设置》——《辅助功能》里面进行查看。

3.1.3自动换刀指令格式：

TXXM06

T码为加工程序所需要的刀具号，M06刀具交换指令（目前多位调换到的宏程序）。

T码和换刀指令不能分开，否者机床产生报警。

3.2斗笠式刀库的PMC控制要求

（1）查询系统刀号是否存在，不存在发出报警（T码错误）。

（2）检查程序选择的刀号是否在主轴上。

如果选择的刀号在主轴上，则结束换刀程序。

（3）检查选择的刀具号是否在当前换刀点的刀座中。

如果选择的刀号在换刀点的到座中，程序T码结束，等待刀具交换指令M06。

（4）如果选择的刀号不在换刀点的到座中，计算出从选择的刀号的刀座转换刀点刀座的步距数，并判别刀盘电动机的旋转方向，实现就近选刀。

（5）刀盘电动机旋转时，计数器开始记计数，当刀盘计数器到位，刀盘电动机制动停止，完成程序T码控制。

（6）刀盘电动机有短路和过载保护，出现故障时，系统发出相应的报警。

（7）当刀盘旋转的时间超过规定的时间，系统发出T码执行时间超时报警。

3.3刀库配置表

刀库配置表在主界面的《刀库配置》界面下，刀库配置表提供了主轴上和刀库上的所有的刀具信息。

刀库表起始地址：

刀库表存储于PLC数据表中，该配置项用以设置刀库表在数据表中的起始地址。

该配置项为参数的引用，与修改参数具有同等效果。

（

刀具数量：

设置刀库中能存储的刀具数量。

（机床级权限）

当前刀具号：

设置主轴上夹持刀具的刀具号。

该配置项为数据表的引用。

当前刀位号：

设置刀库上在换刀位置上的刀位号。

刀具号：

设置刀库每个刀位上所装夹刀具的序号。

刀库表的相关地址为：

刀库表首地址=刀库表起始地址设置值

刀库表尾地址=刀库表起始地址+刀具数量-1

刀位地址=刀库表起始地址+刀位号-1

数据表中非易失性存储单元地址范围为D000～D255，因此，刀库表尾地址最大不能超过255，否则系统报错。

对于斗笠式刀库来说，刀位号与刀具号一一对应，所以实际的【刀库配置】的刀库配置表内的各个刀位上的刀具号就没有意义，有效的内容只有“当前刀具号”同“当前刀位号”，其二者应该一致。

3.4与刀库相关的电气连接图：

3.4.1刀库的主电路图

3.4.2电磁阀的控制回路图

3.4．3加工中心斗笠式刀库全功能信号电路图

3.5主轴准停控制信号ORCMA（G70.6）/ORARA（F45.7）

ORCMA信号用于主轴换刀或主轴换刀时的准停控制，保证刀柄不会与刀库发生撞击而损坏刀库或主轴，可通过PMC编程实现M19（主轴准停M指令）或手动主轴准停控制。

与此对应的主轴准停结束信号为F45.7（ORARA），当此信号为“1”时表示主轴准停结束。

主轴准停控制用的传感器可用外部接近开关和电动机速度传感器、外部位置编码器、主轴电动机内置传感器等多种形式。

目前大多利用伺服主轴电动机的内置位置编码器实现。

3.6宏程序调用及换刀宏程序

3.6.1宏程序调用及刀库相关系统参数：

本项目采用M指令的M06调用宏程序实现刀库的换刀控制。

（1）指定调用宏程序的M代码值参数（PRM#6080～6089）