机械制造装备设计9

1、一、机床刀架和自动换刀装置、类型和应满足的基本要求二、机床的几种典型刀架三、机床刀架及其转位、定位机构设计四、带有刀库的自动换刀装置 3.4 机床刀架和自动换刀装置设计五、刀具编码和识别装置（一）机床刀架和自动换刀装置的功能机床上的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。刀库和机械手组成的自动换刀装置，成为加工中心的主要特征。3.4.1 机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求（二）机床刀架和自动换刀装置的类型按安装刀具的数目分：单刀架和多刀架按结构形式分：方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等按驱动刀架转位的动力分：手动转位刀架和自动转位刀架（三）机床刀架应满足的要求满足工艺过

2、程所提出的要求；在刀架、刀库上牢固地安装刀具，精确调整刀具位置；刀架、刀库、换刀机械手都应有足够的刚度；可靠性高；刀架和自动换刀装置的换刀时间尽量短，提高生产率；操作方便和安全。3.4.1 机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求（一）回转刀架回转刀架式换刀是一种简单的自动换刀装置。在回转刀架各刀座安装或夹持着各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。回转刀架可在回转轴的径向和轴向安装刀具。3.4.2 机床的几种典型刀架回转刀架 图示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧

3、。弹簧安全离合器蜗轮副螺母转位刀架端齿盘定位电动机内装信号盘上齿盘开合下齿盘n3.4.2 机床的几种典型刀架（一）回转刀架（一）回转刀架回转刀架和其上的刀具布置大致有以下几种类型：（1）单回转刀架：外圆类、内孔类刀具混合放置。3.4.2 机床的几种典型刀架（2）双回转刀架：分别布置外圆和内孔类刀具。上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。3.4.2 机床的几种典型刀架（3）双排回转刀架：外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面。回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。3.4.2 机床的几种典型刀架回转刀架的工位数最

4、多可达20多个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生干涉的可能性就越大，因此在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。3.4.2 机床的几种典型刀架(二）转塔刀架数控机床的转塔刀架上装有主轴头，转塔转动时更换主轴头实现自动换刀。在转塔各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具。图示为数控钻镗铣床，其可绕水平轴转位的转塔自动换刀装置上装有8把刀具，但只有处于最下端 “工作位置”上的主轴与主传动链接通并转动。待该工步加工完毕，转塔按照指令转过一个或几个位置，待完成自动换刀后，再进入下一步的加工。3.4.2 机床的几种典型刀架径一般小于

5、100mm。3.4.2 机床的几种典型刀架（三）数控车床采用的排刀式刀架 在排刀式刀架上，各种不同的刀具排列夹持在一个快换台板上，此台板安装在车削中心的刀架上，刀架能够沿X和Z两个方向移动，使刀具可实现横向、纵向及曲线走刀。换刀时，只需按程序控制使台板沿X方向移动一个刀位，让下一把刀具进入切削位置即可。 台板上还可安装带动力头的动力刀具，可以用来钻偏心孔、铣槽、攻丝等。当需要变换加工零件时，可以在机床外预先将一组刀具按工艺要求排列到另一块台板上，停机时能很快地换上台板，即可加工另一种工件。 这种刀架特点是：结构简单，换刀动作简洁迅速，但它只适合于小规格的机床，用于加工小直径棒料，加工直排刀式刀

6、架（一）机床刀架的转位结构设计液压（或气动）驱动的活塞齿条齿轮转位机构圆柱凸轮步进式转位机构伺服电动驱动的刀架转位（二）定位机构设计刀架的定位机构多采用锥销定位和端面齿盘定位。定位的特点是定位精度高、重复定位精度好，定位刚性好，承载能力大。3.4.3 机床刀架及其转位、定位机构设计（一）数控车床自动换刀装置数控车床的自动换刀装置主要采用回转刀盘。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置3.4.4 带有刀库的自动换刀装置（一）数控车床自动换刀装置（二）加工中心自动换刀装置 加工中心有立式、卧式、龙门式等几种。 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。 换刀机械手分为单臂单手

7、式、单臂双手式和双手式机械手。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置盘式刀库链式刀库3.4.4 带有刀库的自动换刀装置刀库类型斗笠式刀库结构汽缸刀盘电机机架（固定在机床立柱上）刀盘移动导轨刀夹分度轮自动换刀装置3.4.4 带有刀库的自动换刀装置库结构链轮链条兼刀套张紧轮导轮3.4.4 带有刀库的自动换刀装置链式刀箱型刀库线型刀库3.4.4 带有刀库的自动换刀装置JCS013加工中心自动换刀装置3.4.4 带有刀库的自动换刀装置（三）链式刀库的构成链式刀库有一个主动链轮，带动装有刀套的链条。采用SK型悬挂式链条的链式刀库的各种布局形式3.4.4 带有刀库的自动换刀装置刀套链条刀柄支撑板3.4.4 带

8、有刀库的自动换刀装置链式刀库结构刀套（三）链式刀库的构成刀库的准停需要采取的措施：定位盘准停由液压缸推动的定位销，插入定位盘的定位槽内，以实现刀套的准停。这种准停方式的优点：a.能有效地消除传动链反向间隙的影响；b.保护传动链，使其免受换刀的撞击力；c.驱动电动机可不用制动自锁装置。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置常见的机械手形式3.4.4 带有刀库的自动换刀装置（四）换刀机械手1）单臂单爪回转式机械手可以回转不同的角度进行自动换刀，手臂上只有一个夹爪，不论在刀库上或在主轴上，均靠这一个夹爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置2）单臂双爪摆动式机械手手臂上有两个

9、夹爪，两个夹爪有所分工，一个夹爪只执行从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务，另一个夹爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务，其换刀时间较上述单爪回转式机械手要短。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转180后又同时将刀具放回刀库及装入主轴。换刀时间较以上两种单臂机械手均短，是最常用的一种形式。图右边的一种机械手在抓取刀具或将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸缩。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置3）单臂双爪回转式机械手4）双机械手相当于两个单臂单爪机械手，相互配合起来进行自动换刀。其中一个机械手从主轴上取下“旧刀”送回刀库；另一个机械手由

10、刀库中取出“新刀”装入机床主轴。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置5）双臂往复交叉式机械手两手臂可以往复运动，并交叉成一定的角度。一个手臂从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个机械手由刀库中取出“新刀”装入主轴。整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的换刀运动。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置6）双臂端面夹紧式机械手只是在夹紧部位上与前几种不同。前几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面以抓取刀具，这种机械手则夹紧刀柄的两个端面。3.4.4 带有刀库的自动换刀装置拉杆销紧螺母编码环3.4.5 刀具编码和识别装置1、编码方式刀具编码方式、刀座编码方式、编码附件方式刀柄刀具编码刀座编码块刀座识别装置刀座编码代码突起弹性接触片钥匙代码凹凸处弹性接触片钥匙代码凹凸处炭刷炭刷代码突起导向突起编码钥匙编码环刀具识别装置触针刀柄3.4.5 刀具编码和识别装置2、刀具（刀套）识别装置