數(shù)控機(jī)床的刀具

1、 第九章 數(shù)控機(jī)床的刀具與工 件交換裝置 引言: (1) 單功能數(shù)控機(jī)床的缺點(diǎn)； (2) 自動換刀裝置的起源和優(yōu)點(diǎn)；19.1 自動換刀裝置的形式 自動換刀裝置的功能就是儲備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換。它應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具儲存量足夠、結(jié)構(gòu)緊湊及安全可靠等要求其基本形式有以下幾種。 2 一、 回轉(zhuǎn)刀架換刀 回轉(zhuǎn)刀架換刀常用于數(shù)控車床。根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架，井相應(yīng)地安裝四把、六把或更多的刀具。圖9-1為數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架（即六方刀架），它的動作根據(jù)數(shù)控指令進(jìn)行，由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制，回轉(zhuǎn)刀架還可采用電機(jī)-馬氏機(jī)

2、構(gòu)轉(zhuǎn)位，鼠齒盤定位，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機(jī)構(gòu)其工作原理如下： (1)刀架抬起； (2)刀架轉(zhuǎn)位； (3)刀架壓緊； (4)轉(zhuǎn)位油缸復(fù)位；3 二、更換主軸換刀 這種機(jī)床的主軸頭就是個(gè)轉(zhuǎn)塔刀庫，主軸頭有臥式和立式兩種如圖92所示是TK-5525型數(shù)控轉(zhuǎn)塔式鏜銑床的外觀圖，八方形主軸頭（轉(zhuǎn)塔頭）上裝有八根主軸，每根主軸上裝有一把刀具。根據(jù)工序的要求按順序自動地將裝有所需要的刀具的主軸轉(zhuǎn)到工作位置，實(shí)現(xiàn)自動換刀，同時(shí)接通主傳動。不處在工作位置的主軸便與主傳動脫開。轉(zhuǎn)塔頭的轉(zhuǎn)位由槽輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如圖93所示，每次轉(zhuǎn)位包括下列動作。 (1)脫開主軸傳動； (2)轉(zhuǎn)塔頭抬起；4 (3)轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位； (4

3、)轉(zhuǎn)塔頭定位壓緊； (5)主軸傳動重新接通； 優(yōu)點(diǎn)：省去了自動松、夾，卸刀、裝刀，以及刀具搬運(yùn)等一系列的復(fù)雜操作，從而縮短了換刀時(shí)間，并提高了換刀的可靠性； 缺點(diǎn)：由于空間位置的限制，使主軸部件結(jié)構(gòu)不能設(shè)計(jì)得十分堅(jiān)實(shí)，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度為了保證主軸的剛度，必須限制主軸數(shù)目，因此轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只適應(yīng)于工序較少，精度要求不太高的機(jī)床，例如數(shù)控鉆床、銑床等5 三、更換主軸箱換刀 這種機(jī)床象組合機(jī)床一樣，采用多主軸的主軸箱，利用更換這種主軸箱來達(dá)到換刀的目的，如圖9-4所示。 工作原理如下： (1)選好所需的主軸箱，待兩小車運(yùn)行至該主軸箱處，將它推上小車I上，小車I 沿導(dǎo)軌載著它與空車同時(shí)運(yùn)行到

4、機(jī)床動力頭兩側(cè)的更換位置。 (2)動力頭帶著主軸箱1上升到更換位置，動力頭上的夾緊機(jī)構(gòu)將主軸箱松開，定位銷也從定位孔中拔出，推桿機(jī)構(gòu)將用過的主軸箱1從動力頭上推到小車上同時(shí)又將待用主軸箱從小車I推到機(jī)床動力頭上，并進(jìn)行定位夾緊。 (3)然后動力頭沿立柱導(dǎo)軌下降開始新的加工。與此同時(shí)，兩小車返回主軸箱庫，停在待換的主軸箱旁。由推桿機(jī)構(gòu)將下次待換的主軸箱推上小車I，并把用過的主軸箱從小車I推入主軸箱庫中的空位。6 四、帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 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裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成，應(yīng)用最廣泛。如圖9-5和9-6所示,刀庫分別裝在機(jī)床的立柱上，主軸箱上或工作

5、臺上如圖9-7所示，刀裝在機(jī)床之外。如圖9-8所示，刀庫遠(yuǎn)離主軸。7工作原理如下： 首先要把加工過程中要用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后，插入刀庫中。換刀時(shí)，根據(jù)選刀指令先在刀庫上選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，進(jìn)行刀具交換，然后將新刀具裝入主軸，將用過的刀具放回刀庫。 為了縮短換刀時(shí)間，可采用帶刀庫的雙主軸或多主軸換刀系統(tǒng)，如圖9-9所示。該機(jī)床轉(zhuǎn)塔頭上待更換刀具的主軸與轉(zhuǎn)塔刀庫回轉(zhuǎn)軸線成450 ，當(dāng)水平方向的主軸在加工位置時(shí)，待更換刀具的主軸處于換刀位置，由刀具交換裝置預(yù)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)。8 9.2 刀庫 刀庫

6、用于存放刀具，它是自動換刀裝置中主要部件之一。其容量、布局和具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)有很大影響9 一、刀庫的形式 根據(jù)刀庫存放的數(shù)目和取刀方式，刀庫可以設(shè)計(jì)成多種形式。圖9-10所示為常見的幾種刀庫形式單盤式刀庫圖(a)圖(d) .存放的刀具數(shù)目一般為15-40把，為適應(yīng)機(jī)床主軸的布局，刀庫上刀具軸線可以按不同方向配置，如軸向、徑向或斜向。圖(d)是刀具可作900翻轉(zhuǎn)的圓盤刀庫；如圖(e)為鼓輪彈侖式(又稱刺猬式)刀庫。圖9-11為鏈?zhǔn)降稁?，圖(a)為我國THK6370自動換刀數(shù)控鏜銑床所采用的單排鏈?zhǔn)降稁旌唸D，為了增加鏈?zhǔn)降稁斓膬Υ媪?，可采用圖(b)所示的多排鏈?zhǔn)降稁?；圖(c)為加長鏈條的鏈

7、式刀庫，此外，還有多盤式和格子式刀庫，如圖9-10(g)、(h)所示，這種刀庫雖然儲存量大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，選刀和取刀動作多，故較少采用。10 刀庫除了儲存刀具之外，還要能根據(jù)要求將各工序所用的刀具運(yùn)送到取刀位置刀庫常采用單獨(dú)驅(qū)動裝置，如圖9-12(a)、(b)所示為圓盤式刀庫的結(jié)構(gòu)圖，可容納40把刀具，圖(a)為刀庫的驅(qū)動裝置，由液壓馬達(dá)驅(qū)動，通過蝸桿4蝸輪5，端齒離合器2和3帶動與圓盤13相連的軸1轉(zhuǎn)動。如圖(b)所示，圓盤13上均布40個(gè)刀座9，其外側(cè)邊緣上有相應(yīng)的40個(gè)刀座編碼板8。 在刀庫的下方裝有固定的刀座號讀取裝置7當(dāng)圓盤13轉(zhuǎn)動時(shí)，刀座號碼板8依次經(jīng)過刀座號讀取裝置，并讀出各刀座的

8、編號，與輸入指令相比較，當(dāng)找到所要求的刀座號時(shí)，即發(fā)出信號，油缸6右腔進(jìn)入高壓油，使端齒離合器2和3脫開，使圓盤13處于浮動狀態(tài)。同時(shí)油缸12前腔的高壓油通路被切斷，并使其與回油箱連通，在彈簧10的作用下，油缸12的活塞桿帶著定位V形塊14使圓盤13定位，以便換刀裝置換刀。 11 為了增加刀庫容量，實(shí)現(xiàn)任意位置換刀， THK6370自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床采用鏈?zhǔn)降稁炱浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖9-13所示。刀庫由45個(gè)刀座組成，刀座就是鏈傳動的鏈節(jié)，刀座的運(yùn)動由ZM-40液壓馬達(dá)通過減速箱傳到下鏈輪軸上，下鏈輪帶動刀座運(yùn)動。刀庫運(yùn)動的速度通過調(diào)節(jié)ZM40的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)刀座的定位用正靠的辦法將所要的刀具準(zhǔn)確地

9、定位在取刀(還刀)位置上在刀具進(jìn)入取刀位燕尾導(dǎo)軌內(nèi)移動，以保持刀具編碼環(huán)與選刀器的位置關(guān)系的一致性。12 二、設(shè)計(jì)刀庫時(shí)應(yīng)考慮的主要問題 (1)合理確定刀庫儲存量 (圖9-14 刀具數(shù)量和完成 工作量關(guān)系）； (2)盡量縮短選刀時(shí)間 ； (3)刀庫運(yùn)動速度應(yīng)適宜 ； (4)要求刀庫運(yùn)行平穩(wěn) ； (5)刀座在刀庫中的排列 ； (6)其他應(yīng)注意的問題 如刀具在刀座中應(yīng)夾持可靠， 刀庫防塵、防屑及安全防護(hù)等問題都必須考慮。13 9.3 刀具的選擇方式 按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動選刀。在刀庫中選擇刀具通常采用兩種方法。14 一、順序選擇刀具 刀具按預(yù)定工序

10、的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時(shí)按順序轉(zhuǎn)到取刀位置用過的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)該法不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，這就降低了刀具和刀庫的利用率此外，裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。 15 二、任意選擇刀具 這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在可以任意存放。每把刀具（或刀座）都編上代碼，自動換刀時(shí)，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(dāng)某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時(shí)，該把刀具被選中，刀庫將刀具送到換刀位置，等待機(jī)械手

11、來抓取任意選擇刀具法的優(yōu)點(diǎn)是刀庫刀具的排列順序與工件加工順序無關(guān)，相同的刀具可重復(fù)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(yīng)的小一些。 16 任意選擇法主要有三種編碼方式： (一)刀具編碼方式 這種方式是對每把刀具進(jìn)行編碼，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(fù)使用，用過的刀具也不一定放回原刀座中，避免了因刀具存放在刀庫中的順序差錯(cuò)而造成的事故；同時(shí)也縮短了刀庫的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間；簡化了自動換刀控制線路。 刀具編碼的具體結(jié)構(gòu)如圖9-15所示。在刀柄1后端的拉桿4上套裝著等間隔的編碼環(huán)2，由鎖緊螺母3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

12、大小兩種，大直徑的為二進(jìn)制的“1”，小直徑17 的為“0”通過這兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼例如由六個(gè)大小直徑的圓環(huán)便可組成能區(qū)別 63(26-1=63)種刀具。通常全部為0的代碼不許使用，以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(jìn)制編碼來表示。THK6370自動換刀數(shù)控鏜銑床的刀具編碼采用了二-八進(jìn)制，六個(gè)編碼環(huán)相當(dāng)八進(jìn)制的二位。這種編碼環(huán)中，若所有的編碼環(huán)都是凸的，其號碼二進(jìn)制是(111111)=，相當(dāng)于二-八進(jìn)制數(shù)(77)八，也就是十進(jìn)制的(63)+. 18(二)刀座編碼方式 這種編碼方式對每個(gè)刀座進(jìn)行編碼，刀具也編號， 并將刀具放到與其號碼

13、相符刀座中，換刀時(shí)刀庫旋轉(zhuǎn)，便各個(gè)刀座依次經(jīng)過識刀器，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫便停止旋轉(zhuǎn)。這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大為簡化，識刀器的結(jié)構(gòu)不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在較適當(dāng)?shù)奈恢?。另外，在自動換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。刀座編碼的突出優(yōu)點(diǎn)是刀具在加工過程中可以重復(fù)使用。 圖916所示為圓盤形刀庫的刀座編碼裝置在圓盤的圓周上均布若干個(gè)刀座，其外側(cè)邊緣上裝有相應(yīng)的刀座編碼塊1在刀庫的下方裝有固定不動的刀座識別裝置2。刀座編碼的識別原理與上述刀具編碼的識別原理完全相同19(三) 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

14、，其中應(yīng)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(dāng)把各刀具存放到刀庫的刀座中時(shí)，將編碼鑰匙插進(jìn)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9-17所示圖中除導(dǎo)向突起外，共有16個(gè)凸出或凹下的位置，故有216-1 65535種凹凸組合，可區(qū)別65535把刀具 圖9-18為編碼鑰匙孔的剖面圖，鑰匙沿著水平方向的鑰匙縫插入鑰匙孔座，然后順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)900，處于鑰匙代碼突起6的第一彈簧接觸片5被撐起，表示代20 碼“1”，處于代碼凹處的第二彈簧接觸片7保持原狀，表

15、示代碼“0”。由于鑰匙上每個(gè)凸凹部分的旁邊均有相應(yīng)的炭刷4或1，故可將鑰匙各個(gè)凸凹部分均識別出來，即識別出相應(yīng)的刀具。 這種編碼方式稱為臨時(shí)性編碼，因?yàn)閺牡蹲腥〕龅毒邥r(shí)，刀座中的編碼鑰匙也取出，刀座中原來編碼隨之消失。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需放回原來的刀座中。21 三、刀具(刀座)識別裝置 刀具(刀座)識別裝置是自動換刀系統(tǒng)中重要組成部分，常用的有接觸式刀具識別裝置 、非接觸式刀具識別裝置 、利用PC(可編程控制器)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀幾種。22(一)接觸式刀具識別裝置 適用于空間位置較小的刀具編碼，其識別原理如圖9-19所示在刀柄1上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)，

16、規(guī)定大直徑的環(huán)表示二進(jìn)制的“1”，小直徑的環(huán)為“0”，圖中有5個(gè)編碼環(huán)4，在刀庫附近固定一刀具識別裝置2，從中伸出幾個(gè)觸針3，觸針數(shù)量與刀柄上的編碼環(huán)個(gè)數(shù)相等。每個(gè)觸針與一個(gè)繼電器相聯(lián)，當(dāng)編碼環(huán)是大直徑時(shí)與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“1”。當(dāng)編碼環(huán)是小直徑時(shí)與觸針不接觸，繼電器不通電，其數(shù)碼為“0”當(dāng)各繼電器讀出的數(shù)碼與所需刀具的編碼一致時(shí)，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，故壽命短，可靠性較差，且難于快速選刀。23(二)非接觸式刀具識別裝置 非接觸式刀具識別裝置沒有機(jī)械直接接觸，因而無磨損、無噪聲、壽命長、反應(yīng)速度快，適用于高速、換

17、刀頻繁的場合。常用的有磁性識別和光電識別法 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磁感應(yīng)強(qiáng)弱不同，通過感應(yīng)線圈讀取代碼。編碼環(huán)的直徑相等，分別由導(dǎo)磁材料(如軟鋼)和非導(dǎo)磁材料(如黃銅、塑料等)制成，規(guī)定前者編碼為“1”，后者編碼為“0”。圖9-20所示為一種用于刀具編碼的磁性識別裝置。圖中刀柄1上裝有非導(dǎo)磁材料編碼環(huán)4和導(dǎo)磁材料編碼環(huán)2，與編碼環(huán)相對應(yīng)的有一組檢測線圈6組成非接觸式識別裝置3。在檢測線圈6的一次線圈5中輸入交流電壓時(shí)，如編碼環(huán)為導(dǎo)磁材料，則磁感應(yīng)較強(qiáng)，在二次線圈7中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓 。如編碼環(huán)為非導(dǎo)磁材料， 24 則磁感應(yīng)較弱，在二次線圈中感應(yīng)的電壓較

18、弱。利用感應(yīng)電壓的強(qiáng)弱，就能識別刀具的號碼。當(dāng)編碼環(huán)的號碼與指令刀號相符時(shí)，控制電路便發(fā)出信號，使刀庫停止運(yùn)轉(zhuǎn)，等待換刀。 當(dāng)尺寸受到限制時(shí)，不能采用由標(biāo)準(zhǔn)無觸點(diǎn)開關(guān)組成的識刀器為此，華中理工大學(xué)研制了一種小型的磁性識刀器，六組磁芯疊合在一起的寬度只有30mm。其選刀控制方框圖如圖9-2l所示。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出選刀指令T后，選刀控制電路使刀庫快速旋轉(zhuǎn)，刀柄上的編碼環(huán)依次經(jīng)過識刀器在識刀器上感應(yīng)出每把刀具的不同信號，經(jīng)“刀號讀出電路”將編碼環(huán)所表示的號碼讀出，并經(jīng)輸入控制門存入“刀號寄存器”內(nèi)，然后送入“符合電路”與數(shù)控裝置的T代碼比較如讀出的刀具號碼與給定的T代碼不一致時(shí)，刀庫繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行識別

19、比較直至識刀器讀出的刀具號碼與給定的T代碼一致時(shí)，則發(fā)出選刀符合信號，選刀控制電路使刀庫減速慢轉(zhuǎn)，由刀庫定位銷定位，等待換刀 25 2. 光學(xué)纖維刀具識別裝置 這種裝置利用光導(dǎo)纖維良好的光傳導(dǎo)特性，采用多束光導(dǎo)纖維構(gòu)成閱讀頭。用靠近的二束光導(dǎo)纖維來閱讀二進(jìn)制碼的一位時(shí)，其中一束將光源投射到能反光或不能反光(被涂黑)的金屬表面，另一束光導(dǎo)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(dǎo)纖維的金屬表面有無反射光，有反射時(shí)(表面光亮)為“1”，無反射時(shí)(表面涂黑)為“0”，如圖9-22(b)所示。在刀具的某個(gè)磨光部位按二進(jìn)制規(guī)律涂黑或不涂黑，就可給刀具編上號碼。正當(dāng)中的一小塊反光部分用

20、來發(fā)出同步信號。閱讀頭端面如圖9-22(a)所示，共用的投光射出面為一矩形框，中間嵌進(jìn)一排共9個(gè)圓形受光入射面。當(dāng)閱讀頭端面正對刀具編碼部分，沿箭頭方向相對運(yùn)動時(shí)，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(jìn)行比較而選刀。26 在光導(dǎo)纖維中傳播的光信號有很高的抗干擾能力，光導(dǎo)纖維可任意彎曲，這給機(jī)械設(shè)計(jì)、光源及光電轉(zhuǎn)換元件的安裝都帶來很大的方便。 近年來，“圖象識別”技術(shù)也開始用于刀具識別，刀具不必編碼，而在刀具識別位置上利用光學(xué)系統(tǒng)將刀具的形狀投影到由許多光電元件組成的屏板上，從而將刀具的形狀變?yōu)楣怆娦盘枺?jīng)信息處理后存入記憶裝置中。，選刀時(shí)，數(shù)控指令T所指的刀具在刀具識別位置出

21、現(xiàn)圖形時(shí)，并與記憶裝置中的圖形進(jìn)行比較，選中時(shí)發(fā)出選刀符合信號，刀具便停在換刀位置上這種識別方法雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但該系統(tǒng)價(jià)格昂貴。27 (三)利用PC(可編程控制器)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以利用軟件選刀，它代替了傳統(tǒng)的編碼環(huán)和識刀器。在這種選刀與換刀的方式中，刀庫上的刀具能與主軸上的刀具任意地直接交換，即隨機(jī)換刀。主軸上換來的新刀號及還回刀庫上的刀具號，均在PC內(nèi)部相應(yīng)地存儲單元記憶。隨機(jī)換刀控制方式需要在PC內(nèi)部設(shè)置一個(gè)模擬刀庫的數(shù)據(jù)表，其長度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫的位置數(shù)和刀具號相對應(yīng)這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除由于識刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來的選刀失誤。28 1

22、ATC(自動換刀)控制和刀號數(shù)據(jù)表 如圖9-23所示，刀庫有8個(gè)刀座，可存放8把刀具。刀座固定位置編號為方框內(nèi)18號，為軸刀位置號，由于刀具本身不附帶編碼環(huán)，所以刀具編號可任意設(shè)定，如圖中(10)(18)的刀號。一旦給某刀編號后，這個(gè)編號不應(yīng)隨意改變。為了使用方便，刀號也采用BCD碼編寫。 在PC內(nèi)部建立一個(gè)摸擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表，如圖9-24所示。數(shù)據(jù)表的表序號與刀庫刀座編號相對應(yīng)，每個(gè)表序號中的內(nèi)容就是對應(yīng)刀座中所插入的刀具號。圖中刀號表首地址TAB單元固定存放主軸上刀具的號數(shù)，TAB+1TAB+8存放刀庫上的刀具號。由于刀號數(shù)據(jù)表是實(shí)際上是刀庫中存放刀具位置的一種映象，所以刀號表與刀庫中的

23、刀具的位置應(yīng)始終保持一致。 29 2刀具的識別 雖然刀具不附帶任何編碼裝置，而且采取任意換刀方式，但由于在PC內(nèi)部設(shè)置的刀號數(shù)據(jù)表始終與刀具在刀庫中的實(shí)際位置相對應(yīng)，所以對刀具的識別實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ稁煳恢玫淖R別當(dāng)?shù)稁煨D(zhuǎn)，每個(gè)刀座通過換刀位置(基準(zhǔn)位置)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號送至PC，作為計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)，在PC內(nèi)部設(shè)置一個(gè)刀庫位置計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)稁煺D(zhuǎn)(CW)時(shí)，每發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，使該計(jì)數(shù)器遞增計(jì)數(shù)；當(dāng)?shù)稁旆崔D(zhuǎn)(CCW)時(shí)，每發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，則計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)。于是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值始終在1-8之間循環(huán)，而通過換刀位置時(shí)的計(jì)數(shù)值(當(dāng)前值)總是指示刀庫的現(xiàn)在位置。 30 當(dāng)PC接到尋找新刀具的指令(TXX)后

24、，在模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表中進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，檢索到T代碼給定的刀具號，將該刀具號所在數(shù)據(jù)表中的表序號數(shù)存放在一個(gè)緩沖存儲單元中這個(gè)表序號數(shù)就是新刀具在刀庫中的目標(biāo)位置刀庫旋轉(zhuǎn)后，測得刀庫的實(shí)際位置與要求得的刀庫目標(biāo)位置一致時(shí)，即識別了所要尋找的新刀具刀庫停轉(zhuǎn)并定位，等待換刀。 識別刀具的PC程序流程圖如圖9-25所示。31 3. 刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改 當(dāng)前一工序加工結(jié)束后需要更換新刀加工時(shí)，NC系統(tǒng)發(fā)出自動換刀指令M06，控制機(jī)床主軸準(zhǔn)停，機(jī)械手執(zhí)行換刀動作，將主軸上用過的舊刀和刀庫上選好的新刀進(jìn)行交換。與此同時(shí)，應(yīng)通過軟件修改PC內(nèi)部的刀號數(shù)據(jù)表，使相應(yīng)刀號表單元中的刀號與交換后的刀號相

25、對應(yīng)，修改刀號表的流程如圖9-26所示。32 94刀具交換裝置 實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間裝卸與傳遞刀具的裝置稱為刀具交換裝置。交換裝的形式和具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的總體布局、生產(chǎn)率和工作可靠性都有直接影響33 一、交換裝置的形式 交換裝置的形式很多，一般可分為兩大類：由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換 和由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換。34 (一)由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換 用這種形式交換刀具時(shí)，必須將主軸上用過的刀具送回刀庫，再從刀庫取出新刀，但兩個(gè)動作不能同時(shí)進(jìn)行。如圖9-6所示，選刀和換刀全由三坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來完成。因此，換刀時(shí)間較長，換刀動作也較多 35 (二)由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換 由于

26、刀庫及刀具交換方式的不同，換刀機(jī)械手也有多種形式。圖9-27所示為常用的幾種形式。圖中(a)、(b)，(c)為雙臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手，能同時(shí)抓取和裝卸刀庫和主軸(或中間搬運(yùn)裝置)上的刀具，動作簡單，換刀時(shí)間少圖(d)雖然不是同時(shí)抓取刀庫和主軸上的刀具，但換刀準(zhǔn)備時(shí)間及將刀具還回刀庫的時(shí)間與機(jī)加工時(shí)間重復(fù)，因而換刀時(shí)間也很短 抓刀運(yùn)動可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也可是直線運(yùn)動圖中(a)為鉤手，抓刀運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；圖(b)為抱手，抓刀運(yùn)動為兩個(gè)手指旋轉(zhuǎn)；圖(c)和(d)為扠手，抓刀運(yùn)動為直線運(yùn)動由于抓刀運(yùn)動的軌跡不同，各種機(jī)械手的應(yīng)用場合也不同，抓刀運(yùn)動為直線時(shí)，在抓刀過程中可以避免與相鄰的刀具相碰，所以當(dāng)?shù)稁熘械毒?/p>

27、排列較密時(shí)，常用扠刀手。鉤刀手和抱刀手抓刀運(yùn)動的軌跡為圓弧，容易和相鄰的刀具相碰，要適當(dāng)增加刀庫 36 中刀具間的距離，合理設(shè)計(jì)機(jī)械手的形狀及其安裝位置。 圖9-28所示為鉤刀機(jī)械手換刀一次所需的基本動作。 (1)抓刀 手臂旋轉(zhuǎn)900 ，同時(shí)抓住刀庫和主軸上的刀具； (2)拔刀 主軸夾頭松開刀具，機(jī)械手同時(shí)將刀庫和主軸上的刀具拔出； (3)換刀 手臂旋轉(zhuǎn)1800 ，新舊刀具交換； (4)插刀 機(jī)械手同時(shí)將新舊刀具分別插入主軸和刀庫，然后主軸夾頭夾緊刀具； (5)復(fù)位 轉(zhuǎn)動手臂，回到原始位置 由于這種機(jī)械手換刀動作少，節(jié)省了換刀時(shí)間，結(jié)構(gòu)也簡單，因而，國內(nèi)外廣泛采用。37 二、刀具的夾持 刀具必

28、須裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄內(nèi)，我國提出了TSG工具系統(tǒng)，并制定了刀柄標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中有直柄及7:24錐度的錐柄兩類分別用于圓柱形主軸孔及圓錐形主軸孔，其結(jié)構(gòu)如圖9-29，圖9-30所示。圖中3為刀柄定位及夾持部位，2為機(jī)械手抓取部位，1為鍵槽用于傳遞切削扭矩，4為螺孔用以安裝可調(diào)節(jié)拉桿，供拉緊刀柄用。刀具的軸向尺寸和徑向尺寸應(yīng)先在調(diào)刀儀上調(diào)整好，才可裝入刀庫中。絲錐、餃刀要先裝在浮動夾具內(nèi)再裝入標(biāo)準(zhǔn)刀柄內(nèi)。圓柱形刀柄在使用時(shí)需在軸向和徑向夾緊，因而主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，柱柄安裝精度高，但磨損后不能自動補(bǔ)償。而錐柄稍有磨損也不會過分影響刀具的安裝精度在換刀過程中，由于機(jī)械手抓住刀柄要作快速回轉(zhuǎn)，作拔、插刀具的動作，還

29、要保證刀柄鍵槽的角度位置對準(zhǔn)主軸上的驅(qū)動鍵。因此， 38 機(jī)械手的夾持部分要十分可靠，并保證有適當(dāng)?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)動或脫落。機(jī)械手夾持刀具的方法有以下兩類。 (一)柄式夾持(軸向夾持) 刀柄前端有v形槽，供機(jī)械手夾持用，目前我國數(shù)控機(jī)床較多采用這種夾持方式如圖9-31所示為機(jī)械手手掌結(jié)構(gòu)示意田由固定爪7及活動爪l組成，活動爪1可繞軸2回轉(zhuǎn)，其一端在彈簧柱塞6的作用下，支靠在擋銷3上，調(diào)整螺栓5以保持手掌適當(dāng)?shù)膴A緊力，鎖緊銷4使活動爪1牢固夾持刀柄，防止刀具在交換過程中松脫。鎖緊銷4還可軸向移動，放松活動爪1，以便扠刀或從刀柄V形槽中退出。39（二）法蘭盤

30、式夾持 法蘭盤式夾持，也稱徑向夾持或碟式夾持，如圖9-32所示1為拉桿，在刀柄2的前端有供機(jī)械手夾持用的法蘭盤3，圖(b)所示的法蘭盤采用帶洼形肩面4。圖9-33所示為機(jī)械手夾持原理圖，上圖為松開狀態(tài)，下圖為夾緊狀態(tài)采用法蘭盤式夾持的突出優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)采用中間搬運(yùn)裝置時(shí)，可以很方便地從一個(gè)機(jī)械手過渡到另一個(gè)輔助機(jī)械手上去，如圖9-34所示法蘭盤式夾持方式，換刀動作較多，不如柄式夾持方式應(yīng)用廣泛 40 9.5 帶刀庫的自動換刀裝置實(shí)例 華中理工大學(xué)研制的THK6370型自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的自動換刀裝置由鏈?zhǔn)降稁旌偷毒呓粨Q裝置組成，并用微型計(jì)算機(jī)管理刀庫。各部分的配置情況見前圖9-7。鏈?zhǔn)降稁熘糜跈C(jī)

31、床的左側(cè)，刀庫容量為45把刀具機(jī)械手安裝在主軸箱的前端面上，可隨主軸箱沿立柱導(dǎo)軌上下移動，實(shí)現(xiàn)任意位置換刀；機(jī)械手將刀具從刀庫中取出送至機(jī)床主軸上，然后將用過的舊刀送回刀庫。其動作過程簡述如下41 一、自動換刀過程的動作順序 圖9-35所示為自動換刀過程的整個(gè)動作順序。圖中用T及其后面的兩位數(shù)字表示刀具號，I、II為機(jī)械手手臂，K為刀座，現(xiàn)將換刀動作分述如下； 1）如圖中1表示。在加工過程中機(jī)械手總是?？吭诘稁煲粋?cè)，等待進(jìn)行換刀若主軸上正在使用T03刀具進(jìn)行某一工序加工，此時(shí)，刀庫按指令進(jìn)行選刀，將下一工序所需的T17刀具選好，并準(zhǔn)確定位于抓刀位置當(dāng)T03加工完畢，工作臺快速退出至原始位置主軸

32、定向準(zhǔn)停，機(jī)械手接收換刀信號； 2)上手掌伸出抓住刀庫上的刀具T17； 3)手臂I伸出將T17，從刀座中拔出； 4)整個(gè)機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)900，從刀庫一側(cè)轉(zhuǎn)到主軸一側(cè)；42 5)下手掌伸向主軸抓住刀具T03，當(dāng)T03抓住后便發(fā)出信號，主軸內(nèi)彈簧夾頭松開T03； 6)手臂II伸出，從主軸內(nèi)拔出T03； 7)手臂I、II一起旋轉(zhuǎn)1800進(jìn)行刀具交換，即T03和T17 相互易位； 8)手臂I縮回將新刀T17插入主軸孔內(nèi)，彈簧夾頭將T17 拉緊； 9)下手掌縮回； 10)機(jī)械手回轉(zhuǎn)900刀庫一側(cè)； 11)手臂1縮回將用過的刀 T03插入刀庫的刀座中； 11) 手臂II縮回將用過的刀T03插入刀庫的刀做中

33、； 12)上手掌縮回，等待下一次換刀 43 二、刀庫 如前圖9-13所示，該機(jī)床的鏈?zhǔn)降稁煊陕?lián)接成鏈條的刀座、傳動裝置、鏈輪及刀庫立柱組成。由ZM-40型液壓馬達(dá)通過齒輪(z117，Z2=40)，單頭蝸桿與蝸輪(Z=68)驅(qū)動鏈輪帶動刀座鏈條旋轉(zhuǎn)油馬達(dá)轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，鏈輪的轉(zhuǎn)數(shù)為： 刀座只能朝一個(gè)方向移動，實(shí)現(xiàn)正靠定位，在刀庫立柱選刀定位的一側(cè)，設(shè)有燕尾形導(dǎo)軌，刀座上的燕尾與導(dǎo)軌相配，使刀座在燕尾形導(dǎo)軌內(nèi)移動，以保持刀具的正確位置。 44 三、刀具交換裝置 該機(jī)床只用了一個(gè)雙臂機(jī)械手能完成新舊刀具的運(yùn)輸及交換。其結(jié)構(gòu)原理如圖9-36所示。整個(gè)部件由軸承座21、29固定在主軸箱的前端面上，本體1為機(jī)械手

34、的主要支承件，整個(gè)部件可繞軸承的軸線作900的水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動。活塞缸體20支承在本體1的前后滑動軸承內(nèi)轉(zhuǎn)動，缸體在全長上有四個(gè)平行深孔，其中兩個(gè)為直線油缸孔，另兩個(gè)為支承桿導(dǎo)向孔。機(jī)械手上下兩抓刀手掌14和10分別固定在拖板12和17上，該拖板可分別在燕尾導(dǎo)板13、16上作水平移動(抓刀運(yùn)動)。而導(dǎo)板13與活塞桿6、支承桿7聯(lián)接為一體，活塞桿6的后端與活塞3相聯(lián)，它能在缸體20的油缸孔中作往復(fù)運(yùn)動，通過件6、7帶動件13、12使手掌14實(shí)現(xiàn)伸、縮(即拔、插刀具)運(yùn)動。同理，件16與8、9聯(lián)結(jié)為一體，與活塞桿8 相聯(lián)的活塞2在缸體20的另一油缸孔中作往復(fù)運(yùn)動，通過件8、9帶動件16、17使手掌l0

35、也得到伸縮運(yùn)動，并與手掌14相互配合實(shí)現(xiàn)拔、插刀具動作 45 當(dāng)兩手掌均后縮貼近缸體20端面時(shí)，固定在件12上的齒條u與由旋轉(zhuǎn)油缸4驅(qū)動的齒輪5相嚙，帶動件12、u在導(dǎo)板13上作水平移動。同理，齒條15與齒輪18嚙合，帶動件17、10在導(dǎo)板16上水平移動，并與另一手掌14相互配合實(shí)現(xiàn)抓刀或松刀動作。 上、下軸承座29、2l之間設(shè)有油缸27、23及活塞26、22可交替推動柱塞齒條25上下移動，推動齒輪24轉(zhuǎn)動，帶動本體1連同兩個(gè)手掌一起轉(zhuǎn)動1800，以實(shí)現(xiàn)新舊刀具的交換在軸承座29的上部同心安裝一雙葉片旋轉(zhuǎn)油缸28，用以驅(qū)動整個(gè)機(jī)械手部件在刀庫與主軸間水平旋轉(zhuǎn)90，以實(shí)現(xiàn)刀具的運(yùn)輸 46 特點(diǎn)是：能實(shí)現(xiàn)任意位置換刀，換刀時(shí)主軸箱不需要在換刀位置和加工位置之間來回移動節(jié)約了空程時(shí)間，同時(shí)也減少了導(dǎo)軌副的磨損及重復(fù)定位誤差，從而提高了鏜階梯孔的同心度；只用了一個(gè)機(jī)械手，完成了交換新舊刀具的全過程，換刀一次只要11個(gè)動作；控制抓刀，拔、插刀油缸的四個(gè)電磁閥放在機(jī)械手本體上，并盡量采用構(gòu)件內(nèi)部配油，大大減少了油管數(shù)量，而且不用軟管，因而外觀、布局較為勻稱緊湊其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造工藝要求