第4章 刀具自動(dòng)化1

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院1/81一、刀具自動(dòng)化的特點(diǎn)、類型及調(diào)整二、自動(dòng)線刀具四、刀具的破損與檢測第4章刀具自動(dòng)化三、數(shù)控機(jī)床刀具2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院2/81一、刀具自動(dòng)化的特點(diǎn)、類型及調(diào)整

所謂刀具自動(dòng)化，就是加工設(shè)備在切削過程中自動(dòng)完成選刀、換刀、對刀、走刀等工作過程。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院3/811、自動(dòng)化刀具的特點(diǎn)（1）合理選擇刀具材料，保證刀具穩(wěn)定可靠的切削性能；（2）可靠的斷(卷)屑措施

（3）較高的尺寸耐用度

（1）高的硬度

。一般情況下，常溫硬度要求在HRC60以上（2）足夠的強(qiáng)度和韌性

（3）較好的耐磨性

（4）較好的熱硬性

（5）良好的工藝性

（4）精確而迅速地調(diào)整

（5）快速(或自動(dòng))更換

（6）各種必要的刀具工作狀態(tài)檢測裝置

（7）刀具系列化

（8）盡量采用先進(jìn)的高生產(chǎn)率刀具

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院4/812、自動(dòng)化刀具的類型

分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和專用刀具兩大類。在以自動(dòng)生產(chǎn)線為代表的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能提高刀具的專用化程度，以提高生產(chǎn)效率。在以數(shù)控機(jī)床、加工中心為主體構(gòu)成的柔性自動(dòng)化加工系統(tǒng)中，為了適應(yīng)多品種小批量的要求，一般選用通用標(biāo)準(zhǔn)刀具。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院5/812.1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)常用的剛性自動(dòng)化設(shè)備，刀具專用程度高，其工具系統(tǒng)相對簡單。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，常采用各種標(biāo)準(zhǔn)輔具，譬如各種浮動(dòng)卡頭、快換卡頭和接桿等。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院6/812.2數(shù)控機(jī)床工具系統(tǒng)的分類

鏜銑類數(shù)控機(jī)床用工具系統(tǒng)（簡稱“TSG”系統(tǒng)）

車床類數(shù)控機(jī)床用工具系統(tǒng)（簡稱“BTS”系統(tǒng)）2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院7/81自動(dòng)化刀具的工具系統(tǒng)自動(dòng)化刀具裝夾機(jī)構(gòu)的作用

充分發(fā)揮自動(dòng)化加工設(shè)備應(yīng)有的效率，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)換刀。方法：必須要配備一套標(biāo)準(zhǔn)的裝夾機(jī)構(gòu)，建立一套標(biāo)準(zhǔn)的工具系統(tǒng)。工具系統(tǒng)：

是針對數(shù)控機(jī)床要求，與之配套的刀具必須可快換、高效切削而發(fā)展起來的，是刀具與機(jī)床的接口。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院8/81工具系統(tǒng)的組成主要由刀具的柄部（刀柄）、接桿（接柄）和夾頭等部分組成。工具系統(tǒng)規(guī)定了刀具與裝夾工具的結(jié)構(gòu)、尺寸系列及其連接形式。更完善的工具系統(tǒng)還包括自動(dòng)換刀裝置、刀庫、刀具識(shí)別裝置和刀具自動(dòng)檢測裝置等。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院9/819機(jī)床刀架刀夾基座快換刀夾預(yù)調(diào)刀頭等組成車削加工的工具系統(tǒng)的組成2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院10/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院11/81數(shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng)數(shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng)有整體模塊兩種不同的結(jié)構(gòu)型式。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院12/81鏜銑類整體式工具系統(tǒng)特點(diǎn)2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院13/81柄桿與刀具的聯(lián)接2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院14/81模塊式工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院15/81主柄聯(lián)接桿工作頭模塊結(jié)構(gòu)的工具系統(tǒng)2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院16/813

刀具的預(yù)調(diào)

組裝好的刀具需要進(jìn)行幾何參數(shù)調(diào)整，將刀具放在刀具預(yù)調(diào)儀上，按刀具清單列出的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院17/813.1刀具室刀具室職責(zé)：刀具組裝和刀具預(yù)調(diào)，主要由人工完成，負(fù)責(zé)對用過的刀具進(jìn)行重磨，對廢棄的刀具進(jìn)行處理，對新刀具進(jìn)行刀具與刀柄組裝、編碼和登記（向計(jì)算機(jī)輸入信息）。此外，刀具進(jìn)入系統(tǒng)前要進(jìn)行預(yù)調(diào)。實(shí)際上，刀具室的工作是按刀具清單準(zhǔn)備刀具，并將準(zhǔn)備好的刀具放在刀具進(jìn)出站。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院18/813.2刀具的組裝

刀具組裝包括機(jī)夾刀片與刀桿的裝配，以及刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀柄的組裝。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院19/81拉釘?shù)侗B接器刀具2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院20/81ISO7388及DIN69871

的A型拉釘

ISO7388及DIN69871

的B型拉釘

MASBT拉釘

帶螺紋的零件，連接在各種工具柄的尾端，作為鏜銑主軸拉刀固定用。拉釘2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院21/81（1）機(jī)夾刀片與刀桿的裝配和組裝

加工中心和數(shù)控機(jī)床大量使用的是可轉(zhuǎn)位機(jī)夾刀具，在刀具室，工作人員要根據(jù)刀具清單的要求，選定所需要的刀桿和刀片類型，刀片裝配到相應(yīng)的刀桿上。有些刀具還需要與中間接桿相連接，用來轉(zhuǎn)換刀柄與刀具相連接的部分結(jié)構(gòu)，（例如莫氏錐孔、彈簧夾頭等），根據(jù)需要正確選用和安裝。對于用過的刀具，則需要進(jìn)行刀片轉(zhuǎn)位或更換刀片。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院22/81刀具清單是按照零件的加工工藝來確定的刀具類型、刀片型號、刀桿規(guī)格、以及標(biāo)準(zhǔn)刀柄的規(guī)格等等。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院23/81（2）切削刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀柄的組裝

加工中心要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，需使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)刀柄，標(biāo)準(zhǔn)刀柄與主軸的連接部分為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，因此需要將裝配好的刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀柄進(jìn)行組裝。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院24/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院25/813.3刀具的預(yù)調(diào)

預(yù)調(diào)儀有測量頭、坐標(biāo)測量機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成。刀具預(yù)調(diào)儀示意圖

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院26/81①測量頭

有接觸式和非接觸式。接觸式測量頭使用百分表或千分表，測量精度2μ～10μ，它可以測量刀具的直徑、軸向尺寸等等。例如測量鏜刀，先用標(biāo)準(zhǔn)棒將指示表對零，然后將鏜刀裝入預(yù)調(diào)儀，調(diào)整刀尖尺寸。非接觸式測量頭使用刀具投影儀，測量精度在5μ左右，將刀具放大10～30倍，在投影光屏觀察，光屏上有標(biāo)準(zhǔn)刻線，用來調(diào)整刀尖的尺寸。同時(shí)，還可看到刀刃的情況，如刀刃是否平直，有無崩刃、缺口等。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院27/81②坐標(biāo)測量機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)Z方向和X方向的座標(biāo)測量。測量頭安裝在測量架上，測量架在立柱上可沿Z方向移動(dòng)，立柱在滑板上沿X方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的測量。在立柱和滑板上有刻度尺來確定移動(dòng)距離，精度高的預(yù)調(diào)儀用光柵尺等電測方法。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院28/81③定位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具在預(yù)調(diào)儀上的定位。在調(diào)刀之前已將刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀柄裝配在一起。因此，預(yù)調(diào)儀的刀具定位機(jī)構(gòu)與機(jī)床主軸的定位方式一致，即刀具的標(biāo)準(zhǔn)刀柄與預(yù)調(diào)儀主軸連接定位。預(yù)調(diào)儀主軸的回轉(zhuǎn)精度很高，它與加工中心的主軸結(jié)構(gòu)一樣，靠長錐孔和刀柄拉緊機(jī)構(gòu)使刀具定位于主軸上。主軸軸線與預(yù)調(diào)儀的Z坐標(biāo)方向平行，與X坐標(biāo)垂直，對其平行度和垂直度的精度要求都很高。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院29/81刀具預(yù)調(diào)裝置實(shí)例

采用圖像處理系統(tǒng)可以自動(dòng)地測量刀具的長度、直徑、圓角半徑和兩個(gè)切削刃的角度。而系統(tǒng)軟件可以檢測切削刃，然后通過安裝在光學(xué)載體上的攝像機(jī)，將刀刃的圖像傳送到控制系統(tǒng)和屏幕上。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院30/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院31/81二、自動(dòng)線刀具1、自動(dòng)線刀具的工作條件

（1）自動(dòng)線同時(shí)工作刀具數(shù)量眾多，只要其中有一把刀具由于設(shè)計(jì)、選擇或使用不合理，造成斷(卷)屑不好或過早損壞(磨損、崩刃或折斷)而又未能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，采取有效措施，就會(huì)造成事故，或產(chǎn)生大量廢品，或被迫長時(shí)間停機(jī)，甚至損壞機(jī)床設(shè)備，破壞整條自動(dòng)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）自動(dòng)線上由于有著大量主軸、刀架、工具及工裝，造成刀具工作環(huán)境十分擁擠，使斷屑、排屑、調(diào)整及更換刀具都比較困難。此外，由于自動(dòng)線上布置十分擁擠，操作者要在生產(chǎn)中觀察了解刀具的工作狀態(tài)也不是一件容易的事。（3）在現(xiàn)代化的機(jī)械加工自動(dòng)線上，已經(jīng)不僅限于完成車、銑、鉆、擴(kuò)、锪、鏜、鉸及攻絲等傳統(tǒng)工序，珩磨、磨削、滾壓加工、深孔加工、齒輪加工以及大平面的拉削等工序也都逐漸被采用。這樣，在同一條自動(dòng)線上不僅刀具數(shù)量眾多，而且類型、材料、規(guī)格尺寸及采取的切削用量也不相同，刀具耐用度有時(shí)相差很懸殊。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院32/812、刀具尺寸耐用度

尺寸耐用度是指刀具在兩次調(diào)整之間所能加工出的符合尺寸精度的合格零件數(shù)量或相應(yīng)的加工時(shí)間.

與尺寸耐用度相應(yīng)的刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是沿工件徑向的刀具磨損尺寸來表示的，該尺寸即刀具徑向磨損量，用NB來表示。占VB的30～40％

左右。磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：刀具后刀面中間區(qū)段的平均磨損量允許達(dá)到的最大值（用VB值表示）2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院33/81意義：方法：減少因換刀而造成的停機(jī)時(shí)間

（1）機(jī)外調(diào)整刀具

（2）采用耐用度計(jì)數(shù)器

在預(yù)調(diào)室內(nèi)把刀具的相對尺寸調(diào)整好，然后再裝到機(jī)床上，使之能與機(jī)床快速、準(zhǔn)確地接合和脫開，并能適應(yīng)機(jī)械手或機(jī)器人的操作。

按規(guī)定耐用度定時(shí)更換刀具(即是在自動(dòng)線的自動(dòng)循環(huán)過程中換刀)

因此，聯(lián)接刀具的刀柄、刀桿、接桿和裝夾刀頭的刀夾，已發(fā)展成工具系統(tǒng)。3、快速或自動(dòng)更換2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院34/81

生產(chǎn)過程中往往會(huì)由于一些偶然性因素，諸如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成刀具的突然崩刃或折斷，這時(shí)就必須及時(shí)報(bào)警。（1）意義：（2）原理：

隨時(shí)將刀具狀態(tài)（磨損或破損）的監(jiān)測結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)，及時(shí)發(fā)出調(diào)整或更換刀具的指令，以保證工作循環(huán)的正常進(jìn)行與加工質(zhì)量

該裝置的性能必須穩(wěn)定可靠，防止意外事故，避免不必要的損失。

（3）要求：4、刀具工作狀態(tài)檢測裝置2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院35/81刀具磨損在線檢測方法刀具磨損的在線檢測直接檢測法間接檢測法光導(dǎo)纖維法電視攝像法接觸電阻法光電法切削力法扭矩法工件尺寸法2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院36/81刀具尺寸補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：1）能夠補(bǔ)償由于刀具磨損而造成工件徑向尺寸的變化，刀具材料可充分利用；2）加快調(diào)整速度，大大減少循環(huán)外的時(shí)間損耗，提高機(jī)床負(fù)荷率；3）提高調(diào)整精度，從而可大大縮小工件徑向尺寸分布區(qū)；4）對刀具或刀片的制造精度的要求可以降低，從而降低了制造成本；5）如果把測量裝置與補(bǔ)償裝置結(jié)合起來，并使其自動(dòng)化，便可實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)補(bǔ)償功能。刀具尺寸的補(bǔ)償方法2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院37/811.位移和變位兩種主要方式

（見表4.1）2.按刀具位移方式補(bǔ)償又可分為四類：1）利用刀具直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，常見于鏜刀和車刀的補(bǔ)償；2）利用刀具擺動(dòng)，使刀具的刀尖產(chǎn)生徑向微量位移補(bǔ)償，可用于鏜刀的補(bǔ)償；3）利用刀夾彈性變形，使刀具的刀尖產(chǎn)生徑向微量位移來進(jìn)行補(bǔ)償。常用于鏜刀的自動(dòng)補(bǔ)償；4）利用刀頭張開的方式進(jìn)行微量補(bǔ)償，多用于鉸刀的補(bǔ)償。

刀具補(bǔ)償方式的分類2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院38/81表4.1刀具補(bǔ)償方式

刀具補(bǔ)償方式圖示應(yīng)用刀具移動(dòng)鏜刀車刀擺動(dòng)鏜刀位移刀夾變形常用于鏜刀自動(dòng)補(bǔ)償裝置刀頭張開拉刀鏜桿變位常用于鏜刀自動(dòng)補(bǔ)償裝置2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院39/81

在自動(dòng)化加工中，對于精加工，多采用加工過程中的尺寸控制系統(tǒng)，即尺寸自動(dòng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)來提高加工精度和刀具耐用度。

所謂尺寸誤差系統(tǒng)，是對加工過程中的工件已加工表面尺寸進(jìn)行自動(dòng)誤差檢測和處理，使之轉(zhuǎn)化為控制信息，以控制補(bǔ)償執(zhí)行裝置，使刀具按預(yù)定的數(shù)值產(chǎn)生徑向微量位移，以補(bǔ)償?shù)毒吣p等原因所造成工件尺寸的變化，從而提高加工精度。

尺寸補(bǔ)償系統(tǒng)由自動(dòng)測量裝置、控制裝置和補(bǔ)償執(zhí)行裝置三部分組成。刀具尺寸自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院40/81圖4.1車刀尺寸自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)圖

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院41/81工件尺寸法在線檢測/實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)毒吣p原理2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院42/81直接補(bǔ)償和間接補(bǔ)償

直接補(bǔ)償：以工件的實(shí)測誤差為依據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償來提高加工精度

間接補(bǔ)償：僅對機(jī)床執(zhí)行部件的位置坐標(biāo)誤差進(jìn)行補(bǔ)償尺寸自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的分類2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院43/81

由于尺寸補(bǔ)償系統(tǒng)都是用于精加工的，補(bǔ)償量又是微量的，要達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?，關(guān)鍵在于補(bǔ)償裝置的工作性能。它的基本要求有：

1）能保證補(bǔ)償精度與補(bǔ)償范圍。2）具有良好的頻率響應(yīng)特性和良好的線性與穩(wěn)定性。3）具有足夠的剛度。4）裝置應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊，組成的零件盡可能少，所占空間小，以利于裝置的合理布置。5）要防止由于切削液或切屑的干擾所造成的不良影響。6）具有控制簡單、成本低廉的特點(diǎn)。

把刀具安裝在補(bǔ)償執(zhí)行裝置的可動(dòng)件上，或者把補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)直接傳遞給工件而不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)

實(shí)現(xiàn)：刀具尺寸補(bǔ)償執(zhí)行裝置2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院44/811.一種車床加工用補(bǔ)償?shù)都苎a(bǔ)償執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)1工件2刀具3刀架4壓電晶體補(bǔ)償元件2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院45/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院46/812.一種鏜刀壓電晶體補(bǔ)償裝置

結(jié)構(gòu)簡單和成本低，適應(yīng)于精加工。使用時(shí)要特別注意避免污染及切削液的影響。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院47/81強(qiáng)制更換

不同規(guī)格的刀具以不同的切削用量在工作，其耐用度相差懸殊，按其耐用度的大小進(jìn)行分組，實(shí)現(xiàn)分批定期強(qiáng)制更換。各組應(yīng)設(shè)有計(jì)算刀具實(shí)際工作循環(huán)的計(jì)數(shù)器，當(dāng)達(dá)到規(guī)定循環(huán)數(shù)時(shí)，便發(fā)出信號，進(jìn)行強(qiáng)制換刀。

強(qiáng)制檢查

如果各把刀具的耐用度相差甚大，又難于按組進(jìn)行強(qiáng)制換刀時(shí)，最好對它們進(jìn)行強(qiáng)制檢查，調(diào)整工在進(jìn)行檢查刀具的同時(shí)要更換已用鈍了的這一組刀具，這樣可以減少刀具破損的危險(xiǎn)性。

自動(dòng)線刀具的更換2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院48/81更換刀片更換刀具更換刀夾更換刀柄更換刀具的方式a)更換刀片

b)更換刀具

c)更換刀夾

d)更換刀柄2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院49/811.更換刀片適用優(yōu)點(diǎn)1）被更換元件小，裝卸輕便。若是可轉(zhuǎn)位刀具，當(dāng)一個(gè)切削刃磨損后，只需將刀片轉(zhuǎn)位，由新的一邊切削刃進(jìn)行切削，待幾邊切削刃都磨損后才更換刀片；2）刀體不換，減少了刀體的周轉(zhuǎn)量及制造量；3）換刀精度由刀片精度保證，隨著刀片精度的提高及精密級刀片產(chǎn)量和品種的增加，采用更換刀片的換刀方式就更顯示出優(yōu)越性，因?yàn)檫@時(shí)無需作任何調(diào)整。

缺點(diǎn)1）為了保證刀片的互換性及換刀精度，對刀片的質(zhì)量要求較高，各個(gè)表面均需磨削，以提高刀片精度和粗糙度等級，從而使制造成本增加；2）由于自動(dòng)線上布置擁擠，機(jī)床上的工作空間很小,刀片的攜拆裝以及刀片支承面的清理不方便；

用于數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)線上個(gè)別工序和多刀加工機(jī)床上

只適用于機(jī)械夾固式刀具（含可轉(zhuǎn)位刀具）2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院50/812.更換刀具優(yōu)點(diǎn)1）對刀片的精度及粗糙度要求不高，降低了刀片制造成本；2）可在機(jī)外進(jìn)行換刀預(yù)調(diào)，能保證較高的換刀精度；3）換刀簡便迅速。

缺點(diǎn)1）對刀體的精度和粗糙度要求較高，刀體須經(jīng)過磨制；2）刀具上備有調(diào)整裝置，刀具制造成本高；3）需有機(jī)外的預(yù)調(diào)裝置。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院51/813.更換刀夾適用優(yōu)點(diǎn)1）對刀片和刀體的精度要求都不高；2）可在機(jī)外進(jìn)行更換預(yù)調(diào)，換刀精度很高；3）有利于自動(dòng)換刀。缺點(diǎn)1）被更換的元件大而笨重，裝卸不方便；2）需專門設(shè)計(jì)刀夾，刀夾的制造精度要求較高；3）與更換刀體方式比較，機(jī)外對刀裝置更為復(fù)雜，調(diào)整也比較麻煩；4）影響刀架系統(tǒng)剛性。用于數(shù)控機(jī)床上的自動(dòng)換刀裝置，也可用于自動(dòng)線上。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院52/814.更換刀柄適用優(yōu)點(diǎn)1）便于采用標(biāo)準(zhǔn)工具；2）同類機(jī)床上的刀柄可以通用，便于系列化、標(biāo)準(zhǔn)化

缺點(diǎn)1）刀具與刀柄的連接往往需用莫氏錐套等中間環(huán)節(jié)，影響刀具的定位精度和剛性；2）需專門的機(jī)外預(yù)調(diào)裝置。

廣泛用于數(shù)控機(jī)床及自動(dòng)線上的銑刀、鏜刀、絲錐以及鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀等孔加工刀具的更換。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院53/81三、數(shù)控機(jī)床刀具

1、自動(dòng)換刀裝置的類型及特點(diǎn)2、自動(dòng)換刀系統(tǒng)3、刀具管理系統(tǒng)2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院54/811、自動(dòng)換刀裝置的類型及特點(diǎn)回轉(zhuǎn)刀架換刀更換主軸換刀（主軸與刀庫合為一體）更換主軸箱換刀帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院55/81回轉(zhuǎn)刀架的類型及其工作原理

1、圖6-1a)螺母升降轉(zhuǎn)位刀架

2、圖6-1b)利用十字槽輪來轉(zhuǎn)位及鎖緊刀架

3、圖6-1c)凸臺(tái)棘爪式刀架4、圖6-1d)電磁式刀架5、圖6-1e)液壓式刀架

（1）回轉(zhuǎn)刀架換刀2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院56/81圖6-2數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架

1、刀架抬起2、刀架轉(zhuǎn)位3、刀架壓緊4、轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院57/81回轉(zhuǎn)刀架換刀工作原理同分度工作臺(tái)2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院58/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院59/81（2）更換主軸換刀

若干根主軸（一般為6～12根）安裝在轉(zhuǎn)塔頭上，每根主軸對應(yīng)裝有一把刀具。根據(jù)加工要求可以依次將裝有所需刀具的主軸轉(zhuǎn)到加工位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，同時(shí)接通主運(yùn)動(dòng)。因此這種換刀方式又稱為更換主軸換刀，轉(zhuǎn)塔頭實(shí)際上就是一個(gè)刀庫2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院60/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院61/81（3）更換主軸箱換刀2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院62/81這類換刀裝置由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成，刀庫可裝在機(jī)床的工作臺(tái)上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個(gè)獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外。這類換刀裝置應(yīng)用最廣泛。（4）帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院63/81圖6-5刀庫與機(jī)床為整體式的數(shù)控機(jī)床

圖6-6刀庫與機(jī)床為分體式的數(shù)控機(jī)床

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院64/81

刀庫裝在機(jī)床的工作臺(tái)上，這種換刀裝置，直接利用機(jī)床本身及刀庫的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行換刀。當(dāng)某一刀具加工完畢從工件退出后，即開始進(jìn)行自動(dòng)換刀。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院65/81

現(xiàn)在的中小型加工中心，刀庫不是裝在工作臺(tái)上，而是裝在立柱上的一個(gè)托架上。采用刀庫在托架的導(dǎo)軌上平行于X方向運(yùn)動(dòng)與主軸的上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院66/81當(dāng)?shù)稁斓娜萘看?、刀具較重或機(jī)床總體布局等原因，刀庫也可作為一個(gè)獨(dú)立部件，裝在機(jī)床之外

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院67/812、自動(dòng)化換刀系統(tǒng)刀庫自動(dòng)交換裝置刀具識(shí)別裝置刀具傳送裝置2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院68/81（1）刀庫形式2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院69/81盤式刀庫

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院70/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院71/81鏈?zhǔn)降稁?023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院72/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院73/81（2）刀具選擇方式

順序選刀方式

將所需刀具嚴(yán)格按工序先后依次插放在刀庫中，使用時(shí)按加工順序指令一一取用。采用這種選擇方式時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制較為簡單，工作可靠，不需要刀具識(shí)別裝置。這種選刀方式的缺點(diǎn)是刀庫中的刀具數(shù)量不宜太多，且更換工件時(shí)，刀具順序必須重排。

任意選擇方式

刀具在刀庫中任意存放，利用控制系統(tǒng)來識(shí)別、記憶所有的刀具和刀座。自動(dòng)換刀時(shí)，刀庫旋轉(zhuǎn)，根據(jù)程序指令或根據(jù)“刀具識(shí)別裝置”的識(shí)別，刀庫將所需刀具送到換刀位置，等待換刀。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：刀具在工件一次裝夾中可重復(fù)使用；刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具少一些；自動(dòng)換刀裝置通用性增強(qiáng)，應(yīng)用范圍加大。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院74/81（3）刀具運(yùn)送裝置

當(dāng)?shù)稁烊萘枯^大，布置得離機(jī)床主軸較遠(yuǎn)時(shí)，就需要安排兩只機(jī)械手和刀具運(yùn)送裝置來完成新舊刀具的交換工作：一只機(jī)械手靠近刀庫，稱后機(jī)械手，完成拔刀和插刀的動(dòng)作；另一只機(jī)械手靠近主軸，稱前機(jī)械手，也完成拔刀和插刀的動(dòng)作；安排在前后機(jī)械手之間的刀具運(yùn)送裝置一方面將前機(jī)械手從主軸上拔出的刀具運(yùn)回刀庫旁，以便后機(jī)械手將該刀具拔出，再插回刀庫；另一方面則將后機(jī)械手從刀庫中拔出的刀具運(yùn)到主軸旁，以便前機(jī)械手將該刀具拔出后再插進(jìn)主軸。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院75/81（4）刀具識(shí)別裝置

刀具的識(shí)別是指自動(dòng)換刀裝置對刀具的識(shí)別，通?？刹捎玫毒呔幋a法和軟件記憶法。

一種早期使用的刀具識(shí)別方法。在刀柄或刀座上裝有若干個(gè)厚度相等、不同直徑的大小編碼環(huán)，如用大環(huán)表示二進(jìn)制的“1”，小環(huán)表示“0”，則這些環(huán)的不同組合就可表示不同刀具，每把刀具都有自己的確定編碼。在刀庫附近裝有一個(gè)刀具識(shí)別裝置，其上有一排與編碼環(huán)一一對應(yīng)的觸針（接觸式）或傳感器（非接觸式）。當(dāng)需要換刀時(shí)，刀庫旋轉(zhuǎn)，刀具識(shí)別裝置不斷地讀出每一把經(jīng)過的刀具的編碼，并送入控制系統(tǒng)與換刀指令中的編碼進(jìn)行比較，當(dāng)二者一致時(shí)，控制系統(tǒng)便發(fā)出信號，使刀庫停轉(zhuǎn)，等待換刀。

將刀庫上的每一個(gè)刀座進(jìn)行編號，得到每一刀座的“地址”。將刀庫中的每一個(gè)刀具再編一個(gè)刀具號，然后在控制系統(tǒng)內(nèi)部建立一個(gè)刀具數(shù)據(jù)表，將原始狀態(tài)刀具在刀庫中的“地址”一一填入。刀庫上裝有檢測裝置，可以讀出刀庫在換刀位置的地址。取刀時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)刀具號在刀具數(shù)據(jù)表中找出該刀具的地址，按優(yōu)化原則轉(zhuǎn)動(dòng)刀庫，當(dāng)?shù)稁焐系臋z測裝置讀出的地址與取刀地址相一致時(shí)，刀具便停在換刀位置上，等待換刀；若欲將換下的刀具送回刀庫，也不必尋找刀具原位，只要按優(yōu)化原則送到任一空位即可，控制系統(tǒng)將根據(jù)此時(shí)換刀位置的地址更新刀具數(shù)據(jù)表，并記住刀具在刀庫中新的位置地址。這種換刀方式目前最為常用。

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院76/812023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院77/81數(shù)控加工刀具技術(shù)的發(fā)展趨勢

高速加工

1900年，碳素工具鋼，加工直徑φ100mm，長500mm的碳鋼軸件，需要100分鐘；

2000年，硬質(zhì)合金涂層刀具和立方氮化硼刀具，需要1分鐘完成。切削效率提高100倍。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院78/81銑削：CBN銑削鑄鐵、切削速度可達(dá)1000-2000米/分。車削：氮化硅陶瓷車削灰鑄鐵、切削速度可達(dá)500-700米/分。

CBN車削淬火鋼(HRC60)，切削速度可達(dá)100-200米/分。

CBN車削鑄鐵剎車盤，切削速度可達(dá)700-1000米/分。鉆削：整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆灰鑄鐵，切削速度可達(dá)100米/分。攻螺紋：鈷高速鋼絲錐(M14×1.5)加工可鍛鑄鐵，切削速度可達(dá)61米/分。滾齒：硬質(zhì)合金滾刀加工16MnCr5，切削速度可達(dá)350米/分。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院79/81刀具新材料的應(yīng)用

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料：高速鋼刀具大約占全部刀具費(fèi)用的65%，所切除的切屑僅占總切屑量的28%。涂層或末涂層硬質(zhì)合金刀具大約占全部刀具費(fèi)用的33%，所切除的切屑卻占總切屑量的68%。超硬刀具(立方氮化硼、金剛石)所占全部刀具使用面比例則很少，僅占1-3%。今后隨著高速加工的發(fā)展趨勢，硬切削、干切削的增加，這個(gè)比例將會(huì)大幅度提高。適用于高速切削的刀具材料主要有涂層刀具、金屬陶瓷(TiCN基硬質(zhì)合金)刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)和聚晶金剛石(PCD)超硬刀具等。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院80/81多功能的復(fù)合刀具

多功能的復(fù)合刀具是當(dāng)前刀具結(jié)構(gòu)發(fā)展中的另一個(gè)趨勢。目標(biāo)：發(fā)揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢，對復(fù)雜零件在一次安裝中進(jìn)行多工序的集中加工，并淡化傳統(tǒng)的車、銑、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限，是當(dāng)前提高數(shù)控機(jī)床效率、加快產(chǎn)品開發(fā)的重要途徑。為此，也對刀具提出了新的要求，除了刀具模塊化以外，還要求一種刀具要盡可能多地完成對零件不同工序的加工。減少換刀次數(shù)，節(jié)約頻繁換刀時(shí)間；同時(shí)，還可以減少刀具的數(shù)量和庫存量，有利于管理和降低制造成本。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院81/20四、刀具的破損與檢測1、刀具破損形式2、刀具破損的自動(dòng)檢測

2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院82/20刀具破損形式低速性崩刃

—般發(fā)生在新刀具(或剛經(jīng)過重磨的刀具)使用的初期階段或切削速度很低的情況下，因此稱為低速性崩刃。2023/2/3武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院83/20