刀库为数控卧式加工中心 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 - 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 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] 存储 刀具 （即数量 刀具 站）在该刀库的 24 当相邻刀最大刀具直径为 100 毫米充满 最大刀具直径为 150 毫米，当相邻的 刀具 口袋是空的 该 刀具 的 刀具 保持架的 最大重量为 8 千克力 刀具 保持架的类型是 BT40 [21] 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。