數(shù)控機床的自動換刀裝置設計(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第六章 數(shù)控機床的自動換刀裝置第一節(jié) 自動換刀裝置的形式數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以縮短輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。數(shù)控車床上的回轉(zhuǎn)刀架就是一種簡單的自動換刀裝置，所不同的是在多工序數(shù)控機床出現(xiàn)之后，逐步發(fā)展和完善了各類回轉(zhuǎn)刀具的自動換刀裝置，擴大了換刀數(shù)量，從而能實現(xiàn)更為復雜的換刀操作。在自動換刀數(shù)控機床上，對自動換刀裝置的基本要求是：換刀時間短，刀具重復定位精度高，有足夠的刀具存儲量，刀庫占地面積小及安全可靠等。各類數(shù)控機床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機床的形式、工藝范圍及其刀具的種類和數(shù)量。其基本類型

2、有以下幾種。一、轉(zhuǎn)刀架換刀回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用于數(shù)控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復定位精度（一般為0.0010.005mm）。一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位及刀架壓緊等。回轉(zhuǎn)刀架按其工作原理分為

3、若干類型，如圖6-1所示。圖6-1a)所示為螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動機經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離，隨即帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)信號螺母反轉(zhuǎn)鎖緊。圖6-1 回轉(zhuǎn)刀架的類型及其工作原理圖6-1b)所示為利用十字槽輪來轉(zhuǎn)位及鎖緊刀架（還要加定位銷），銷釘每轉(zhuǎn)一周，刀架便轉(zhuǎn)1/4轉(zhuǎn)（也可設計成六工位等）。圖6-1c)所示為凸臺棘爪式刀架，蝸輪帶動下凸輪臺相對于上凸輪臺轉(zhuǎn)動，使其上、下端齒盤分離，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則棘輪機構(gòu)推動刀架轉(zhuǎn)90º，然后利用一個接觸開關或霍爾元件發(fā)出電動機反轉(zhuǎn)信號，重新鎖緊刀架。圖6-1d)所示為電磁式刀架，它利用了一個有10k

4、N左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖定。圖6-1e)所示為液壓式刀架，它利用擺動液壓缸來控制刀架轉(zhuǎn)位，圖中有擺動閥芯、撥爪、小液壓缸；撥爪帶動刀架轉(zhuǎn)位，小液壓缸向下拉緊，產(chǎn)生10kN以上的拉緊力。這種刀架的特點是轉(zhuǎn)位可靠，拉緊力可以再加大，但其缺點是液壓件難制造，還需多一套液壓系統(tǒng)，有液壓油泄漏及發(fā)熱問題。圖6-2所示為數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架，它適用于盤類零件的加工。這種刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，其換刀過程如下：（1）刀架抬起。當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由A進入壓緊液壓缸的下腔，活塞上升，刀架體抬起，使定位活動插銷與固定插銷脫離。同時，活塞桿下端的端齒離合器與空套

5、齒輪結(jié)合。圖6-2 數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架（2）刀架轉(zhuǎn)位。當?shù)都芴鹬螅瑝毫τ蛷腃孔轉(zhuǎn)入液壓缸左腔，活塞向右移動，通過連接板帶動齒條移動，使空套齒輪作逆時針方向轉(zhuǎn)動，通過端齒離合器使刀架轉(zhuǎn)過60º。活塞的行程應等于齒輪節(jié)圓周長的1/6，并由限位開關控制。（3）刀架壓緊。刀架轉(zhuǎn)位之后，壓力油從B孔進入壓緊液壓缸的上腔，活塞帶動刀架體下降。缸體的底盤上精確地安裝六個帶斜楔的圓柱固定插銷，利用活動插銷消除定位銷與孔之間的間隙，實現(xiàn)反靠定位。刀架體下降時，定位活動插銷與另一個固定插銷卡緊，同時缸體與壓盤的錐面接觸，刀架在新的位置定位并壓緊。這時，端齒離合器與空套齒輪脫開。（4）轉(zhuǎn)位液壓缸復

6、位。刀架壓緊后，壓力油從D孔進入轉(zhuǎn)位油缸右腔，活塞帶動齒條復位，由于此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。如果定位和壓緊動作正常，拉桿與相應的接觸頭接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已結(jié)束，可以繼續(xù)進行切削加工?；剞D(zhuǎn)刀架除了采用液壓缸驅(qū)動轉(zhuǎn)位和定位銷定位外，還可以采用電動機-馬氏機構(gòu)轉(zhuǎn)位和鼠盤定位，以及其它轉(zhuǎn)位和定位機構(gòu)。圖6-3 換主軸換刀二、換主軸換刀更換主軸換刀是帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就是一個轉(zhuǎn)塔刀庫，如圖6-3所示。主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭，以實現(xiàn)自動換刀。在轉(zhuǎn)塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當發(fā)出

7、換刀指令時，各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)。而其它處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。這種更換主軸換刀裝置，省去了自動松、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一系列的復雜操作，從而縮短了換刀時間，并提高了換刀的可靠性。但是由于空間位置的限制，使主軸部件結(jié)構(gòu)尺寸不能太大，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛性。為了保證主軸的剛性，必須限制主軸的數(shù)目，否則會使結(jié)構(gòu)尺寸增大。因此，轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只適用于工序較少、精度要求不太高的機床，例如數(shù)控鉆、銑床等。圖6-4 更換主軸箱換刀三、更換主軸箱換刀有的數(shù)控機床像組合機床一樣，采用多主軸箱，利用更換主軸箱達到換刀的目的，如圖6-4所示。主

8、軸箱庫8吊掛著備用主軸箱27。主軸箱兩端的導軌上，裝有同步運行的小車和，它們在主軸箱庫與機床動力頭之間運送主軸箱。根據(jù)加工要求，先選好所需的主軸箱，待兩小車運行至該主軸箱處時，將它推到小車上，小車載著主軸箱與小車同時運動到機床動力頭兩側(cè)的更換位置。當上一道工序完成后，動力頭帶著主軸箱1上升到更換位置，夾緊機構(gòu)將主軸箱1松開，定位銷從定位孔中撥出，推桿機構(gòu)將主軸箱1推到小車上，同時又將小車上的待用主軸箱推到機床動力頭上，并進行定位夾緊。與此同時，兩小車返回主軸箱庫，停在下次待換的主軸箱旁的空位。也可通過機械手10在刀庫9和主軸箱1之間進行刀具交換。這種換刀形式，對于加工箱體類零件，可以提高生產(chǎn)率

9、。四、帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)此類換刀裝置由刀庫、選刀機構(gòu)、刀具交換機構(gòu)及刀具在主軸上的自動裝卸機構(gòu)等四部分組成，應用最廣泛。圖6-5所示為刀庫裝在機床的工作臺（或立柱）上的數(shù)控機床的外觀圖。圖6-5 刀庫與機床為整體式的數(shù)控機床 圖6-6 刀庫與機床為分體式的數(shù)控機床圖6-6所示為刀庫裝在機床之外，成為一個獨立部件的數(shù)控機床的外觀圖。此時，刀庫容量大，刀具可以較重，常常要附加運輸裝置來完成刀庫與主軸之間刀具的運輸。帶刀庫的自動換刀系統(tǒng),整個換刀過程比較復雜。首先要把加工過程中要用的全部刀具分別安裝在標準的刀柄上,在機床外進行尺寸預調(diào)整后,插入刀庫中。換刀時根據(jù)選刀指令在刀庫上選刀，由刀具交換裝置

10、從刀庫和主軸上取出刀具，進行刀具交換，然后將新刀具裝入主軸，將用過的刀放回刀庫。采用這種自動換刀系統(tǒng)，需要增加刀具的自動夾緊、放松機構(gòu)、刀庫運動及定位機構(gòu)，常常還需要有清潔刀柄及刀孔、刀座的裝置，因而結(jié)構(gòu)較復雜。其換刀過程動作多、換刀時間長。同時，影響換刀工作可靠性的因素也較多。為了縮短換刀時間，可采用帶刀庫的雙主軸或多主軸換刀系統(tǒng)，如圖6-7所示。由圖可知，當水平方向的主軸在加工位置時，待更換刀具的主軸處于刀換刀位置，由刀具交換裝置預先換刀，待本工序加工完畢后，轉(zhuǎn)塔頭回轉(zhuǎn)并交換主軸（即換刀）。這種換刀方式，換刀時間大部分和機加工時間重合，只需轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位的時間，所以換刀時間短，轉(zhuǎn)塔頭上的主軸數(shù)

11、目較少，有利于提高主軸的結(jié)構(gòu)剛度，刀庫上刀 圖6-7 雙主軸頭換刀具數(shù)目也可增加，對多工序加工有利。但這種換刀方式難保證精鏜加工所需要的主軸精度。因此，這種換刀方式主要用于鉆床，也可以用于銑鏜床和數(shù)控組合機床。第二節(jié) 刀 庫一、刀庫的功能在自動換刀裝置中，刀庫是最主要的部件之一。刀庫是用來貯存加工刀具及輔助工具的地方。其容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)，對數(shù)控機床的設計都有很大影響。二、刀庫的形式根據(jù)刀庫的容量和取刀的方式，可以將刀庫設計成各種形式。常見的形式有如下幾種。（一）直線刀庫刀具在刀庫中是直線排列，如圖6-8a）所示。其結(jié)構(gòu)簡單，刀庫容量小，一般可容納812把刀具，故較少使用。此形式多見于自動

12、換刀數(shù)控車床，在數(shù)控鉆床上也采用過此形式。（二）圓盤刀具此形式存刀具少則68把，多則5060把，其中有多種形式。（1）如圖6-8b）所示的刀庫中，刀具徑向布局，占有較大空間，刀庫位置受限制，一般置于機床立柱上端，其換刀時間較短，使整個換刀裝置較簡單。（2）如圖6-8c）所示的刀庫中，刀具軸向布局，常置于主軸側(cè)面。刀庫軸心線可垂直放置，也可以水平放置，此種形式使用較多。（3）如圖6-8d）所示的刀庫中，刀具與刀庫軸心線成一定角度（小于90º）呈傘狀布置，這可根據(jù)機床的總體布局要求安排刀庫的位置，多斜放于立柱上端，刀庫容量不宜過大。上述三種圓盤刀庫是較常用的形式，其存刀量最多為5060把

13、，存刀量過多，則結(jié)構(gòu)尺寸龐大，與機床布局不協(xié)調(diào)。為進一步擴大存刀量，有的機床使用多圈分布刀具的圓盤刀庫，如圖6-8e）所示；多層圓盤刀庫，如圖6-8f）所示；多排圓盤刀庫，如圖6-8g）所示。多排圓盤刀庫每排4把刀，可整排更換。后三種刀庫形式使用較少。圖6-8 刀庫的各種形式（三）鏈式刀庫鏈式刀庫是較常用的形式。這種刀庫刀座固定在環(huán)形鏈節(jié)上。常用的有單排鏈式刀庫，如圖6-8h）所示。這種刀庫使用加長鏈條，讓鏈條折疊回繞可提高空間利用率，進一步增加存刀量，如圖6-8i）所示。鏈式刀庫結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機床的布局制成各種形狀。同時也可以將換刀位突出以便于換刀。在一定范圍內(nèi)，需要

14、增加刀具數(shù)量時，可增加鏈條的長度，而不增加鏈輪直徑。因此，鏈輪的圓周速度（鏈條線速度）可不增加，刀庫運動慣量的增加可不予考慮。這些為系列刀庫的設計與制造提供了很多方便。一般當?shù)毒邤?shù)量在30120把時，多采用鏈式刀庫。（四）其它刀庫刀庫的形式還有很多,值得一提的是格子箱式刀庫。圖6-8j）所示的為單面式，由于布局不靈活，通常刀庫安置在工作臺上，應用較少。圖6-8k）所示的為多面式，為減少換刀時間，換刀機械手通常利用前一把刀具加工工件的時間，預先取出要更換的刀具（所配數(shù)控系統(tǒng)應具備該項功能）。該刀庫占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，在相同的空間內(nèi)可以容納的刀具數(shù)目較多。但由于它的選刀和取刀動作復雜，現(xiàn)已較少用

15、于單機加工中心，多用于FMS（柔性制造系統(tǒng)）的集中供刀系統(tǒng)。圖6-9 加工工件與刀具數(shù)量的關系三、刀庫的容量刀庫中的刀具并不是越多越好，太大的容量會增加刀庫的尺寸和占地面積，使選刀時間增長。刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。根據(jù)以鉆、銑為主的立式加工中心所需刀具數(shù)的統(tǒng)計，繪制出圖6-9所示的曲線。曲線表明，用10把孔加工刀具可完成70%的鉆削工藝，四把銑刀可完成90%的銑削工藝。據(jù)此可以看出，用14把刀具就可以完成70%以上的鉆銑加工。若是從完成對被加工工件的全部工序進行統(tǒng)計，得到的結(jié)果是，大部分（超過80%）的工件完成全部加工過程只需40把刀具就夠了。因此，從使用角度出發(fā)，刀庫的容量一般取

16、為1040把，盲目地加大刀庫容量，將會使刀庫的利用率降低，結(jié)構(gòu)過于復雜，造成很大浪費。第三節(jié) 刀具系統(tǒng)及刀具選擇一、刀具系統(tǒng)數(shù)控機床所用的刀具，雖不是機床體的組成部分，但它是機床實現(xiàn)切削功能不可分割的部分，提高數(shù)控機床的利用率和生產(chǎn)效率，刀具是一個十分關鍵的因素，應選用適應高速切削的刀具材料和使用可轉(zhuǎn)位刀片。為使刀具在機床上迅速地定位夾緊，數(shù)控機床普遍使用標準的刀具系統(tǒng)。數(shù)控車床、加工中心等帶有自動換刀裝置的機床所用的刀具，刀具與主軸連接部分和切削刃具部分都已標準化、系列化。我國在20世紀70年代制定了鏜銑床用TSG刀具系統(tǒng)及刀柄標準（草案）。TSG刀具系統(tǒng)的刀柄標準為直柄及724錐度的錐柄兩

17、大類。直柄適用于圓柱形主軸孔，錐柄適用于圓錐形主軸孔。TSG刀具系統(tǒng)中還設計了各種錐柄接長桿和各種直柄長桿。二、刀具的選擇方式根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令，刀具交換裝置從刀庫中將所需的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動選刀。自動選擇刀具通常又有順序選擇和任意選擇兩種方式。（一）順序選擇刀具刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序，依次放入刀庫的每一個刀座內(nèi)。每次換刀時，刀庫按順序轉(zhuǎn)動一個刀座的位置，并取出所需要的刀具。已經(jīng)使用過的刀具可以放回到原來的刀座內(nèi)，也可以按順序放入下一個刀座內(nèi)。采用這種方式的刀庫，不需要刀具識別裝置，而且驅(qū)動控制也比較簡單，可以直接由刀庫的分度機構(gòu)來實現(xiàn)。因此刀具的順序選擇

18、方式具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等優(yōu)點。但由于刀庫中刀具在不同的工序中不能重復使用，因而必須相應地增加刀具的數(shù)量和刀庫的容量，這樣就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，人工裝刀操作必須十分謹慎，如果刀具在刀庫中的順序發(fā)生差錯，將造成設備或質(zhì)量事故。（二）任意選擇刀具這種方式是根據(jù)程序指令的要求來選擇所需要的刀具，采用任意選擇方式的自動換刀系統(tǒng)中必須有刀具識別裝置。刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可任意存放。每把刀具（或刀座）都編上代碼，自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具（或刀座）都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。當某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該刀具就被選中，并將刀具送到換刀位置，等待機械手

19、來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關，相同的刀具可重復使用。因此，刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應的小一些。任意選擇刀具法必須對刀具編碼，以便識別。編碼方式主要有三種：1刀具編碼方式 這種方式是采用特殊的刀柄結(jié)構(gòu)進行編碼。由于每把刀具都有自己的代碼，因此，可以存放于刀庫的任一刀座中。這樣刀庫中的刀具在不同的工序中也就可重復使用，用過的刀具也不一定要放回原刀座中，這對裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可以相應的減少，而且還可避免由于刀具存放在刀庫中的順序差錯而造成的事故。圖6-10 刀具編碼的結(jié)構(gòu) 圖6-11 刀座編碼的結(jié)構(gòu)刀具編碼的具體結(jié)構(gòu)如圖6-

20、10所示。在刀柄后端的拉桿上套裝著等間隔的編碼環(huán)，由鎖緊螺母固定。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)直徑有大小兩種，大直徑為二進制的“1”，小直徑的為“0”。通過這兩個圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼。例如由六個大小直徑的圓環(huán)便可組成能區(qū)別63（26-1=63）種刀具的編碼。通常全部為0的代碼不許使用，以避免與刀座中沒有刀具的狀況相混淆。為了便于操作者的記憶和識別，也可采用二-八進制編碼來表示。2刀座編碼方式 這種編碼方式對刀庫中的每個刀座都進行編碼，刀具也編碼，并將刀具放到與其號碼相符的刀座中。換刀時刀庫旋轉(zhuǎn)。使各個刀座依次經(jīng)過識刀器，直至找到規(guī)定的刀座，刀座便停止旋轉(zhuǎn)。由于

21、這種編號方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大為簡化。因此，刀具識別裝置的結(jié)構(gòu)不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在較適當?shù)奈恢谩Ａ硗猓谧詣訐Q刀過程中，必須將用過的刀具放回原來的刀座中，增加了換刀動作。與順序選擇刀具的方式相比，刀座編碼方式的突出特點是刀具在加工過程中可以重復使用。圖6-11所示為圓盤刀庫的刀座編碼裝置。圖中在圓盤的圓周上均布若干個刀座識別裝置。刀座編碼的識別原理與上述刀具編碼原理完全相同。1 編碼附件方式 編碼附件方式可分為編碼鑰匙、編碼卡片、編碼桿和編碼盤等，其中應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的編碼鑰匙，當把各刀具存放到刀庫中時，將編碼鑰匙插進

22、刀座旁邊的鑰匙孔中，這樣就把鑰匙的號碼轉(zhuǎn)記到刀座中，給刀座編上了號碼。識別裝置可以通過識別鑰匙上的號碼來選取該鑰匙旁邊刀座中的刀具。編碼鑰匙的形狀如圖6-12所示，圖中鑰匙的兩邊最多可帶有22個方齒，圖中除導向用的兩個方齒外，共有20個凸出或凹下的位置，可區(qū)別99999把刀具。圖6-13為編碼鑰匙孔的剖面圖，圖中鑰匙沿著水平方向的鑰匙縫插入鑰匙孔座，然后順時針方向旋轉(zhuǎn)90º，處于鑰匙代碼突起的第一彈簧接觸片被撐起，表示代碼“1”；處于代碼凹處的第二彈簧接觸片保持原狀，表示代碼“0”。由于鑰匙上每個凸凹部分的旁邊各有相應的炭刷，故可將鑰匙各個凸凹部分識別出來，即識別出相應的刀具。圖6-

23、12 編碼鑰匙 圖6-13 編碼鑰匙孔的剖面圖這種編碼方式稱為臨時性編碼，因為從刀座中取出刀具時，刀座中的編碼鑰匙也取出，刀座中原來的編碼便隨之消失。因此，這種方式具有更大的靈活性。采用這種編碼方式用過的刀具必須放回原來的刀座中。三、刀具識別裝置刀具(刀座)識別裝置是可任意選擇刀具的自動換刀系統(tǒng)中的重要組成部分,常用的有以下兩種。圖6-14 接觸式刀具識別裝置的原理（一）接觸式刀具識別裝置接觸式刀具識別裝置的原理如圖6-14所示。在刀柄上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)，規(guī)定大直徑的環(huán)表示二進制的“1”，小直徑的環(huán)表示“0”，圖中編碼環(huán)有5個，在刀庫附近固定一刀具識別裝置，從中伸出幾個觸針，觸針數(shù)量與

24、刀柄上的編碼環(huán)個數(shù)相等。每個觸針與一個繼電器相連，當編碼環(huán)是大直徑時與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“1”。當編碼環(huán)是小直徑時與觸針不接觸，繼電器不通電，其數(shù)碼為“0”。當各繼電器都出的數(shù)碼與所需刀具的編碼一致時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉(zhuǎn)，等待換刀。接觸式刀具識別裝置的結(jié)構(gòu)簡單，但由于觸針有磨損，故其壽命較短，可靠性較差，且難于快速選刀。（二）非接觸式刀具識別裝置非接觸式刀具識別裝置沒有機械直接接觸，因而無磨損、無噪聲、壽命長、反應速度快，適應于高速、換刀頻繁的工作場合。常用的識別裝置方法有磁性識別法和光電識別法。1 非接觸式磁性識別法 磁性識別法是利用磁性材料和非磁性材料的磁感應強弱的

25、不同，通過感應線圈讀取代碼。其編碼環(huán)的直徑相等，分別由導磁材料（如軟鋼）和非導磁材料（如黃銅、塑料等）制成，并規(guī)定前者編碼為“1”，后者編碼為“0”。圖6-16所示為一種用于刀具編碼的磁性識別裝置。圖中刀柄上裝有非導磁材料編碼環(huán)和導磁材料編碼環(huán)，與編碼環(huán)相對應的有一組檢測線圈組成的非接觸式識別裝置。在檢測線圈的一次線圈中輸入交流電壓時，如編程環(huán)為導磁材料，則磁感應較強，能在二次線圈中產(chǎn)生較大的感應電壓。如編程環(huán)為非導磁材料，則磁感應較弱，在二次線圈中感應的電壓就較弱。利用感應電壓的強弱，就能識別刀具的號碼。當編碼的號碼與指令刀號相符時，控制電路便發(fā)出信號，使刀庫停止運轉(zhuǎn)，等待換刀。圖6-15

26、非接觸式磁性識別原理圖 圖6-16 光導纖維刀具識別原理圖2 非接觸式光電識別法 非接觸式光電識別法是利用光導纖維良好的光傳導特性，采用多束光導纖維構(gòu)成閱讀法。用靠近的二束光導纖維來閱讀二進制編碼的一位時，其中一束將光源投到能反光或不能反光（被涂黑）的金屬表面上，另一束光導纖維將反射光送至光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，以判斷正對這二束光導纖維的金屬表面有無反射光，有反射光時（表面光亮）為“1”，無反射時（表面涂黑）為“0”，如圖6-16b）所示。在刀具的某個磨光部位按二進制規(guī)律涂黑或不涂黑，就可給刀具編上號碼。正當中的一小塊反光部分用來發(fā)出同步增長信號。閱讀頭端面如圖6-16a)所示，共用的投光射

27、出面為一矩形框，中間嵌進一排共9個圓形的受光入射面。當閱讀頭端面正對刀具編碼部位，沿箭頭方向相對運動時，在同步信號的作用下，可將刀具編碼讀入，并與給定的刀具號進行比較而選刀。第四節(jié) 刀具交換裝置一、刀具交換方式數(shù)控機床的自動換刀裝置中，實現(xiàn)刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式和它們的具體結(jié)構(gòu)對機床的生產(chǎn)率和工作可靠性有著直接的影響。刀具的交換方式很多，一般可分為以下兩大類。（一）無機械手換刀無機械手換刀，是由刀庫和機床主軸的相對運動實現(xiàn)的刀具交換。換刀時，必須首先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不可能同時進行，因此，換刀時間長。圖6-

28、5所示的數(shù)控立式鏜銑床就是采用這種換刀方式的實例。它的選刀和換刀由三個坐標軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來完成，因此每交換一次刀具，工作臺和主軸箱就必須沿著三個坐標軸作兩次來回運動，因而增加了換刀時間。另外，由于刀庫置于工作臺上，減少了工作臺的有效使用面積。（二）機械手換刀 由于刀庫及刀具交換方式的不同，換刀機械手也有多種形式。因為機械手換刀有很大的靈活性，而且還可以減少換刀時間，應用最為廣泛。在各種類型的機械手中，雙臂機械手全面地體現(xiàn)了以上優(yōu)點，圖6-17所示為雙臂機械手中最常見的幾種結(jié)構(gòu)形式，分別是鉤手，如圖6-17a）所示；抱手，如圖6-17b）所示；伸縮手，如圖6-17c）所示；杈手，如圖6-17d

29、）所示。這幾種機械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、插刀以及返回等全部動作。為了防止刀具掉落，各機械手的活動爪都必須帶有自鎖結(jié)構(gòu)。雙臂回轉(zhuǎn)機械手（圖6-17a）、b)、c)）的動作比較簡單，而且能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間可以進一步縮短。圖6-17d）所示的雙臂回轉(zhuǎn)機械手，雖不是同時抓取主軸和刀庫中的刀具，但是換刀準備時間及將刀具送回刀庫的時間（圖中實線所示位置）與機械加工時間重合，因而換刀（圖中雙點劃線所示位置）時間較短。圖6-17 雙臂機械手常見的結(jié)構(gòu)形式二、機械手形式在自動換刀數(shù)控機床中，機械手的形式也是多種多樣，常見的有以下幾種形式。1單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手

30、的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來進行自動換刀，其手臂上只有一個卡爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均靠這個卡爪來裝刀及卸刀，因此換刀時間較長，如圖6-18a）所示。2單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手的手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪有所分工。一個卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務，另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務。其換刀時間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機械手要少，如圖6-18b）所示。圖6-18 機械手的形式3雙臂回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手的兩臂上各有一個卡爪，兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180°后又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。這種機械手換刀時間較以上兩種單臂機械手均短，是最

31、常用的一種形式。圖6-18c）右邊的機械手在抓取或?qū)⒌毒咚腿氲稁旒爸鬏S上，兩臂可伸縮。4雙機械手這種機械手相當于兩個單臂單爪機械手，它們互相配合進行自動換刀。其中一個機械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個由刀庫中取出“新刀”裝入機床主軸，圖6-18d）所示。5雙臂往復交叉式機械手這種機械手的兩手臂可以往復運動，并交叉成一定的角度。一個手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個手臂由刀庫中取出“新刀”裝入主軸。整個機械手可沿某導軌直線移動或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)由刀庫與主軸間的運刀工作，如圖6-18e）所示。6雙臂端面夾緊式機械手這種機械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機械手均靠夾緊刀柄

32、的外圓表面來抓取刀具，這種機械手則是靠夾緊刀柄的兩個端面來抓取的，如圖6-18f）所示。三、機械手夾持結(jié)構(gòu)在換刀過程中，由于機械手抓住刀柄要作快速回轉(zhuǎn)，要作拔、插刀具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準主軸上的驅(qū)動鍵。因此，機械手的夾持部分要十分可靠，并保證有適當?shù)膴A緊力，其活動爪要有鎖緊裝置，以防止刀具在換刀過程中轉(zhuǎn)動脫落。機械手夾持刀具的方法有以下兩種。（一）柄式夾持柄式夾持，也稱軸向夾持或V形槽夾持。其刀柄前端有V形槽，供機械手夾持用，目前我國數(shù)控機床較多采用這種夾持方式。機械手手掌結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6-19所示。它由固定爪及活動爪組成，活動爪可繞軸回轉(zhuǎn)，其一端在彈簧柱塞的作用下，支靠在擋銷上，調(diào)整螺釘以保持手掌適當?shù)膴A緊力，鎖緊銷使活動爪牢固地夾持刀柄，防止刀具在交換過程中松脫。鎖緊銷還可軸向移動，使活動爪放松，以便杈刀從刀柄V形槽中退出。圖6-19 機械手手掌結(jié)構(gòu)示意圖圖6-20 法蘭盤夾持原理圖（二）法蘭盤式夾持法蘭盤式夾持，也稱徑向夾持或碟式夾持，如圖6-20所示。刀柄的前端有供機械手夾持的法蘭盤，如圖6-20a)