1JCS-018A 立式加工中心盤式刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要隨著科學技術(shù)的發(fā)展，從第一臺數(shù)控機床成功的研制出來至今，基本上所有類型的機床都實現(xiàn)了自動化。從 1978 年以后，數(shù)控技術(shù)發(fā)展到一定的程度，加工中心為了滿足市場的需要而產(chǎn)生，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展。如今數(shù)控技術(shù)已經(jīng)基本發(fā)展成熟，這在 30 年來說，這也是一個不敢相信的奇跡，但是對于我國來講，我國的加工中心發(fā)展的時間與西方發(fā)達國家相比還是相對比較落后。本文主要是從 CNC 刀庫和換刀裝置這兩個方面來進行重點說明，以研究應用帶刀庫的的自動換刀裝置為主。主要是研究設(shè)計 JCS-018A 立式加工中心盤式刀庫的結(jié)構(gòu)，其中應用 UG 三維技術(shù)完成 3D 實體建模，這樣子在設(shè)計的過程中能夠更加充分的了解加工中心刀庫及換刀裝置的結(jié)構(gòu)和原理。雖然盤式刀庫的刀具數(shù)目相對來說較少，但是它的換刀時間短，精度高。關(guān)鍵詞盤式刀庫；刀具；機械手換刀2AbstractWith development of the science and the technology. From the first CNC machine successfully developed up to now.almost all types of machine tools are automated.after 1978,numerical control technology development to a certain extent,machining center also arises at the historic moment.and now the numerical control technology has been basically mature,it is a miracle of human machinery manufacturing, but for our country,the machining center is still relatively backward compared with western developed countries.This article around the CNC machining center knife library and tool change device. The application of the automatic tool change device knife library.Library type mainly from the knife,Cutting tool switching device of these two aspects.Mainly design JCS-018A vertical machining center disc knife library structure.the application of UG 3D solid modeling.3D technology to facilitate better understanding processing center knife library.although the number of the cutter disc knife library is relatively less,but its tool change time is short and high precision.Keyworddisc knife library；the Cutting tool；automatic tool changer3摘要 1Abstract 21.緒論 41.1 課題內(nèi)容相關(guān)介紹 .41.2 自動加工裝置的組成 .41.3 刀庫的類型和特性 .51.4 刀具交換裝置 .72.總體設(shè)計方案 92.1 刀庫及換刀裝置的設(shè)計 .92.2 主要設(shè)計參數(shù) .92.3 刀庫的相關(guān)方案的設(shè)計和選定 .92.3.1 機械手的驅(qū)動方案 103.刀庫的設(shè)計及校核 .123.1 刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計 123.2 刀庫主要零件參數(shù)設(shè)計 123.2.1 刀庫驅(qū)動電動機的選擇 123.3 刀庫傳動機構(gòu)的設(shè)計 153.3.1 蝸桿蝸輪機構(gòu)的設(shè)計 .153.3.2 蝸桿軸的設(shè)計 173.4 刀具系統(tǒng)及刀具的選擇 213.4.1 刀具系統(tǒng) .213.4.2 刀具的選擇方式 .213.4.3 刀具識別裝置 .224.刀具交換裝置的設(shè)計 .244.1 自動換刀的順序 244.2 自動夾緊裝置 244.3 機械手的結(jié)構(gòu)和原理 255.UG 實體建模 .275.1 UG 的簡介 .275.2 主要零件的建模 2745.2.1 電機 275.2.2.聯(lián)軸器 285.2.3 蝸桿蝸輪裝置 .296 設(shè)計總結(jié) 367 致謝 37參考文獻 .3851 緒論1.1 課題內(nèi)容相關(guān)介紹我所設(shè)計的課題的原理就是利用刀庫中存放的一定的刀具來完智能化換刀，在一臺普通的數(shù)控機床上，對于一個機械零件的加工往往需要很多道復雜的工序，這就造成了在加工中零件的裝夾，換刀，測量，轉(zhuǎn)移的過程中浪費了很多時間，既浪費了工廠工時又加重了工人的勞動量。20 世紀 60 年代末，隨著科學的迅速發(fā)展，各國的工業(yè)特別是西方資本主義的制造業(yè)迅猛發(fā)展，又人說一個國家制造業(yè)的水平反應了國家的綜合國力水平，為了加快生產(chǎn)的節(jié)奏，帶有自動換刀裝置的數(shù)控機床就這樣產(chǎn)生了。它能夠把分散的工序集中在一起減少了不必要的換刀進行加工，這就是加工中心。在今天，各個機械制造的大國都在提高自己國家的數(shù)控技術(shù)，特別是中國，相關(guān)高科技的制造水平不是特別高，先進的制造技術(shù)不僅能提高國家的經(jīng)濟而且在軍事和航天這兩個方面也起著舉足輕重的作用。不過與發(fā)達國家相比。我國的機械制造業(yè)還是落后很多，近年來， 數(shù)控機床已經(jīng)廣泛的使用在汽車，造船，建筑等各個領(lǐng)域，所以近年來國內(nèi)的數(shù)控機床的需求量持續(xù)增長，但是進口的數(shù)控機床也在增加，甚至進口的機床數(shù)目增加的更多，特別對于一些高精尖的技術(shù)，我國的產(chǎn)品遠遠趕不上西方發(fā)達國家，國產(chǎn)的數(shù)控機床與之相比缺乏競爭力。目前國內(nèi)的刀庫主要依靠進口，使用臺灣的刀庫較多，也有其他國家知名企業(yè)的產(chǎn)品。自動換刀裝置的發(fā)展左右了數(shù)控加工中心的未來發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)要盡快擁有自己獨立的產(chǎn)品脫離進口才是關(guān)鍵。而研究數(shù)控機床加工中心換刀裝置在當前的制造業(yè)中來講是一件比較緊迫的事情，因為我國的好多高精尖的東西都是依賴國外進口，從目前的全球環(huán)境這樣一個大環(huán)境下來講，一個國家的技術(shù)如果是依賴進口，那么這個國家在經(jīng)濟全球化這樣一個環(huán)境下的科學技術(shù)是沒有什么競爭力的，特別是我國是一個發(fā)展中的制造業(yè)大國，縱觀整個制造業(yè)的發(fā)展，我們數(shù)控機床應用的范圍越來越廣，與計算機技術(shù)結(jié)合的越來越緊密，PLC，數(shù)控編程，三維制圖軟件在制造生產(chǎn)的過程中越來越普及，人們追求的是勞動力度小，生產(chǎn)效率高的一個生產(chǎn)流程，數(shù)控機床以后也越來越向著高可靠性，制造系統(tǒng)自動化，多功能復合化控制精準化等方面發(fā)展。固步自封只能導致技術(shù)的不斷落后，我們要看向最先進的技術(shù)，從自身已有的技術(shù)出發(fā)，才能不斷前進。但是我同時也相信在一代一代中華兒女的努力之下，我國的數(shù)控技術(shù)一定會越來越成熟，與其他的國家的差距一定會越來越小，我們要相信在不久的未來，我國的數(shù)控機床也會在國際市場中占有一席之地。61.2 自動加工裝置的組成本文主要研究的是帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)，方面包括刀庫類型的選擇，選刀方式的確定，刀具交換裝置這三個部分組成，在加工的工程中，要使得能達到智能化換刀就必須滿足相關(guān)的必要條件：1.我們要把加工的時間控制在要在預期的范圍之內(nèi)，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率；2，定位精度高；3，刀具儲存量要足夠多，在加工時要滿足加工的刀具的需求；4，占地面積??；5，安全性能高。1.3 刀庫的類型和特性(1)盤式刀庫盤式刀庫最大的特點在于是它的能夠快速換刀并且能夠保證換刀過程中的可靠性能。它是在數(shù)控機床中較為常見的一種刀庫形式，這種刀庫的適合大批量生產(chǎn)。它的制造的過程中成本相對較低，主要是由刀庫體和刀具盤這兩個部分組成；換刀時間較長；刀具的儲存量有一定的限制，一本是 15-40 把刀；在數(shù)控加工中機床開機后，刀庫要先回零，機床關(guān)機后，刀具庫應該要清零。圖 1-1 盤式刀庫7(2)鏈式刀庫眾所周知的，鏈式的刀庫它的最主要的也是深受用戶喜歡的優(yōu)點是在較小的空間里面可以放置多種刀具，普遍的最少的情況下是 把，大型機床和多功能的機床可以20放置 120 把左右。這些刀具是由鏈條傳送，等到達要換刀的指定位置，在借由機械手和控制程序進行自動換刀。而且鏈條具有的折疊性，通過折疊鏈條可以放進去更多的刀具。但是鏈式刀庫的定位精度不高，因此在現(xiàn)在機床中的運用不高。圖 1-2 鏈式刀庫(3)格子式刀庫格子式刀庫儲存量很大，它最大的特點是刀庫可以單獨放在機床外，但是結(jié)構(gòu)復雜，在操作的過程中選刀和取刀的動作多，所以在加工的過程中一般不會使用。圖 1-3 格子式刀庫(4)轉(zhuǎn)塔式刀庫8轉(zhuǎn)塔式刀庫的結(jié)構(gòu)比較簡單，而且在加工的過程中噪音比較小，適用于各類機床。圖 1-4 轉(zhuǎn)塔式刀庫(5)斗笠式刀庫斗笠式刀庫一般情況下能夠容納的刀具數(shù)目比較少。在實際的生產(chǎn)過程中，一般用它來加工一些簡單的零件，而對于一些工序較多或是表面和復雜的零件來講它不能滿足在加工時的要求。9圖 1-5 斗笠式刀庫1.4 刀具交換裝置刀具交換裝置主要分為兩大類，第一是無機械手換刀（又稱為“由刀庫和主軸的相對運動試驗刀具交換”）；第二則就是是利用我們的機械式手臂來實現(xiàn)功能。無機械手換刀是在換刀的過程中，它是利用刀庫和主軸這兩個之間的相對位置關(guān)系來實現(xiàn)換刀的過程。它的缺點就是換刀時舊刀具送回刀庫和取即將要使用的刀具這兩個過程不能再同一時間工作。這樣就導致了換刀過程的時間較長，而且由于刀庫是放在工作臺上的，工人在操作的過程中會覺得工作臺就會比較擁擠，這樣不利用操作。機械手換刀在實際工作中常常與控制技術(shù)聯(lián)系起來共同完成自動換刀的過程，在操作的過程中，利用 PLC 對換刀的過程進行編程，這樣使得在換刀的過程中方便簡潔。一般機械手都可以通過進行機械手抓起刀具，從刀套和主軸中拔出刀具，交換刀庫和主軸的刀具，分別把交換后的刀具插入刀庫和主軸中以及返回等來實現(xiàn)換刀過程。機械手主要有以下 5 種主要的形式。第一類的回轉(zhuǎn)式單臂單爪機械手只有一個相應的卡爪，它的手臂能夠轉(zhuǎn)動到范圍內(nèi)的多個地方地方進行換刀，但是因為只有一個刀爪，所以不能同時裝刀和卸刀，這樣就導致了它的換刀時間比較長。第二類的單臂雙爪回轉(zhuǎn)機械手有兩個相應的卡爪，都有其各自的使用用途，其中的一個刀爪裝刀，而另一個刀爪就卸刀。裝刀和卸刀可以在同一時進行，這樣子的話它的換刀時間相比單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手短。第三類的雙臂回轉(zhuǎn)式機械手換刀的動作相對來說比較單一，它的換刀時間能夠減少很多是因為這種方式能夠抓取同時刀庫和主軸上的刀具，在同一時間他也可以裝卸這個刀具。第四類的雙機械手的原理是兩個單臂單爪的機械手組合在一起配合完成換刀的過程。所以看上去雙機械手就像是人的兩個手臂一樣，雖然他的機構(gòu)就比較復雜，但是它的換刀的過程很精確。雙臂往復交叉式的機械手的兩個手臂交叉在一起并且形成一個角度，這樣類型的機械手可以實現(xiàn)直線移動或繞著軸旋轉(zhuǎn)。第五類的雙臂端面夾緊式機械手是靠機械手夾緊刀具的端面來抓緊刀具，不過一般在實際的操作中用的較少。10圖 1-6 各種機械手112 總體設(shè)計方案2.1 刀庫及換刀裝置我選用的機床為十分典型的機床即 JCS-018A 立式加工中心盤式刀庫，所采用的是單臂雙手的回轉(zhuǎn)式換刀裝置。2.2 主要設(shè)計參數(shù)刀庫直徑：400mm；刀具數(shù)量：16 把；刀具形式：BT40；最大刀具的直徑為：40mm；平均刀具的重量為：8kg；刀盤最低的轉(zhuǎn)速為：70r/min；換刀時間：3.0；2.3 刀庫設(shè)計考慮到刀庫的重量和在換刀過程中的運用，故刀盤選用幅輪式刀盤?？紤]到在蝸桿傳動是在空間交錯中的兩個軸之間的傳動，這樣得傳動方式可以改變傳動的方向，這一點符合刀庫中運動和動力的傳動，故選擇蝸桿蝸輪傳動。在選擇驅(qū)動裝置時，由于刀庫在運動的過程中不需要調(diào)速，而且蝸輪蝸桿機械傳動機構(gòu)定位準確性不高等等的歸納在一定的眾多因素，因此采用交流伺服電機就可以滿足驅(qū)動的要求，在電機和蝸桿之間可以用聯(lián)軸器連結(jié)。這種傳動方案過程較為簡單，且在傳動的過程中很平穩(wěn)，能符合相關(guān)工作中對精度的條件要求。12圖 2-1 刀庫的傳動圖2.3.1 機械手的驅(qū)動方案加工中心換刀使用的機械手臂的動力驅(qū)使方式主要有電氣控制方式、液壓方式、氣壓控制方式、機械控制驅(qū)動這四種。其中這液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動兩種驅(qū)動方式在實際的生產(chǎn)中用的最多，液壓驅(qū)動，在生產(chǎn)中約占 50%左右，氣壓驅(qū)動在生產(chǎn)中約占 40%左右。a)電氣驅(qū)動電氣驅(qū)動是直接用電動機進行驅(qū)動，他采用較大的減速比減速器進行驅(qū)動，這樣就能夠可以帶動絲杠，螺母機構(gòu)，有的也采用直線電動機。它有維修簡單，動力方便等優(yōu)點，但是由于控制響應速度較慢，所以這種驅(qū)動方式使用很少。b)液壓驅(qū)動液壓驅(qū)動是采用了用壓力油進行傳動，它的驅(qū)動力很大，一般在傳動的過程中沒有停滯的現(xiàn)象。運動的過程中平穩(wěn)，而且液壓油能夠吸收震動和減小沖擊力的優(yōu)勢，能夠頻繁的實現(xiàn)換向，因此在生產(chǎn)的過程中最常見到。c)氣壓驅(qū)動氣壓驅(qū)動是用較為常見的壓縮空氣進行驅(qū)動，這種的驅(qū)動方式能源（即壓縮氣體）獲得較為簡便，對環(huán)境沒有任何的污染，而且機械手反饋速度快，無停滯的現(xiàn)象。壓縮空氣的粘度較小，適合于遠距離的運輸和遠程遙控。但是有出力小，體積大，潤滑13較差的缺點。d)機械驅(qū)動機械驅(qū)動是將所在的動力傳遞給凸輪和連桿一些機構(gòu)等進行驅(qū)動。一般不常使用。在本次設(shè)計中，由于我在機械手的選用中采用的是回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機械手換刀這種換刀方式動作的換向多，而且要用的驅(qū)動力不用特別大，所以我選擇用液壓傳動作為機械手的驅(qū)動方式。2.3.2 刀具交換裝置的選擇由前文的討論說明，選擇了回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機械手換刀（圖 2-2 是機械手傳動機構(gòu)示意圖） 2 ?傳 機 械 手 傳 傳 機 傳1.抓刀 當壓力油進入油缸的時，活塞桿受到液壓缸的推力的作用，帶動齒條向左移動，然后齒輪開始轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒輪軸轉(zhuǎn)動，由于機械手安裝在齒輪軸上，所以機械手手臂轉(zhuǎn)動，這個時候，機械手逆時針轉(zhuǎn)動 75°抓刀。2.拔刀 第一個動作完成后，齒條上的擋環(huán)壓下相對應的開關(guān)，這個時候加工中心發(fā)出拔14刀系統(tǒng)信息，油進入到油缸中，這個時候傳動盤下降，傳動盤上的銷子插入到連接盤的孔中，使得活塞桿推動機械手手臂向下移動進行拔刀。3.換刀 拔刀過程完成后，擋環(huán)壓下相關(guān)的開關(guān)，加工中心發(fā)出交換刀具的系統(tǒng)信息。然后壓力油進入油腔中，活塞桿帶著齒條左移，機械手轉(zhuǎn)動 180°，對主軸和刀庫上的刀具進行互換。4.插刀 換刀過程結(jié)束后，擋環(huán)壓下對應的開關(guān)，加工中心發(fā)出插刀的系統(tǒng)信息，壓力油進入油腔中，活塞桿帶動軸上升插刀。銷子從連接盤中退出。5.復位 插刀過程完成后，擋環(huán)壓下相關(guān)的開關(guān)，壓力油進入油缸中齒條右移復位，機械手不動。153 刀庫的設(shè)計及校核3.1 刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 3-1 刀庫的結(jié)構(gòu)當數(shù)控機床接到換刀信號的時，電機接通，電機軸轉(zhuǎn)動，帶動聯(lián)軸器，渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動，它的動力傳動給刀盤，刀盤帶動刀套轉(zhuǎn)動，每個刀套上都有一個滾子，最后由液壓缸帶動活塞是撥叉提起刀套，與換刀裝置一起完成換刀的過程。3.2 刀庫主要零件設(shè)計3.2.1 刀庫驅(qū)動電動機的選擇按負載轉(zhuǎn)矩選擇理論上加載在伺服電機上的轉(zhuǎn)矩（Tl）應該比選定的電動機的額定轉(zhuǎn)矩要小設(shè)計的刀庫刀具的最大重量為 8kg，刀盤直徑為 400mm。圓盤式刀庫的加載在伺服電動機上的轉(zhuǎn)矩應該是來自于刀具在刀庫上的位置不平衡造成的。在計算時按刀具的最大重量進行計算，重心設(shè)計為刀庫的回轉(zhuǎn)中心。則有轉(zhuǎn)化為加載在電機軸上的負載為: 10*9.8/201960.TNkgmNlin??電動機轉(zhuǎn)軸上的負載轉(zhuǎn)矩?16傳動比?i傳動效率n在本設(shè)計中，傳動比定為 i=20傳動效率為： 0.72*0.99*0.99*0.99=0.6993*21nn?總聯(lián)軸器機械傳動效率；?1n蝸桿的傳動效率；2軸承的傳動效率；3Tl=19600/20/0.699=1.402n.m在考慮實際傳動過程的誤差，故電機額定轉(zhuǎn)矩 Ts 應該是 Tl 的 1.2-1.5 倍。Tls)5.12(??Ts(1.2-1.5)*1.402Ts1.68-2.103根據(jù)要求我們因該按最大的轉(zhuǎn)矩來選定。加速時的最大轉(zhuǎn)矩（T）應該是加速轉(zhuǎn)矩（Ta）和負載轉(zhuǎn)矩（Tl)之和: la??加速轉(zhuǎn)矩計算:Ta=2*?* *( )/( )NmJlTa60加速時間（通常選擇 ）;?Ta152ms?進行選刀時的電機的轉(zhuǎn)速;--負載慣量折定到電機的軸上的慣量；Jl電動機轉(zhuǎn)子慣量；=1500r/min =0.019n.s.s =0.016n.m.s.sNmJJl=180ms=1.8staTa=2*?*n*m*( )/( )Tl?a60Ta=2*3.14*1500*20*(0.019+0.016)/(60*1.8)=3.05 n.mTTa+Tl 3.05+1.4024.455加速時最大轉(zhuǎn)矩（T）理論上講應該小于電機的額定最大轉(zhuǎn)矩（T max），這樣才能滿足使用的條件。T13.3N.m??軸孔的直徑范圍為 12-18mm確定其軸孔的直徑為 16mm在蝸輪蝸桿的傳動過程中，軸既受徑向力又受軸向力的作用，故軸承的類型選擇角接觸球軸承，根據(jù)軸徑選擇 70000C如圖 3-1 所示21圖 3-3 蝸桿軸在第三段和第五段是軸承，故 =20mm,長度 =20mm;?l第六段和第二段是鎖緊螺母，用雙螺母來進行鎖緊，故 =18mm,長度 =25mm;?l第一段與聯(lián)軸器相連，故 =16mm,長度 =30mm,鍵為 8*5，長度為 20mm;l第四段長度 =250mm;l2.蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.蝸桿軸的最小直徑蝸輪軸選用調(diào)質(zhì)處理的 45 號鋼。根據(jù)表 15-3（機械設(shè)計）有 =1120A=26.45mm30min/*PAd?由于該軸上有鍵槽，在計算的過程中應該考慮這個因素的影響，故計算出來的最小軸 =27mm。in在蝸輪蝸桿的傳動過程中，軸既受徑向力又受軸向力的作用，故軸承的類型選擇角接觸球軸承，根據(jù)軸徑選擇 7006C。圖 3-4 渦輪軸在第二段和第六段是軸承，故 =30mm,長度 =20mm,第六段長度為 50mm;?l第一段和第七段是鎖緊螺母，故 =28mm,長度 =30mm;第五段與渦輪相連,直徑為 40mm,長度為 50，上面有一個鍵 12*5，長度為 28mm;第三段直徑為 40mm,長度為 50mm;第四段直徑為 長度為 12mm;60m第八段為花鍵軸，它與刀盤連接，長度為 100mm.22蝸桿軸軸徑的校核蝸桿軸；由 可知 =2*4/40?tan1mZd?1tdZ?=11.3蝸桿受力軸向力： =1564 N21dTFa?徑向力： =312.85 N?tanrt?圓周力： =366.26 N?1r垂直受力；；0?rF0''121??rRF?AM*37?得 8.69'1NR2圖 3-3 垂直受力圖垂直面彎矩圖23圖 3-6 垂直面彎矩圖水平面受力 F 0'3711??Rt得 =145 N'=167.85 N2R圖 3-7 水平面受力圖水平面彎矩圖24圖 3-8 水平面彎矩圖-合成彎矩圖圖 3-9 合成彎矩圖轉(zhuǎn)矩圖設(shè)他的 6.0??故 5320.2T當量彎矩圖：圖 3-10 轉(zhuǎn)矩圖25圖 3-11 當量彎矩圖又由 可知????12224???????????????????WTMTWca在渦輪軸中 =2195.23d?故 =45542/2185.2=20.84ca查表 15-1（機械設(shè)計）可知 =55??1??故軸滿足設(shè)計的條件。渦輪軸的校核蝸桿受力：軸向力： =1564N22dTFa??徑向力： =366.26 N?tanrt圓周力： =312.85 N?2r在垂直方向上受力：圖 3-12 垂直方向受力0'':0423????rryFF0'*31816*4??rac FM得 Nr78'4F513?垂直面彎矩圖26圖 3-13 垂直面彎矩圖水平面受力圖0'*341062:????rc FFtM得：0'':0423???rtryFFNr86'r178'圖 3-14 水平面受力圖水平面彎矩圖圖 3-15 水平面彎矩圖合成彎矩圖27圖 3-16 合成彎矩圖轉(zhuǎn)矩圖圖 3--17 轉(zhuǎn)矩圖當量彎矩圖圖 3-18 當量彎矩圖有 ????12224???????????????????WTMTWca在蝸輪軸上有 51028.7?1ca故齒輪軸合格。3.4 刀具系統(tǒng)及刀具的選擇283.4.1 刀具系統(tǒng)刀具理論上說雖然不是屬于機床本體的一部分，但是在數(shù)控機床的使用中，為了使刀具在機床上迅速有效的進行定位夾緊，現(xiàn)在在工廠中一般使用的是一套標準化的刀具系統(tǒng)，刀具一般是上來講由刀柄和拉丁兩部分已經(jīng)實現(xiàn)標準化組成。我國制定了 TSG 刀具系統(tǒng)的刀柄標準為直柄和 7:24 的錐度，使得各種刀柄都有可以參考的標準。3.4.2 刀具的選擇方式（1）順序選擇刀具刀具按照一定的順序插入到刀庫中，到了工作狀態(tài)中使用的時候也會按順序的取出來使用，這種選擇刀具的方式就叫做順序選擇刀具。這種選擇刀具的方式十分方便，控制簡單，而且很可靠。但是這樣子的話，就會使得刀庫中的刀具在每個工序中不能重復使用，而且也降低了刀具使用的利用率，而且為了滿足工作的要求，刀具的數(shù)目不斷增加的話，就會使得刀庫的尺寸也會隨之不斷的增加，機床變大，這樣工廠的空間利用率就會減小，增加了公司的成本，也降低了工作的效率。（2）任意選擇刀具這種選擇刀具的方式是利用編程來管理刀庫中的刀具，刀具在刀庫中可以隨意放置，不需要按照一定的順序排列。使用的時候可以任意選擇，發(fā)出換刀指令后，要根據(jù)刀具識別裝置來識別是哪一把刀具。這種選擇刀具的方式主要有刀座編碼方式，刀具編碼方式和編碼附件方式。1.刀座編碼方式刀座編碼方式的設(shè)計原理是：刀座按一定的順序進行編碼，而且在對應的刀庫里每一把刀具也進行相應的編碼，把編碼后的刀具放在對應編碼的刀座之中，當 CNC發(fā)出換刀的順序，及其開始換刀的時候，刀庫就旋轉(zhuǎn)。這樣，刀座就可以通過相應的識別刀具的裝置找到那道工序需要的那把刀。這種選擇刀具的方式的優(yōu)點是刀具是可以被重復利用的。但是他也有自己的缺點，它的主要缺點是在自動換刀時要把用過的舊刀放回到相應的刀座中，這樣就增加了換刀的動作。2.刀具編碼方式刀具編碼方式是在刀柄之后后端的拉桿上裝上能夠被識別的編碼環(huán)，這樣使得每一把刀具都有自己特定的代碼，但是刀座自身沒有編碼，這樣刀具可以放在任意的刀座中，這種方式的編碼方式刀具也可以被重復利用。3.編碼附件方式29編碼附件可以有編碼桿，編碼盤，編碼卡片和編碼鑰匙等等，在實際中用最多的是編碼鑰匙，編碼鑰匙就像門的鑰匙和鎖一樣，這樣就給刀座安上特定的號碼，就像一個電話機對應一個電話號碼一樣，識別裝置就是通過識別編碼鑰匙鑰匙來選擇刀具。這種編碼方式有很大的靈活性，刀具利用率高，因為它具有暫時的特性，從刀座中取刀具后刀具就成為無編碼的刀具。但是它的缺點是，刀具要必須得放回原來的刀座中。3.4.3 刀具識別裝置（1）接觸式刀具識別裝置接觸式刀具識別裝置的原理是通過觸針與編碼環(huán)相互接觸來進行識別，對于識別裝置的每個觸針都與一個繼電器相連接，當觸針與編碼環(huán)接觸時繼電器通電，代碼為 1，當觸針與編碼環(huán)不接觸代碼為 0，然后由繼電器來判斷是不是所需要的刀具，如果是的話那么控制裝置發(fā)出信號讓刀庫停止。（2）利用非接觸式刀具識別裝置非接觸式刀具識別裝置的原理是利用磁和光的識別，這種識別方式一般不用和編碼環(huán)相接觸，這樣就可以提高編碼環(huán)的壽命，一般用于高速，或者是換刀比較頻繁的場合。（3）利用可編程控制器這是利用計算機軟件編程取代傳統(tǒng)的識別方式，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一門大學生的必須基本掌握的課程-數(shù)控編程，這樣提高了工作效率和準確度。消除了由于在換刀過程中的各種誤差。在這個中又分為自動換刀控制和刀號數(shù)據(jù)表，刀具識別和刀具交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改三種類型，都是通過計算機控制技術(shù)進行控制。304 刀具交換裝置的設(shè)計4.1 自動換刀的順序在機床上，刀庫是位于機床主軸的左側(cè)，刀具在刀座中，剛開始刀具軸線與主軸垂直，所以在換刀前，刀庫首先將要交換的刀具通過刀庫旋轉(zhuǎn)，刀庫旋轉(zhuǎn)到指定的位置，由識別裝置識別出來，刀庫停止旋轉(zhuǎn)，送到換刀的位置，然后由撥叉把刀套上的滾子提起來，然后讓刀套向下旋轉(zhuǎn) 90 度；接著機械手按順時針方向轉(zhuǎn)動 75 度，這樣機械的兩個手柄分別夾持著刀庫和主軸上的刀具，手柄上有自鎖機構(gòu)，夾緊刀具后機械手柄自動進行鎖緊；當主軸上的自動夾緊裝置處于放松時，機械手向下移動，拔出刀具；然后機械手按順時針方向轉(zhuǎn)動 180 度的角度，這個過程中的機械手就像人的兩個手臂，人轉(zhuǎn) 180 度后，刀具的位置交換，機械手交換刀庫和主軸上的刀具；換刀動作完成后，機械手就向上移動，機械手的兩個手柄分別將刀具插到刀庫的刀套和主軸中；主軸這時就被夾緊，機械手復位，逆時針方向旋轉(zhuǎn) 75 度的角度；刀套復位，向上旋轉(zhuǎn) 90 度。4.2 自動夾緊裝置刀具的自動夾緊裝置一般安裝在主軸上，刀具在主軸上的夾緊和放松是為了更好的安裝和換刀。如圖所示：主軸的前端是用最常用的 7:24 的錐孔來裝夾刀具，主軸的端面有鍵槽是為了更好的給刀具定位，還可以傳遞扭矩。當?shù)毒邐A緊時，蝶形彈簧通過拉桿和雙瓣卡爪在套筒的動作下下可以使刀柄的尾端拉緊從而實現(xiàn)刀具的夾緊；在換刀時壓力油就會進入到油腔中，活塞通過推動拉桿來壓縮彈簧，在彈簧的作用下卡爪張開，導致噴氣頭將刀柄頂住，當壓力達到一定的值時，刀柄松開，這個時候刀具就可以被機械手拔出，完成拔刀的動作；當機械手換刀后，機械手要把新的刀具放到主軸中，壓力油進入油腔中，上述提到的使刀具夾緊。這樣就完成了刀具的在主軸上的自動夾緊的過程。在這個裝置中，活塞的極限位置中都有行程開關(guān)開控制在刀具的夾緊和松開。