機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)（第4版）課件：刀具自動(dòng)化

刀具自動(dòng)化·什么是刀具自動(dòng)化？第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾就是加工設(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。一、自動(dòng)化刀具結(jié)構(gòu)

1.自動(dòng)化刀具的特點(diǎn)1)切削性能必須穩(wěn)定可靠，具有高的耐用度和可靠性；2)刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇迹?)刀具應(yīng)具有較高的精度；第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾4)具有保證其能快速或自動(dòng)更換和調(diào)整的結(jié)構(gòu)；5)配有工作狀態(tài)在線檢測與報(bào)警裝置；6)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化；2.自動(dòng)化刀具的結(jié)構(gòu)

·類型--通常分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和專用刀具兩大類。--在以數(shù)控機(jī)床、加工中心為主體具有較強(qiáng)柔性的自動(dòng)化加工系統(tǒng)，盡量少用專用刀具，多選用通用標(biāo)準(zhǔn)刀具、組合刀具或模塊式刀具。--在剛性自動(dòng)線中多使用專用刀具，以提高刀具的專用化程度?！しN類--有可轉(zhuǎn)位車刀、高速鋼麻花鉆、機(jī)夾扁鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、鏜刀、立銑刀、面銑刀、絲錐和各種復(fù)合刀具等。第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾·選用原則1）為了提高刀具的耐用度和可靠性，應(yīng)盡量選用各種高性能、高效率、長壽命的刀具材料制成的刀具。2）應(yīng)選用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)。3）為了集中工序，提高生產(chǎn)率及保證加工精度，應(yīng)盡可能采用復(fù)合刀具。4）應(yīng)盡量采用各種高效刀具。二、自動(dòng)化刀具裝夾機(jī)構(gòu)1.工具系統(tǒng)類型主要有鏜銑類數(shù)控機(jī)床用工具系統(tǒng)（簡稱“TSG”系統(tǒng)）和車床類數(shù)控機(jī)床用工具系統(tǒng)（簡稱“BTS”系統(tǒng)）兩大類，也有同時(shí)適應(yīng)車鏜銑加工的工具系統(tǒng)。提高自動(dòng)化水平->刀具配備標(biāo)準(zhǔn)的裝夾機(jī)構(gòu)->建立標(biāo)準(zhǔn)工具系統(tǒng)->實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)換刀?！そM成--主要由刀具的柄部（刀柄）、接桿（接柄）和夾頭等部分組成。刀具預(yù)調(diào)第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾·結(jié)構(gòu)形式--整體式和模塊式。刀具預(yù)調(diào)第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾模塊式工具系統(tǒng)是把工具的柄部和工作部分分割開來,制成各種系列化的模塊,然后經(jīng)過不同規(guī)格的中間模塊,組裝成不同規(guī)格的工具。整體式結(jié)構(gòu)是將每把工具的柄部與夾持工具的工作部分連成一體。2.自動(dòng)化刀具刀柄和機(jī)床主軸的連接第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾自動(dòng)化加工設(shè)備的刀具和機(jī)床的連接,必須通過與機(jī)床主軸孔相適應(yīng)的工具柄部、與工具柄部相連接的工具裝夾部分和各種刀具來實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)數(shù)控銑床、加工中心類機(jī)床上,一般都采用錐度為7∶24的BT系統(tǒng)圓錐柄工具?？紤]到高速切削機(jī)床主軸和刀具連接時(shí),為克服傳統(tǒng)BT刀柄僅依靠錐面單面定位而導(dǎo)致的不利因素,宜采用雙面約束過定位夾持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀柄在主軸內(nèi)孔錐面和端面同時(shí)定位的連接方法,以保證具有很高的接觸剛度和重復(fù)定位精度,實(shí)現(xiàn)可靠夾緊。HSK刀柄是德國亞琛工業(yè)大學(xué)機(jī)床研究所專為高速機(jī)床開發(fā)的,已被列入德國標(biāo)準(zhǔn)DIN69893,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)經(jīng)過多次修訂,于2001年頒布了HSK工具系統(tǒng)的正式ISO標(biāo)準(zhǔn)ISO12164。第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾HSKBIG-PLUS刀柄是日本大昭和精機(jī)公司開發(fā)的錐度為7∶24的雙面定位工具系統(tǒng),它可與傳統(tǒng)單面定位的7∶24錐度主軸完全兼容。第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾3．自動(dòng)化刀具和刀柄的聯(lián)接第一節(jié)刀具的自動(dòng)裝夾傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床和加工中心上主要采用彈簧夾頭,高速切削的刀柄和刀具的連接方式主要有高精度彈簧夾頭、熱縮夾頭和高精度液壓膨脹夾頭等。4．應(yīng)用實(shí)例(1)一種BT刀柄高速切削機(jī)構(gòu)(2)一種膨脹式刀具夾具第二節(jié)自動(dòng)化換刀系統(tǒng)為了縮短非切削加工時(shí)間，進(jìn)一步提高加工效率，20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)了儲(chǔ)有各種類型刀具的刀庫、并具有自動(dòng)換刀功能，使工件一次裝夾就能自動(dòng)順序完成各種不同工序加工的數(shù)控機(jī)床，即加工中心機(jī)床。能夠自動(dòng)地更換加工中所用刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置（AutomaticToolChanger,簡稱ATC）。一、自動(dòng)換刀裝置的類型和組成1.主軸與刀庫合為一體的自動(dòng)換刀裝置--特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為簡單，換刀時(shí)間短，換刀可靠性高。

--結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)塔頭，多面體安裝帶刀具的主軸。2.主軸與刀庫分離的自動(dòng)換刀裝置--組成：由刀庫、刀具交換裝置以及主軸等，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)刀柄。

--特點(diǎn)：存放的刀具數(shù)量多，換刀的部件動(dòng)作必須準(zhǔn)確協(xié)調(diào)，主軸剛度較高，刀庫與加工區(qū)分離，消除許多不必要的干擾。第二節(jié)自動(dòng)化換刀系統(tǒng)二、刀庫

·自動(dòng)換刀系統(tǒng)一般由刀庫、自動(dòng)換刀裝置、刀具傳送裝置、識刀裝置等幾個(gè)部分組成。·刀庫的功能--是貯存各種加工工序所需的刀具，并按程序指令，快速、準(zhǔn)確地將刀庫中的空刀位和待用刀具送到預(yù)定位置。1.刀庫種類·自動(dòng)選刀--根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的選擇指令，從刀庫中將各工序所需的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置。常用刀庫有盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁旌透褡邮降稁臁５诙?jié)自動(dòng)化換刀系統(tǒng)2.刀具的選擇方式第二節(jié)自動(dòng)化換刀系統(tǒng)·自動(dòng)選刀方式的種類：--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。--任意選擇方式(隨機(jī)方式)這種方式根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中可以不按加工順序而任意存放，利用控制系統(tǒng)來識別、記憶所有的刀具和刀座。3.刀具運(yùn)送裝置--后機(jī)械手，靠近刀庫，完成拔刀和插刀的動(dòng)作；--前機(jī)械手，靠近主軸，也完成拔刀和插刀的動(dòng)作。用于刀具在機(jī)床主軸和刀庫之間的運(yùn)送4.刀具的識別刀具的識別是指自動(dòng)換刀裝置對刀具的識別，通?？刹捎玫毒呔幋a法和軟件記憶法。--刀具編碼法利用刀柄或刀座上安裝編碼環(huán)，并結(jié)合接觸式識別裝置來對刀具進(jìn)行辨別。--軟件記憶法控制系統(tǒng)中建立刀具編號和刀座“地址”之間的對照表。取刀時(shí)按對照表索引，存刀時(shí)的刀座“地址”為優(yōu)化后的位置，并更新對照表。第二節(jié)自動(dòng)化換刀系統(tǒng)

5.應(yīng)用實(shí)例·一種內(nèi)藏式刀庫三、自動(dòng)化換刀機(jī)構(gòu)1．回轉(zhuǎn)刀架·形式--它的一般有立軸式和臥軸式?！ぬ攸c(diǎn)：定位可靠、重復(fù)定位精度高、分度準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)位速度快、夾緊剛性好，能保證加工的高精度和高效率。2.通過主軸換刀

簡單易行，但換刀時(shí)間較長，且要占用機(jī)床工時(shí)。--特點(diǎn)：靈活性大、換刀時(shí)間短，應(yīng)用最為廣泛。--形式：分為單臂式機(jī)械手和雙臂式機(jī)械手。3.利用機(jī)械手換刀主軸換刀A主軸換刀B第二節(jié)自動(dòng)化換刀系統(tǒng)4.實(shí)例90度旋轉(zhuǎn)換刀傘形刀庫主軸換刀直線換刀換刀機(jī)械手?jǐn)?shù)控車床換刀機(jī)械手模擬換刀第三節(jié)排屑自動(dòng)化一、切屑形成原理切屑是在金屬切削過程中切削層受到刀具前刀面的擠壓后，產(chǎn)生以剪切滑移為主的塑性變形而形成的。二、排屑裝置的類型·確定排屑方法的因素--取決于切屑的形狀、工件的安裝方法、工件的材質(zhì)、加工工藝方法、機(jī)床類型及其附屬裝置的布局等?！づ判挤椒?-可采用依靠重力或刀具回轉(zhuǎn)離心力將切屑甩出、用壓縮空氣吹屑、用真空吸屑等方法?！ぷ詣?dòng)線的集中排屑裝置一般設(shè)置在機(jī)床底座下的地溝中?！づ判佳b置類型:--刮板式排屑裝置--螺旋排屑裝置--帶式排屑裝置特點(diǎn)：適用于在鑄鐵工件上進(jìn)行孔加工工序，輸送切屑量不宜大于25m3/h，不適宜加工鋼件或銑削鑄鐵工件，同時(shí)也不宜在采用切削液的條件下使用。特點(diǎn)：這種鋪設(shè)在地溝里的鏈條板式排屑裝置，不適用于運(yùn)送加工鋼件時(shí)獲得的帶狀切屑。特點(diǎn)：設(shè)置在機(jī)床中間底座內(nèi)，可用于各種切屑，特別適用于鋼屑，輸送切屑量小于8m3/h。第三節(jié)排屑自動(dòng)化·排屑裝置實(shí)例：第三節(jié)排屑自動(dòng)化三、切屑及切削液處理裝置·為什么要對切削液進(jìn)行處理？切削液在切削加工中起著不可或缺的作用，但也對環(huán)境造成了一定的污染。為了減少它的不良影響，一方面可采用干切削或準(zhǔn)干切削等先進(jìn)加工方法來減少切削液的使用量，另一方面要加強(qiáng)對它的凈化處理，以便進(jìn)行回收利用，減少切削液的排放量?！で邢饕旱膬艋幚?-將它在工作中帶入的碎屑、砂輪粉末等雜質(zhì)及時(shí)清除?！こＳ玫姆椒?-有過濾法和分離法。

--過濾法是使用多孔材料制成過濾器。

--分離法是應(yīng)用重力沉淀、慣性分離、磁性分離、渦旋分離等裝置，除去污液中的雜質(zhì)。第三節(jié)