第2章 数控机床ATC系统5

1、2.5数控加工自动换刀系统 美、德、日等世界制造业发达的国家无一例美、德、日等世界制造业发达的国家无一例外都是刀具工业先进的国家。外都是刀具工业先进的国家。 先进的刀具及其换刀装置不但是推动制造技先进的刀具及其换刀装置不但是推动制造技术发展进步的重要动力，还是提高产品质量、降术发展进步的重要动力，还是提高产品质量、降低加工成本的重要手段。低加工成本的重要手段。 刀具与机床是互相制约又相互促进的刀具与机床是互相制约又相互促进的。 今天先进的刀具与数控机床共同推动了现代今天先进的刀具与数控机床共同推动了现代加工技术的进步，使制造技术进入了数控加工的加工技术的进步，使制造技术进入了数控加工的新时代。

2、新时代。12.5数控加工自动换刀系统 数控加工刀具具有适应数控加工刀具具有适应CNCCNC高速、高效和高速、高效和高度自动化的特点，一般高度自动化的特点，一般包括通用刀具、通用包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄用以连接刀具。刀柄用以连接刀具并装在机床主轴头上，已标准化和系列化。并装在机床主轴头上，已标准化和系列化。2.5.1 2.5.1 数控刀具数控刀具目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具 机夹可转位刀具已经得到了广泛的应用，机夹可转位刀具已经得到了广泛的应用，数量上已达到整个数控刀具的数量上已达到整个数控刀具的30%40%30

3、%40%，占金，占金属切除率总数的属切除率总数的80%90%80%90%。22.5数控加工自动换刀系统1. 1. 数控刀具的分类及特点数控刀具的分类及特点32.5数控加工自动换刀系统n整体式整体式 - - 钻头、立铣刀等；钻头、立铣刀等；n镶嵌式镶嵌式 - - 焊接式和焊接式和机夹式；机夹式；n减振式减振式 - - 主要用于镗孔主要用于镗孔 ；n内冷式内冷式 - - 深孔加工；深孔加工；n其他特殊形式；其他特殊形式；(1) (1) 按结构分：按结构分：1 1）分类）分类42.5数控加工自动换刀系统(2) (2) 按切削工艺分按切削工艺分n车削刀具车削刀具-外圆、内孔、螺纹、成形车刀等外圆、内孔

4、、螺纹、成形车刀等n钻削刀具钻削刀具-钻头、铰刀、丝锥等钻头、铰刀、丝锥等n镗削刀具镗削刀具-粗镗刀、精镗刀等粗镗刀、精镗刀等n铣削刀具铣削刀具-面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等外圆车刀外圆车刀常用车刀：常用车刀：52.5数控加工自动换刀系统螺纹车刀螺纹车刀内孔车刀内孔车刀62.5数控加工自动换刀系统面铣刀面铣刀方肩铣刀方肩铣刀常用铣刀：常用铣刀：72.5数控加工自动换刀系统仿形铣刀仿形铣刀三面刃和三面刃和螺纹铣刀螺纹铣刀整体硬质整体硬质合金铣刀合金铣刀82.5数控加工自动换刀系统铰刀铰刀钻头钻头丝锥丝锥钻削刀具：钻削刀具：92.5数控加工自动换刀系统粗镗刀粗镗刀精镗刀精镗

5、刀镗削刀具：镗削刀具：102.5数控加工自动换刀系统(3) (3) 按材料分按材料分n高速钢刀具高速钢刀具n硬质合金刀具硬质合金刀具-使用最普遍使用最普遍n陶瓷刀具陶瓷刀具n立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具n聚晶金刚石刀具聚晶金刚石刀具112.5数控加工自动换刀系统硬质合金刀具硬质合金刀具122.5数控加工自动换刀系统模块化工具优点：模块化工具优点：n减少换刀时间和刀具的安装次数；减少换刀时间和刀具的安装次数；n促使工具向标准化和系列化发展；促使工具向标准化和系列化发展；n提高工具的管理及柔性加工的水平；提高工具的管理及柔性加工的水平；n扩大工具的利用率，充分发挥工具的性能，降扩大工具的利用率，充

6、分发挥工具的性能，降低工具储备量。低工具储备量。 目前的数控工具形成了两大系统，目前的数控工具形成了两大系统，车削工具系车削工具系统统和和镗铣类工具系统镗铣类工具系统。(4) (4) 按工具系统分按工具系统分n整体式工具系统整体式工具系统n模块式工具系统模块式工具系统 132.5数控加工自动换刀系统2 2）数控刀具特点：）数控刀具特点：n很高的切削效率；很高的切削效率； n高的精度和重复定位精度；高的精度和重复定位精度；n很高的可靠性和耐用度；很高的可靠性和耐用度；n刀具尺寸的预调和快速换刀；刀具尺寸的预调和快速换刀； n完善的工具系统和刀具管理系统；完善的工具系统和刀具管理系统； n应有刀具

7、在线监控及尺寸补偿系统。应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。 142.5数控加工自动换刀系统2. 2. 机夹机夹可转位刀片可转位刀片1) 1) 可转位刀片的代码可转位刀片的代码 按国际柄准按国际柄准IS018321985IS018321985，可转位刀片的，可转位刀片的代码表示方法是代码表示方法是由由1010位字符串位字符串组成的。组成的。2) 2) 可转位刀片的断屑槽槽型可转位刀片的断屑槽槽型 我国标准我国标准GB 2080GB 20808787中所表示的槽形为中所表示的槽形为V V形断屑槽，槽宽为：形断屑槽，槽宽为：V0V01 mm1 mm；V1 = 1mmV1 = 1mm；V2 = 2mmV

8、2 = 2mm； V3 = 3mmV3 = 3mm；V4 = 4mmV4 = 4mm； 等五种。等五种。 152.5数控加工自动换刀系统3)3)可转位刀片的夹紧方式可转位刀片的夹紧方式 刀片夹紧要求：刀片夹紧要求： (1)(1)夹紧可靠，不允许松动。夹紧可靠，不允许松动。 (2)(2)定位准确，确保定位精度和重复精度。定位准确，确保定位精度和重复精度。 (3)(3)排屑流畅，有足够的排屑空间。排屑流畅，有足够的排屑空间。 (4)(4)结构简单，操作方便，转位动作快，成本低。结构简单，操作方便，转位动作快，成本低。 刀片夹紧方式：刀片夹紧方式：(1)(1)杠杆式；杠杆式；(2)(2)楔块上压式；

9、楔块上压式；(3)(3)螺钉上压式；螺钉上压式；162.5数控加工自动换刀系统172.5数控加工自动换刀系统182.5数控加工自动换刀系统数控车床数控车床整整体式体式工具系统工具系统3. 3. 数控刀具工具系统数控刀具工具系统工具系统：工具系统： 是针对数控是针对数控机床要求与之配机床要求与之配套的套的刀具必须可刀具必须可快换、高效切削快换、高效切削而发展起来的，而发展起来的，是刀具与机床的是刀具与机床的接口。接口。1 1）工具系统分类）工具系统分类192.5数控加工自动换刀系统镗镗式式铣工铣工类具类具模模系系块块统统(1)模块式模块式刀柄刀柄 镗铣类镗铣类模模块式工具系统块式工具系统即即TM

10、GTMG工具工具系系统，统，通过将基通过将基本刀柄、接杆本刀柄、接杆和加长杆和加长杆(如需如需要要)进行组合，进行组合，能组成能组成很多种很多种类的刀柄。类的刀柄。202.5数控加工自动换刀系统镗铣类模块式工具系统组成镗铣类模块式工具系统组成212.5数控加工自动换刀系统TMG21TMG21工具系统工具系统222.5数控加工自动换刀系统镗铣类镗铣类整体式整体式工具工具系统系统(TSG)(2)整体式刀柄整体式刀柄镗铣类整体式工具系统镗铣类整体式工具系统即即TSGTSG系统系统用于刀具装配用于刀具装配中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。232.5数控

11、加工自动换刀系统镗铣类整体式工具系统组成镗铣类整体式工具系统组成242.5数控加工自动换刀系统TSG82TSG82工具系统工具系统252.5数控加工自动换刀系统2) 2) 工具系统型号表示方法工具系统型号表示方法JT：表示采用国际标表示采用国际标准准ISO7388号加工中号加工中心机床用锥柄柄部；心机床用锥柄柄部； BT：表示采用日本标表示采用日本标准准MAS403号加工中号加工中心机床用锥柄柄部；心机床用锥柄柄部；其后数字为相应的其后数字为相应的ISOISO锥度号：如锥度号：如 5050和和4040分别代表分别代表大端直径大端直径69.8569.85和和44.4544.45的的7:247:2

12、4锥度锥度。262.5数控加工自动换刀系统XD -装三面铣刀刀柄装三面铣刀刀柄 MW -无扁尾氏锥柄刀柄无扁尾氏锥柄刀柄XS -装三面刃铣刀刀柄装三面刃铣刀刀柄M -有扁尾氏锥柄刀柄有扁尾氏锥柄刀柄Z(J) -装钻夹头刀柄装钻夹头刀柄(贾式锥度加贾式锥度加J) XP - 装削平柄铣刀刀柄装削平柄铣刀刀柄用途后的数字表示工具的工作特性，其用途后的数字表示工具的工作特性，其含义随工具不同而异。含义随工具不同而异。(3)工作长度工作长度272.5数控加工自动换刀系统面铣刀刀柄面铣刀刀柄整体钻夹头刀柄整体钻夹头刀柄3)3) 常用刀柄常用刀柄282.5数控加工自动换刀系统镗刀柄镗刀柄292.5数控加工自

13、动换刀系统莫式锥莫式锥度刀柄度刀柄快换式丝快换式丝锥刀柄锥刀柄钻夹头钻夹头刀柄刀柄302.5数控加工自动换刀系统ERER弹簧夹头刀柄弹簧夹头刀柄侧压式立铣刀柄侧压式立铣刀柄KMKM型卡簧型卡簧 ERER型卡簧型卡簧312.5数控加工自动换刀系统ISO 7388及及DIN 69871的的A型拉钉型拉钉 ISO 7388及及DIN 69871的的B型拉钉型拉钉 MAS BT拉钉拉钉拉钉：拉钉： 带螺纹的零件，带螺纹的零件，连接连接在各种工具柄的尾端，在各种工具柄的尾端，作为镗铣主轴拉刀固定用。作为镗铣主轴拉刀固定用。322.5数控加工自动换刀系统n (1)(1)刀具换刀时间短且换刀可靠；刀具换刀时

14、间短且换刀可靠；n (2)(2)刀具刀具重复定位精度重复定位精度高；高；n (3)(3)足够的刀具储存量；足够的刀具储存量；n (4)(4)刀库占地面积小。刀库占地面积小。2.5.2 2.5.2 数控刀具自动换刀系统数控刀具自动换刀系统 为完成对工件的多工序加工而设置的存储为完成对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置称为自动换刀装置及更换刀具的装置称为自动换刀装置(Automatic (Automatic tool changer-ATC)tool changer-ATC) , ,自动换刀装置应当满足的基自动换刀装置应当满足的基本要求为：本要求为：332.5数控加工自动换刀系统根据其组

15、成结构可分为根据其组成结构可分为n排式刀架排式刀架n回转刀架式回转刀架式n转塔式转塔式n带刀库式带刀库式1 1、自动换刀装置的形式、自动换刀装置的形式 排式刀架一般用于数控车床，结构为夹持各排式刀架一般用于数控车床，结构为夹持各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的种不同用途刀具的刀夹沿着机床的X X坐标轴方向排坐标轴方向排列在横向滑板上，换刀方便迅速，生产效率高。列在横向滑板上，换刀方便迅速，生产效率高。342.5数控加工自动换刀系统排式刀架排式刀架352.5数控加工自动换刀系统排式刀架排式刀架362.5数控加工自动换刀系统n刀架可设计成四方形、六角形或其他形式；刀架可设计成四方形、六角形或其他形式

16、；n刀架分立式刀架分立式 ( (回转中心与主轴垂直回转中心与主轴垂直) ) 、卧式、卧式2 2种；种；n多用于车床或车削中心；多用于车床或车削中心；372.5数控加工自动换刀系统1212工位卧式回转刀架工位卧式回转刀架4 4方、方、6 6角立式回转刀架角立式回转刀架382.5数控加工自动换刀系统392.5数控加工自动换刀系统(1) (1) 四方回转刀架四方回转刀架402.5数控加工自动换刀系统(1) (1) 四方回转刀架四方回转刀架412.5数控加工自动换刀系统(2) (2) 液压控制的六角回转刀架液压控制的六角回转刀架422.5数控加工自动换刀系统(2) (2) 液压控制的六角回转刀架液压控

17、制的六角回转刀架432.5数控加工自动换刀系统(2) (2) 液压控制的六角回转刀架液压控制的六角回转刀架442.5数控加工自动换刀系统3) 3) 转塔式更换主轴头自动换刀装置转塔式更换主轴头自动换刀装置 更换主轴头换刀更换主轴头换刀通常有卧式和立式两种。通常有卧式和立式两种。换刀时利用转塔的转位来更换主轴头，以实现自换刀时利用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。动换刀。转塔主轴相当于一个转塔刀库。转塔主轴相当于一个转塔刀库。 在转塔的各主轴头上预先装好所需刀具，换在转塔的各主轴头上预先装好所需刀具，换刀时依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具刀时依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具旋转

18、。旋转。 优点：省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及优点：省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀时间，刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性。提高了换刀可靠性。 缺点：主轴部件的刚性差且主轴的数目不可缺点：主轴部件的刚性差且主轴的数目不可能太多。能太多。 452.5数控加工自动换刀系统(1) (1) 多主轴转塔头结构多主轴转塔头结构462.5数控加工自动换刀系统(2) (2) 八轴卧式转塔头结构及其换刀八轴卧式转塔头结构及其换刀472.5数控加工自动换刀系统(3) (3) 带刀库的转塔头换刀带刀库的转塔头换刀旋转主轴特点：旋转主轴特点：n 一个空闲

19、工位；一个空闲工位；n 一个工作工位；一个工作工位；n 在空闲位换刀；在空闲位换刀；n 带刀库和换刀带刀库和换刀机械手；机械手；刀库刀库482.5数控加工自动换刀系统4) 4) 带刀库的自动换刀装置带刀库的自动换刀装置 由于刀架、转塔头的刀具容量有限，现代由于刀架、转塔头的刀具容量有限，现代MCMC数控机床都使用数控机床都使用刀库刀库ATCATC装装置换刀。置换刀。 刀库换刀将加工中所需刀具分别装于标准刀刀库换刀将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由库，由刀具交换装置刀具交换装置从刀库和主轴上取刀交换。从刀库和主

20、轴上取刀交换。 492.5数控加工自动换刀系统1) 1) 无机械手交换刀具方式无机械手交换刀具方式机械手交换刀具；机械手交换刀具；无机械手交换刀具，由刀库与机床主轴的无机械手交换刀具，由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换。相对运动实现刀具交换。 这种换刀方式这种换刀方式 实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为装置称为刀具交换装置刀具交换装置。刀具的交换方式通常分刀具的交换方式通常分为两种：为两种： 2 2、刀具交换装置、刀具交换装置502.5数控加工自动换刀系统(1)(1)刀库移动式无机械手换刀刀库移动式无机械手换刀512.5数控加工自动换刀系统

21、(2)(2)主轴移动式无机械手换刀主轴移动式无机械手换刀522.5数控加工自动换刀系统待换待换刀具刀具换下换下刀具刀具532.5数控加工自动换刀系统 机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后，机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后，把这一工步的刀具送回刀库，并把下一工步所把这一工步的刀具送回刀库，并把下一工步所需要的刀具从刀库中取出来装入主轴继续进行需要的刀具从刀库中取出来装入主轴继续进行加工的功能部件。加工的功能部件。 2) 2) 带机械手交换刀具方式带机械手交换刀具方式MCMC的自动换刀的自动换刀，大都采用机械手换刀方式大都采用机械手换刀方式。 由机械手把刀库上的刀具送到主轴上由机械手把刀库上的

22、刀具送到主轴上。使用使用一个机械手将加工用毕的刀具从主轴中拔出一个机械手将加工用毕的刀具从主轴中拔出，与与此同时此同时，另一个机械手将在刀库待命的刀具中从另一个机械手将在刀库待命的刀具中从换刀位置拔出换刀位置拔出，然后两者交换位置然后两者交换位置，完成换刀过完成换刀过程程。刀库中的刀具可手工或机械手安装。刀库中的刀具可手工或机械手安装。 542.5数控加工自动换刀系统(1) (1) 换刀机械手结构换刀机械手结构单臂单爪机械手单臂单爪机械手： 只有一个手只有一个手臂臂换刀换刀，因此换刀时间长因此换刀时间长。回转式单臂双回转式单臂双爪爪机械手机械手： 它的双爪可同时工作它的双爪可同时工作，通过手臂

23、回转交换通过手臂回转交换刀具位置刀具位置，因此换刀时间短。因此换刀时间短。双臂机械手：双臂机械手： 能能同时同时抓取和装卸机床主轴和刀库集中的抓取和装卸机床主轴和刀库集中的刀具，刀具，因此换刀因此换刀进一步进一步时间时间缩缩短。短。双刀库机械手：双刀库机械手： 使用两个刀库和两个单臂机械手工作，使使用两个刀库和两个单臂机械手工作，使机械手行程大为缩短。机械手行程大为缩短。552.5数控加工自动换刀系统562.5数控加工自动换刀系统钩手钩手伸缩手伸缩手抱手抱手叉手叉手572.5数控加工自动换刀系统582.5数控加工自动换刀系统(2)(2)各种机械手换刀过程各种机械手换刀过程刀刀座座轴轴与与主主轴

24、轴平平行行n两手成180o的回转式单臂双爪机械手两手不伸缩回转式两手不伸缩回转式刀刀座座轴轴与与主主轴轴垂垂直直1、9刀库 2、10换刀位置的刀座 3、8机械手 4、5机床主轴 6、7刀具592.5数控加工自动换刀系统刀座轴与主轴平行刀座轴与主轴平行单臂双爪换刀过程：抓刀拔刀换刀插刀复位602.5数控加工自动换刀系统两手伸缩回转式两手伸缩回转式1机床主轴 2主轴中刀具 3刀库中刀具4刀库 5机械手612.5数控加工自动换刀系统剪式手爪回转式剪式手爪回转式刀刀座座轴轴与与主主轴轴平平行行刀刀座座轴轴与与主主轴轴垂垂直直1刀库 2剪式手爪 3机床主轴 4伸缩臂5伸缩与回转机构 6手臂摆动机构622

25、.5数控加工自动换刀系统n两手互相垂直的回转式单臂双爪机械手两手互相垂直的回转式单臂双爪机械手 1换刀位置 2、5刀具 3机械手 4机床主轴632.5数控加工自动换刀系统3、刀库及刀具选择方式、刀库及刀具选择方式(1) 刀库的类型刀库的类型 按刀库的结构形式可分为：按刀库的结构形式可分为：圆盘式刀库；圆盘式刀库；*链式刀库；链式刀库；*箱型式刀库箱型式刀库-箱型和线型；箱型和线型； 按设置部位的不同可分为按设置部位的不同可分为: 顶置式，置式，悬挂式，落地式；顶置式，置式，悬挂式，落地式；按交换刀具还是交换主轴可分为：按交换刀具还是交换主轴可分为： 普通刀库普通刀库(简称刀库简称刀库)； 主轴

26、箱刀库；主轴箱刀库；1) 刀库刀库642.5数控加工自动换刀系统652.5数控加工自动换刀系统662.5数控加工自动换刀系统672.5数控加工自动换刀系统682.5数控加工自动换刀系统692.5数控加工自动换刀系统702.5数控加工自动换刀系统(2) 刀库的存储容量刀库的存储容量n 10把车刀可完成工件把车刀可完成工件90左右的车削工艺左右的车削工艺n 4把铣刀可完成工件把铣刀可完成工件90左右的铣削工艺左右的铣削工艺n 20把孔加工刀具可完成把孔加工刀具可完成90的钻削工艺的钻削工艺 配有配有1440把刀具的刀库就能够满足把刀具的刀库就能够满足70-95工件的加工需要。工件的加工需要。712.5数控加工自动换刀系统加工中心刀库使用的选刀方式：加工中心刀库使用的选刀方式：n顺序选刀顺序选刀n任意选刀任意选刀3) 刀库的选刀方式刀库的选刀方式 722.5数控加工自动换刀系统n刀柄编码*；n刀座编码*，它又分两种：n永久性编码刀座编码不变；n临时性编码即钥匙编码，钥匙拔出时相应刀座编码消失。(2) 任选刀具的换刀方式有： 刀柄编码或刀座编码都需要在刀具或刀座上安装用于识别的编码条。 732.5数控加工自动换刀