加工刀具自動(dòng)化概要課件

第4章加工刀具自動(dòng)化4.1自動(dòng)化機(jī)床的刀具和輔助工具4.2自動(dòng)化換刀裝置4.3排屑自動(dòng)化4.4實(shí)例視頻第4章加工刀具自動(dòng)化4.1自動(dòng)化機(jī)床的刀具和輔助工14.1自動(dòng)化機(jī)床的刀具和輔助工具4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求4.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具4.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的工具系統(tǒng)4.1.4刀具的快換及調(diào)整4.1自動(dòng)化機(jī)床的刀具和輔助工具4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)24.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求

自動(dòng)化機(jī)床基本可以分為以自動(dòng)生產(chǎn)線為代表的剛性專門(mén)化自動(dòng)化機(jī)床和以數(shù)控機(jī)床、加工中心為主體所構(gòu)成的柔性的通用化自動(dòng)化機(jī)床（單機(jī)或生產(chǎn)線）。在剛性自動(dòng)化生產(chǎn)中，是以盡可能提高刀具的專用化程度為基礎(chǔ)來(lái)取得最佳的總體效益的，又因其加工的產(chǎn)品品種單一，機(jī)床、刀具和夾具基本上是專用的，刀具及其輔助工具（簡(jiǎn)稱輔具）相對(duì)簡(jiǎn)單。4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求自動(dòng)化機(jī)床34.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求

在柔性制造系統(tǒng)中，則是在滿足自動(dòng)化生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上，以刀具及其工具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化，盡可能提高刀具的通用化程度為基礎(chǔ)來(lái)取得最佳的總體效益的。所用刀具及其輔具種類較多且復(fù)雜，應(yīng)充分考慮刀具及其工具系統(tǒng)的構(gòu)成、刀具數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、刀具信息編碼與識(shí)別、刀具調(diào)整等問(wèn)題。4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求在柔性制造44.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求

為了適應(yīng)自動(dòng)化加工機(jī)床連續(xù)性生產(chǎn)，所用刀具除應(yīng)滿足一般刀具所具備的高硬度、足夠的強(qiáng)度和韌性、良好的耐熱和耐磨性、良好的加工性及經(jīng)濟(jì)性等條件外，還應(yīng)盡量滿足以下要求：（1）尺寸耐用度高（2）斷（卷）屑和排屑方便可靠（3）刀具的更換和調(diào)整方便（4）實(shí)現(xiàn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化（5）設(shè)置加工及刀具工作狀態(tài)的監(jiān)控及檢測(cè)裝置

4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求為了適應(yīng)自5（1）尺寸耐用度高

尺寸耐用度高是指在一次調(diào)刀的條件下，刀具能切出符合尺寸精度要求的合格零件數(shù)；或是指在保證尺寸精度的前提下，刀具一次調(diào)刀后所能使用的機(jī)動(dòng)時(shí)間。為了減少換刀次數(shù)和調(diào)整時(shí)間，要求自動(dòng)化機(jī)床用刀具切削部分材料的切削性能好，耐用度高。（1）尺寸耐用度高尺寸耐用度高是指在一次調(diào)刀的6（2）斷（卷）屑和排屑方便可靠

由于自動(dòng)化機(jī)床的加工往往是在封閉的環(huán)境里進(jìn)行的，其加工過(guò)程一般不需要人工干預(yù)，所以，可靠的斷屑和排屑對(duì)保證加工質(zhì)量及設(shè)備安全意義重大。因此要求所用刀具應(yīng)能可靠地?cái)啵ň恚┬?，便于?shí)現(xiàn)自動(dòng)排屑。（2）斷（卷）屑和排屑方便可靠由于自動(dòng)化機(jī)床的7（3）刀具的更換和調(diào)整方便

自動(dòng)化機(jī)床使用的刀具種類較多，所用的刀具數(shù)量從幾十把到上百把。為了盡量減少裝卸和調(diào)整刀具所需的輔助時(shí)間，要求采用可調(diào)整刀具，在線外預(yù)調(diào)好刀具尺寸，并采用各種快換刀架和刀夾，以保證準(zhǔn)確而迅速地實(shí)現(xiàn)換刀，減少換刀的時(shí)間損失，某些情況下還要適應(yīng)自動(dòng)換刀的需要（如加工中心）。（3）刀具的更換和調(diào)整方便自動(dòng)化機(jī)床使用的刀具8（4）實(shí)現(xiàn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化

這樣不僅便于刀具的制造，降低刀具的費(fèi)用，也有利于減少刀具及輔助工具的品種和規(guī)格，便于管理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化換刀，從而降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率。特別是一些具有柔性制造系統(tǒng)（FMS）的現(xiàn)代制造車間。通常建立有FMS刀具管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)刀具的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和管理，適時(shí)地向加工單元提供所需的刀具，監(jiān)控管理刀具的使用等，這也需要以刀具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的集中監(jiān)控和管理。（4）實(shí)現(xiàn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化這樣不僅9（5）設(shè)置加工及刀具工作狀態(tài)的監(jiān)控及檢測(cè)裝置

為保證刀具在正常的切削條件下穩(wěn)定可靠地進(jìn)行加工，避免意外事故（如孔內(nèi)切屑堵塞等）損壞刀具，造成零件報(bào)廢，甚至損壞機(jī)床，應(yīng)設(shè)置加工過(guò)程及刀具工作狀態(tài)的監(jiān)控與自動(dòng)檢測(cè)裝置，即按刀具的過(guò)載保護(hù)及破損檢測(cè)要求，設(shè)置刀具的破損信號(hào)顯示及報(bào)警裝置。（5）設(shè)置加工及刀具工作狀態(tài)的監(jiān)控及檢測(cè)裝置為104.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具

組合機(jī)床及其自動(dòng)線是大批量生產(chǎn)中常用的剛性自動(dòng)化設(shè)備，屬于專門(mén)化的生產(chǎn)形式，所用刀具的專門(mén)化程度高，其工具系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。在剛性自動(dòng)化系統(tǒng)中，根據(jù)工藝要求與加工精度的不同，常用的刀具有：一般刀具、復(fù)合刀具和特殊工具等。為了在組合機(jī)床及其自動(dòng)線上實(shí)現(xiàn)切削刀具的快換和實(shí)現(xiàn)一些較特殊的工藝內(nèi)容，采用了各種標(biāo)準(zhǔn)的和專用的輔具。4.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具組合機(jī)床及114.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具

常用的標(biāo)準(zhǔn)輔具有各種浮動(dòng)卡頭、快換卡頭和接桿等；專用輔具是為了完成一些特殊的加工內(nèi)容而設(shè)計(jì)的，常見(jiàn)的有孔內(nèi)切槽、端面或止口加工、切內(nèi)錐面、鏜球孔等。

這些輔具的共同點(diǎn)是都需要刀具的斜向或橫向進(jìn)給，其一般原理是：利用鉆鏜頭在工作進(jìn)給中，使輔具的一部分頂在夾具或工件上，不再向前進(jìn)給，而與輔具的另一部分產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力滑臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成刀具的橫向或斜向運(yùn)動(dòng)。

4.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具常用的標(biāo)124.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具

如圖4.1所示為采用較簡(jiǎn)單的斜面?zhèn)鲃?dòng)的切槽刀桿示意圖。4.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具如圖4.1134.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)

這里所謂的工具系統(tǒng)是指用來(lái)連接機(jī)床主軸與刀具的輔具的總稱。

以數(shù)控機(jī)床、加工中心為主體所構(gòu)成的柔性自動(dòng)化加工系統(tǒng)，因要適應(yīng)隨機(jī)變換加工零件的要求，所用刀具數(shù)量多，且要求換刀迅速準(zhǔn)確，因此在各種加工中心上還應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。

為此，需要采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度較高的刀具和輔具（含刀柄、刀夾、接桿和接套）。4.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)144.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)

目前在數(shù)控加工中已廣泛采用各種可轉(zhuǎn)位刀具。不少國(guó)家或公司都針對(duì)數(shù)控鏜銑加工和數(shù)控車削加工等分別制訂出標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的工具系統(tǒng)，已逐步形成了較為完善的數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)和數(shù)控鏜銑加工用的工具系統(tǒng)。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，目前也出現(xiàn)了可同時(shí)適應(yīng)數(shù)控車削和數(shù)控鏜銑加工的工具系統(tǒng)。4.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)154.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)

在生產(chǎn)中可根據(jù)具體情況按標(biāo)準(zhǔn)刀具目錄和標(biāo)準(zhǔn)工具系統(tǒng)合理配置所需的刀具和輔具，供加工系統(tǒng)使用。

1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

4.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)161.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)與機(jī)床刀架的型式、刀具類型以及刀具系統(tǒng)是否需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)等因素有關(guān)。數(shù)控車床類機(jī)床常采用立式或臥式轉(zhuǎn)塔刀架作為刀庫(kù)，刀庫(kù)容量為4～8把刀具，一般按加工工藝順序布置，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換刀快速，一次換刀僅需1～2s，對(duì)相似性較高的零件加工一般可不換刀。當(dāng)加工不同種類零件時(shí)，需要重新?lián)Q裝刀具或整體交換轉(zhuǎn)塔刀架。1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)數(shù)控車削加工用的171.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

如圖4.2所示為常見(jiàn)數(shù)控車床刀架型式

1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)181.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

如圖4.3所示為數(shù)控車削加工用工具系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)體系

1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)如圖4.3所示為191.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

目前比較典型的車削工具系統(tǒng)有德國(guó)DIN69880工具系統(tǒng)、SANDVIK公司的BTS模塊式車削工具系統(tǒng)、KENAMETAL公司的KV車削工具系統(tǒng)等。其中DIN69880工具系統(tǒng)具有重復(fù)定位精度高、夾持剛性好、互換性強(qiáng)等特點(diǎn)，其基本構(gòu)成包括非動(dòng)力刀夾和動(dòng)力刀夾兩大部分。1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)目前比較典型的車201.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

（1）非動(dòng)力刀夾DIN69880非動(dòng)力刀夾的構(gòu)成體系如圖4.4所示。1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)（1）非動(dòng)力刀夾211.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

（2）動(dòng)力刀夾。動(dòng)力刀夾是在刀夾柄部基本結(jié)構(gòu)相同的基礎(chǔ)上，通過(guò)柄部?jī)?nèi)軸傳遞動(dòng)力驅(qū)動(dòng)刀具夾頭旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力軸的變角是經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。DIN69880動(dòng)力刀夾的構(gòu)成體系如圖4.5所示。

1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)（2）動(dòng)力刀夾。動(dòng)力222.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)一般由工具柄部、與工具柄部相聯(lián)接的工具裝夾部分和各種刀具部分組成。工具柄部是指工具系統(tǒng)與機(jī)床連接的部分。刀柄的標(biāo)準(zhǔn)分為直柄和錐柄兩大類。目前，在數(shù)控銑床、加工中心類機(jī)床上一般采用7:24的圓錐柄工具，如圖4.6所示。這類錐柄不自鎖，換刀比較方便，比直柄有較高的定心精度與剛度，但為了達(dá)到較高的換刀精度，柄部應(yīng)有較高的制造精度。2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)數(shù)控鏜銑加工刀232.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)242.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

對(duì)于現(xiàn)代化加工（特別是高精度、高速度加工）及自動(dòng)換刀要求，7:24的工具圓錐柄存在許多不足：如軸向定位精度差、剛度不夠、高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致主軸孔擴(kuò)張，尺寸、質(zhì)量及所需拉緊力大、換刀時(shí)間長(zhǎng)等。為此，德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)中提出了“自動(dòng)換刀空心柄標(biāo)準(zhǔn)”，如圖4.7所示是這種刀柄在機(jī)床主軸內(nèi)的安裝情況。2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)代化加工252.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)264.1.4刀具的快換及調(diào)整

為了減少更換和調(diào)整刀具所需的輔助時(shí)間，可以采用各種刀具快換及調(diào)整裝置，在線外預(yù)調(diào)好刀具尺寸，準(zhǔn)確而迅速地實(shí)現(xiàn)機(jī)床上的換刀，實(shí)現(xiàn)快速更換刀具的基本方法有：

1.更換刀片2.更換刀體（刀具）3.更換刀夾4.1.4刀具的快換及調(diào)整為了減少更換和271.更換刀片

目前在自動(dòng)化加工中廣泛采用各種硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削，刀具磨損后，只要將刀片轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度即可繼續(xù)使用；整個(gè)刀片磨損后，可換上同一型號(hào)的新刀片。這種方法簡(jiǎn)便迅速，無(wú)需線外或線內(nèi)（機(jī)床內(nèi)）對(duì)刀調(diào)整。換刀精度取決于刀片的精度等級(jí)和定位精度。但當(dāng)機(jī)床的工作空間較小時(shí)，刀片的拆裝及支承面的清理不太方便。1.更換刀片目前在自動(dòng)化加工中廣泛采用各281.更換刀片如圖4.9所示為一種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的結(jié)構(gòu)示意圖1.更換刀片如圖4.9所示為292.更換刀體

從刀夾上取下磨鈍了的刀具，再將已在線外調(diào)整好的刀具裝上即可，這種方法比較方便、迅速，換刀精度高，可使用普通級(jí)可轉(zhuǎn)位刀片，也不受機(jī)床敞開(kāi)空間大小的限制。但對(duì)刀桿的精度要求較高，并需增加預(yù)調(diào)裝置及預(yù)調(diào)工作量。2.更換刀體從刀夾上取下磨鈍了的刀具，302.更換刀體

如圖4.10所示是一種可調(diào)整軸向定位尺寸的車刀及其線外對(duì)刀裝置。2.更換刀體如圖4.10所示是一種313.更換刀夾

更換刀具時(shí)整個(gè)刀夾一起卸下調(diào)換，在線外將已磨好的刀具固定在刀夾上進(jìn)行預(yù)調(diào)。這種方法能獲得較高的換刀精度，一個(gè)刀夾可裝上幾把刀具，縮短了換刀時(shí)間，并可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)換刀。但需要一套復(fù)雜的預(yù)調(diào)裝置，刀夾笨重，手工換刀不方便。3.更換刀夾更換刀具時(shí)整個(gè)刀夾一起卸下調(diào)換323.更換刀夾

如圖4.11所示是這種更換刀夾的實(shí)例3.更換刀夾334.2自動(dòng)化換刀裝置在機(jī)械加工中，大部分零件都要進(jìn)行多工序加工。在不能自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床的整個(gè)加工過(guò)程中，真正用于切削的時(shí)間只占整個(gè)工作時(shí)間的30%左右，其中有相當(dāng)一部分時(shí)間用在了裝卸、調(diào)整刀具的輔助工作上。因此，采用自動(dòng)化換刀裝置將有利于充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用。4.2自動(dòng)化換刀裝置在機(jī)械加工中，大部344.2自動(dòng)化換刀裝置

具有自動(dòng)快速換刀功能的數(shù)控機(jī)床稱為加工中心，它可以預(yù)先將各種類型和尺寸的刀具存儲(chǔ)在刀庫(kù)中。加工時(shí)，機(jī)床可根據(jù)數(shù)控加工指令自動(dòng)選擇所需要的刀具并裝進(jìn)主軸，或刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位換刀，使工件在一次裝夾下就能實(shí)現(xiàn)車、鉆、鏜、銑、鉸、锪、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序的加工。

4.2自動(dòng)化換刀裝置具有自動(dòng)快速換刀功能354.2自動(dòng)化換刀裝置

在數(shù)控機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置。針對(duì)自動(dòng)換刀裝置的功能，它必須能夠存放一定數(shù)量的刀具，即有刀庫(kù)或刀架，并能完成刀具的自動(dòng)交換。因此，對(duì)自動(dòng)換刀裝置的基本要求是刀具存放數(shù)量多、刀庫(kù)容量大、換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、可靠性高。4.2自動(dòng)化換刀裝置在數(shù)控機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)刀364.2自動(dòng)化換刀裝置

加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)一般由以下四個(gè)部分構(gòu)成：4.2.1刀庫(kù)4.2.2刀具交換裝置4.2.3換刀機(jī)械手4.2.4刀具識(shí)別裝置4.2自動(dòng)化換刀裝置加工中心的自動(dòng)換刀系374.2.1刀庫(kù)

刀庫(kù)是自動(dòng)換刀系統(tǒng)中最主要的裝置之一，它是儲(chǔ)存加工所需各種刀具的倉(cāng)庫(kù)，具有接受刀具傳送裝置送來(lái)的刀具和將刀具給予刀具傳送裝置的功能。刀庫(kù)的容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)隨機(jī)床結(jié)構(gòu)的不同而差別很大，種類繁多。加工中心目前刀庫(kù)的類型主要有鼓輪式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)、格子箱式刀庫(kù)和直線式刀庫(kù)等，如圖4.12所示。4.2.1刀庫(kù)刀庫(kù)是自動(dòng)換刀系統(tǒng)中最主要的384.2.1刀庫(kù)

4.2.1刀庫(kù)394.2.1刀庫(kù)

鼓輪式刀庫(kù)又稱為圓盤(pán)刀庫(kù)，其中最常見(jiàn)的形式有刀具軸線與鼓輪軸線平行式布局和刀具軸線與鼓輪軸線傾斜式布局兩種，具體如圖4.12（a、b、c、d）所示。

這種形式的刀庫(kù)在中小型加工中心上應(yīng)用較多。但因刀具單環(huán)排列、空間利用率低，而且刀具長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，容易和工件、夾具干涉。且大容量刀庫(kù)的外徑較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，選刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。因此，這種形式的刀庫(kù)容量一般不宜超過(guò)32把刀具。

4.2.1刀庫(kù)鼓輪式刀庫(kù)又稱為圓盤(pán)刀404.2.1刀庫(kù)

鏈?zhǔn)降稁?kù)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活、容量較大，可以實(shí)現(xiàn)刀具的“預(yù)選”，換刀時(shí)間短。當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)時(shí)，刀庫(kù)外形較緊湊，占用空間較小，適用于大容量的刀庫(kù)。增加存儲(chǔ)刀具數(shù)時(shí)，只需增加鏈條長(zhǎng)度，而不增加鏈輪直徑，鏈輪的圓周速度不變，所以刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)慣量增加不多。通常情況下，刀具軸線和主軸軸線垂直，因此，換刀必須通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行，機(jī)械結(jié)構(gòu)比鼓輪式刀庫(kù)復(fù)雜。如圖4.12（e）所示

4.2.1刀庫(kù)鏈?zhǔn)降稁?kù)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、布414.2.1刀庫(kù)

格子箱式刀庫(kù)容量較大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫(kù)安放于工作臺(tái)上。有時(shí)甚至在使用一側(cè)的刀具時(shí)，必須更換另一側(cè)的刀座板。如圖4.12（f）由于它的選刀和取刀動(dòng)作復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)很少用于單機(jī)加工中心，多用于FMS（柔性制造系統(tǒng)）的集中供刀系統(tǒng)。

直線式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀庫(kù)容量較小，一般應(yīng)用于數(shù)控車床和數(shù)控鉆床，個(gè)別加工中心上也有采用。如圖4.12（g）

4.2.1刀庫(kù)格子箱式刀庫(kù)容量較大，結(jié)構(gòu)緊424.2.2刀具交換裝置

數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式及其具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的生產(chǎn)率和工作可靠性有著直接的影響。刀具的交換裝置通常分為以下兩類：1.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交

換的裝置2.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置4.2.2刀具交換裝置數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀431.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

刀具交換的裝置

在換刀時(shí)此裝置必須首先將用過(guò)的刀具送回刀庫(kù)，然后再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具，這兩個(gè)動(dòng)作不可能同時(shí)進(jìn)行，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)。

如圖4.13所示的數(shù)控立式鏜銑床就是采用這類刀具交換方式的實(shí)例。

1.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

441.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

刀具交換的裝置

其具體換刀過(guò)程如下：刀庫(kù)向右運(yùn)動(dòng)，刀座中的彈簧機(jī)構(gòu)卡入刀柄V形槽中，主軸內(nèi)的刀具夾緊裝置放松，刀具被松開(kāi)，主軸箱上升，使主軸上的刀具放回刀庫(kù)的空刀座中，然后刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)，將下一步需要的刀具轉(zhuǎn)到主軸下，主軸箱下降，將刀具插入機(jī)床的主軸，同時(shí)，主軸箱內(nèi)的夾緊裝置夾緊刀具，刀庫(kù)快速向左返回，將刀庫(kù)從主軸下面移開(kāi)，刀庫(kù)恢復(fù)原位，主軸箱再向下運(yùn)動(dòng)，便可以進(jìn)行下一工序的加工。1.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

451.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

刀具交換的裝置

如圖4.13所示可見(jiàn)，該機(jī)床的鼓輪式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，換刀過(guò)程卻較為復(fù)雜。它的選刀和換刀由三個(gè)坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來(lái)完成，因而每交換一次刀具，工作臺(tái)和主軸箱就必須沿著三個(gè)坐標(biāo)軸作兩次來(lái)回運(yùn)動(dòng)，因而增加了換刀時(shí)間。另外，由于刀庫(kù)置于工作臺(tái)上，減少了工作臺(tái)的有效使用面積。1.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

462.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置

采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用得最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性，一方面在刀庫(kù)的布置和刀具數(shù)量的增加上，不像無(wú)機(jī)械手那樣受結(jié)構(gòu)的限制而且可以通過(guò)刀具預(yù)選擇，減少換刀時(shí)間，提高換刀速度。機(jī)械手的形式和結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的機(jī)床，種類繁多。在各種類型的機(jī)械手中，雙臂機(jī)械手集中體現(xiàn)了以上的優(yōu)點(diǎn)。在刀庫(kù)遠(yuǎn)離機(jī)床主軸的換刀裝置中，除了機(jī)械手外，還要有中間搬運(yùn)裝置。2.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置采用機(jī)械手進(jìn)472.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置

機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式又可以分為單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手、單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手、雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手、雙機(jī)械手等多種。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制可以通過(guò)氣動(dòng)、液壓、機(jī)械凸輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)等方式實(shí)現(xiàn)。2.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)484.2.3換刀機(jī)械手

在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械手的配置形式也是多種多樣的，常見(jiàn)的有如圖4.14所示的幾種。

1.單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手2.單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手3.雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手4.雙機(jī)械手5.雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手6.雙臂端面夾緊式機(jī)械手4.2.3換刀機(jī)械手在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床494.2.3換刀機(jī)械手

4.2.3換刀機(jī)械手501.單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手

這種機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度進(jìn)行自動(dòng)換刀，手臂上只有一個(gè)卡爪，不論在刀庫(kù)上或是在主軸上，均靠這一個(gè)卡爪來(lái)裝刀及卸刀，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)，如圖4.14（a）所示。1.單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂可512.單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)卡爪，一個(gè)卡爪只執(zhí)行從主軸上取下舊刀送回刀庫(kù)的任務(wù)。另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出新刀送給主軸的任務(wù)，其換刀速度比單爪單臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手高，如圖4.14（b）所示。2.單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂523.雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩臂上各有一卡爪，如圖4.14（c）所示，兩個(gè)卡爪可同時(shí)抓取刀庫(kù)及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180o后又同時(shí)將刀具放回刀庫(kù)及裝入主軸。換刀時(shí)間比以上兩種單臂機(jī)械手短，是最常用的一種形式。3.雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩臂534.雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，互相配合起來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀。其中一個(gè)機(jī)械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)機(jī)械手由刀庫(kù)里取出“新刀”裝入機(jī)床主軸，如圖4.14（d）所示。4.雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪545.雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手

這種機(jī)械手的兩手臂可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定的角度。一個(gè)手臂從主軸上取下舊刀“送回”刀庫(kù)，另一手臂由刀庫(kù)中取出“新刀”裝入主軸。整個(gè)機(jī)械手可沿某導(dǎo)軌直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與主軸的換刀工作，如圖4.14（e）所示。5.雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩手臂可556.雙臂端面夾緊式機(jī)械手這種機(jī)械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面以抓取刀具，這種機(jī)械手則夾緊刀柄的兩個(gè)端面，如圖4.14（f）所示。

6.雙臂端面夾緊式機(jī)械手這種機(jī)械手只是564.2.4刀具識(shí)別裝置

刀具（或刀套）識(shí)別裝置在自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的作用是，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令迅速準(zhǔn)確地從刀具庫(kù)中選中所需的刀具以便調(diào)用。因此，應(yīng)合理解決換刀時(shí)刀具的選擇方式、刀具的編碼和刀具的識(shí)別問(wèn)題。1.刀具的換刀選擇方式2．編碼方式3.刀具（刀套）識(shí)別裝置4.2.4刀具識(shí)別裝置刀具（或刀套）571.刀具的換刀選擇方式常用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種。

（1）順序選刀（2）任意選刀1.刀具的換刀選擇方式常用的選刀方式有順序58（1）順序選刀采用這種方法時(shí)，刀具在刀庫(kù)中的位置是嚴(yán)格按照零件加工工藝所規(guī)定的刀具使用順序依次排列，加工時(shí)按加工順序選刀。這種選刀方式無(wú)需刀具識(shí)別裝置，刀庫(kù)的控制和驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。但是，在加工不同的工件時(shí)必須重新排列刀庫(kù)中的刀具順序，工藝過(guò)程中不相鄰工步所用的刀具不能重復(fù)使用，使刀具數(shù)量增加。這種換刀選擇方式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。（1）順序選刀采用這種方法時(shí)，刀具在刀庫(kù)中59（2）任意選刀

采用這種方法時(shí)，要預(yù)先將刀庫(kù)中的每把刀具（或刀套）進(jìn)行編碼供選擇時(shí)識(shí)別，因此刀具在刀庫(kù)中的位置不必按照零件的加工工藝順序排列，增加了系統(tǒng)的柔性，而且同一刀具可供不同工步使用，減少了所用刀具的數(shù)量。因?yàn)樾枰毒叩淖R(shí)別裝置，使刀庫(kù)的控制和驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，增加了編碼工作量。因此，這種換刀選擇方式適合于多品種小批量生產(chǎn)。目前多數(shù)加工中心都采用任選刀具的換刀方法。（2）任意選刀采用這種方法時(shí)，要預(yù)先將刀庫(kù)602．編碼方式

在任意選擇的換刀方式中，必須為換刀系統(tǒng)配備刀具的編碼和識(shí)別裝置。其編碼可以有刀具編碼、刀套編碼和編碼附件等方式。

（1）刀具編碼方式（2）刀套編碼方式（3）編碼附件方式2．編碼方式在任意選擇的換刀方式中，必須為換61（1）刀具編碼方式

這種方式是對(duì)每把刀具進(jìn)行編碼，由于每把刀具都有自己的代碼，因此，可以隨機(jī)存放于刀庫(kù)的任一刀套中。這樣刀庫(kù)中的刀具可以在不同的工序中重復(fù)使用，用過(guò)的刀具也不一定放回原刀套中，避免了因?yàn)榈毒叽娣旁诘稁?kù)中的順序差錯(cuò)而造成的事故，也縮短了換刀時(shí)間，簡(jiǎn)化了自動(dòng)換刀系統(tǒng)的控制。（1）刀具編碼方式這種方式是對(duì)每把刀具進(jìn)行62（1）刀具編碼方式刀具編碼識(shí)別裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖4.16所示。在刀夾前部裝有表示刀具編碼的五個(gè)環(huán)，由隔環(huán)將其等距分開(kāi)，再由鎖緊環(huán)定固。編碼環(huán)既可以是整體的，也可由圓環(huán)組裝而成。編碼環(huán)的直徑大小分別表示二進(jìn)制的“1”和“0”，通過(guò)這兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼。（1）刀具編碼方式刀具編碼識(shí)別裝置的具體結(jié)63（1）刀具編碼方式

（1）刀具編碼方式64（2）刀套編碼方式

這種編碼方式對(duì)每個(gè)刀套都進(jìn)行編碼，同時(shí)刀具也編號(hào)，并將刀具放到與其號(hào)碼相符的刀套中。換刀時(shí)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)，使各個(gè)刀套依次經(jīng)過(guò)識(shí)刀器，直至找到指定的刀套，刀庫(kù)便停止旋轉(zhuǎn)。

這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。但是這種編碼方式在自動(dòng)換刀過(guò)程中必須將用過(guò)的刀具放回原來(lái)的刀套中，增加了換刀動(dòng)作。與順序選擇刀具的方式相比，刀套編碼的突出優(yōu)點(diǎn)是刀具在加工過(guò)程中可以重復(fù)使用。（2）刀套編碼方式這種編碼方式對(duì)每個(gè)刀套65（2）刀套編碼方式如圖4.17所示為圓盤(pán)形刀庫(kù)的刀套編碼識(shí)別裝置。在圓盤(pán)的圓周上均分布若干個(gè)刀套，其外側(cè)邊緣上裝有相應(yīng)的刀套編碼塊，在刀庫(kù)的下方裝有固定不動(dòng)的刀套識(shí)別裝置。刀套編碼的識(shí)別原理與刀具編碼的識(shí)別原理完全相同。（2）刀套編碼方式如圖4.17所示為圓盤(pán)形66（3）編碼附件方式編碼附件方式可分為編碼鑰匙、編碼卡片、編碼桿和編碼盤(pán)等，其中應(yīng)用最多的是編碼鑰匙。這種方式是先給各刀具都縛上一把表示該刀具號(hào)的編碼鑰匙，當(dāng)把各刀具存放到刀庫(kù)的刀套中，將編碼鑰匙插進(jìn)刀套旁邊的鑰匙孔中，這樣就把鑰匙的號(hào)碼轉(zhuǎn)記到刀套中，給刀套編上了號(hào)碼，識(shí)別裝置可以通過(guò)識(shí)別鑰匙上的號(hào)碼來(lái)選取該鑰匙旁邊刀套中的刀具。與刀套編碼方式類似，采用編碼鑰匙方式時(shí)用過(guò)的刀具必須放回原來(lái)的刀套中。（3）編碼附件方式編碼附件方式可分為編碼鑰匙673.刀具（刀套）識(shí)別裝置

刀具（刀套）識(shí)別裝置是自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的重要組成部分，常用的有下列幾種：

1）接觸式刀具識(shí)別裝置2）非接觸式刀具識(shí)別裝置3.刀具（刀套）識(shí)別裝置刀具（刀套）識(shí)別681）接觸式刀具識(shí)別裝置

接觸式刀具識(shí)別裝置應(yīng)用較廣，特別適應(yīng)于空間位置較小的編碼，其識(shí)別原理如圖4.19所示。接觸式刀具識(shí)別裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于觸針有磨損，故壽命較短，可靠性較差，且難以快速選刀。1）接觸式刀具識(shí)別裝置接觸式刀具識(shí)別裝置應(yīng)691）接觸式刀具識(shí)別裝置

裝在刀柄1上的編碼環(huán)，大直徑表示二進(jìn)制的“1”，小直徑表示二進(jìn)制的“0”，在刀庫(kù)附近固定一刀具識(shí)別裝置2，從中伸出幾個(gè)觸針3，觸針數(shù)量與刀柄上的編碼環(huán)對(duì)應(yīng)。每個(gè)觸針與一個(gè)繼電器相連，當(dāng)編碼環(huán)是大直徑時(shí)與觸針接觸，繼電器通電，其二進(jìn)制碼為“1”。當(dāng)編碼環(huán)為小直徑時(shí)與觸針不接觸，繼電器不通電，其二進(jìn)制碼為“0”。當(dāng)各繼電器讀出的二進(jìn)制碼與所需刀具的二進(jìn)制碼一致時(shí)，由控制裝置發(fā)出信號(hào)，使刀庫(kù)停轉(zhuǎn)，等待換刀。1）接觸式刀具識(shí)別裝置裝在刀柄1上的編碼環(huán)702）非接觸式刀具識(shí)別裝置非接觸式刀具識(shí)別裝置沒(méi)有機(jī)械直接接觸，因而無(wú)磨損、無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)，反應(yīng)速度快，適應(yīng)于高速、換刀頻繁的工作場(chǎng)合。常用的有磁性識(shí)別和光電識(shí)別兩種方法。

（1）磁性識(shí)別法（2）光電識(shí)別法2）非接觸式刀具識(shí)別裝置非接觸式刀具識(shí)別裝71（1）磁性識(shí)別法磁性識(shí)別法是利用磁性材料和非磁性材料磁感應(yīng)強(qiáng)弱不同，通過(guò)感應(yīng)線圈讀取代碼。編碼環(huán)的直徑相等，分別由導(dǎo)磁材料（如低炭鋼）和非導(dǎo)磁材料（如黃銅、塑料等）制成，規(guī)定前者二進(jìn)制碼為“1”，后者二進(jìn)制碼為“0”。如圖4.20所示為一種用于刀具編碼的磁性識(shí)別裝置。（1）磁性識(shí)別法磁性識(shí)別法是利用磁性材料和72（1）磁性識(shí)別法

圖4.20中刀柄3上裝有非導(dǎo)磁材料編碼環(huán)4和導(dǎo)磁材料編碼環(huán)2，與編碼環(huán)相對(duì)應(yīng)的有一組檢測(cè)線圈組成非接觸式識(shí)別裝置1。在檢測(cè)線圈6的一次線圈7中輸入交流電壓時(shí)，如編碼環(huán)為導(dǎo)磁材料，則磁感應(yīng)較強(qiáng)，在二次線圈5中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓，否則，感應(yīng)電壓小，根據(jù)感應(yīng)電壓的大小即可識(shí)別刀具。（1）磁性識(shí)別法圖4.20中刀柄3上裝有非導(dǎo)磁73（2）光電識(shí)別法

光電刀具識(shí)別裝置是利用光導(dǎo)纖維良好的光導(dǎo)特性，采用多束光導(dǎo)纖維來(lái)構(gòu)成閱讀頭。其基本原理是：用緊挨在一起的兩束光纖來(lái)閱讀二進(jìn)制碼的一位時(shí)，其中一束光纖將光源投射到能反光或不能反光（被涂黑）的金屬表面上，另一束光纖將反射光送至光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以判斷正對(duì)著這兩束光纖的金屬表面有無(wú)反射光。一般規(guī)定有反射光為“1”，無(wú)反射光為“0”。所以，若在刀具的某個(gè)磨光部位按二進(jìn)制規(guī)律涂黑或不涂黑，即可給刀具編碼。（2）光電識(shí)別法光電刀具識(shí)別裝置是利用光導(dǎo)纖74（2）光電識(shí)別法

近年來(lái)，“圖像識(shí)別”技術(shù)也開(kāi)始用于刀具識(shí)別，還可以利用PLC控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀等。（2）光電識(shí)別法754.3排屑自動(dòng)化

在自動(dòng)化機(jī)械加工中，切屑必須隨時(shí)被排除、運(yùn)走并回收利用；切削液也必須被回收、凈化再利用，這可以減少污染，保護(hù)工作環(huán)境，并保證加工的順利進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排屑，除了要研究切屑的類型及其對(duì)排屑的影響，從加工方法、刀具、工件熱處理等方面采取措施，使之形成不影響正常加工并易于排除的切屑形態(tài)，而且還要研究自動(dòng)化排屑的有效方法。4.3排屑自動(dòng)化在自動(dòng)化機(jī)械加工中，切屑764.3排屑自動(dòng)化

排屑自動(dòng)化包括以下三個(gè)方面：①?gòu)募庸^(qū)域把切屑清除出去；②從機(jī)床內(nèi)把切屑運(yùn)輸?shù)阶詣?dòng)線外；③從切削液中把切屑分離出去，使切削液能繼續(xù)回收使用。4.3.1切屑的排除方法（書(shū)中解釋）4.3.2切屑的搬運(yùn)裝置（書(shū)中解釋）4.3.3切削液處理系統(tǒng)（書(shū)中解釋）4.3排屑自動(dòng)化排屑自動(dòng)化包括以下三個(gè)方77刀庫(kù)（1.00）刀庫(kù)（1.00）78刀庫(kù)數(shù)控銑床（1.35）刀庫(kù)數(shù)控銑床（1.35）79加工中心主軸抓刀（0.13）加工中心主軸抓刀（0.13）80加工中心自動(dòng)換刀裝置（0.12）加工中心自動(dòng)換刀裝置（0.12）81自動(dòng)換刀數(shù)控車（1.10）自動(dòng)換刀數(shù)控車（1.10）82機(jī)械手換刀（0.31）機(jī)械手換刀（0.31）83加工中心換刀過(guò)程（2.22）加工中心換刀過(guò)程（2.22）84加工中心機(jī)械手換刀（1.40）加工中心機(jī)械手換刀（1.40）85切屑及冷卻液處理設(shè)備（4.39）切屑及冷卻液處理設(shè)備（4.39）86自動(dòng)換刀（3.01）自動(dòng)換刀（3.01）87第4章加工刀具自動(dòng)化4.1自動(dòng)化機(jī)床的刀具和輔助工具4.2自動(dòng)化換刀裝置4.3排屑自動(dòng)化4.4實(shí)例視頻第4章加工刀具自動(dòng)化4.1自動(dòng)化機(jī)床的刀具和輔助工884.1自動(dòng)化機(jī)床的刀具和輔助工具4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求4.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具4.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的工具系統(tǒng)4.1.4刀具的快換及調(diào)整4.1自動(dòng)化機(jī)床的刀具和輔助工具4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)894.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求

自動(dòng)化機(jī)床基本可以分為以自動(dòng)生產(chǎn)線為代表的剛性專門(mén)化自動(dòng)化機(jī)床和以數(shù)控機(jī)床、加工中心為主體所構(gòu)成的柔性的通用化自動(dòng)化機(jī)床（單機(jī)或生產(chǎn)線）。在剛性自動(dòng)化生產(chǎn)中，是以盡可能提高刀具的專用化程度為基礎(chǔ)來(lái)取得最佳的總體效益的，又因其加工的產(chǎn)品品種單一，機(jī)床、刀具和夾具基本上是專用的，刀具及其輔助工具（簡(jiǎn)稱輔具）相對(duì)簡(jiǎn)單。4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求自動(dòng)化機(jī)床904.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求

在柔性制造系統(tǒng)中，則是在滿足自動(dòng)化生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上，以刀具及其工具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化，盡可能提高刀具的通用化程度為基礎(chǔ)來(lái)取得最佳的總體效益的。所用刀具及其輔具種類較多且復(fù)雜，應(yīng)充分考慮刀具及其工具系統(tǒng)的構(gòu)成、刀具數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、刀具信息編碼與識(shí)別、刀具調(diào)整等問(wèn)題。4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求在柔性制造914.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求

為了適應(yīng)自動(dòng)化加工機(jī)床連續(xù)性生產(chǎn)，所用刀具除應(yīng)滿足一般刀具所具備的高硬度、足夠的強(qiáng)度和韌性、良好的耐熱和耐磨性、良好的加工性及經(jīng)濟(jì)性等條件外，還應(yīng)盡量滿足以下要求：（1）尺寸耐用度高（2）斷（卷）屑和排屑方便可靠（3）刀具的更換和調(diào)整方便（4）實(shí)現(xiàn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化（5）設(shè)置加工及刀具工作狀態(tài)的監(jiān)控及檢測(cè)裝置

4.1.1對(duì)自動(dòng)化機(jī)床刀具的要求為了適應(yīng)自92（1）尺寸耐用度高

尺寸耐用度高是指在一次調(diào)刀的條件下，刀具能切出符合尺寸精度要求的合格零件數(shù)；或是指在保證尺寸精度的前提下，刀具一次調(diào)刀后所能使用的機(jī)動(dòng)時(shí)間。為了減少換刀次數(shù)和調(diào)整時(shí)間，要求自動(dòng)化機(jī)床用刀具切削部分材料的切削性能好，耐用度高。（1）尺寸耐用度高尺寸耐用度高是指在一次調(diào)刀的93（2）斷（卷）屑和排屑方便可靠

由于自動(dòng)化機(jī)床的加工往往是在封閉的環(huán)境里進(jìn)行的，其加工過(guò)程一般不需要人工干預(yù)，所以，可靠的斷屑和排屑對(duì)保證加工質(zhì)量及設(shè)備安全意義重大。因此要求所用刀具應(yīng)能可靠地?cái)啵ň恚┬?，便于?shí)現(xiàn)自動(dòng)排屑。（2）斷（卷）屑和排屑方便可靠由于自動(dòng)化機(jī)床的94（3）刀具的更換和調(diào)整方便

自動(dòng)化機(jī)床使用的刀具種類較多，所用的刀具數(shù)量從幾十把到上百把。為了盡量減少裝卸和調(diào)整刀具所需的輔助時(shí)間，要求采用可調(diào)整刀具，在線外預(yù)調(diào)好刀具尺寸，并采用各種快換刀架和刀夾，以保證準(zhǔn)確而迅速地實(shí)現(xiàn)換刀，減少換刀的時(shí)間損失，某些情況下還要適應(yīng)自動(dòng)換刀的需要（如加工中心）。（3）刀具的更換和調(diào)整方便自動(dòng)化機(jī)床使用的刀具95（4）實(shí)現(xiàn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化

這樣不僅便于刀具的制造，降低刀具的費(fèi)用，也有利于減少刀具及輔助工具的品種和規(guī)格，便于管理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化換刀，從而降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率。特別是一些具有柔性制造系統(tǒng)（FMS）的現(xiàn)代制造車間。通常建立有FMS刀具管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)刀具的運(yùn)輸、存儲(chǔ)和管理，適時(shí)地向加工單元提供所需的刀具，監(jiān)控管理刀具的使用等，這也需要以刀具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的集中監(jiān)控和管理。（4）實(shí)現(xiàn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化這樣不僅96（5）設(shè)置加工及刀具工作狀態(tài)的監(jiān)控及檢測(cè)裝置

為保證刀具在正常的切削條件下穩(wěn)定可靠地進(jìn)行加工，避免意外事故（如孔內(nèi)切屑堵塞等）損壞刀具，造成零件報(bào)廢，甚至損壞機(jī)床，應(yīng)設(shè)置加工過(guò)程及刀具工作狀態(tài)的監(jiān)控與自動(dòng)檢測(cè)裝置，即按刀具的過(guò)載保護(hù)及破損檢測(cè)要求，設(shè)置刀具的破損信號(hào)顯示及報(bào)警裝置。（5）設(shè)置加工及刀具工作狀態(tài)的監(jiān)控及檢測(cè)裝置為974.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具

組合機(jī)床及其自動(dòng)線是大批量生產(chǎn)中常用的剛性自動(dòng)化設(shè)備，屬于專門(mén)化的生產(chǎn)形式，所用刀具的專門(mén)化程度高，其工具系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。在剛性自動(dòng)化系統(tǒng)中，根據(jù)工藝要求與加工精度的不同，常用的刀具有：一般刀具、復(fù)合刀具和特殊工具等。為了在組合機(jī)床及其自動(dòng)線上實(shí)現(xiàn)切削刀具的快換和實(shí)現(xiàn)一些較特殊的工藝內(nèi)容，采用了各種標(biāo)準(zhǔn)的和專用的輔具。4.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具組合機(jī)床及984.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具

常用的標(biāo)準(zhǔn)輔具有各種浮動(dòng)卡頭、快換卡頭和接桿等；專用輔具是為了完成一些特殊的加工內(nèi)容而設(shè)計(jì)的，常見(jiàn)的有孔內(nèi)切槽、端面或止口加工、切內(nèi)錐面、鏜球孔等。

這些輔具的共同點(diǎn)是都需要刀具的斜向或橫向進(jìn)給，其一般原理是：利用鉆鏜頭在工作進(jìn)給中，使輔具的一部分頂在夾具或工件上，不再向前進(jìn)給，而與輔具的另一部分產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力滑臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成刀具的橫向或斜向運(yùn)動(dòng)。

4.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具常用的標(biāo)994.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具

如圖4.1所示為采用較簡(jiǎn)單的斜面?zhèn)鲃?dòng)的切槽刀桿示意圖。4.1.2剛性自動(dòng)化刀具及輔具如圖4.11004.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)

這里所謂的工具系統(tǒng)是指用來(lái)連接機(jī)床主軸與刀具的輔具的總稱。

以數(shù)控機(jī)床、加工中心為主體所構(gòu)成的柔性自動(dòng)化加工系統(tǒng)，因要適應(yīng)隨機(jī)變換加工零件的要求，所用刀具數(shù)量多，且要求換刀迅速準(zhǔn)確，因此在各種加工中心上還應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。

為此，需要采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度較高的刀具和輔具（含刀柄、刀夾、接桿和接套）。4.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)1014.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)

目前在數(shù)控加工中已廣泛采用各種可轉(zhuǎn)位刀具。不少國(guó)家或公司都針對(duì)數(shù)控鏜銑加工和數(shù)控車削加工等分別制訂出標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的工具系統(tǒng)，已逐步形成了較為完善的數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)和數(shù)控鏜銑加工用的工具系統(tǒng)。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，目前也出現(xiàn)了可同時(shí)適應(yīng)數(shù)控車削和數(shù)控鏜銑加工的工具系統(tǒng)。4.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)1024.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)

在生產(chǎn)中可根據(jù)具體情況按標(biāo)準(zhǔn)刀具目錄和標(biāo)準(zhǔn)工具系統(tǒng)合理配置所需的刀具和輔具，供加工系統(tǒng)使用。

1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

4.1.3數(shù)控機(jī)床和柔性自動(dòng)化加工用的

工具系統(tǒng)1031.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)與機(jī)床刀架的型式、刀具類型以及刀具系統(tǒng)是否需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)等因素有關(guān)。數(shù)控車床類機(jī)床常采用立式或臥式轉(zhuǎn)塔刀架作為刀庫(kù)，刀庫(kù)容量為4～8把刀具，一般按加工工藝順序布置，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換刀快速，一次換刀僅需1～2s，對(duì)相似性較高的零件加工一般可不換刀。當(dāng)加工不同種類零件時(shí)，需要重新?lián)Q裝刀具或整體交換轉(zhuǎn)塔刀架。1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)數(shù)控車削加工用的1041.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

如圖4.2所示為常見(jiàn)數(shù)控車床刀架型式

1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)1051.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

如圖4.3所示為數(shù)控車削加工用工具系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)體系

1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)如圖4.3所示為1061.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

目前比較典型的車削工具系統(tǒng)有德國(guó)DIN69880工具系統(tǒng)、SANDVIK公司的BTS模塊式車削工具系統(tǒng)、KENAMETAL公司的KV車削工具系統(tǒng)等。其中DIN69880工具系統(tǒng)具有重復(fù)定位精度高、夾持剛性好、互換性強(qiáng)等特點(diǎn)，其基本構(gòu)成包括非動(dòng)力刀夾和動(dòng)力刀夾兩大部分。1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)目前比較典型的車1071.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

（1）非動(dòng)力刀夾DIN69880非動(dòng)力刀夾的構(gòu)成體系如圖4.4所示。1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)（1）非動(dòng)力刀夾1081.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)

（2）動(dòng)力刀夾。動(dòng)力刀夾是在刀夾柄部基本結(jié)構(gòu)相同的基礎(chǔ)上，通過(guò)柄部?jī)?nèi)軸傳遞動(dòng)力驅(qū)動(dòng)刀具夾頭旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力軸的變角是經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。DIN69880動(dòng)力刀夾的構(gòu)成體系如圖4.5所示。

1.數(shù)控車削加工用的工具系統(tǒng)（2）動(dòng)力刀夾。動(dòng)力1092.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)一般由工具柄部、與工具柄部相聯(lián)接的工具裝夾部分和各種刀具部分組成。工具柄部是指工具系統(tǒng)與機(jī)床連接的部分。刀柄的標(biāo)準(zhǔn)分為直柄和錐柄兩大類。目前，在數(shù)控銑床、加工中心類機(jī)床上一般采用7:24的圓錐柄工具，如圖4.6所示。這類錐柄不自鎖，換刀比較方便，比直柄有較高的定心精度與剛度，但為了達(dá)到較高的換刀精度，柄部應(yīng)有較高的制造精度。2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)數(shù)控鏜銑加工刀1102.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)1112.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

對(duì)于現(xiàn)代化加工（特別是高精度、高速度加工）及自動(dòng)換刀要求，7:24的工具圓錐柄存在許多不足：如軸向定位精度差、剛度不夠、高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致主軸孔擴(kuò)張，尺寸、質(zhì)量及所需拉緊力大、換刀時(shí)間長(zhǎng)等。為此，德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)中提出了“自動(dòng)換刀空心柄標(biāo)準(zhǔn)”，如圖4.7所示是這種刀柄在機(jī)床主軸內(nèi)的安裝情況。2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)代化加工1122.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)

2.數(shù)控鏜銑加工刀具的工具系統(tǒng)1134.1.4刀具的快換及調(diào)整

為了減少更換和調(diào)整刀具所需的輔助時(shí)間，可以采用各種刀具快換及調(diào)整裝置，在線外預(yù)調(diào)好刀具尺寸，準(zhǔn)確而迅速地實(shí)現(xiàn)機(jī)床上的換刀，實(shí)現(xiàn)快速更換刀具的基本方法有：

1.更換刀片2.更換刀體（刀具）3.更換刀夾4.1.4刀具的快換及調(diào)整為了減少更換和1141.更換刀片

目前在自動(dòng)化加工中廣泛采用各種硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削，刀具磨損后，只要將刀片轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度即可繼續(xù)使用；整個(gè)刀片磨損后，可換上同一型號(hào)的新刀片。這種方法簡(jiǎn)便迅速，無(wú)需線外或線內(nèi)（機(jī)床內(nèi)）對(duì)刀調(diào)整。換刀精度取決于刀片的精度等級(jí)和定位精度。但當(dāng)機(jī)床的工作空間較小時(shí)，刀片的拆裝及支承面的清理不太方便。1.更換刀片目前在自動(dòng)化加工中廣泛采用各1151.更換刀片如圖4.9所示為一種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的結(jié)構(gòu)示意圖1.更換刀片如圖4.9所示為1162.更換刀體

從刀夾上取下磨鈍了的刀具，再將已在線外調(diào)整好的刀具裝上即可，這種方法比較方便、迅速，換刀精度高，可使用普通級(jí)可轉(zhuǎn)位刀片，也不受機(jī)床敞開(kāi)空間大小的限制。但對(duì)刀桿的精度要求較高，并需增加預(yù)調(diào)裝置及預(yù)調(diào)工作量。2.更換刀體從刀夾上取下磨鈍了的刀具，1172.更換刀體

如圖4.10所示是一種可調(diào)整軸向定位尺寸的車刀及其線外對(duì)刀裝置。2.更換刀體如圖4.10所示是一種1183.更換刀夾

更換刀具時(shí)整個(gè)刀夾一起卸下調(diào)換，在線外將已磨好的刀具固定在刀夾上進(jìn)行預(yù)調(diào)。這種方法能獲得較高的換刀精度，一個(gè)刀夾可裝上幾把刀具，縮短了換刀時(shí)間，并可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)換刀。但需要一套復(fù)雜的預(yù)調(diào)裝置，刀夾笨重，手工換刀不方便。3.更換刀夾更換刀具時(shí)整個(gè)刀夾一起卸下調(diào)換1193.更換刀夾

如圖4.11所示是這種更換刀夾的實(shí)例3.更換刀夾1204.2自動(dòng)化換刀裝置在機(jī)械加工中，大部分零件都要進(jìn)行多工序加工。在不能自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床的整個(gè)加工過(guò)程中，真正用于切削的時(shí)間只占整個(gè)工作時(shí)間的30%左右，其中有相當(dāng)一部分時(shí)間用在了裝卸、調(diào)整刀具的輔助工作上。因此，采用自動(dòng)化換刀裝置將有利于充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用。4.2自動(dòng)化換刀裝置在機(jī)械加工中，大部1214.2自動(dòng)化換刀裝置

具有自動(dòng)快速換刀功能的數(shù)控機(jī)床稱為加工中心，它可以預(yù)先將各種類型和尺寸的刀具存儲(chǔ)在刀庫(kù)中。加工時(shí)，機(jī)床可根據(jù)數(shù)控加工指令自動(dòng)選擇所需要的刀具并裝進(jìn)主軸，或刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位換刀，使工件在一次裝夾下就能實(shí)現(xiàn)車、鉆、鏜、銑、鉸、锪、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序的加工。

4.2自動(dòng)化換刀裝置具有自動(dòng)快速換刀功能1224.2自動(dòng)化換刀裝置

在數(shù)控機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置。針對(duì)自動(dòng)換刀裝置的功能，它必須能夠存放一定數(shù)量的刀具，即有刀庫(kù)或刀架，并能完成刀具的自動(dòng)交換。因此，對(duì)自動(dòng)換刀裝置的基本要求是刀具存放數(shù)量多、刀庫(kù)容量大、換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、可靠性高。4.2自動(dòng)化換刀裝置在數(shù)控機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)刀1234.2自動(dòng)化換刀裝置

加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)一般由以下四個(gè)部分構(gòu)成：4.2.1刀庫(kù)4.2.2刀具交換裝置4.2.3換刀機(jī)械手4.2.4刀具識(shí)別裝置4.2自動(dòng)化換刀裝置加工中心的自動(dòng)換刀系1244.2.1刀庫(kù)

刀庫(kù)是自動(dòng)換刀系統(tǒng)中最主要的裝置之一，它是儲(chǔ)存加工所需各種刀具的倉(cāng)庫(kù)，具有接受刀具傳送裝置送來(lái)的刀具和將刀具給予刀具傳送裝置的功能。刀庫(kù)的容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)隨機(jī)床結(jié)構(gòu)的不同而差別很大，種類繁多。加工中心目前刀庫(kù)的類型主要有鼓輪式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)、格子箱式刀庫(kù)和直線式刀庫(kù)等，如圖4.12所示。4.2.1刀庫(kù)刀庫(kù)是自動(dòng)換刀系統(tǒng)中最主要的1254.2.1刀庫(kù)

4.2.1刀庫(kù)1264.2.1刀庫(kù)

鼓輪式刀庫(kù)又稱為圓盤(pán)刀庫(kù)，其中最常見(jiàn)的形式有刀具軸線與鼓輪軸線平行式布局和刀具軸線與鼓輪軸線傾斜式布局兩種，具體如圖4.12（a、b、c、d）所示。

這種形式的刀庫(kù)在中小型加工中心上應(yīng)用較多。但因刀具單環(huán)排列、空間利用率低，而且刀具長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，容易和工件、夾具干涉。且大容量刀庫(kù)的外徑較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，選刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。因此，這種形式的刀庫(kù)容量一般不宜超過(guò)32把刀具。

4.2.1刀庫(kù)鼓輪式刀庫(kù)又稱為圓盤(pán)刀1274.2.1刀庫(kù)

鏈?zhǔn)降稁?kù)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活、容量較大，可以實(shí)現(xiàn)刀具的“預(yù)選”，換刀時(shí)間短。當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)時(shí)，刀庫(kù)外形較緊湊，占用空間較小，適用于大容量的刀庫(kù)。增加存儲(chǔ)刀具數(shù)時(shí)，只需增加鏈條長(zhǎng)度，而不增加鏈輪直徑，鏈輪的圓周速度不變，所以刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)慣量增加不多。通常情況下，刀具軸線和主軸軸線垂直，因此，換刀必須通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行，機(jī)械結(jié)構(gòu)比鼓輪式刀庫(kù)復(fù)雜。如圖4.12（e）所示

4.2.1刀庫(kù)鏈?zhǔn)降稁?kù)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、布1284.2.1刀庫(kù)

格子箱式刀庫(kù)容量較大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫(kù)安放于工作臺(tái)上。有時(shí)甚至在使用一側(cè)的刀具時(shí)，必須更換另一側(cè)的刀座板。如圖4.12（f）由于它的選刀和取刀動(dòng)作復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)很少用于單機(jī)加工中心，多用于FMS（柔性制造系統(tǒng)）的集中供刀系統(tǒng)。

直線式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀庫(kù)容量較小，一般應(yīng)用于數(shù)控車床和數(shù)控鉆床，個(gè)別加工中心上也有采用。如圖4.12（g）

4.2.1刀庫(kù)格子箱式刀庫(kù)容量較大，結(jié)構(gòu)緊1294.2.2刀具交換裝置

數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式及其具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的生產(chǎn)率和工作可靠性有著直接的影響。刀具的交換裝置通常分為以下兩類：1.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交

換的裝置2.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置4.2.2刀具交換裝置數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀1301.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

刀具交換的裝置

在換刀時(shí)此裝置必須首先將用過(guò)的刀具送回刀庫(kù)，然后再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具，這兩個(gè)動(dòng)作不可能同時(shí)進(jìn)行，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)。

如圖4.13所示的數(shù)控立式鏜銑床就是采用這類刀具交換方式的實(shí)例。

1.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

1311.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

刀具交換的裝置

其具體換刀過(guò)程如下：刀庫(kù)向右運(yùn)動(dòng)，刀座中的彈簧機(jī)構(gòu)卡入刀柄V形槽中，主軸內(nèi)的刀具夾緊裝置放松，刀具被松開(kāi)，主軸箱上升，使主軸上的刀具放回刀庫(kù)的空刀座中，然后刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)，將下一步需要的刀具轉(zhuǎn)到主軸下，主軸箱下降，將刀具插入機(jī)床的主軸，同時(shí)，主軸箱內(nèi)的夾緊裝置夾緊刀具，刀庫(kù)快速向左返回，將刀庫(kù)從主軸下面移開(kāi)，刀庫(kù)恢復(fù)原位，主軸箱再向下運(yùn)動(dòng)，便可以進(jìn)行下一工序的加工。1.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

1321.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

刀具交換的裝置

如圖4.13所示可見(jiàn)，該機(jī)床的鼓輪式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，換刀過(guò)程卻較為復(fù)雜。它的選刀和換刀由三個(gè)坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來(lái)完成，因而每交換一次刀具，工作臺(tái)和主軸箱就必須沿著三個(gè)坐標(biāo)軸作兩次來(lái)回運(yùn)動(dòng)，因而增加了換刀時(shí)間。另外，由于刀庫(kù)置于工作臺(tái)上，減少了工作臺(tái)的有效使用面積。1.利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

1332.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置

采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用得最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性，一方面在刀庫(kù)的布置和刀具數(shù)量的增加上，不像無(wú)機(jī)械手那樣受結(jié)構(gòu)的限制而且可以通過(guò)刀具預(yù)選擇，減少換刀時(shí)間，提高換刀速度。機(jī)械手的形式和結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的機(jī)床，種類繁多。在各種類型的機(jī)械手中，雙臂機(jī)械手集中體現(xiàn)了以上的優(yōu)點(diǎn)。在刀庫(kù)遠(yuǎn)離機(jī)床主軸的換刀裝置中，除了機(jī)械手外，還要有中間搬運(yùn)裝置。2.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置采用機(jī)械手進(jìn)1342.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置

機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式又可以分為單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手、單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手、雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手、雙機(jī)械手等多種。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制可以通過(guò)氣動(dòng)、液壓、機(jī)械凸輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)等方式實(shí)現(xiàn)。2.利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)1354.2.3換刀機(jī)械手

在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械手的配置形式也是多種多樣的，常見(jiàn)的有如圖4.14所示的幾種。

1.單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手2.單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手3.雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手4.雙機(jī)械手5.雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手6.雙臂端面夾緊式機(jī)械手4.2.3換刀機(jī)械手在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床1364.2.3換刀機(jī)械手

4.2.3換刀機(jī)械手1371.單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手

這種機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度進(jìn)行自動(dòng)換刀，手臂上只有一個(gè)卡爪，不論在刀庫(kù)上或是在主軸上，均靠這一個(gè)卡爪來(lái)裝刀及卸刀，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)，如圖4.14（a）所示。1.單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂可1382.單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)卡爪，一個(gè)卡爪只執(zhí)行從主軸上取下舊刀送回刀庫(kù)的任務(wù)。另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出新刀送給主軸的任務(wù)，其換刀速度比單爪單臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手高，如圖4.14（b）所示。2.單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂1393.雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩臂上各有一卡爪，如圖4.14（c）所示，兩個(gè)卡爪可同時(shí)抓取刀庫(kù)及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180o后又同時(shí)將刀具放回刀庫(kù)及裝入主軸。換刀時(shí)間比以上兩種單臂機(jī)械手短，是最常用的一種形式。3.雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩臂1404.雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，互相配合起來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀。其中一個(gè)機(jī)械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)機(jī)械手由刀庫(kù)里取出“新刀”裝入機(jī)床主軸，如圖4.14（d）所示。4.雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪1415.雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手

這種機(jī)械手的兩手臂可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定的角度。一個(gè)手臂從主軸上取下舊刀“送回”刀庫(kù)，另一手臂由刀庫(kù)中取出“新刀”裝入主軸。整個(gè)機(jī)械手可沿某導(dǎo)軌直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與主軸的換刀工作，如圖4.14（e）所示。5.雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩手臂可1426.雙臂端面夾緊式機(jī)械手這種機(jī)械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面以抓取刀具，這種機(jī)械手則夾緊刀柄的兩個(gè)端面，如圖4.14（f）所示。

6.雙臂端面夾緊式機(jī)械手這種機(jī)械手只是1434.2.4刀具識(shí)別裝置

刀具（或刀套）識(shí)別裝置在自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的作用是，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令迅速準(zhǔn)確地從刀具庫(kù)中選中所需的刀具以便調(diào)用。因此，應(yīng)合理解決換刀時(shí)刀具的選擇方式、刀具的編碼和刀具的識(shí)別問(wèn)題。1.刀具的換刀選擇方式2．編碼方式3.刀具（刀套）識(shí)別裝置4.2.4刀具識(shí)別裝置刀具（或刀套）1441.刀具的換刀選擇方式常用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種。

（1）順序選刀（2）任意選刀1.刀具的換刀選擇方式常用的選刀方式有順序145（1）順序選刀采用這種方法時(shí)，刀具在刀庫(kù)中的位置是嚴(yán)格按照零件加工工藝所規(guī)定的刀具使用順序依次排列，加工時(shí)按加工順序選刀。這種選刀方式無(wú)需刀具識(shí)別裝置，刀庫(kù)的控制和驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。但是，在加工不同的工件時(shí)必須重新排列刀庫(kù)中的刀具順序，工藝過(guò)程中不相鄰工步所用的刀具不能重復(fù)使用，使刀具數(shù)量增加。這種換刀選擇方式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。（1）順序選刀采用這種方法時(shí)，刀具在刀庫(kù)中146（2）任意選刀

采用這種方法時(shí)，要預(yù)先將刀庫(kù)中的每把刀具（或刀套）進(jìn)行編碼供選擇時(shí)識(shí)別，因此刀具在刀庫(kù)中的位置不必按照零件的加工工藝順序排列，增加了系統(tǒng)的柔性，而且同一刀具可供不同工步使用，減少了所用刀具的數(shù)量。因?yàn)樾枰毒叩淖R(shí)別裝置，使刀庫(kù)的控制和驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，增加了編碼工作量。因此，這種換刀選擇方式適合于多品種小批量生產(chǎn)。目前多數(shù)加工中心都采用任選刀具的換刀方法。（2）任意選刀采用這種方法時(shí)，要預(yù)先將刀庫(kù)1472．編碼方式

在任意選擇的換刀方式中，必須為換刀系統(tǒng)配備刀具的編碼和識(shí)別裝置。其編碼可以有刀具編碼、刀套編碼和編碼附件等方式。

（1）刀具編碼方式（2）刀套編碼方式（3）編碼附件方式2．編碼方式在任意選擇的換刀方式中，必須為換148（1）刀具編碼方式

這種方式是對(duì)每把刀具進(jìn)行編碼，由于每把刀具都有自己的代碼，因此，可以隨機(jī)存放于刀庫(kù)的任一刀套中。這樣刀庫(kù)中的刀具可以在不同的工序中重復(fù)使用，用過(guò)的刀具也不一定放回原刀套中，避免了因?yàn)榈毒叽娣旁诘稁?kù)中的順序差錯(cuò)而造成的事故，也縮短了換刀時(shí)間，簡(jiǎn)化了自動(dòng)換刀系統(tǒng)的控制。（1）刀具編碼方式這種方式是對(duì)每把刀具進(jìn)行149（1）刀具編碼方式刀具編碼識(shí)別裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖4.16所示。在刀夾前部裝有表示刀具編碼的五個(gè)環(huán)，由隔環(huán)將其等距分開(kāi)，再由鎖緊環(huán)定固。編碼環(huán)既可以是整體的，也可由圓環(huán)組裝而成。編碼環(huán)的直徑大小分別表示二進(jìn)制的“1”和“0”，通過(guò)這兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼。（1）刀具編碼方式刀具編碼識(shí)別裝置的具體結(jié)150（1）刀具編碼方式

（1）刀具編碼方式151（2）刀套編碼方式

這種編碼方式對(duì)每個(gè)刀套都進(jìn)行編碼，同時(shí)刀具也編號(hào)，并將刀具放到與其號(hào)碼相符