機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用6-4

1、6.4 自動(dòng)換刀裝置n自動(dòng)換刀裝置的作用n無(wú)自動(dòng)換刀功能的數(shù)控機(jī)床只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，其加工效率的提高受到一定的限制，特別是對(duì)于占輔助時(shí)間較長(zhǎng)的刀具交換和刀具尺寸調(diào)整、對(duì)刀等還需要手動(dòng)完成。n目前，自動(dòng)換刀裝置已廣泛用于鏜銑床、銑床、鉆床、車床、組合機(jī)床及其他機(jī)床上。使用自動(dòng)換刀裝置再配合精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、不僅擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床的使用范圍，還可使加工效率得到了大大提高，同時(shí)，由于零件一次安裝可以完成多工序加工，減少了零件安裝定位次數(shù)和裝夾誤差，從而進(jìn)一步提高了加工精度。 6.4 自動(dòng)換刀裝置n自動(dòng)換刀裝置n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。n自動(dòng)換刀裝置所必

2、須具備的功能n必須能夠存放一定數(shù)量的刀具；n換刀時(shí)間短；n刀具重復(fù)定位精度高；n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、可靠性高是對(duì)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置的基本要求。n其中，特別是自動(dòng)換刀裝置的可靠性，對(duì)于自動(dòng)換刀機(jī)床來(lái)說顯得尤其重要。 6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類n自動(dòng)換刀裝置根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)可分為回轉(zhuǎn)刀架式、轉(zhuǎn)塔式、無(wú)機(jī)械手式和有機(jī)械手式自動(dòng)換刀裝置。n回轉(zhuǎn)刀架式：在數(shù)控車床上，由于工件安裝于主軸上，刀具只需在刀架上進(jìn)行交換即可，它不涉及到主軸和刀架間的刀具交換問題，因此，換刀裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式比較單一，通常都使用回轉(zhuǎn)刀架進(jìn)行換刀。6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類n在加工中心上，由于刀具被安裝于主軸上，換刀必須在主

3、軸和刀庫(kù)之間進(jìn)行，為此，必須設(shè)計(jì)專門的自動(dòng)換刀裝置和刀庫(kù)，其刀具的交換方式通?？梢苑譃闊o(wú)機(jī)械手換刀和帶機(jī)械手換刀兩大類。n無(wú)機(jī)械手換刀方式是通過刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，結(jié)合刀庫(kù)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換的方法。這種換刀方式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，不需要專門的換刀機(jī)械手。但其缺點(diǎn)是刀具交換的時(shí)間較長(zhǎng)，刀具數(shù)量不宜過多，刀庫(kù)的布局也受到局限，通常在小型加工中心上使用較多。n機(jī)械手換刀是利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)主軸和刀庫(kù)間刀具交換的方式。它可以克服無(wú)機(jī)械手換刀的缺點(diǎn)，刀具交換速度快，刀具數(shù)量多，刀庫(kù)布局靈活，使用范圍廣。但其結(jié)構(gòu)通常較復(fù)雜，制造成本高。6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類6.4.1自動(dòng)換刀裝置

4、的分類n（1）刀架抬起 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動(dòng)機(jī) 1起動(dòng)正轉(zhuǎn)，并經(jīng)聯(lián)軸器 2使蝸桿 3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸輪絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架體 7的內(nèi)孔加工有螺紋與絲杠聯(lián)結(jié)，蝸輪4與絲杠為整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)蝸輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于刀架底座5和刀架體 7上的端面齒處于嚙合狀態(tài)，且蝸輪絲杠軸向固定，因此刀架體 7抬起 。6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類n（2）刀架轉(zhuǎn)位 當(dāng)?shù)都芴鹬烈欢ǖ木嚯x后，端面齒脫，轉(zhuǎn)位套9用銷釘與蝸輪絲杠4聯(lián)結(jié)，隨蝸輪絲杠一同轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)端面齒完全脫開時(shí)，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過 160，球頭銷 8在彈簧力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位 ；6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類n（3）刀架定位 刀架體7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶

5、動(dòng)電刷座 10轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的位置時(shí)，粗定位銷 15在彈簧力的作用下進(jìn)入粗定位盤6的槽中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷13接觸導(dǎo)體使電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)。由于粗定位槽的限制，刀架體 7不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合實(shí)現(xiàn)精確定位 ；6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類n（4）刀架壓緊 刀架精確定位后，電動(dòng)機(jī)1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當(dāng)兩端面齒增加到一定夾緊力時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成一次換刀過程。6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類n2.轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置n在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭換刀是一種簡(jiǎn)單的換刀方式，主軸頭通常有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來(lái)更換主軸頭以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換

6、刀，各個(gè)主軸頭上預(yù)先裝有各工序加工所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當(dāng)收到換刀指令時(shí)，各主軸頭依次轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運(yùn)動(dòng)使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動(dòng)脫開。6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類n轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：n省去了自動(dòng)松夾、卸刀裝刀、夾緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作，明顯地減少了換刀時(shí)間，提高了換刀的可靠性；n轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的缺點(diǎn)是：n但是由于結(jié)構(gòu)上的原因和空間位置的限制，主軸的數(shù)目不可能很多。因此，轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀通常只適用于工序較少、精度要求不太高的數(shù)控機(jī)床，例如數(shù)控銑床。 6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類3.帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置 目前大量使用的是帶有刀庫(kù)

7、的自動(dòng)換刀裝置。由于有刀庫(kù)，加工中心只需要一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的主軸。當(dāng)需要某一刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，將該刀具自動(dòng)地從刀庫(kù)交換到主軸上，切削完畢后又將用過的刀具自動(dòng)地從主軸上放回刀庫(kù)。 由于換刀過程是在各個(gè)部件之間進(jìn)行的，所以要求參與換刀的各部件的動(dòng)作必須準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。這種換刀方式的主軸不像轉(zhuǎn)塔式換刀機(jī)構(gòu)那樣受限制，因此主軸剛度可以提高，還有利于提高加工精度和加工效率。而且刀具的存儲(chǔ)容量增多，有利于加工復(fù)雜零件。刀庫(kù)還可離開加工區(qū)，消除了很多不必要的干擾。帶有刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置可分為無(wú)機(jī)械手換刀裝置和有機(jī)械手換刀裝置兩類。6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類 無(wú)機(jī)械手的換刀裝置一般把刀庫(kù)放在主軸箱可以運(yùn)動(dòng)到

8、的位置，即整個(gè)刀庫(kù)或刀庫(kù)的某一刀位能移動(dòng)到主軸箱可以到達(dá)的位置。刀庫(kù)中刀具的存放方向一般與主軸箱的裝刀方向一致。換刀時(shí)通過主軸和刀庫(kù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行換刀動(dòng)作，利用主軸取走或放回刀具。 無(wú)機(jī)械手換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，換刀的可靠性也較高。其缺點(diǎn)是由于結(jié)構(gòu)所限刀庫(kù)的容量不大，且換刀時(shí)間較長(zhǎng)（一般需要1020s）。因此，多為中、小型加工中心采用。6.4.1自動(dòng)換刀裝置的分類 有機(jī)械手的換刀裝置一般由機(jī)械手和刀庫(kù)組成。其刀庫(kù)的配置、位置及數(shù)量的選用要比無(wú)機(jī)械手的換刀系統(tǒng)靈活得多。它可以根據(jù)不同得要求配置不同形式得機(jī)械手，可以采用單臂、雙臂機(jī)械手，或采用配置主機(jī)械手和輔助機(jī)械手得形式。 它能夠配

9、備多至數(shù)百把刀具得刀庫(kù)，換刀時(shí)間可縮短到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。因此目前大多數(shù)加工中心都配有帶機(jī)械手的換刀裝置。由于刀庫(kù)位置和機(jī)械手換刀動(dòng)作的不同，其自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。6.4.2 刀庫(kù) 刀庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)加工刀具及輔助工具。由于多數(shù)加工中心的取送刀位置都是在刀庫(kù)中得某一固定刀位，因此刀庫(kù)還需要有使刀具運(yùn)動(dòng)及定位的機(jī)構(gòu)，以保證換刀的可靠進(jìn)行。使刀具運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力可采用伺服電動(dòng)機(jī)。 刀具的定位機(jī)構(gòu)用來(lái)保證要更換的每一把刀具和刀套都能準(zhǔn)確地停在換刀位置上，其控制部分可以采用簡(jiǎn)易位置控制器，或類似半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的伺服位置控制，也可以采用電氣和機(jī)械相結(jié)合的銷定位方式，一般要求其綜合定位精度達(dá)到0.10.

10、5mm即可。6.4.2 刀庫(kù)n1.刀庫(kù)類型 右圖所示為幾種典型的刀庫(kù) 刀庫(kù)可分為圓盤式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)、箱格式刀庫(kù)。圓庫(kù)式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也較多。但由于刀具采用環(huán)形排列，空間利用率低。因此出現(xiàn)了將刀具在盤中采用雙環(huán)或 多環(huán)排列的形式，以增加空間利用率。但這樣使刀庫(kù)的外徑擴(kuò)大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也增大，選刀時(shí)間較長(zhǎng)。因此，圓盤式刀庫(kù)一般用于刀具容量較小的刀庫(kù)。6.4.2 刀庫(kù) 鏈?zhǔn)降稁?kù)的結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫(kù)容量較大，鏈的形狀可以根據(jù)機(jī)床的布局配置，也可將換刀位突出以利于換刀。當(dāng)必須增加鏈?zhǔn)降稁?kù)的刀具容量時(shí)，只需增加鏈條的長(zhǎng)度，在一定范圍內(nèi)，無(wú)需變更刀庫(kù)的線速度及慣量。一般刀具數(shù)量為30 120把時(shí)都采用鏈?zhǔn)降稁?kù)

11、。 箱體格刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，有線型和箱型兩種。線型刀庫(kù)一般用于無(wú)機(jī)械手換刀裝置，箱型刀庫(kù)一般容量比較大，往往用于加工單元式加工中心。 另外，按設(shè)置部位的不同刀庫(kù)可以分為頂知識(shí)、側(cè)置式、懸掛式和落地式等多種類型。按交換刀具還是交換主軸，刀庫(kù)可分為普通刀庫(kù)（簡(jiǎn)稱為刀庫(kù)）和主軸箱刀庫(kù)。6.4.2 刀庫(kù)n2.刀庫(kù)的容量 確定刀庫(kù)的容量首先要考慮加工工藝的需要。對(duì)15000種工件按成組技術(shù)進(jìn)行的分析表明，各種加工所必須的刀具數(shù)是：4把銑刀可完成95%左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70%的鉆削工藝，因此，14把刀的容量就可完成70%以上的工件鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計(jì)，則

12、80%的工件（中等尺寸，復(fù)雜程度一般）完成全部加工任務(wù)所需的刀具數(shù)為40種以下。所以對(duì)于一般的中、小型立式加工中心，配有14 30把刀具庫(kù)就能夠滿足70% 95%工件的加工需要。6.4.2 刀庫(kù)n3.鏈?zhǔn)降稁?kù) 鏈?zhǔn)降稁?kù)是目前使用最多的一種刀庫(kù)形式，由一個(gè)主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)裝有刀套的鏈條移動(dòng)而構(gòu)成刀庫(kù)。這種刀庫(kù)的一般結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)套筒滾子鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，如右圖。6.4.2 刀庫(kù) 主動(dòng)鏈輪由伺服電動(dòng)機(jī)通過蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)。導(dǎo)向輪一般做成光輪，圓周表面進(jìn)行硬化處理。兼起張緊輪作用的左側(cè)兩個(gè)導(dǎo)輪的輪座必須帶有導(dǎo)向槽（或?qū)蜴I），以免松開螺釘時(shí)輪座位置歪扭，從而給張緊調(diào)節(jié)帶來(lái)麻煩。回零撞塊可以裝在鏈條的任意位置，而回零

13、開關(guān)則安裝在便于調(diào)整的地方。調(diào)整回零開關(guān)位置，可使刀套準(zhǔn)確地停在換刀機(jī)械手的抓刀位置上。這時(shí)處于機(jī)械手抓刀位置的刀套的編號(hào)為1號(hào)，然后依次編上其他刀號(hào)。 如果刀套不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上，將會(huì)使換刀機(jī)械手抓刀不準(zhǔn)，以致?lián)Q刀時(shí)發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此，刀套的準(zhǔn)停問題是影響換刀動(dòng)作可靠性的重要因素之一。為了確保刀套準(zhǔn)確地停在換刀位置上，可采用定位盤準(zhǔn)停方式，由液壓油缸推動(dòng)的定位插銷插入定位盤的定位槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)刀套的準(zhǔn)停，如右圖。6.4.2 刀庫(kù)n4.刀庫(kù)的選刀方式 現(xiàn)代加工中心的刀庫(kù)目前使用的選刀方式有刀套號(hào)與刀具號(hào)隨機(jī)變換方式和刀具號(hào)與刀座號(hào)固定對(duì)應(yīng)方式兩種。 刀套號(hào)與刀具號(hào)隨機(jī)變換方式是目前最普遍采用

14、的方式。第一次給刀庫(kù)裝刀時(shí)，高速控制系統(tǒng)刀庫(kù)中的每個(gè)刀庫(kù)號(hào)和該刀套上的刀具號(hào)，刀具在使用中不一定被送到原來(lái)的刀套上，但是控制系統(tǒng)仍能記住該刀具號(hào)所在的新刀套號(hào)。 這種方式有利于縮短換刀、選刀時(shí)間。由于這種方式經(jīng)常改變刀具號(hào)與刀套的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以在重新啟動(dòng)機(jī)床時(shí)必須使刀庫(kù)回零，校驗(yàn)一下顯示器上顯示的內(nèi)容與實(shí)際刀具的插存情況。6.4.2 刀庫(kù) 在刀具號(hào)與刀座號(hào)固定對(duì)應(yīng)方式中，插在刀套上的刀具使用后仍還到原來(lái)的刀套上，即刀具號(hào)與刀套號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系始終不變。這種方式的好處在于易于掌握刀具情況，可以安放較大直徑的刀具。但是在這種方式中，用完的刀具必須送還給原來(lái)的刀套后才能將下一個(gè)要用的刀具移動(dòng)到換刀位置，

15、這勢(shì)必會(huì)增加換刀時(shí)間。 刀庫(kù)選刀方式一般采用“近路”移動(dòng)原則，即無(wú)論采取哪種選刀方式，在根據(jù)程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時(shí)，都要向小于刀庫(kù)半圈的方向移動(dòng)，以節(jié)省選刀時(shí)間。6.4.3 機(jī)械手n1.機(jī)械手的形式與種類（1）單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，如圖a。這種機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀，手臂上只有一個(gè)夾爪，不論在刀庫(kù)上或主軸上，均靠這個(gè)夾爪裝刀及卸刀，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)。（2）單臂雙爪擺動(dòng)式機(jī)械手，如圖b。這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)夾爪，這兩個(gè)夾爪有所分工，一個(gè)夾爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)的任務(wù)，而另一個(gè)夾爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間較單爪回

16、轉(zhuǎn)式機(jī)械手要少。6.4.3 機(jī)械手（3）雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，如圖c。這種機(jī)械手的手臂兩端各有一個(gè)夾爪，這兩個(gè)夾爪可同時(shí)抓取刀庫(kù)及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180后又同時(shí)將刀具放回刀庫(kù)及裝入主軸。換刀時(shí)間較以上兩種單臂機(jī)械手均短，是最常用的一種形式。圖右邊的機(jī)械手在抓取刀具或?qū)⒌毒咚腿氲稁?kù)及主軸時(shí)，其兩臂可伸縮。（4）雙機(jī)械手，如圖d。這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，它們相互配合進(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)取出“新刀”裝入機(jī)床主軸。6.4.3 機(jī)械手（5）雙臂往復(fù)式機(jī)械手，如圖e。這種機(jī)械手的兩臂可以往復(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

17、刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)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)與主軸間的運(yùn)刀運(yùn)動(dòng)。（6）雙臂端面夾緊式機(jī)械手，如圖f。這種機(jī)械手只是在夾緊部位與上述幾種不同。前幾種機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面抓取刀具，而這種機(jī)械手則夾緊刀柄的兩個(gè)端面。6.4.3 機(jī)械手n2.雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的拔刀、插刀動(dòng)作大都由油缸完成。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求可以采取“油缸動(dòng)、活塞固定”或“活塞動(dòng)、油缸固定”的結(jié)構(gòu)形式。它的手臂的回轉(zhuǎn)動(dòng)作通過活塞帶動(dòng)齒條齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其機(jī)械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度，是由活塞的可調(diào)行程來(lái)保證的。右圖所示為這種形式的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)。 這種機(jī)械手采用了液

18、壓裝置，液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手需要嚴(yán)格的密封，還需較復(fù)雜的緩沖機(jī)構(gòu)?？刂茩C(jī)械手動(dòng)作的電磁閥都有一定的時(shí)間常數(shù)，因而換刀速度較慢。6.4.3 機(jī)械手 近年來(lái)出現(xiàn)了凸輪聯(lián)動(dòng)式單臂雙爪機(jī)械手，其工作原理如右圖所示。 這種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，不需較復(fù)雜的液壓系統(tǒng)及密封、緩沖機(jī)構(gòu)，沒有漏油現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。同時(shí)，機(jī)械手手臂的回轉(zhuǎn)，插刀、拔刀的分解動(dòng)作是聯(lián)動(dòng)的，部分時(shí)間可重疊，從而大大縮短了換刀時(shí)間。 另一種雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手是雙臂雙爪、手臂回轉(zhuǎn)軸與主軸成45的機(jī)械手。這種機(jī)械手的換刀動(dòng)作可靠，換刀時(shí)間短。缺點(diǎn)是刀柄精度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機(jī)械手離加工區(qū)較近等。6.4.3 機(jī)

19、械手n3.手爪的形式 單臂雙爪式機(jī)械手的手爪一般采用機(jī)械鎖刀方式手爪彈簧銷式手爪。 右圖所示為鉗形手的杠桿手爪。圖中的鎖銷2在彈簧作用下，其大直徑外圓頂住退銷3，杠桿手爪6就不能擺動(dòng)張開，其中的刀具就不會(huì)被甩出。當(dāng)抓刀和換刀時(shí)，鎖銷2被裝在刀庫(kù)和主軸端部的撞塊壓回，止退銷3和杠桿手爪6能夠擺動(dòng)而放開，刀具能裝入和取出。這種手爪的抓刀運(yùn)動(dòng)均為直線運(yùn)動(dòng)。6.5 其他輔助裝置n6.5.1 數(shù)控機(jī)床的液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)n1.液壓和氣動(dòng)裝置在數(shù)控機(jī)床中的功能 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床除數(shù)控系統(tǒng)外還需要配備液壓和氣動(dòng)裝置，來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行功能。數(shù)控機(jī)床所用的液壓和氣動(dòng)裝置應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，易于控制和調(diào)節(jié)。 由

20、于液壓傳動(dòng)裝置使用工作壓力高的油性介質(zhì)，因此機(jī)構(gòu)出力大，機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)可靠，易于調(diào)節(jié)，噪音較小。但要配置油泵和油箱，當(dāng)油液滲漏時(shí)會(huì)污染環(huán)境。 而氣動(dòng)裝置的氣源容易獲得，機(jī)床可以不必再單獨(dú)配送動(dòng)力源，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作介質(zhì)不污染環(huán)境，工作速度塊，動(dòng)作頻率高，適合于頻繁啟動(dòng)的輔助工作。它在過載時(shí)也比較安全，不易發(fā)生過載損壞機(jī)件等事故。6.5.1 數(shù)控機(jī)床的液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)液壓和氣動(dòng)裝置在機(jī)床中的輔助功能：（1）自動(dòng)換刀所需的動(dòng)作（2）機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的平衡（3）機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的制動(dòng)和離合器的控制（4）機(jī)床的潤(rùn)滑冷卻（5）機(jī)床防護(hù)罩、板、門的自動(dòng)開關(guān)（6）工作臺(tái)的松開夾緊（8）工件、工具定位面，交換

21、工作臺(tái)自動(dòng)吹屑清理定位基準(zhǔn)面功能。6.5.1 數(shù)控機(jī)床的液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)n2.液壓系統(tǒng)的組成完整的液壓系統(tǒng)一般由以下幾部分組成：（1）能源部分。包括液壓泵裝置和蓄能器。它們能夠輸出壓力油，把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，并儲(chǔ)存起來(lái)。（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。液壓油缸、液動(dòng)機(jī)等。用來(lái)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件，將液體壓力能轉(zhuǎn)變成使工作部件運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。（3）控制部分。各種壓力閥。用于控制流體的壓力、流量和流動(dòng)方向，從而控制執(zhí)行部件的作用力、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向。也可以用來(lái)卸載，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)等。（4）輔件部分。系統(tǒng)中除上述三部分以外的其他元件。如油箱、壓力表、濾油器、管路、管接頭、加熱器和冷卻器等。右圖所示為常用的液

22、壓系統(tǒng)組成圖。6.5.1 數(shù)控機(jī)床的液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)下圖所示為立式加工中心輔助結(jié)構(gòu)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。6.5.2 排屑裝置n1.排屑裝置在數(shù)控系統(tǒng)中的作用 數(shù)控機(jī)床使機(jī)械加工的效率大為提高，單位時(shí)間內(nèi)數(shù)控機(jī)床的金屬切削用量大大高于普通機(jī)床，這使工件上的多余金屬變成切削后所占的空間也成倍增大。這些切削占用加工區(qū)域，如果不及時(shí)排除必然會(huì)覆蓋或纏繞在工件和刀具上，使自動(dòng)加工無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。此外，熾熱的切削向機(jī)床或工件散發(fā)熱量，使機(jī)床或工件產(chǎn)生變形，影響加工的精度。 因此迅速、有效地排除切屑對(duì)數(shù)控機(jī)床加工來(lái)說十分重要，而排屑裝置正是完成該工作的必備附屬裝置。排屑裝置的主要作用是將切屑從加工區(qū)域排出到數(shù)控機(jī)床之

23、外。另外，機(jī)床上的切屑中往往混合著切削液，排屑裝置必須將切屑從其中分離出來(lái)，送入切屑收集箱（車）內(nèi)，而將切削液回收到冷卻液箱。6.5.2 排屑裝置n2.排屑裝置的種類 目前，排屑裝置的工作可靠性和自動(dòng)化程度，隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。各主要工業(yè)國(guó)家都已研究開發(fā)了各種類型的排屑裝置，并廣泛應(yīng)用在各類數(shù)控機(jī)床上。這些裝置已逐步標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，并由專業(yè)工廠生產(chǎn)。 選擇數(shù)控機(jī)床排屑裝置的結(jié)構(gòu)和工作形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)床的種類、規(guī)格、加工工藝特點(diǎn)、工件的材質(zhì)和使用的冷卻液種類等來(lái)進(jìn)行。下圖所示是幾種常見的排屑裝置。6.5.2 排屑裝置（1）平板鏈?zhǔn)脚判佳b置（如圖a ）。該裝置以滾動(dòng)鏈輪牽引鋼質(zhì)平板鏈

24、帶在封閉箱中運(yùn)轉(zhuǎn)，加工中的切屑落到鏈帶上而被帶出機(jī)床。這種裝置能排除各種各種形狀的切屑，適應(yīng)性強(qiáng)，各類機(jī)床都能采用。在車床上使用時(shí)多與機(jī)床的冷卻液合為一體，以簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)。（2）刮板式排屑裝置（如圖b）。該裝置的傳動(dòng)原理與平板鏈?zhǔn)降幕鞠嗤?，只是鏈板不同，它的鏈板帶有刮板。這種裝置常用于輸送各種材料的短小切屑，排屑能力較強(qiáng)。但因負(fù)載大而需采用大功率的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。6.5.2 排屑裝置（3）螺旋式排屑裝置（如圖b）。該裝置采用電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速裝置驅(qū)動(dòng)安裝在溝槽中的長(zhǎng)螺旋桿。螺旋桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，溝槽中的切屑即被螺旋桿推動(dòng)而連續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，最終排入切屑收集箱中。螺旋桿有兩種形式，一種是用扁型鋼條卷成的螺旋彈簧形

25、式，另一種是在軸上焊接螺旋形鋼板的形式。 螺旋式排屑裝置占用空間小，適于安裝在機(jī)床與立柱間空隙狹小的位置上，而且它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，排屑性能良好。但這種裝置只適于沿水平或小角度傾斜直線方向排運(yùn)切屑，不能大角度傾斜、提升或轉(zhuǎn)向排屑。6.5.2 排屑裝置 另外，排屑裝置的安裝位置一般都盡可能靠近刀具的切削區(qū)域。如車床的排屑裝置一般裝在回轉(zhuǎn)工件的下方，銑床和加工中心的排屑裝置，則裝在床身的回水槽上或工作臺(tái)邊側(cè)位置，以利于簡(jiǎn)化機(jī)床合排屑裝置的結(jié)構(gòu)，減少機(jī)床的占地面積，提高排屑效率。排出的切屑一般都落入切屑收集箱或小車中，有的則直接排入車間排屑系統(tǒng)。6.6 數(shù)控機(jī)床實(shí)例n6.6.1 數(shù)控車床 CK7815型數(shù)控

26、機(jī)床用于加工圓柱形、圓錐形和各種成形回轉(zhuǎn)表面。可車削各種螺紋，對(duì)盤形零件進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸和鏜孔等加工。其外形如圖所示。 機(jī)床為2坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)半閉環(huán)控制。床身1上的導(dǎo)軌5為60傾斜布置，以利于排屑。導(dǎo)軌截面為矩形，剛性很好。床身左端是主軸箱。 主軸由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，故箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單?？梢赃M(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速和恒線速度切削，有利于提高端面加工時(shí)的表面粗糙度等級(jí)，也便于選取最能發(fā)揮刀具切削性能的切削速度。6.6.1 數(shù)控車床 為了快速裝卡工件，主軸尾端帶有液壓夾緊油缸。床身右邊是尾架8，床身上的床鞍溜板導(dǎo)軌與床身導(dǎo)軌橫向平行，也為60布置。上面裝有橫向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)塔刀架。轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)可見右

27、上角的放大部分。刀盤6有三種，即8位、12位小刀盤和12位大刀盤，可以選樣訂貨。 縱向驅(qū)動(dòng)裝置安裝在縱向床身導(dǎo)軌之間，縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)采用直流伺服電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)滾珠絲杠使刀架作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2為光電讀帶機(jī)，3和4是機(jī)床操縱臺(tái)和數(shù)控系統(tǒng)的操作面板。防護(hù)門7可以手動(dòng)或液動(dòng)開閉。液壓油泵及其操縱板位于機(jī)床后面的油箱上。機(jī)床配備有排屑裝置9和封閉式防護(hù)罩。若再配置上、下料的工業(yè)機(jī)器人，就可以形成一個(gè)柔性制造單元。6.6.2 加工中心 TH5632型加工中心是小型立式加工中心，它的外形如右圖所示。圖中8是床身，上有橫向?qū)к?，滑?在上面運(yùn)動(dòng)，為Y軸。6為縱向?qū)к?，為X軸。3是主軸箱，沿立柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)（Z軸）。

28、9是X軸伺服電機(jī)，2為刀庫(kù)，10是換刀機(jī)械手，位于刀庫(kù)和主軸之間。1是數(shù)控柜，5是驅(qū)動(dòng)電源柜，它們位于機(jī)床立柱左右兩側(cè)，4是操縱臺(tái)。 在本機(jī)床上工件一次裝夾后，可自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行銑、鉆、鏜、鉸、擴(kuò)、攻絲等多種工序。適于小型板件、盤類、殼體及模具等小零件的小批量多品種加工。6.6.3 數(shù)控磨床 磨削是精加工工序，常是控制零件某些部位加工質(zhì)量的最終手段。數(shù)控磨床的種類很多，其中數(shù)控外圓磨床的應(yīng)用鉸廣，在數(shù)控磨床中占50以上。普通外圓磨床主要用于磨削圓柱、圓錐面或階梯軸肩的端面。數(shù)控外圓磨床除此之外，還可磨削圓環(huán)面，以及上述各種形式的組合表面。 在進(jìn)給方面，普通外圓磨床一般采用液壓和手輪手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)給，且只能進(jìn)行橫向進(jìn)給和縱向進(jìn)給。數(shù)控外圓磨床除橫向和徑向進(jìn)給外，還可以兩軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行注意角度的進(jìn)給，以及作圓弧運(yùn)動(dòng)等。這些運(yùn)動(dòng)的速度完全數(shù)字化，因此可以選擇最佳的磨削加工工藝參數(shù)。 另外，數(shù)控外圓磨床在磨削量的控制、自動(dòng)測(cè)量控制、修整砂輪和補(bǔ)償?shù)确矫娑加歇?dú)到之處。右圖是一種數(shù)控外圓磨床的結(jié)構(gòu)。6.6.4 數(shù)控齒輪加工機(jī)床 齒輪機(jī)床是加工齒輪輪齒的基本設(shè)備，齒輪機(jī)床的種類很多。圓柱齒輪加工機(jī)床有滾齒機(jī)、插齒機(jī)等；錐齒輪加工機(jī)床有直齒錐齒輪刨齒機(jī)、銑齒機(jī)、拉齒