刀库类型及刀具的选择与识别

刀库类型及刀具的选择与识别首先要把加工过程中要用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预调整后，插入刀库中。换刀时根据选刀指令在刀库谁选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，然后将新刀具装入主轴，将用过的刀放回刀库。这种换刀装置和转塔主轴头相比，由于机床主轴箱内只有一根主轴，在结构上可以增加主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工。刀库中刀具的数目可根据工艺要求和机床的结构布局而定，数量可较多以实现复杂零件的多工序加工，从而提高了机床的适应性和加工效率。此外，刀库可布置在远离加工区的地方，从而消除了它与工件相干扰的可能性。采用这种自动换刀系统，需要增加刀具的自动夹紧、放松机构、刀具运动及定位机构，常常还需要有清洁刀柄及刀孔、刀座的装置，因而结构复杂。换刀过程动作多、换刀时间长。同时，影响换刀工作可靠性因素是也较多。二．刀库类型及刀具的选择与识别（一） 刀库类型刀库是自动换刀装置中主要部件之一，其容量及具体结构对数控机床的设计有很大影响。根据刀库所需要的容量、选刀及取刀方式，可以将刀库设计成多种形式。图7-42所示为常见的几种刀库形式。1． 盘形刀库盘形刀库为最常用的一种形式，每一刀座均可存放一把刀具。盘形刀库的储存量一般为15~40把。盘形刀库的种类葚多，图7-42A~D是单盘式刀库，为适应机床主轴的布局，刀库的刀具轴线可以按不同的方向配置，图7-42D是刀可以作90度翻转的圆盘刀库，采用这种结构能简化取刀动作。单盘式刀库的结构简单，取刀也较方便，因此应用最为广泛。当需要更多数量的刀具时，可采用图7-42E所示的鼓轮弹仓式（又成刺猬式）刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的刀库容量最大，图7-42G为多层盘形刀库。它们虽然也具有结构紧凑的特点，但选刀和取刀的动作较多，故较少应用。2．链式刀库这种刀库是在环形链条上装有许多刀座，如图7-42F所示，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时，可以增加支撑链轮数目，使链条折叠回饶，提高空间利用率。一般刀具数量在30~120把。3．格子式刀库这种刀库具有纵横排列十分整齐的很多格子，每个格子中均有一个刀座，可储存一把刀具，如图7-42B所示。这种刀库可将其单独安置于机床外，由机械手进行选刀及换刀。这种刀库选刀及取刀动作复杂，应用最少。（二）选刀方式按数控装置的刀具选择指令，从刀库中挑选各工序所需要的刀具的操作，称为自动换刀。目前，在刀库中选择刀具通常有顺序选择和任意选择两种方式。1．顺序选择方式刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺序，依次放人刀库的每一个刀座内。每次换刀时，刀库按顺序转动一个刀座的位置，并取出所需要的刀具。已经使用过的刀具可以放回原来的刀座内，也可以按顺序放入下一个刀座内。采用这种方式不需要刀具识别装置，而且驱动控制也较简单，可以直接由刀库的分度来实现。因此，刀具的顺序选择方式具有结构简单，工作可靠等优点。但由于更换不同工件时，必须重新排列刀库中的刀具顺序。刀库中的刀具在不同的工序中不能重复使用，因而必须相应地增加刀具的数量和刀具的容量，这样就降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库，将会造成严重事故。2．任意选择方式采用任意选择方式的自动换刀系统中必须有刀具识别装置。这种方式是根据程序指令的要求来选择所需要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放。每把刀具（或刀座）都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具（或刀座）都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，并将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。任意选择刀具法的优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关，相同的刀具可重复使用。因此，刀具数量比顺序选择法的刀具可少一些，刀库也相应的小一些。任意选择法必须对刀具编码，以便识别。编码方式主要有三种：（1）刀具编码方式这种方式是采用特殊的刀柄结构进行编码。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中。这样刀库中的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中，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可相应地小减小，而且还可避免由于刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故。刀具编码的具体结构如图7-43所示。在刀柄1后端的拉杆4上套装着等间隔的编码环2，由锁紧螺母3固定。编码环既可以是整体的，也可由圆环3组成。编码环直径有大小两种，大直径的为二进制的“1”，小直径为“0”。通过这两种圆环的不同排列，可以得到一系列代码。例如由六个大小直径的圆环便可组成能区别63种刀具。通常全部为0的代码不用，以避免与刀座中没有刀具的状况相混淆。为了便于操作者的记忆和识别，也可采用二一八进制编码来表示，（2）刀座编码方式这种编码方式对刀库中每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号码相符合的刀座中。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，使刀柄结构大为简化。因此，刀具识别装置的位置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来的刀座中，增加了换刀的动作。与顺序选刀的方式相比，刀座编码的突出移动是刀具在加工过程中可以重复使用。图7-44所示为圆盘刀库的刀座编码装置。在圆盘的圆周上均布若干个刀座，起外侧边缘上装有相应的刀座编码块1，在刀库的下放装有固定不动的刀座识别装置2。刀座编码的识别与上述刀具编码的识别原理完全相同（3）编码附件方式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。这种方式是先给刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把个刀具尊放倒戈刀库中时。识别装置可以通过识别刀具上的号码来选取该钥匙旁边的刀具。编码钥匙的形状如图7-45所示，钥匙的两边最多可带有22个方齿，图中除导向用的两个方外，共有20个图中可区别9999刀具。图7-46为编码钥匙孔的剖面图，钥匙沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙孔座，然后顺时针方向旋转90度，处于钥匙代码突起6的第一弹簧片5被撑起，表示代码“1”，处于代码凹出的第二弹簧片3保持原状，表示代码“0”。由于钥匙上每个凹凸部分的旁边均有相应的炭刷4或1，故可将钥匙各个凸凹部分识别出来，即识别书相应的刀具。这种编码方式称为临时性编码，因为从刀座中取出刀具时，刀座中的编码钥匙也取出，刀库中原来编码随之消失。因此，这种方式具有更大的灵活性。采用这种编码方式用过的刀具不必放回原来的刀座。（三））刀具具识别别装置置刀具识识别装装置是是可任任意选选择刀刀具的的自动动换刀刀系统统中重重要组组成部部分，，常用用的有有以下下几种种。1．接接触式式刀具具识别别装置置接触式式刀具具识别别装置置的识识别原原理如如图7-47所所示。。在刀刀柄上上装有有两种种直径径不同同的编编码环环，规规定大大直径径的环环表示示二进进制的的“1”，，小直直径的的环为为“0”，，图中中有5个编编码环环4，，在刀刀库附附近固固定一一刀具具识别别装置置2，，从中中伸出出触针针3，，触针针数量量与刀刀柄上上的编编码环环个数数相等等。每每个探探针与与应该该继电电器相相联，，当蓖蓖麻换换是大大直径径时与与触针针接触触，继继电器器通电电，其其数码码为““1””。当当编码码环是是小直直径时时与触触针白白接触触，继继电器器不通通电其其数码码为““0””。当当各继继电器器读出出的数数码与与所小小刀具具的编编码一一致时时，由由控制制装置置发出出信号号，使使刀库库停转转，等等待换换刀。。接触式刀具具识别装置置的结构简简单，但由由于触针有有磨损，故故寿命较短短、可靠性性较差，且且难于快速速换刀。2．接触式式刀具识别别装置非接触式刀刀具识别装装置没有机机械直接接接触，因而而无磨损、、无噪声、、寿命长、、反应速度度快。适应应于高速、、换刀频繁繁的工作场场合。常用用的有磁性性识别和光光电识别法法。非接触式磁磁性识别法法磁性识别别法是利用用磁性材料料和非磁性性材料感应应强弱不同同，通过感感应线圈读读取代码。。编码环的的直径相等等、分别由由导磁材料料（如软钢钢）和非导导磁材料（（如黄铜、、塑料）等等制成，规规定前者编编码为“1”，后者者编码为““0”。图图7-48所示为一一种用于刀刀具编码的的磁性识别别装置。图图中刀柄1上装有非非导磁材料料编码环4和导磁材材料编码环环相对应的的有一组检检测线圈6组成的非非接触式识识别装置3。在检测测线圈6的的一次线圈圈6的一次次线圈5中中输入交流流电压时，，如编码环环为导磁材材料，则磁磁感应较强强，在二次次线圈7中中产生较大大的感应电电压。如编编码环为非非导磁材料料，则磁感感应较弱，，在二次线线圈中线圈圈感应的电电压较弱。。利用感应应电压的强强弱，就能能识别刀具具的号码。。当编码的的号码与指指令刀号相相符时，控控制电路发发出信号。。使刀库停停止运转，，等待换刀刀。2）非接触触式光电识识别法非非接触式光光电识别法法是利用光光导纤维良良好的光传传导特性，，采用多束束光导纤维维构成阅读读头。用靠靠近的二束束光导纤维维来阅读二二进制码的的一位时，，其中一束束将电源投投到能反光光或不能反反光（被涂涂黑）的金金属表面另另一束光导导纤维将反反射光送至至光电转换换元件转换换成电信号号，以判断断销9卡紧，，同时缸体体3与压盘盘4的锥面面接触刀架架在新的位位置定位并并夹紧，这这时端齿离离合器与空空套齿轮脱脱开。（4）转转位液压压缸复位位刀刀架压压紧之后后，压力力油从D孔进入入转位液液压缸右右腔，活活塞6带带动齿条条复位。。由于此此时端齿齿离合已已脱开，，所以齿齿条带动动齿轮7在轴上上空转。。如果定位位和压紧紧动作正正常，推推开11与相应应的铢头头12接接触出信信号表示示换刀过过程已经经结束，，可以以进进行切削削加工。。2．多主主轴转塔塔头换刀刀装置在带有旋旋转刀具具的数控控镗铣床床中，常常用多主主轴转塔塔头换刀刀装置。。通个多多主轴转转塔头的的转位来来换刀是是一种比比较简单单的换刀刀方式。。这种机机床的主主轴转塔塔头就是是一个转转塔刀库库，转塔塔头有卧卧式和立立式两种种。图7—38所示是是数控转转塔式镗镗铣床的的外观图图，八方方形转塔塔头上装装有八根根主轴，，每根主主轴上装装有一把把刀具。。根据工工序的要要求按顺顺序自动动换刀，，同时接接通主传传动。不不处在工工作位置置的主轴轴便与主主传动脱脱开。转转塔头的的转位（（即换刀刀）由槽槽轮机构构来实现现，其结结构如图图7—39所示示，每次次换刀包包括下类类动作：：（1）脱开主主轴传动压压缸4卸压，弹簧簧推动齿轮1向上与主轴轴上的齿轮12脱开。（2）转塔头头抬起当当齿轮1脱脱开后，固定定在其上的支支板接通行程程开关3，控控制电磁阀，，使压油进进入压缸5的左腔，压压缸活塞带带动转塔头向向右移动，直直至活塞与压压缸端部相相接触。固定定在转塔头体体上的鼠牙盘盘10便脱开开。（3）转塔头头转位当当鼠牙盘脱开开后，行程开开关发出信号号启动转位电电动机，经蜗蜗杆8和蜗轮轮6带动槽轮轮机构的主轴轴曲拐使槽轮轮11转过45。并由由槽轮机构的的圆弧来完成成主轴头的分分度位置粗定定位。主轴号号的选定是通通过行程开关关组来实现。。若处于加工工位的主轴不不是所需要的的，转位电动动机句续回转转，带动转塔塔头间歇地再再转45，，直至选中主主轴为止。主主轴选好后，，由行程开关关7关停转位位电动机。（4）转塔头头定位压紧通通过电电磁阀使压力力油进入压压缸5的右腔腔，转塔头向向左返回，由由鼠牙盘10精定位。并并利用压压缸5右腔的的油压作用力力，将转塔头头可靠地压紧紧。（5））主主轴轴转转动动重重新新接接通通由由电电磁磁阀阀控控制制压压力力油油进进入入压压缸缸4，，压压缩缩弹弹簧簧使使齿齿轮轮1与与主主轴轴上上的的齿齿轮轮12啮啮合合。。此此时时转转塔塔头头转转位位、、定定位位动动作作全全部部完完成成。。为了了改改善善主主轴轴结结构构的的工工艺艺性性，，整整个个主主轴轴部部件件装装在在套套筒筒内内，，只只要要卸卸去去螺螺钉钉，，就就可可将将整整个个主主轴轴部部件件抽抽出出。。这种种换换刀刀装装置置存存储储刀刀具具的的数数量量少少，，适适用用于于加加工工较较简简单单的的工工件件，，其其优优点点在在于于省省去去了了自自动动松松、、夹夹，，卸卸刀刀、、装装刀刀以以及及刀刀具具搬搬运运等等一一系系列列的的复复杂杂操操作作，，从从而而缩缩短短了了换换刀刀时时间间，，并并提提高高了了换换刀刀的的可可靠靠性性。。但但是是由由于于空空间间位位置置的的限限制制，，使使主主轴轴部部件件结结构构不不能能设设计计得得十十分分坚坚实实，，因因而而影影响响了了主主轴轴系系统统的的刚刚度度。。为为了了保保证证主主轴轴的的刚刚度度，，必必须须限限制制主主轴轴数数目目，，否否则则将将使使结结构构尺尺寸寸大大大大增增加加。。因因此此，，转转塔塔主主轴轴头头通通常常只只适适应应于于