第八章加工中心自動(dòng)換刀裝置

1、第八章數(shù)控加工中心及其自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)第八章數(shù)控加工中心及其自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)加工中心概念及分類加工中心概念及分類刀工中心刀庫及其分類刀工中心刀庫及其分類刀具識(shí)別裝置刀具識(shí)別裝置標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)主軸的自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)主軸的自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)機(jī)械手換刀機(jī)構(gòu)機(jī)械手換刀機(jī)構(gòu)（本章自學(xué)）（本章自學(xué)） 加工中心概念及分類加工中心概念及分類加工中心是一類新興數(shù)控機(jī)床，床身上配有自動(dòng)換加工中心是一類新興數(shù)控機(jī)床，床身上配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)，并附加有刀具庫。機(jī)床能夠自動(dòng)換刀，零件在刀機(jī)構(gòu)，并附加有刀具庫。機(jī)床能夠自動(dòng)換刀，零件在一次裝卡后，便能自動(dòng)完成要求的各個(gè)工序加工，因而一次裝卡后，便能自動(dòng)完成要求的各個(gè)工序加工，因而減

2、少了零件的裝卸次數(shù)，減少了停機(jī)時(shí)間，并由于使換減少了零件的裝卸次數(shù)，減少了停機(jī)時(shí)間，并由于使換刀的時(shí)間和機(jī)加工時(shí)間重合，提高了生產(chǎn)率和機(jī)床的利刀的時(shí)間和機(jī)加工時(shí)間重合，提高了生產(chǎn)率和機(jī)床的利用率，擴(kuò)大了工藝范圍，提高了加工精度。用率，擴(kuò)大了工藝范圍，提高了加工精度。自動(dòng)換刀的方式大致有三種：自動(dòng)換刀的方式大致有三種：、多主軸轉(zhuǎn)塔頭，（圖）它依靠更換整個(gè)、多主軸轉(zhuǎn)塔頭，（圖）它依靠更換整個(gè)主軸裝置來換刀，轉(zhuǎn)塔本身就是刀庫，按照工序的要求主軸裝置來換刀，轉(zhuǎn)塔本身就是刀庫，按照工序的要求自動(dòng)依次將刀具連同主軸送到工作位置上，并接通傳動(dòng)。自動(dòng)依次將刀具連同主軸送到工作位置上，并接通傳動(dòng)。它的換刀時(shí)間短

3、，不需要在工作時(shí)裝卡刀具，但結(jié)構(gòu)復(fù)它的換刀時(shí)間短，不需要在工作時(shí)裝卡刀具，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刀具容量受到限制，在設(shè)計(jì)多主軸轉(zhuǎn)塔頭時(shí)，還應(yīng)雜，刀具容量受到限制，在設(shè)計(jì)多主軸轉(zhuǎn)塔頭時(shí)，還應(yīng)考慮主軸頭的剛度。考慮主軸頭的剛度。、具有獨(dú)立的刀庫，應(yīng)用機(jī)械手或其它方法實(shí)現(xiàn)、具有獨(dú)立的刀庫，應(yīng)用機(jī)械手或其它方法實(shí)現(xiàn)刀庫和主軸間的刀具交換。見圖。這種裝置主軸刀庫和主軸間的刀具交換。見圖。這種裝置主軸的剛度好，可以采用大容量的刀庫，但停機(jī)換刀時(shí)間比的剛度好，可以采用大容量的刀庫，但停機(jī)換刀時(shí)間比采用主軸轉(zhuǎn)塔頭的換刀方式要長(zhǎng)一些。在換刀時(shí)還需要采用主軸轉(zhuǎn)塔頭的換刀方式要長(zhǎng)一些。在換刀時(shí)還需要主軸能自動(dòng)裝卸刀具。刀庫遠(yuǎn)

4、離主軸時(shí)，還需要刀具的主軸能自動(dòng)裝卸刀具。刀庫遠(yuǎn)離主軸時(shí)，還需要刀具的運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。加工中心概念及分類加工中心概念及分類、上述二種方法的結(jié)合，例如采用雙主軸，（圖），、上述二種方法的結(jié)合，例如采用雙主軸，（圖），當(dāng)一根主軸工作時(shí)，另一根主軸換刀。這種裝置兼有二者之當(dāng)一根主軸工作時(shí)，另一根主軸換刀。這種裝置兼有二者之優(yōu)點(diǎn)，刀庫容量不受限制，換刀時(shí)停機(jī)時(shí)間較短，但主軸剛優(yōu)點(diǎn)，刀庫容量不受限制，換刀時(shí)停機(jī)時(shí)間較短，但主軸剛度稍差。度稍差。 目前，自動(dòng)換刀裝置用得較廣泛的是鉆、銑、鏜類的加目前，自動(dòng)換刀裝置用得較廣泛的是鉆、銑、鏜類的加工中心。在車床和其它機(jī)床上也有應(yīng)用。工中心。在車床和其它機(jī)床

5、上也有應(yīng)用。自動(dòng)換刀機(jī)械通常包括容納刀具的刀庫；提供自動(dòng)夾持自動(dòng)換刀機(jī)械通常包括容納刀具的刀庫；提供自動(dòng)夾持刀具；主軸上刀具的自動(dòng)定位、松卡裝置和交換刀具用的機(jī)刀具；主軸上刀具的自動(dòng)定位、松卡裝置和交換刀具用的機(jī)械手等部分。械手等部分。加工中心概念及分類加工中心概念及分類刀工中心刀庫及其分類刀工中心刀庫及其分類刀庫的主要功能是存放刀具。它將待換刀具送到自動(dòng)換刀刀庫的主要功能是存放刀具。它將待換刀具送到自動(dòng)換刀位置上，并在換刀位置上接受已用畢的刀具。位置上，并在換刀位置上接受已用畢的刀具。一、園盤式刀庫：一、園盤式刀庫：園盤式刀庫上的刀具平行于刀庫的轉(zhuǎn)軸可以有與機(jī)床主軸園盤式刀庫上的刀具平行于刀

6、庫的轉(zhuǎn)軸可以有與機(jī)床主軸垂直的或平行的兩種。刀具在刀庫上面應(yīng)該能夠夾緊，以防止垂直的或平行的兩種。刀具在刀庫上面應(yīng)該能夠夾緊，以防止刀具在刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)脫落。在換刀位置上刀庫應(yīng)鎖緊，而處在換刀具在刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)脫落。在換刀位置上刀庫應(yīng)鎖緊，而處在換刀位置上的刀具則松開。刀位置上的刀具則松開。二、轉(zhuǎn)塔式刀庫：二、轉(zhuǎn)塔式刀庫：轉(zhuǎn)塔刀庫的結(jié)構(gòu)原理與園盤刀庫相同，只是轉(zhuǎn)塔刀庫的刀轉(zhuǎn)塔刀庫的結(jié)構(gòu)原理與園盤刀庫相同，只是轉(zhuǎn)塔刀庫的刀具垂直于刀庫轉(zhuǎn)軸安裝，或者斜向安放。在刀庫回轉(zhuǎn)半徑較大具垂直于刀庫轉(zhuǎn)軸安裝，或者斜向安放。在刀庫回轉(zhuǎn)半徑較大時(shí)，也可以將刀座設(shè)計(jì)成可翻轉(zhuǎn)的。時(shí)，也可以將刀座設(shè)計(jì)成可翻轉(zhuǎn)的。三、鏈?zhǔn)降稁?/p>

7、三、鏈?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁煊涉湈ЫM成，在每個(gè)鏈節(jié)處安一刀座（見圖鏈?zhǔn)降稁煊涉湈ЫM成，在每個(gè)鏈節(jié)處安一刀座（見圖）選刀時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)鏈輪，將待換刀具帶到換刀位置上，鏈?zhǔn)剑┻x刀時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)鏈輪，將待換刀具帶到換刀位置上，鏈?zhǔn)降稁炜赡苡休^大的容量，而且刀庫的容量可以增減。刀庫可能有較大的容量，而且刀庫的容量可以增減。在刀庫容量較大時(shí)，也可以設(shè)計(jì)成多排鏈?zhǔn)?。在刀庫容量較大時(shí)，也可以設(shè)計(jì)成多排鏈?zhǔn)?。刀工中心刀庫及其分類刀工中心刀庫及其分類刀具識(shí)別裝置刀具識(shí)別裝置在容放有幾十把刀具的刀庫上，要根據(jù)控制指令，把所在容放有幾十把刀具的刀庫上，要根據(jù)控制指令，把所需要的刀具送到換刀位置上，必須設(shè)專門的刀具識(shí)別裝置。需要的刀具送

8、到換刀位置上，必須設(shè)專門的刀具識(shí)別裝置。常用的刀具識(shí)別方法有四種：常用的刀具識(shí)別方法有四種：一、順序識(shí)別一、順序識(shí)別順序識(shí)別刀具的方法常用在簡(jiǎn)單自動(dòng)換刀系統(tǒng)中。通常順序識(shí)別刀具的方法常用在簡(jiǎn)單自動(dòng)換刀系統(tǒng)中。通常它的被加工零件的形狀不太復(fù)雜。刀庫容量不大。這種識(shí)別它的被加工零件的形狀不太復(fù)雜。刀庫容量不大。這種識(shí)別法中被使用的刀具根據(jù)零件加工的工藝順序依次放在刀庫的法中被使用的刀具根據(jù)零件加工的工藝順序依次放在刀庫的各個(gè)刀座中，使用時(shí)，刀庫每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀位，就將下一工序各個(gè)刀座中，使用時(shí)，刀庫每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀位，就將下一工序所要的刀具送到換刀位置上，取刀時(shí)，就按此順序依次將刀所要的刀具送到換刀位置上

9、，取刀時(shí)，就按此順序依次將刀取出。取出。這種識(shí)別方法不需要另設(shè)刀具識(shí)別裝置，刀庫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這種識(shí)別方法不需要另設(shè)刀具識(shí)別裝置，刀庫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也簡(jiǎn)單。但在一零件加工過程中，刀具不能重復(fù)使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也簡(jiǎn)單。但在一零件加工過程中，刀具不能重復(fù)使用，要改變加工對(duì)象或同一零件要改變加工工序都需要重新用，要改變加工對(duì)象或同一零件要改變加工工序都需要重新按放刀具，使用受到一定限制。按放刀具，使用受到一定限制。二、刀庫地址識(shí)別：二、刀庫地址識(shí)別：將刀庫中所有的刀座孔編號(hào)，并予先將此編號(hào)相應(yīng)的刀將刀庫中所有的刀座孔編號(hào)，并予先將此編號(hào)相應(yīng)的刀具插入刀座孔中去。刀具和刀座是一一對(duì)應(yīng)的。找刀時(shí)，刀具插入刀座孔

10、中去。刀具和刀座是一一對(duì)應(yīng)的。找刀時(shí)，刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)，刀具識(shí)別裝置依次將經(jīng)過的所有刀座孔編號(hào)讀出，庫轉(zhuǎn)動(dòng)，刀具識(shí)別裝置依次將經(jīng)過的所有刀座孔編號(hào)讀出，并將它與控制系統(tǒng)要求找的刀座孔編號(hào)相比較，當(dāng)二者一致并將它與控制系統(tǒng)要求找的刀座孔編號(hào)相比較，當(dāng)二者一致時(shí)，控制裝置發(fā)出指令，使刀庫停止轉(zhuǎn)動(dòng)。時(shí)，控制裝置發(fā)出指令，使刀庫停止轉(zhuǎn)動(dòng)。刀具識(shí)別裝置刀具識(shí)別裝置三、刀庫可變地址識(shí)別：圖三、刀庫可變地址識(shí)別：圖這種識(shí)別方法，在選刀時(shí)，仍然識(shí)別刀庫的地址，但刀這種識(shí)別方法，在選刀時(shí)，仍然識(shí)別刀庫的地址，但刀庫的地址是可變的，在給每把刀具增加了一個(gè)編號(hào)鑰匙后，庫的地址是可變的，在給每把刀具增加了一個(gè)編號(hào)鑰匙后，刀具

11、可以任意插入刀庫的刀座中去。刀具可以任意插入刀庫的刀座中去。應(yīng)用時(shí)，給每把刀具都編上號(hào)，并縛上相應(yīng)的編號(hào)鑰匙應(yīng)用時(shí)，給每把刀具都編上號(hào)，并縛上相應(yīng)的編號(hào)鑰匙如圖。鑰匙上是以凸凹來表示二進(jìn)制的，如鑰匙上如圖。鑰匙上是以凸凹來表示二進(jìn)制的，如鑰匙上有個(gè)凹凸位置的組合，由此可讀出有個(gè)凹凸位置的組合，由此可讀出216=65536 把刀具。把刀具。在把刀具插入刀庫上刀具孔中時(shí)，將相應(yīng)的編碼鑰匙也插入在把刀具插入刀庫上刀具孔中時(shí)，將相應(yīng)的編碼鑰匙也插入此刀座的鑰匙孔中，然后，轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙，把鑰匙的凸凹變成了此刀座的鑰匙孔中，然后，轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙，把鑰匙的凸凹變成了鑰匙孔中的彈簧中撐起或不撐起，（如圖），這樣，鑰匙孔

12、中的彈簧中撐起或不撐起，（如圖），這樣，就將鑰匙的記號(hào)轉(zhuǎn)記到了刀座上，從而給刀座編上了號(hào)碼。就將鑰匙的記號(hào)轉(zhuǎn)記到了刀座上，從而給刀座編上了號(hào)碼。刀具識(shí)別裝置刀具識(shí)別裝置四、刀具地址識(shí)別：四、刀具地址識(shí)別：刀具地址識(shí)別的方法將刀具的編號(hào)直接表示在刀具的刀刀具地址識(shí)別的方法將刀具的編號(hào)直接表示在刀具的刀柄上，選刀時(shí)直接選用所需的刀具。因此，在刀庫中存放刀柄上，選刀時(shí)直接選用所需的刀具。因此，在刀庫中存放刀具時(shí)，無論將刀放在那一個(gè)刀座孔中都可以。這樣，工人操具時(shí)，無論將刀放在那一個(gè)刀座孔中都可以。這樣，工人操作就簡(jiǎn)單了，而且在向刀庫存放刀具時(shí)也不必尋找舊的刀座作就簡(jiǎn)單了，而且在向刀庫存放刀具時(shí)也不必

13、尋找舊的刀座孔位，刀庫的機(jī)械動(dòng)作也簡(jiǎn)單了，刀具選擇的失誤也因此減孔位，刀庫的機(jī)械動(dòng)作也簡(jiǎn)單了，刀具選擇的失誤也因此減少。少。刀具識(shí)別裝置刀具識(shí)別裝置一、標(biāo)準(zhǔn)刀柄：一、標(biāo)準(zhǔn)刀柄：為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，使加工中心充分發(fā)揮其功能，必須為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，使加工中心充分發(fā)揮其功能，必須要有一套連接普遍標(biāo)準(zhǔn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)刀柄，只有這樣，才能使要有一套連接普遍標(biāo)準(zhǔn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)刀柄，只有這樣，才能使所有的標(biāo)準(zhǔn)刀具迅速地安裝在主軸和刀庫的刀座上，并進(jìn)行所有的標(biāo)準(zhǔn)刀具迅速地安裝在主軸和刀庫的刀座上，并進(jìn)行迅速交換。迅速交換。標(biāo)準(zhǔn)刀柄分三部分，見圖。標(biāo)準(zhǔn)刀柄分三部分，見圖。段刀柄的定位、夾持段。段刀柄的定位、夾持段。段自動(dòng)手

14、抓夾段。段自動(dòng)手抓夾段。段可調(diào)的尾突。供刀具安裝后拉緊刀柄用。圓柱段可調(diào)的尾突。供刀具安裝后拉緊刀柄用。圓柱的標(biāo)準(zhǔn)刀具則還用尾突的后端作軸向定位。的標(biāo)準(zhǔn)刀具則還用尾突的后端作軸向定位。此外，標(biāo)準(zhǔn)刀柄的前端有端面鍵槽，供插入主軸端鍵，此外，標(biāo)準(zhǔn)刀柄的前端有端面鍵槽，供插入主軸端鍵，以傳遞扭矩用。以傳遞扭矩用。常見刀柄的定位夾持端在主軸上卡緊時(shí)，要考慮軸向定常見刀柄的定位夾持端在主軸上卡緊時(shí)，要考慮軸向定位和徑向夾緊二個(gè)問題，因此，其主軸結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些。位和徑向夾緊二個(gè)問題，因此，其主軸結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些。標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)二、對(duì)刀儀：二、對(duì)刀儀：對(duì)刀儀是自動(dòng)換刀系統(tǒng)的重要輔助設(shè)備。它使在加工中

15、對(duì)刀儀是自動(dòng)換刀系統(tǒng)的重要輔助設(shè)備。它使在加工中心機(jī)床上使用刀具事先就能心機(jī)床上使用刀具事先就能調(diào)到所需要的尺寸（徑向和軸向），然后安裝在機(jī)床的主軸調(diào)到所需要的尺寸（徑向和軸向），然后安裝在機(jī)床的主軸或刀庫的刀座上。由于事先在機(jī)外進(jìn)行了調(diào)正，就可以縮短或刀庫的刀座上。由于事先在機(jī)外進(jìn)行了調(diào)正，就可以縮短在機(jī)床上安裝、調(diào)正刀具需要的停機(jī)時(shí)間，提高機(jī)床的開動(dòng)在機(jī)床上安裝、調(diào)正刀具需要的停機(jī)時(shí)間，提高機(jī)床的開動(dòng)率。率。在數(shù)控機(jī)床具有刀具補(bǔ)償功能時(shí)，可以利用對(duì)刀儀測(cè)出在數(shù)控機(jī)床具有刀具補(bǔ)償功能時(shí)，可以利用對(duì)刀儀測(cè)出刀尖在兩個(gè)座標(biāo)方向上對(duì)于所需要位置的偏移值，借助刀補(bǔ)刀尖在兩個(gè)座標(biāo)方向上對(duì)于所需要位置的

16、偏移值，借助刀補(bǔ)開關(guān)輸入機(jī)床的控制裝置，使刀具的位置在加工時(shí)得到補(bǔ)償，開關(guān)輸入機(jī)床的控制裝置，使刀具的位置在加工時(shí)得到補(bǔ)償，從而大大地方便了使用。從而大大地方便了使用。 常見對(duì)刀方式如圖所示。常見對(duì)刀方式如圖所示。標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)由于標(biāo)準(zhǔn)刀柄的定位夾緊端有圓柱的和圓錐的兩種，因由于標(biāo)準(zhǔn)刀柄的定位夾緊端有圓柱的和圓錐的兩種，因此，主軸的自動(dòng)換刀也應(yīng)與此相應(yīng)。對(duì)于圓錐柄刀具，主軸此，主軸的自動(dòng)換刀也應(yīng)與此相應(yīng)。對(duì)于圓錐柄刀具，主軸的自動(dòng)換刀裝置只需考慮軸向拉緊，對(duì)于圓柱柄的刀具則需的自動(dòng)換刀裝置只需考慮軸向拉緊，對(duì)于圓柱柄的刀具則需考慮軸向定位和徑向夾緊。為了在換刀時(shí)，能使刀具上的端考慮軸向定位和徑向夾緊