第八章加工中心自动换刀装置

1、第八章数控加工中心及其自动换刀机构第八章数控加工中心及其自动换刀机构加工中心概念及分类加工中心概念及分类刀工中心刀库及其分类刀工中心刀库及其分类刀具识别装置刀具识别装置标准刀具系统标准刀具系统主轴的自动换刀机构主轴的自动换刀机构机械手换刀机构机械手换刀机构（本章自学）（本章自学） 加工中心概念及分类加工中心概念及分类加工中心是一类新兴数控机床，床身上配有自动换加工中心是一类新兴数控机床，床身上配有自动换刀机构，并附加有刀具库。机床能够自动换刀，零件在刀机构，并附加有刀具库。机床能够自动换刀，零件在一次装卡后，便能自动完成要求的各个工序加工，因而一次装卡后，便能自动完成要求的各个工序加工，因而减

2、少了零件的装卸次数，减少了停机时间，并由于使换减少了零件的装卸次数，减少了停机时间，并由于使换刀的时间和机加工时间重合，提高了生产率和机床的利刀的时间和机加工时间重合，提高了生产率和机床的利用率，扩大了工艺范围，提高了加工精度。用率，扩大了工艺范围，提高了加工精度。自动换刀的方式大致有三种：自动换刀的方式大致有三种：、多主轴转塔头，（图）它依靠更换整个、多主轴转塔头，（图）它依靠更换整个主轴装置来换刀，转塔本身就是刀库，按照工序的要求主轴装置来换刀，转塔本身就是刀库，按照工序的要求自动依次将刀具连同主轴送到工作位置上，并接通传动。自动依次将刀具连同主轴送到工作位置上，并接通传动。它的换刀时间短

3、，不需要在工作时装卡刀具，但结构复它的换刀时间短，不需要在工作时装卡刀具，但结构复杂，刀具容量受到限制，在设计多主轴转塔头时，还应杂，刀具容量受到限制，在设计多主轴转塔头时，还应考虑主轴头的刚度。考虑主轴头的刚度。、具有独立的刀库，应用机械手或其它方法实现、具有独立的刀库，应用机械手或其它方法实现刀库和主轴间的刀具交换。见图。这种装置主轴刀库和主轴间的刀具交换。见图。这种装置主轴的刚度好，可以采用大容量的刀库，但停机换刀时间比的刚度好，可以采用大容量的刀库，但停机换刀时间比采用主轴转塔头的换刀方式要长一些。在换刀时还需要采用主轴转塔头的换刀方式要长一些。在换刀时还需要主轴能自动装卸刀具。刀库远

4、离主轴时，还需要刀具的主轴能自动装卸刀具。刀库远离主轴时，还需要刀具的运输机构。运输机构。加工中心概念及分类加工中心概念及分类、上述二种方法的结合，例如采用双主轴，（图），、上述二种方法的结合，例如采用双主轴，（图），当一根主轴工作时，另一根主轴换刀。这种装置兼有二者之当一根主轴工作时，另一根主轴换刀。这种装置兼有二者之优点，刀库容量不受限制，换刀时停机时间较短，但主轴刚优点，刀库容量不受限制，换刀时停机时间较短，但主轴刚度稍差。度稍差。 目前，自动换刀装置用得较广泛的是钻、铣、镗类的加目前，自动换刀装置用得较广泛的是钻、铣、镗类的加工中心。在车床和其它机床上也有应用。工中心。在车床和其它机床

5、上也有应用。自动换刀机械通常包括容纳刀具的刀库；提供自动夹持自动换刀机械通常包括容纳刀具的刀库；提供自动夹持刀具；主轴上刀具的自动定位、松卡装置和交换刀具用的机刀具；主轴上刀具的自动定位、松卡装置和交换刀具用的机械手等部分。械手等部分。加工中心概念及分类加工中心概念及分类刀工中心刀库及其分类刀工中心刀库及其分类刀库的主要功能是存放刀具。它将待换刀具送到自动换刀刀库的主要功能是存放刀具。它将待换刀具送到自动换刀位置上，并在换刀位置上接受已用毕的刀具。位置上，并在换刀位置上接受已用毕的刀具。一、园盘式刀库：一、园盘式刀库：园盘式刀库上的刀具平行于刀库的转轴可以有与机床主轴园盘式刀库上的刀具平行于刀

6、库的转轴可以有与机床主轴垂直的或平行的两种。刀具在刀库上面应该能够夹紧，以防止垂直的或平行的两种。刀具在刀库上面应该能够夹紧，以防止刀具在刀库转动时脱落。在换刀位置上刀库应锁紧，而处在换刀具在刀库转动时脱落。在换刀位置上刀库应锁紧，而处在换刀位置上的刀具则松开。刀位置上的刀具则松开。二、转塔式刀库：二、转塔式刀库：转塔刀库的结构原理与园盘刀库相同，只是转塔刀库的刀转塔刀库的结构原理与园盘刀库相同，只是转塔刀库的刀具垂直于刀库转轴安装，或者斜向安放。在刀库回转半径较大具垂直于刀库转轴安装，或者斜向安放。在刀库回转半径较大时，也可以将刀座设计成可翻转的。时，也可以将刀座设计成可翻转的。三、链式刀库

7、三、链式刀库链式刀库由链带组成，在每个链节处安一刀座（见图链式刀库由链带组成，在每个链节处安一刀座（见图）选刀时，转动链轮，将待换刀具带到换刀位置上，链式）选刀时，转动链轮，将待换刀具带到换刀位置上，链式刀库可能有较大的容量，而且刀库的容量可以增减。刀库可能有较大的容量，而且刀库的容量可以增减。在刀库容量较大时，也可以设计成多排链式。在刀库容量较大时，也可以设计成多排链式。刀工中心刀库及其分类刀工中心刀库及其分类刀具识别装置刀具识别装置在容放有几十把刀具的刀库上，要根据控制指令，把所在容放有几十把刀具的刀库上，要根据控制指令，把所需要的刀具送到换刀位置上，必须设专门的刀具识别装置。需要的刀具送

8、到换刀位置上，必须设专门的刀具识别装置。常用的刀具识别方法有四种：常用的刀具识别方法有四种：一、顺序识别一、顺序识别顺序识别刀具的方法常用在简单自动换刀系统中。通常顺序识别刀具的方法常用在简单自动换刀系统中。通常它的被加工零件的形状不太复杂。刀库容量不大。这种识别它的被加工零件的形状不太复杂。刀库容量不大。这种识别法中被使用的刀具根据零件加工的工艺顺序依次放在刀库的法中被使用的刀具根据零件加工的工艺顺序依次放在刀库的各个刀座中，使用时，刀库每转动一个刀位，就将下一工序各个刀座中，使用时，刀库每转动一个刀位，就将下一工序所要的刀具送到换刀位置上，取刀时，就按此顺序依次将刀所要的刀具送到换刀位置上

9、，取刀时，就按此顺序依次将刀取出。取出。这种识别方法不需要另设刀具识别装置，刀库结构简单，这种识别方法不需要另设刀具识别装置，刀库结构简单，驱动机构也简单。但在一零件加工过程中，刀具不能重复使驱动机构也简单。但在一零件加工过程中，刀具不能重复使用，要改变加工对象或同一零件要改变加工工序都需要重新用，要改变加工对象或同一零件要改变加工工序都需要重新按放刀具，使用受到一定限制。按放刀具，使用受到一定限制。二、刀库地址识别：二、刀库地址识别：将刀库中所有的刀座孔编号，并予先将此编号相应的刀将刀库中所有的刀座孔编号，并予先将此编号相应的刀具插入刀座孔中去。刀具和刀座是一一对应的。找刀时，刀具插入刀座孔

10、中去。刀具和刀座是一一对应的。找刀时，刀库转动，刀具识别装置依次将经过的所有刀座孔编号读出，库转动，刀具识别装置依次将经过的所有刀座孔编号读出，并将它与控制系统要求找的刀座孔编号相比较，当二者一致并将它与控制系统要求找的刀座孔编号相比较，当二者一致时，控制装置发出指令，使刀库停止转动。时，控制装置发出指令，使刀库停止转动。刀具识别装置刀具识别装置三、刀库可变地址识别：图三、刀库可变地址识别：图这种识别方法，在选刀时，仍然识别刀库的地址，但刀这种识别方法，在选刀时，仍然识别刀库的地址，但刀库的地址是可变的，在给每把刀具增加了一个编号钥匙后，库的地址是可变的，在给每把刀具增加了一个编号钥匙后，刀具

11、可以任意插入刀库的刀座中去。刀具可以任意插入刀库的刀座中去。应用时，给每把刀具都编上号，并缚上相应的编号钥匙应用时，给每把刀具都编上号，并缚上相应的编号钥匙如图。钥匙上是以凸凹来表示二进制的，如钥匙上如图。钥匙上是以凸凹来表示二进制的，如钥匙上有个凹凸位置的组合，由此可读出有个凹凸位置的组合，由此可读出216=65536 把刀具。把刀具。在把刀具插入刀库上刀具孔中时，将相应的编码钥匙也插入在把刀具插入刀库上刀具孔中时，将相应的编码钥匙也插入此刀座的钥匙孔中，然后，转动钥匙，把钥匙的凸凹变成了此刀座的钥匙孔中，然后，转动钥匙，把钥匙的凸凹变成了钥匙孔中的弹簧中撑起或不撑起，（如图），这样，钥匙孔

12、中的弹簧中撑起或不撑起，（如图），这样，就将钥匙的记号转记到了刀座上，从而给刀座编上了号码。就将钥匙的记号转记到了刀座上，从而给刀座编上了号码。刀具识别装置刀具识别装置四、刀具地址识别：四、刀具地址识别：刀具地址识别的方法将刀具的编号直接表示在刀具的刀刀具地址识别的方法将刀具的编号直接表示在刀具的刀柄上，选刀时直接选用所需的刀具。因此，在刀库中存放刀柄上，选刀时直接选用所需的刀具。因此，在刀库中存放刀具时，无论将刀放在那一个刀座孔中都可以。这样，工人操具时，无论将刀放在那一个刀座孔中都可以。这样，工人操作就简单了，而且在向刀库存放刀具时也不必寻找旧的刀座作就简单了，而且在向刀库存放刀具时也不必

13、寻找旧的刀座孔位，刀库的机械动作也简单了，刀具选择的失误也因此减孔位，刀库的机械动作也简单了，刀具选择的失误也因此减少。少。刀具识别装置刀具识别装置一、标准刀柄：一、标准刀柄：为了实现自动换刀，使加工中心充分发挥其功能，必须为了实现自动换刀，使加工中心充分发挥其功能，必须要有一套连接普遍标准刀具的标准刀柄，只有这样，才能使要有一套连接普遍标准刀具的标准刀柄，只有这样，才能使所有的标准刀具迅速地安装在主轴和刀库的刀座上，并进行所有的标准刀具迅速地安装在主轴和刀库的刀座上，并进行迅速交换。迅速交换。标准刀柄分三部分，见图。标准刀柄分三部分，见图。段刀柄的定位、夹持段。段刀柄的定位、夹持段。段自动手

14、抓夹段。段自动手抓夹段。段可调的尾突。供刀具安装后拉紧刀柄用。圆柱段可调的尾突。供刀具安装后拉紧刀柄用。圆柱的标准刀具则还用尾突的后端作轴向定位。的标准刀具则还用尾突的后端作轴向定位。此外，标准刀柄的前端有端面键槽，供插入主轴端键，此外，标准刀柄的前端有端面键槽，供插入主轴端键，以传递扭矩用。以传递扭矩用。常见刀柄的定位夹持端在主轴上卡紧时，要考虑轴向定常见刀柄的定位夹持端在主轴上卡紧时，要考虑轴向定位和径向夹紧二个问题，因此，其主轴结构要复杂一些。位和径向夹紧二个问题，因此，其主轴结构要复杂一些。标准刀具系统标准刀具系统二、对刀仪：二、对刀仪：对刀仪是自动换刀系统的重要辅助设备。它使在加工中

15、对刀仪是自动换刀系统的重要辅助设备。它使在加工中心机床上使用刀具事先就能心机床上使用刀具事先就能调到所需要的尺寸（径向和轴向），然后安装在机床的主轴调到所需要的尺寸（径向和轴向），然后安装在机床的主轴或刀库的刀座上。由于事先在机外进行了调正，就可以缩短或刀库的刀座上。由于事先在机外进行了调正，就可以缩短在机床上安装、调正刀具需要的停机时间，提高机床的开动在机床上安装、调正刀具需要的停机时间，提高机床的开动率。率。在数控机床具有刀具补偿功能时，可以利用对刀仪测出在数控机床具有刀具补偿功能时，可以利用对刀仪测出刀尖在两个座标方向上对于所需要位置的偏移值，借助刀补刀尖在两个座标方向上对于所需要位置的

16、偏移值，借助刀补开关输入机床的控制装置，使刀具的位置在加工时得到补偿，开关输入机床的控制装置，使刀具的位置在加工时得到补偿，从而大大地方便了使用。从而大大地方便了使用。 常见对刀方式如图所示。常见对刀方式如图所示。标准刀具系统标准刀具系统由于标准刀柄的定位夹紧端有圆柱的和圆锥的两种，因由于标准刀柄的定位夹紧端有圆柱的和圆锥的两种，因此，主轴的自动换刀也应与此相应。对于圆锥柄刀具，主轴此，主轴的自动换刀也应与此相应。对于圆锥柄刀具，主轴的自动换刀装置只需考虑轴向拉紧，对于圆柱柄的刀具则需的自动换刀装置只需考虑轴向拉紧，对于圆柱柄的刀具则需考虑轴向定位和径向夹紧。为了在换刀时，能使刀具上的端考虑轴向定位和径向夹紧