刀庫類型及刀具的選擇與識別

刀庫類型及刀具的選擇與識別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整后，插入刀庫中。換刀時根據選刀指令在刀庫誰選刀，由刀具交換裝置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。這種換刀裝置和轉塔主軸頭相比，由于機床主軸箱內只有一根主軸，在結構上可以增加主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工。刀庫中刀具的數目可根據工藝要求和機床的結構布局而定，數量可較多以實現復雜零件的多工序加工，從而提高了機床的適應性和加工效率。此外，刀庫可布置在遠離加工區(qū)的地方，從而消除了它與工件相干擾的可能性。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、刀具運動及定位機構，常常還需要有清潔刀柄及刀孔、刀座的裝置，因而結構復雜。換刀過程動作多、換刀時間長。同時，影響換刀工作可靠性因素是也較多。二．刀庫類型及刀具的選擇與識別（一） 刀庫類型刀庫是自動換刀裝置中主要部件之一，其容量及具體結構對數控機床的設計有很大影響。根據刀庫所需要的容量、選刀及取刀方式，可以將刀庫設計成多種形式。圖7-42所示為常見的幾種刀庫形式。1． 盤形刀庫盤形刀庫為最常用的一種形式，每一刀座均可存放一把刀具。盤形刀庫的儲存量一般為15~40把。盤形刀庫的種類葚多，圖7-42A~D是單盤式刀庫，為適應機床主軸的布局，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置，圖7-42D是刀可以作90度翻轉的圓盤刀庫，采用這種結構能簡化取刀動作。單盤式刀庫的結構簡單，取刀也較方便，因此應用最為廣泛。當需要更多數量的刀具時，可采用圖7-42E所示的鼓輪彈倉式（又成刺猬式）刀庫，其結構十分緊湊，在相同的空間內，它的刀庫容量最大，圖7-42G為多層盤形刀庫。它們雖然也具有結構緊湊的特點，但選刀和取刀的動作較多，故較少應用。2．鏈式刀庫這種刀庫是在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，如圖7-42F所示，其結構有較大的靈活性，存放刀具的數量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當鏈條較長時，可以增加支撐鏈輪數目，使鏈條折疊回饒，提高空間利用率。一般刀具數量在30~120把。3．格子式刀庫這種刀庫具有縱橫排列十分整齊的很多格子，每個格子中均有一個刀座，可儲存一把刀具，如圖7-42B所示。這種刀庫可將其單獨安置于機床外，由機械手進行選刀及換刀。這種刀庫選刀及取刀動作復雜，應用最少。（二）選刀方式按數控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中挑選各工序所需要的刀具的操作，稱為自動換刀。目前，在刀庫中選擇刀具通常有順序選擇和任意選擇兩種方式。1．順序選擇方式刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序，依次放人刀庫的每一個刀座內。每次換刀時，刀庫按順序轉動一個刀座的位置，并取出所需要的刀具。已經使用過的刀具可以放回原來的刀座內，也可以按順序放入下一個刀座內。采用這種方式不需要刀具識別裝置，而且驅動控制也較簡單，可以直接由刀庫的分度來實現。因此，刀具的順序選擇方式具有結構簡單，工作可靠等優(yōu)點。但由于更換不同工件時，必須重新排列刀庫中的刀具順序。刀庫中的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量和刀具的容量，這樣就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫，將會造成嚴重事故。2．任意選擇方式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。這種方式是根據程序指令的要求來選擇所需要的刀具，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，每把刀具（或刀座）都經過“刀具識別裝置”接受識別。當某把刀具的代碼與數控指令的代碼相符合時，該把刀具被選中，并將刀具送到換刀位置，等待機械手來抓取。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構進行編碼。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，刀庫的容量也可相應地小減小，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。刀具編碼的具體結構如圖7-43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)3組成。編碼環(huán)直徑有大小兩種，大直徑的為二進制的“1”，小直徑為“0”。通過這兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼。例如由六個大小直徑的圓環(huán)便可組成能區(qū)別63種刀具。通常全部為0的代碼不用，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，也可采用二一八進制編碼來表示，（2）刀座編碼方式這種編碼方式對刀庫中每個刀座都進行編碼，刀具也編號，并將刀具放到與其號碼相符合的刀座中。換刀時刀庫旋轉，使各個刀座依次經過識刀器，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫便停止旋轉。由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結構大為簡化。因此，刀具識別裝置的位置不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在較適當的位置。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，增加了換刀的動作。與順序選刀的方式相比，刀座編碼的突出移動是刀具在加工過程中可以重復使用。圖7-44所示為圓盤刀庫的刀座編碼裝置。在圓盤的圓周上均布若干個刀座，起外側邊緣上裝有相應的刀座編碼塊1，在刀庫的下放裝有固定不動的刀座識別裝置2。刀座編碼的識別與上述刀具編碼的識別原理完全相同（3）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。這種方式是先給刀具都縛上一把表示該刀具號的編碼鑰匙，當把個刀具尊放倒戈刀庫中時。識別裝置可以通過識別刀具上的號碼來選取該鑰匙旁邊的刀具。編碼鑰匙的形狀如圖7-45所示，鑰匙的兩邊最多可帶有22個方齒，圖中除導向用的兩個方外，共有20個圖中可區(qū)別9999刀具。圖7-46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，然后順時針方向旋轉90度，處于鑰匙代碼突起6的第一彈簧片5被撐起，表示代碼“1”，處于代碼凹出的第二彈簧片3保持原狀，表示代碼“0”。由于鑰匙上每個凹凸部分的旁邊均有相應的炭刷4或1，故可將鑰匙各個凸凹部分識別出來，即識別書相應的刀具。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，刀庫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不必放回原來的刀座。（三））刀具具識別別裝置置刀具識識別裝裝置是是可任任意選選擇刀刀具的的自動動換刀刀系統(tǒng)統(tǒng)中重重要組組成部部分，，常用用的有有以下下幾種種。1．接接觸式式刀具具識別別裝置置接觸式式刀具具識別別裝置置的識識別原原理如如圖7-47所所示。。在刀刀柄上上裝有有兩種種直徑徑不同同的編編碼環(huán)環(huán)，規(guī)規(guī)定大大直徑徑的環(huán)環(huán)表示示二進進制的的“1”，，小直直徑的的環(huán)為為“0”，，圖中中有5個編編碼環(huán)環(huán)4，，在刀刀庫附附近固固定一一刀具具識別別裝置置2，，從中中伸出出觸針針3，，觸針針數量量與刀刀柄上上的編編碼環(huán)環(huán)個數數相等等。每每個探探針與與應該該繼電電器相相聯，，當蓖蓖麻換換是大大直徑徑時與與觸針針接觸觸，繼繼電器器通電電，其其數碼碼為““1””。當當編碼碼環(huán)是是小直直徑時時與觸觸針白白接觸觸，繼繼電器器不通通電其其數碼碼為““0””。當當各繼繼電器器讀出出的數數碼與與所小小刀具具的編編碼一一致時時，由由控制制裝置置發(fā)出出信號號，使使刀庫庫停轉轉，等等待換換刀。。接觸式刀具具識別裝置置的結構簡簡單，但由由于觸針有有磨損，故故壽命較短短、可靠性性較差，且且難于快速速換刀。2．接觸式式刀具識別別裝置非接觸式刀刀具識別裝裝置沒有機機械直接接接觸，因而而無磨損、、無噪聲、、壽命長、、反應速度度快。適應應于高速、、換刀頻繁繁的工作場場合。常用用的有磁性性識別和光光電識別法法。非接觸式磁磁性識別法法磁性識別別法是利用用磁性材料料和非磁性性材料感應應強弱不同同，通過感感應線圈讀讀取代碼。。編碼環(huán)的的直徑相等等、分別由由導磁材料料（如軟鋼鋼）和非導導磁材料（（如黃銅、、塑料）等等制成，規(guī)規(guī)定前者編編碼為“1”，后者者編碼為““0”。圖圖7-48所示為一一種用于刀刀具編碼的的磁性識別別裝置。圖圖中刀柄1上裝有非非導磁材料料編碼環(huán)4和導磁材材料編碼環(huán)環(huán)相對應的的有一組檢檢測線圈6組成的非非接觸式識識別裝置3。在檢測測線圈6的的一次線圈圈6的一次次線圈5中中輸入交流流電壓時，，如編碼環(huán)環(huán)為導磁材材料，則磁磁感應較強強，在二次次線圈7中中產生較大大的感應電電壓。如編編碼環(huán)為非非導磁材料料，則磁感感應較弱，，在二次線線圈中線圈圈感應的電電壓較弱。。利用感應應電壓的強強弱，就能能識別刀具具的號碼。。當編碼的的號碼與指指令刀號相相符時，控控制電路發(fā)發(fā)出信號。。使刀庫停停止運轉，，等待換刀刀。2）非接觸觸式光電識識別法非非接觸式光光電識別法法是利用光光導纖維良良好的光傳傳導特性，，采用多束束光導纖維維構成閱讀讀頭。用靠靠近的二束束光導纖維維來閱讀二二進制碼的的一位時，，其中一束束將電源投投到能反光光或不能反反光（被涂涂黑）的金金屬表面另另一束光導導纖維將反反射光送至至光電轉換換元件轉換換成電信號號，以判斷斷銷9卡緊，，同時缸體體3與壓盤盤4的錐面面接觸刀架架在新的位位置定位并并夾緊，這這時端齒離離合器與空空套齒輪脫脫開。（4）轉轉位液壓壓缸復位位刀刀架壓壓緊之后后，壓力力油從D孔進入入轉位液液壓缸右右腔，活活塞6帶帶動齒條條復位。。由于此此時端齒齒離合已已脫開，，所以齒齒條帶動動齒輪7在軸上上空轉。。如果定位位和壓緊緊動作正正常，推推開11與相應應的銖頭頭12接接觸出信信號表示示換刀過過程已經經結束，，可以以進進行切削削加工。。2．多主主軸轉塔塔頭換刀刀裝置在帶有旋旋轉刀具具的數控控鏜銑床床中，常常用多主主軸轉塔塔頭換刀刀裝置。。通個多多主軸轉轉塔頭的的轉位來來換刀是是一種比比較簡單單的換刀刀方式。。這種機機床的主主軸轉塔塔頭就是是一個轉轉塔刀庫庫，轉塔塔頭有臥臥式和立立式兩種種。圖7—38所示是是數控轉轉塔式鏜鏜銑床的的外觀圖圖，八方方形轉塔塔頭上裝裝有八根根主軸，，每根主主軸上裝裝有一把把刀具。。根據工工序的要要求按順順序自動動換刀，，同時接接通主傳傳動。不不處在工工作位置置的主軸軸便與主主傳動脫脫開。轉轉塔頭的的轉位（（即換刀刀）由槽槽輪機構構來實現現，其結結構如圖圖7—39所示示，每次次換刀包包括下類類動作：：（1）脫開主主軸傳動壓壓缸4卸壓，彈簧簧推動齒輪1向上與主軸軸上的齒輪12脫開。（2）轉塔頭頭抬起當當齒輪1脫脫開后，固定定在其上的支支板接通行程程開關3，控控制電磁閥，，使壓油進進入壓缸5的左腔，壓壓缸活塞帶帶動轉塔頭向向右移動，直直至活塞與壓壓缸端部相相接觸。固定定在轉塔頭體體上的鼠牙盤盤10便脫開開。（3）轉塔頭頭轉位當當鼠牙盤脫開開后，行程開開關發(fā)出信號號啟動轉位電電動機，經蝸蝸桿8和蝸輪輪6帶動槽輪輪機構的主軸軸曲拐使槽輪輪11轉過45。并由由槽輪機構的的圓弧來完成成主軸頭的分分度位置粗定定位。主軸號號的選定是通通過行程開關關組來實現。。若處于加工工位的主軸不不是所需要的的，轉位電動動機句續(xù)回轉轉，帶動轉塔塔頭間歇地再再轉45，，直至選中主主軸為止。主主軸選好后，，由行程開關關7關停轉位位電動機。（4）轉塔頭頭定位壓緊通通過電電磁閥使壓力力油進入壓壓缸5的右腔腔，轉塔頭向向左返回，由由鼠牙盤10精定位。并并利用壓壓缸5右腔的的油壓作用力力，將轉塔頭頭可靠地壓緊緊。（5））主主軸軸轉轉動動重重新新接接通通由由電電磁磁閥閥控控制制壓壓力力油油進進入入壓壓缸缸4，，壓壓縮縮彈彈簧簧使使齒齒輪輪1與與主主軸軸上上的的齒齒輪輪12嚙嚙合合。。此此時時轉轉塔塔頭頭轉轉位位、、定定位位動動作作全全部部完完成成。。為了了改改善善主主軸軸結結構構的的工工藝藝性性，，整整個個主主軸軸部部件件裝裝在在套套筒筒內內，，只只要要卸卸去去螺螺釘釘，，就就可可將將整整個個主主軸軸部部件件抽抽出出。。這種種換換刀刀裝裝置置存存儲儲刀刀具具的的數數量量少少，，適適用用于于加加工工較較簡簡單單的的工工件件，，其其優(yōu)優(yōu)點點在在于于省省去去了了自自動動松松、、夾夾，，卸卸刀刀、、裝裝刀刀以以及及刀刀具具搬搬運運等等一一系系列列的的復復雜雜操操作作，，從從而而縮縮短短了了換換刀刀時時間間，，并并提提高高了了換換刀刀的的可可靠靠性性。。但但是是由由于于空空間間位位置置的的限限制制，，使使主主軸軸部部件件結結構構不不能能設設計計得得十十分分堅堅實實，，因因而而影影響響了了主主軸軸系系統(tǒng)統(tǒng)的的剛剛度度。。為為了了保保證證主主軸軸的的剛剛度度，，必必須須限限制制主主軸軸數數目目，，否否則則將將使使結結構構尺尺寸寸大大大大增增加加。。因因此此，，轉轉塔塔主主軸軸頭頭通通常常只只適適應應于于