第3章金属切削机床9

1、 工件回转类或主运动为直线运动类的机床，其刀架是安放刀具的重工件回转类或主运动为直线运动类的机床，其刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，往往成为工艺系统中的较薄弱要部件，许多刀架还直接参与切削工作，往往成为工艺系统中的较薄弱环节。刀具回转类的机床，刀具安装在主轴上，直接参与切削工作，有环节。刀具回转类的机床，刀具安装在主轴上，直接参与切削工作，有些机床采用自动换刀装置来提高自动化程度。些机床采用自动换刀装置来提高自动化程度。 随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电（液）换位的自动刀架，有

2、的还使用两个回转刀盘。加工车床上采用电（液）换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心机床采用了刀库和刀具交换装置（合称自动换刀装置），实现了大中心机床采用了刀库和刀具交换装置（合称自动换刀装置），实现了大容量储存刀具和自动交换刀具的功能。容量储存刀具和自动交换刀具的功能。 按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架。按结构形式可分为方按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等。按驱动刀架转位的动力可分为手动转刀架、转塔刀架、回轮式刀架等。按驱动刀架转位的动力可分为手动转位刀架和自动（电动和液动）转位刀架。位刀架和自动（电动和液动）转位刀架。 数控

3、车床的自动换刀装置主要采用回转刀盘（转数控车床的自动换刀装置主要采用回转刀盘（转塔或回轮刀架），刀盘上安装塔或回轮刀架），刀盘上安装8-12 8-12 把刀。有的数控把刀。有的数控车床采用两个刀盘，实行四坐标（两组两坐标）控车床采用两个刀盘，实行四坐标（两组两坐标）控制，少数数控车床也具有带刀库的自动换刀装置。制，少数数控车床也具有带刀库的自动换刀装置。左图是刀具与主轴中心平行安装的回转盘。中图为左图是刀具与主轴中心平行安装的回转盘。中图为刀盘中心线相对于主轴中心线倾斜的回转刀盘，每刀盘中心线相对于主轴中心线倾斜的回转刀盘，每个刀位上可装两把刀具，分别加工外圆和内孔。右个刀位上可装两把刀具，分

4、别加工外圆和内孔。右图是装有两个刀盘的数控车床。图是装有两个刀盘的数控车床。 左下图是安装有刀库的数控车床，刀库可以是回转式或链式，通过机左下图是安装有刀库的数控车床，刀库可以是回转式或链式，通过机械手交换刀具。右下图是带鼓轮式刀库的车削中心，图中械手交换刀具。右下图是带鼓轮式刀库的车削中心，图中3 3为回转刀盘，为回转刀盘，上面装有多把刀具，上面装有多把刀具，4 4是鼓轮式刀库，其上可装是鼓轮式刀库，其上可装6-8 6-8 把刀，把刀，5 5是机械手，是机械手，可将刀库中的刀具换到刀具转轴可将刀库中的刀具换到刀具转轴6 6上去，上去，6 6可由电动机驱动回转进行铣削可由电动机驱动回转进行铣削

5、加工的刀具转轴，加工的刀具转轴，7 7为回转头，可交换采用回转刀盘为回转头，可交换采用回转刀盘3 3和刀具转轴和刀具转轴6 6 ，轮，轮番进行加工。番进行加工。 因为加工中心有立式、卧式、龙门式等几种，所以这些机床上的刀库因为加工中心有立式、卧式、龙门式等几种，所以这些机床上的刀库和刀具交换装置也各式各样。和刀具交换装置也各式各样。 加工中心上刀库类型有：鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直加工中心上刀库类型有：鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线刀库等。线刀库等。 图示为各种鼓轮式刀库。鼓轮式刀库结构简单紧凑，应用较广。但因图示为各种鼓轮式刀库。鼓轮式刀库结构简单紧凑，应用较广。但因刀

6、具单环排列、定向利用率低，大容量刀库的外径将较大，转动惯量大，刀具单环排列、定向利用率低，大容量刀库的外径将较大，转动惯量大，选刀运动时间长，这种形式的刀库容量较小，一般不超过选刀运动时间长，这种形式的刀库容量较小，一般不超过32 32 把刀具。把刀具。 换刀机械手有单臂单手式、单臂双手式和双手式机械手。换刀机械手有单臂单手式、单臂双手式和双手式机械手。 单臂单手式结构简单，换刀时间较长。见左图。单臂单手式结构简单，换刀时间较长。见左图。 单臂双手式机械手可同时抓住主轴和刀库中的刀具，并进行拔出、插单臂双手式机械手可同时抓住主轴和刀库中的刀具，并进行拔出、插入，换刀时间短，广泛应用于加工中心上

7、的刀库刀座轴线与主轴轴线相入，换刀时间短，广泛应用于加工中心上的刀库刀座轴线与主轴轴线相平行的场合。见中和左图。平行的场合。见中和左图。 双手式机械手，结构较复杂，双手式机械手，结构较复杂，换刀时间短，这种机械手除完成拔换刀时间短，这种机械手除完成拔刀、插刀外，还起运输刀具的作用。刀、插刀外，还起运输刀具的作用。 l l）满足工艺过程所提出的要求。）满足工艺过程所提出的要求。 2 2）刀具交换前后都能处于正确位置。）刀具交换前后都能处于正确位置。 3 3）刀架、刀库、换刀机械手都应具有足够的刚度。）刀架、刀库、换刀机械手都应具有足够的刚度。 4 4）可靠性高。）可靠性高。 5 5）刀架和自动换

8、刀装置的换刀时间应尽可能缩短。）刀架和自动换刀装置的换刀时间应尽可能缩短。 6 6）操作方便和安全。）操作方便和安全。 图示为卧式车床的四方刀图示为卧式车床的四方刀架。逆时针转动手柄架。逆时针转动手柄1 1，通过，通过销子销子2 2带动轴套带动轴套3 3、4 4和端面凸和端面凸轮轮5 5回转，抬起定位销回转，抬起定位销7 7，继，继续逆时针转动手柄续逆时针转动手柄1 1，销子，销子8 8带动四方刀架转位。转位后带动四方刀架转位。转位后靠弹簧靠弹簧1010将钢球将钢球9 9压在刀架座压在刀架座的圆锥孔内，实现方刀架粗的圆锥孔内，实现方刀架粗定位。然后，顺时针方向转定位。然后，顺时针方向转动手柄动

9、手柄1 1，端面凸轮被复位，端面凸轮被复位，定位销定位销7 7在弹簧在弹簧6 6的作用下，的作用下，重新插入另一定位孔内完成重新插入另一定位孔内完成精定位。继续转动手柄精定位。继续转动手柄1 1 ，依靠螺纹夹紧刀架。依靠螺纹夹紧刀架。 卧式车床刀架只能装四把刀，卧式车床刀架只能装四把刀，加上尾座也最多装五把刀。而有加上尾座也最多装五把刀。而有些零件加工表面很多，需要更多些零件加工表面很多，需要更多的刀具才能完成。因而出现了将的刀具才能完成。因而出现了将尾座去掉，在此位置上安装能纵尾座去掉，在此位置上安装能纵向移动的多工位转塔刀架，这样向移动的多工位转塔刀架，这样在转塔上可装六把刀具，加上前在转

10、塔上可装六把刀具，加上前刀架、后刀架，可使刀具增加到刀架、后刀架，可使刀具增加到10 10 把以上，形成转塔车床。见图把以上，形成转塔车床。见图示半自动转塔车床的加工实例。示半自动转塔车床的加工实例。 转位时鞍座退回床身尾部，液压缸的下腔进高压油，活塞转位时鞍座退回床身尾部，液压缸的下腔进高压油，活塞1212带动刀带动刀架体架体5 5抬起，端面齿盘抬起，端面齿盘7 7、8 8脱离啮合，同时端面齿形离合器脱离啮合，同时端面齿形离合器1010结合。结合。由液压缸活塞由液压缸活塞1414上的上的齿条，带动转位齿轮齿条，带动转位齿轮9 9、离合器、离合器1010、轴、轴、刀架体刀架体5 5转位。调整转

11、位。调整活塞杆活塞杆1414上的挡块位上的挡块位置（未示出），可控置（未示出），可控制刀架体转过制刀架体转过6060或或120120。转位后由弹。转位后由弹簧销簧销6 6粗定位，液压粗定位，液压缸上腔通压力油，刀缸上腔通压力油，刀架体随即被压下，端架体随即被压下，端面齿盘在新的位置啮面齿盘在新的位置啮合，完成精定位，重合，完成精定位，重复定位精度较高。复定位精度较高。 刀架转位的同时，刀架转位的同时，通过轴通过轴下端的齿轮下端的齿轮传动轴传动轴V V上的齿轮，再上的齿轮，再经一对锥齿轮传动六经一对锥齿轮传动六角花轴角花轴1111（总传动比（总传动比为为1:1) 1:1) ，六角花轴，六角花轴1

12、111六个面上的挡块，可六个面上的挡块，可分别控制相应的六组分别控制相应的六组刀具纵向进给的极限刀具纵向进给的极限位置。位置。 转塔刀架鞍座转塔刀架鞍座1 1在在进给液压缸活塞进给液压缸活塞2 2的驱的驱动下沿床身三角形导动下沿床身三角形导轨和平导轨作纵向进轨和平导轨作纵向进给运动。给运动。 当上腔通以当上腔通以2MPa 2MPa 压力油时，将产生压力油时，将产生6.5t6.5t夹紧力，足够满足切削工作夹紧力，足够满足切削工作的需要。刀架上可以安装六组刀具，顺序转位，依次参加切削，也可间的需要。刀架上可以安装六组刀具，顺序转位，依次参加切削，也可间隔安装三组刀具进行切削，实现三工步或六工步两种

13、半自动循环。隔安装三组刀具进行切削，实现三工步或六工步两种半自动循环。 图示为一般经济型数控车床采用的（电动）自动转位刀架。转位时，图示为一般经济型数控车床采用的（电动）自动转位刀架。转位时，微电动机通过齿轮、蜗杆蜗轮带动丝杠转动，使丝杠螺母连同方刀架一微电动机通过齿轮、蜗杆蜗轮带动丝杠转动，使丝杠螺母连同方刀架一起上升，使端面齿脱离啮合。当螺母上升到一定高度时，粗定位销插入起上升，使端面齿脱离啮合。当螺母上升到一定高度时，粗定位销插入斜面槽，粗定位斜面槽，粗定位开关发信号，停开关发信号，停转。后电动机反转。后电动机反转，由于斜面销转，由于斜面销的棘轮作用，方的棘轮作用，方刀架只能下降而刀架只

14、能下降而不能转动，使端不能转动，使端面齿轮啮合。当面齿轮啮合。当方刀架下降到底方刀架下降到底后，电动机仍继后，电动机仍继续回转，当压紧续回转，当压紧力到达预定值时，力到达预定值时，压力开关发出停压力开关发出停机信号，整个过机信号，整个过程结束。程结束。 随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新，但大体分为随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新，但大体分为排刀式刀架和转塔式刀架两大类。排刀式刀架和转塔式刀架两大类。 见图，排刀见图，排刀式刀架一般用式刀架一般用于小规格数控于小规格数控车床，以加工车床，以加工棒料为主的机棒料为主的机床较为常见。床较为常见。它仅适用于加它仅适用于加

15、工直径小于工直径小于100 100 mm mm 的车床。的车床。 图示为数控车床用图示为数控车床用1212个刀位的回转刀架。刀架的夹紧和转位都由液压个刀位的回转刀架。刀架的夹紧和转位都由液压油缸驱动。接到转位信号后，液压缸油缸驱动。接到转位信号后，液压缸1 1 的右腔进油，将中心轴的右腔进油，将中心轴2 2 和刀盘和刀盘3 3 左移，使端面齿盘左移，使端面齿盘4 4 与与5 5 分离，然后，液压马分离，然后，液压马达驱动凸轮达驱动凸轮6 6旋转。凸旋转。凸轮每转一周拨过一个轮每转一周拨过一个柱销，使刀盘转过一柱销，使刀盘转过一个工位。当刀盘转到个工位。当刀盘转到新预选工位时，液压新预选工位时，

16、液压马达刹车，然后液压马达刹车，然后液压缸缸1 1前腔进油，将中心前腔进油，将中心轴和刀盘向右拉紧，轴和刀盘向右拉紧，使两端面齿盘啮合夹使两端面齿盘啮合夹紧，中心轴尾部平面紧，中心轴尾部平面压下开关压下开关XK2XK2，发出转，发出转位结束信号。该刀架位结束信号。该刀架可以正反两个方向旋可以正反两个方向旋转。转。 图示电动回转刀架。当转塔刀架接到转位指令后，电动机图示电动回转刀架。当转塔刀架接到转位指令后，电动机1010通过齿轮通过齿轮带动行星轮的系杆带动行星轮的系杆9 9旋转，再通过轴旋转，再通过轴8 8带动套带动套5 5转动，套转动，套5 5沿圆周方向均布沿圆周方向均布3 3个夹紧轮个夹紧

17、轮4 4 ，此时夹紧轮沿着下定位齿盘，此时夹紧轮沿着下定位齿盘3 3上的凸轮槽移动，当夹紧轮进上的凸轮槽移动，当夹紧轮进入槽中的凹部时，将使下齿盘向右移动，从而使上下定位齿盘脱离啮合。入槽中的凹部时，将使下齿盘向右移动，从而使上下定位齿盘脱离啮合。接着套接着套5 5 带着夹紧轮继续旋转，推动与转塔头连在一起的套带着夹紧轮继续旋转，推动与转塔头连在一起的套7 7同步转动，同步转动，进行分度转位工作。当达到预选位置时，电磁铁进行分度转位工作。当达到预选位置时，电磁铁1313动作，将预定位动作，将预定位杆杆1414向左推出，使预定向左推出，使预定位销位销2 2进入转塔的预定进入转塔的预定位套位套1

18、1中。当预定位销中。当预定位销到位后，接近开关发出到位后，接近开关发出信号使电动机停止，并信号使电动机停止，并立即反转，即使夹紧套立即反转，即使夹紧套带动夹紧轮反向转动，带动夹紧轮反向转动，从而将下定位齿盘从而将下定位齿盘3 3 向向左移动，上下齿盘啮合，左移动，上下齿盘啮合，靠下齿盘凸轮槽中的凸靠下齿盘凸轮槽中的凸起部分夹紧转塔。起部分夹紧转塔。 从前面介绍的几种刀架结构看，卧式车床采用手柄、转轴、端面凸从前面介绍的几种刀架结构看，卧式车床采用手柄、转轴、端面凸轮、销子带动方刀架转位；转塔车床转塔刀架则采用液压缸活塞齿条、轮、销子带动方刀架转位；转塔车床转塔刀架则采用液压缸活塞齿条、齿轮转动

19、刀架体转位；电动机驱动转位机构。齿轮转动刀架体转位；电动机驱动转位机构。 这种由液动机驱动的转位机构调速范围大、缓冲制动容易，转位速这种由液动机驱动的转位机构调速范围大、缓冲制动容易，转位速度可调，运动平稳，结构尺寸较小，制造容易，因而应用较广泛。而转度可调，运动平稳，结构尺寸较小，制造容易，因而应用较广泛。而转位角度大小可由活塞杆上的限位挡块来调整。也有采用气动的，结构简位角度大小可由活塞杆上的限位挡块来调整。也有采用气动的，结构简单，速度可调，但运动不平稳，有冲击，结构尺寸大，驱动力小。故一单，速度可调，但运动不平稳，有冲击，结构尺寸大，驱动力小。故一般多用在非金属切削的自动化机械和自动线

20、的转位机构中。般多用在非金属切削的自动化机械和自动线的转位机构中。 这种转位机构依靠凸轮轮廓强这种转位机构依靠凸轮轮廓强制刀架作转位运动，运动规律完制刀架作转位运动，运动规律完全取决于凸轮轮廓形状。如图，全取决于凸轮轮廓形状。如图，圆柱凸轮是在圆周面上加工出一圆柱凸轮是在圆周面上加工出一条两端有头的凸起轮廓，从动回条两端有头的凸起轮廓，从动回转盘端面有多个柱销，销子数量转盘端面有多个柱销，销子数量与工位数相等。与工位数相等。当圆柱凸轮按固定的旋转方向运动时，当圆柱凸轮按固定的旋转方向运动时，B B销先进入凸轮轮廓的曲线段，销先进入凸轮轮廓的曲线段，这时凸轮开始驱动回转盘转位，与此同时这时凸轮开

21、始驱动回转盘转位，与此同时A A销与凸轮轮廓脱离，当凸轮销与凸轮轮廓脱离，当凸轮转过转过180180时转位动作终止，时转位动作终止，B B销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段，销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段，同时与同时与B B销相邻的销相邻的C C 销开始与凸轮的直线销开始与凸轮的直线轮廓的另一侧面接触。轮廓的另一侧面接触。在此间歇阶段在此间歇阶段B B销和销和C C销同时与凸轮直线轮销同时与凸轮直线轮廓两侧接触，限制了廓两侧接触，限制了回转盘的转动。凸轮回转盘的转动。凸轮正反转时均可带动刀正反转时均可带动刀盘作正反两个方向的盘作正反两个方向的旋转。转位速度高、旋转。转位速度高、精度较低

22、，运动特性精度较低，运动特性可以自由设计选取，可以自由设计选取，但制造较困难、成本但制造较困难、成本较高、结构尺寸较大。较高、结构尺寸较大。 现代技术的发展，可以采用直流（或交流）伺服电动机驱动蜗杆、蜗现代技术的发展，可以采用直流（或交流）伺服电动机驱动蜗杆、蜗轮（消除间隙）实现刀架转位，转位的速度和角位移均可通过半闭环反轮（消除间隙）实现刀架转位，转位的速度和角位移均可通过半闭环反馈进行精确控制加以实现，如图示。馈进行精确控制加以实现，如图示。 刀架的定位机构中多采用锥销定位和端面齿盘定位。刀架的定位机构中多采用锥销定位和端面齿盘定位。 端齿盘定位由两个齿形相同的端面齿盘相啮合而成端齿盘定位

23、由两个齿形相同的端面齿盘相啮合而成, ,见图示。由于是见图示。由于是多齿同时啮合，各个齿的位置误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定多齿同时啮合，各个齿的位置误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定位精度高。齿盘的齿形角一般有位精度高。齿盘的齿形角一般有22等于等于9090和和6060两种。齿盘的齿数两种。齿盘的齿数z z的选择应根据所要求的分度数以及齿盘外径的选择应根据所要求的分度数以及齿盘外径D D的大小来确定。端齿盘设计的大小来确定。端齿盘设计参数已经标准化。参数已经标准化。p 定位精度高定位精度高 由于端齿盘定位齿数多，且沿圆周均布，向心多齿结构，经过研齿的由于端齿盘定位齿数多，且沿圆周均布

24、，向心多齿结构，经过研齿的齿盘，其分度精度一般可达土齿盘，其分度精度一般可达土33左右，最高可达左右，最高可达0.40.4以上，一对齿盘以上，一对齿盘啮合时具有自动定心作用。所以中心轴的回转精度、间隙及磨损对定心啮合时具有自动定心作用。所以中心轴的回转精度、间隙及磨损对定心精度几乎没有影响，对中心轴的精度要求低，装置容易。精度几乎没有影响，对中心轴的精度要求低，装置容易。p 重复定位精度好重复定位精度好 由于多齿啮合相当于上下齿盘齿的反复磨合对研，越磨合精度越高，由于多齿啮合相当于上下齿盘齿的反复磨合对研，越磨合精度越高，重复定位精度也越好。重复定位精度也越好。p 定位刚性好，承载能力大定位刚

25、性好，承载能力大 两齿盘多齿啮合。由于齿盘齿部强度高，并且一般齿数啮合率不少于两齿盘多齿啮合。由于齿盘齿部强度高，并且一般齿数啮合率不少于90 % , 90 % , 齿面啮合长度不少于齿面啮合长度不少于60 % 60 % ，故定位刚性好，承载能力大。，故定位刚性好，承载能力大。 具有钻、镗、铣功能的数控镗铣床，为了使工件能在一次安装中实现具有钻、镗、铣功能的数控镗铣床，为了使工件能在一次安装中实现工序高度集中、加工完最多的工件表面，且尽量节省辅助时间，一般在其工序高度集中、加工完最多的工件表面，且尽量节省辅助时间，一般在其上配置刀库，并由机械手进行自动换刀。这种带自动换刀装置的数控镗铣上配置刀

26、库，并由机械手进行自动换刀。这种带自动换刀装置的数控镗铣床，称加工中心（床，称加工中心（MCMC）。）。 初期曾采用转塔动力头式的换刀方式，如图示。初期曾采用转塔动力头式的换刀方式，如图示。它的电动机、变速箱、转塔动力头做成一体，结构它的电动机、变速箱、转塔动力头做成一体，结构紧凑；变速箱工作时的振动和热量都直接传到转塔紧凑；变速箱工作时的振动和热量都直接传到转塔上来，而且每把刀都需要一个主轴，所以它的刀具上来，而且每把刀都需要一个主轴，所以它的刀具数量、尺寸、结构都受到很多限制。数量、尺寸、结构都受到很多限制。 采用单独储存刀具的刀库，刀具数量可以增多，满足加工复杂零件的采用单独储存刀具的刀

27、库，刀具数量可以增多，满足加工复杂零件的需要，只需一个夹持刀具进行切削的主轴，制造难度比转塔动力头低。需要，只需一个夹持刀具进行切削的主轴，制造难度比转塔动力头低。p 无机械手换刀方式无机械手换刀方式 小型加工中心有采用无机械手换刀方式，刀具在刀库与主轴之间直接小型加工中心有采用无机械手换刀方式，刀具在刀库与主轴之间直接交换，靠刀库与主轴的运动实现。见图示。交换，靠刀库与主轴的运动实现。见图示。 这个刀库的驱动是由伺服电动机经齿轮、蜗杆、蜗轮转动刀库，如图这个刀库的驱动是由伺服电动机经齿轮、蜗杆、蜗轮转动刀库，如图示。为了消除齿侧间隙而采用双片齿轮。蜗杆、蜗轮采用单头双导程蜗杆示。为了消除齿侧

28、间隙而采用双片齿轮。蜗杆、蜗轮采用单头双导程蜗杆消除蜗杆蜗轮啮合间隙，压盖消除蜗杆蜗轮啮合间隙，压盖5 5 和轴承套和轴承套6 6 之间用螺纹联接，转动套之间用螺纹联接，转动套6 6 就就可使蜗杆轴向移动以调整间隙，螺母可使蜗杆轴向移动以调整间隙，螺母7 7 用于在调整后锁紧。刀库的最大转用于在调整后锁紧。刀库的最大转角角1800 1800 。控制系统中有一个自动判别机能，决定刀库正反转，以使转角。控制系统中有一个自动判别机能，决定刀库正反转，以使转角最小。最小。 刀库及转位机刀库及转位机构装在一个箱体构装在一个箱体内，用滚动导轨内，用滚动导轨支承在立柱顶部，支承在立柱顶部，用液压缸驱动箱用液

29、压缸驱动箱体的前移和后退。体的前移和后退。 另两个无机械手换刀方式的实例，见图。左图是一台立式数控车床。另两个无机械手换刀方式的实例，见图。左图是一台立式数控车床。右图是一台立式数控钻床。右图是一台立式数控钻床。p 机械手换刀方式机械手换刀方式 图示为图示为JCS-018JCS-018立立式加工中心。刀库中式加工中心。刀库中刀具储存与取放方向刀具储存与取放方向与主轴方向在空间相与主轴方向在空间相差差9090。刀库中选中。刀库中选中（即要换刀）的刀具（即要换刀）的刀具位为刀库最下端的位位为刀库最下端的位置。换刀时，刀具旋置。换刀时，刀具旋转转9090, , 刀头向下。刀头向下。刀具轴线与主轴平行

30、。刀具轴线与主轴平行。用单臂双手机械手换用单臂双手机械手换刀。刀。 刀库结构见图示。刀库结构见图示。20 20 把刀的圆盘刀库由伺服电动机经十字滑块联轴器、把刀的圆盘刀库由伺服电动机经十字滑块联轴器、蜗杆、蜗轮带动旋转。机床加工时，刀库预先按程序中的蜗杆、蜗轮带动旋转。机床加工时，刀库预先按程序中的T T指令将准备换指令将准备换的刀具转到刀库最下端的位置。加工完毕，气缸的刀具转到刀库最下端的位置。加工完毕，气缸4 4 的活塞杆带动拨叉的活塞杆带动拨叉5 5 上上升，拨动刀座升，拨动刀座6 6 的右部滚子，使刀座、刀具旋转的右部滚子，使刀座、刀具旋转900 , 900 , 刀头向下。刀头向下。

31、图示为其换刀机械手的驱动机构。换刀时，图示为其换刀机械手的驱动机构。换刀时，主轴箱上升至换刀位置，机械手由液压缸活主轴箱上升至换刀位置，机械手由液压缸活塞齿条塞齿条2 2、齿轮、齿轮3 3、传动盘、传动盘4 4、杆、杆5 5带动回转带动回转7575。两手分别抓住主轴和刀座中的刀具，。两手分别抓住主轴和刀座中的刀具，气缸气缸1 1驱动杆驱动杆5 5向下运动，拔出刀具。同时传向下运动，拔出刀具。同时传动盘动盘4 4与上方液压缸回转驱动脱离，而与下方与上方液压缸回转驱动脱离，而与下方气缸回转驱动接合。气缸活塞齿条气缸回转驱动接合。气缸活塞齿条7 7经齿轮经齿轮6 6，传动盘传动盘4 4、杆、杆5 5

32、带动下，手臂回转带动下，手臂回转180180。气缸。气缸1 1使刀臂上升，将新刀具插入主轴，旧刀具插使刀臂上升，将新刀具插入主轴，旧刀具插入刀座中。主轴内的夹紧机构自动夹紧刀具，入刀座中。主轴内的夹紧机构自动夹紧刀具，在液压缸活塞齿条在液压缸活塞齿条2 2 的作用下，手臂反方向的作用下，手臂反方向回转回转7575回原位。整个换刀过程约为回原位。整个换刀过程约为6-10s6-10s。 图示为换刀机械手结构。机械手手臂的两端各有一个手爪。刀具被弹图示为换刀机械手结构。机械手手臂的两端各有一个手爪。刀具被弹簧的活动销簧的活动销4 4顶靠在固定爪顶靠在固定爪5 5 中。锁紧销中。锁紧销2 2被弹簧被弹

33、簧3 3弹起，使活动销弹起，使活动销4 4 被锁被锁住，不能后退。这就保证了在机械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩住，不能后退。这就保证了在机械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。当手臂处于上换刀位置的出。当手臂处于上换刀位置的7575时，锁紧销时，锁紧销2 2 被挡块压下，活动销被挡块压下，活动销4 4 就就可以活动，使得机械手可以放开主轴或刀座中的刀具。可以活动，使得机械手可以放开主轴或刀座中的刀具。 再看另一个实例。如图示为再看另一个实例。如图示为JCS-013 JCS-013 卧式加工中心。它的刀库中为多卧式加工中心。它的刀库中为多环链式刀库，刀具储存与取放方向与主轴同方向，有环链

34、式刀库，刀具储存与取放方向与主轴同方向，有60 60 把刀，采用双手把刀，采用双手机械手换刀。机械手换刀。 自动换刀过程如图示。自动换刀过程如图示。 链式刀库是目前用得最多的一种形式刀库。由一个主动链轮，带动装链式刀库是目前用得最多的一种形式刀库。由一个主动链轮，带动装有刀座的链条。图示为方形链式刀库的典型结构。有刀座的链条。图示为方形链式刀库的典型结构。 主主动链轮由伺服电动机通过齿轮副和蜗杆、蜗轮减速装置驱动。这种传动链轮由伺服电动机通过齿轮副和蜗杆、蜗轮减速装置驱动。这种传动方式，不仅在链式刀库中采用，在其它形式的刀库传动中也多有采用。动方式，不仅在链式刀库中采用，在其它形式的刀库传动中

35、也多有采用。导向轮一般都作成光导向轮一般都作成光轮，圆周表面硬化处轮，圆周表面硬化处理。理。 目前我国一些厂家目前我国一些厂家采用日本椿本链条公采用日本椿本链条公司生产的装有刀座的司生产的装有刀座的刀库专用链条来装备刀库专用链条来装备刀库，效果很好。刀库，效果很好。p SK04 SK04型链条型链条p HP HP型链条型链条p SK04 SK04、HPHP型链条构成的刀库形式型链条构成的刀库形式 如果刀座不能准确地停在换刀位置上，将会使换刀机械手抓刀不准，以如果刀座不能准确地停在换刀位置上，将会使换刀机械手抓刀不准，以致在换刀时容易发生掉刀现象。因此，刀座的准停问题，将是影响换刀动致在换刀时容

36、易发生掉刀现象。因此，刀座的准停问题，将是影响换刀动作可靠性的重要因素之一。为了确保刀座准确地停在换刀位置上，需要采作可靠性的重要因素之一。为了确保刀座准确地停在换刀位置上，需要采取如下措施：取如下措施：p 定位盘准停采取液压缸推动的定位销，插入定位盘的定位槽内的方法定位盘准停采取液压缸推动的定位销，插入定位盘的定位槽内的方法. .为了保证刀座的准停精度和定位的刚性，链式刀库的换刀位置一般设在主为了保证刀座的准停精度和定位的刚性，链式刀库的换刀位置一般设在主动链轮上，或者尽可能设置在靠近主动链轮。定位盘上的每个定位槽（或动链轮上，或者尽可能设置在靠近主动链轮。定位盘上的每个定位槽（或定位孔），

37、都对应于一个相应的刀座，而且定位槽的节距要一致。定位孔），都对应于一个相应的刀座，而且定位槽的节距要一致。p 链式刀库要选用节距精度较高的套筒滚子链和链轮，而且在把刀座装链式刀库要选用节距精度较高的套筒滚子链和链轮，而且在把刀座装在链条上时，要用专用夹具来定位，以保证刀座间距一致。在链条上时，要用专用夹具来定位，以保证刀座间距一致。p 圆盘式刀库宜采用单头双导程蜗杆传动。此外还应尽可能提高刀座在圆盘式刀库宜采用单头双导程蜗杆传动。此外还应尽可能提高刀座在圆盘上沿圆周安装的等分精度和径向位置精度。刀座需要翻转的刀库，圆盘上沿圆周安装的等分精度和径向位置精度。刀座需要翻转的刀库，还要保证每个刀座翻

38、转的角度一致。还要保证每个刀座翻转的角度一致。p 尽量减小刀座孔径和轴向尺寸的分散度，以保证刀柄槽在换刀位置上尽量减小刀座孔径和轴向尺寸的分散度，以保证刀柄槽在换刀位置上的轴向位置精度。的轴向位置精度。p 要消除反向间隙的影响。要消除反向间隙的影响。 方法有以下几种：方法有以下几种：l 电气系统自动补偿方式。电气系统自动补偿方式。l 在链轮轴上装编码器，对链轮传动进行补偿的方法实现准停。在链轮轴上装编码器，对链轮传动进行补偿的方法实现准停。l 单头双导程蜗杆传动方式。单头双导程蜗杆传动方式。l 使刀座单方向运行、单方向定位方式。使刀座单方向运行、单方向定位方式。l 使刀座双向运行，单向定位方式

39、。使刀座双向运行，单向定位方式。 机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它把刀库上的刀具送机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上用过的刀具返回到刀库。机械手按手部数量、取到主轴上，再把主轴上用过的刀具返回到刀库。机械手按手部数量、取刀方式和方向等，结构形式灵活、多样。刀方式和方向等，结构形式灵活、多样。 这种机械手也称扁担式机械手，它是目前加工中心上用得较多的一种。这种机械手也称扁担式机械手，它是目前加工中心上用得较多的一种。 机械手的手爪在抓住刀具后，还必须具有锁刀功能，以防止在换刀过机械手的手爪在抓住刀具后，还必须具有锁刀功能，以防止在换刀过程

40、中掉刀或刀具被甩出。程中掉刀或刀具被甩出。 当机械手松刀时，刀库的夹爪既起着刀座的作用，又起着手爪的作用。当机械手松刀时，刀库的夹爪既起着刀座的作用，又起着手爪的作用。右图示为无机械手换刀方式的刀库夹爪。右图示为无机械手换刀方式的刀库夹爪。 对于单臂双爪式机械手的手爪，大多采用机械锁刀方式，有些大型加对于单臂双爪式机械手的手爪，大多采用机械锁刀方式，有些大型加工中心，还采用机械加液压锁刀方式工中心，还采用机械加液压锁刀方式 图示是用得较多的一种手爪。手臂的两端各有一个手爪，刀具被由弹簧图示是用得较多的一种手爪。手臂的两端各有一个手爪，刀具被由弹簧2 2 推着活动销推着活动销4 4 顶靠在固定爪

41、顶靠在固定爪5 5 中。锁紧销中。锁紧销3 3 被弹簧被弹簧1 1 顶起使活动销顶起使活动销4 4 被被锁住，不能后退，这就保证了机械手在换刀过程中手爪中的刀具不会被甩锁住，不能后退，这就保证了机械手在换刀过程中手爪中的刀具不会被甩出。当手柄处于抓刀位置时，锁紧销出。当手柄处于抓刀位置时，锁紧销2 2 被设置在主轴伸出端或刀库上的撞被设置在主轴伸出端或刀库上的撞块压下，活动销块压下，活动销4 4 就可以活动，使得机械手可以松开刀具。就可以活动，使得机械手可以松开刀具。 刀具（或刀座）识别装置是自动换刀装置中的重要组成部分。有了刀具（或刀座）识别装置是自动换刀装置中的重要组成部分。有了它就可以将

42、所需刀具从刀库中准确地调出来。所以说刀具识别装置决定它就可以将所需刀具从刀库中准确地调出来。所以说刀具识别装置决定了选刀方式。了选刀方式。 常用的有顺序选刀和任意选刀两种。常用的有顺序选刀和任意选刀两种。 顺序选刀是按照工艺过程依次将所用的刀具插入刀库的刀座中，顺顺序选刀是按照工艺过程依次将所用的刀具插入刀库的刀座中，顺序不能错，加工时按顺序调刀。更换不同的工件时必须重新排列刀库中序不能错，加工时按顺序调刀。更换不同的工件时必须重新排列刀库中的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且在加工同一工件中各工序的刀具的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且在加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。其优点是刀库的驱

43、动及控制都比较简单。不能重复使用。其优点是刀库的驱动及控制都比较简单。 由于数控系统的发展，目前绝大多数数控系统都具有刀具任选功能，由于数控系统的发展，目前绝大多数数控系统都具有刀具任选功能，因此目前多数加工中心都采用任选刀具的换刀方法。任选刀具方式有刀因此目前多数加工中心都采用任选刀具的换刀方法。任选刀具方式有刀座编码，刀具编码和记忆等方式。座编码，刀具编码和记忆等方式。 这种方式是对每把刀具进行编码，由于每把刀具都有自己的代码，因这种方式是对每把刀具进行编码，由于每把刀具都有自己的代码，因此可以存放于刀库的任一刀座。这样刀库中的刀具在不同的工序中也就此可以存放于刀库的任一刀座。这样刀库中的

44、刀具在不同的工序中也就可重复使用，用过的刀具也不一定放回原刀座，避免了因刀具存放在刀可重复使用，用过的刀具也不一定放回原刀座，避免了因刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故；同时也缩短了刀库的运转时间；简化了库中的顺序差错而造成的事故；同时也缩短了刀库的运转时间；简化了自动换刀控制线路。自动换刀控制线路。 刀具编码的一种具体结构如图示。在刀柄刀具编码的一种具体结构如图示。在刀柄1 1 后面的拉杆后面的拉杆4 4 上套装有等上套装有等间隔的编码环间隔的编码环2 2 ，由螺母，由螺母3 3 固定。固定。编码环既可以是整体的，也可编码环既可以是整体的，也可由圆环组装而成。编码环直径由圆环组装而成。编

45、码环直径有大小两种，大直径的为二进有大小两种，大直径的为二进制的制的“1” 1” ，小直径的为，小直径的为“0 ”0 ”。通过这两种圆环的不。通过这两种圆环的不同排列，可以得到一系列代码。同排列，可以得到一系列代码。 这种编码方式对每个刀座都进行编码，将刀具放到刀座中，刀具就具有这种编码方式对每个刀座都进行编码，将刀具放到刀座中，刀具就具有刀座的编号。换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过识刀器，直至找到规刀座的编号。换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库便停止旋转。由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环，定的刀座，刀库便停止旋转。由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环，使

46、刀柄结构大为简化。因此，识刀器的结构不受刀柄尺寸的限制，而且可使刀柄结构大为简化。因此，识刀器的结构不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在较适当的位置。另外，在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原以放在较适当的位置。另外，在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增加了换刀动作。与顺序选择刀具的方式相比，刀座编码的来的刀座中，增加了换刀动作。与顺序选择刀具的方式相比，刀座编码的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。 图示为圆盘形刀库的刀座编码装图示为圆盘形刀库的刀座编码装置。在圆盘的圆周上均布若干个刀座，置。在圆盘的圆周上均布若干个刀座，其外侧边缘上

47、装有相应的刀座编码块其外侧边缘上装有相应的刀座编码块1 1 ，在刀库的下方装有固定不动的刀，在刀库的下方装有固定不动的刀座识别装置座识别装置2 2 。刀座编码的识别原理。刀座编码的识别原理与上述刀具编码的识别原理完全相同。与上述刀具编码的识别原理完全相同。 编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其中应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给各刀具都缚上一把表示该刀中应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给各刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进具号的编码钥匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进刀座旁边的钥匙孔中。这样就把钥匙的号码转记到刀座中，给刀座编上刀座旁边的钥匙孔中。这样就把钥匙的号码转记到刀座中，给刀座编上了号码。识别装置可以通过识别钥匙上的号码来选取该钥匙旁边刀座中了号码。识别装置可以通过识别钥匙上的号码来选取该钥匙旁边刀座中的刀具。的刀具。 编码钥匙如图示。钥匙沿着水平方向的钥匙插孔插入钥匙孔座，然编码钥匙如图示。钥匙沿着水平方向的钥匙插孔插入钥匙孔座，然