机械制造自动化技术（第4版）课件：刀具自动化

刀具自动化·什么是刀具自动化？第一节刀具的自动装夹就是加工设备在切削过程中自动完成选刀、换刀、对刀、走刀等工作过程。一、自动化刀具结构

1.自动化刀具的特点1)切削性能必须稳定可靠，具有高的耐用度和可靠性；2)刀具应能可靠地断屑或卷屑；3)刀具应具有较高的精度；第一节刀具的自动装夹4)具有保证其能快速或自动更换和调整的结构；5)配有工作状态在线检测与报警装置；6)标准化、系列化和通用化；2.自动化刀具的结构

·类型--通常分为标准刀具和专用刀具两大类。--在以数控机床、加工中心为主体具有较强柔性的自动化加工系统，尽量少用专用刀具，多选用通用标准刀具、组合刀具或模块式刀具。--在刚性自动线中多使用专用刀具，以提高刀具的专用化程度。·种类--有可转位车刀、高速钢麻花钻、机夹扁钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、立铣刀、面铣刀、丝锥和各种复合刀具等。第一节刀具的自动装夹·选用原则1）为了提高刀具的耐用度和可靠性，应尽量选用各种高性能、高效率、长寿命的刀具材料制成的刀具。2）应选用机夹可转位刀具的结构。3）为了集中工序，提高生产率及保证加工精度，应尽可能采用复合刀具。4）应尽量采用各种高效刀具。二、自动化刀具装夹机构1.工具系统类型主要有镗铣类数控机床用工具系统（简称“TSG”系统）和车床类数控机床用工具系统（简称“BTS”系统）两大类，也有同时适应车镗铣加工的工具系统。提高自动化水平->刀具配备标准的装夹机构->建立标准工具系统->实现快速自动换刀。·组成--主要由刀具的柄部（刀柄）、接杆（接柄）和夹头等部分组成。刀具预调第一节刀具的自动装夹·结构形式--整体式和模块式。刀具预调第一节刀具的自动装夹模块式工具系统是把工具的柄部和工作部分分割开来,制成各种系列化的模块,然后经过不同规格的中间模块,组装成不同规格的工具。整体式结构是将每把工具的柄部与夹持工具的工作部分连成一体。2.自动化刀具刀柄和机床主轴的连接第一节刀具的自动装夹自动化加工设备的刀具和机床的连接,必须通过与机床主轴孔相适应的工具柄部、与工具柄部相连接的工具装夹部分和各种刀具来实现。在传统数控铣床、加工中心类机床上,一般都采用锥度为7∶24的BT系统圆锥柄工具。考虑到高速切削机床主轴和刀具连接时,为克服传统BT刀柄仅依靠锥面单面定位而导致的不利因素,宜采用双面约束过定位夹持系统实现刀柄在主轴内孔锥面和端面同时定位的连接方法,以保证具有很高的接触刚度和重复定位精度,实现可靠夹紧。HSK刀柄是德国亚琛工业大学机床研究所专为高速机床开发的,已被列入德国标准DIN69893,国际标准化组织(ISO)经过多次修订,于2001年颁布了HSK工具系统的正式ISO标准ISO12164。第一节刀具的自动装夹HSKBIG-PLUS刀柄是日本大昭和精机公司开发的锥度为7∶24的双面定位工具系统,它可与传统单面定位的7∶24锥度主轴完全兼容。第一节刀具的自动装夹3．自动化刀具和刀柄的联接第一节刀具的自动装夹传统数控机床和加工中心上主要采用弹簧夹头,高速切削的刀柄和刀具的连接方式主要有高精度弹簧夹头、热缩夹头和高精度液压膨胀夹头等。4．应用实例(1)一种BT刀柄高速切削机构(2)一种膨胀式刀具夹具第二节自动化换刀系统为了缩短非切削加工时间，进一步提高加工效率，20世纪60年代末出现了储有各种类型刀具的刀库、并具有自动换刀功能，使工件一次装夹就能自动顺序完成各种不同工序加工的数控机床，即加工中心机床。能够自动地更换加工中所用刀具的装置称为自动换刀装置（AutomaticToolChanger,简称ATC）。一、自动换刀装置的类型和组成1.主轴与刀库合为一体的自动换刀装置--特点：结构较为简单，换刀时间短，换刀可靠性高。

--结构：转塔头，多面体安装带刀具的主轴。2.主轴与刀库分离的自动换刀装置--组成：由刀库、刀具交换装置以及主轴等，统一的标准刀柄。

--特点：存放的刀具数量多，换刀的部件动作必须准确协调，主轴刚度较高，刀库与加工区分离，消除许多不必要的干扰。第二节自动化换刀系统二、刀库

·自动换刀系统一般由刀库、自动换刀装置、刀具传送装置、识刀装置等几个部分组成。·刀库的功能--是贮存各种加工工序所需的刀具，并按程序指令，快速、准确地将刀库中的空刀位和待用刀具送到预定位置。1.刀库种类·自动选刀--根据数控系统的选择指令，从刀库中将各工序所需的刀具转换到取刀位置。常用刀库有盘式刀库、链式刀库和格子式刀库。第二节自动化换刀系统2.刀具的选择方式第二节自动化换刀系统·自动选刀方式的种类：--顺序选刀方式将所需刀具严格按工序先后依次插放在刀库中，使用时按加工顺序指令一一取用。--任意选择方式(随机方式)这种方式根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具，刀具在刀库中可以不按加工顺序而任意存放，利用控制系统来识别、记忆所有的刀具和刀座。3.刀具运送装置--后机械手，靠近刀库，完成拔刀和插刀的动作；--前机械手，靠近主轴，也完成拔刀和插刀的动作。用于刀具在机床主轴和刀库之间的运送4.刀具的识别刀具的识别是指自动换刀装置对刀具的识别，通常可采用刀具编码法和软件记忆法。--刀具编码法利用刀柄或刀座上安装编码环，并结合接触式识别装置来对刀具进行辨别。--软件记忆法控制系统中建立刀具编号和刀座“地址”之间的对照表。取刀时按对照表索引，存刀时的刀座“地址”为优化后的位置，并更新对照表。第二节自动化换刀系统

5.应用实例·一种内藏式刀库三、自动化换刀机构1．回转刀架·形式--它的一般有立轴式和卧轴式。·特点：定位可靠、重复定位精度高、分度准确、转位速度快、夹紧刚性好，能保证加工的高精度和高效率。2.通过主轴换刀

简单易行，但换刀时间较长，且要占用机床工时。--特点：灵活性大、换刀时间短，应用最为广泛。--形式：分为单臂式机械手和双臂式机械手。3.利用机械手换刀主轴换刀A主轴换刀B第二节自动化换刀系统4.实例90度旋转换刀伞形刀库主轴换刀直线换刀换刀机械手数控车床换刀机械手模拟换刀第三节排屑自动化一、切屑形成原理切屑是在金属切削过程中切削层受到刀具前刀面的挤压后，产生以剪切滑移为主的塑性变形而形成的。二、排屑装置的类型·确定排屑方法的因素--取决于切屑的形状、工件的安装方法、工件的材质、加工工艺方法、机床类型及其附属装置的布局等。·排屑方法--可采用依靠重力或刀具回转离心力将切屑甩出、用压缩空气吹屑、用真空吸屑等方法。·自动线的集中排屑装置一般设置在机床底座下的地沟中。·排屑装置类型:--刮板式排屑装置--螺旋排屑装置--带式排屑装置特点：适用于在铸铁工件上进行孔加工工序，输送切屑量不宜大于25m3/h，不适宜加工钢件或铣削铸铁工件，同时也不宜在采用切削液的条件下使用。特点：这种铺设在地沟里的链条板式排屑装置，不适用于运送加工钢件时获得的带状切屑。特点：设置在机床中间底座内，可用于各种切屑，特别适用于钢屑，输送切屑量小于8m3/h。第三节排屑自动化·排屑装置实例：第三节排屑自动化三、切屑及切削液处理装置·为什么要对切削液进行处理？切削液在切削加工中起着不可或缺的作用，但也对环境造成了一定的污染。为了减少它的不良影响，一方面可采用干切削或准干切削等先进加工方法来减少切削液的使用量，另一方面要加强对它的净化处理，以便进行回收利用，减少切削液的排放量。·切削液的净化处理--将它在工作中带入的碎屑、砂轮粉末等杂质及时清除。·常用的方法--有过滤法和分离法。

--过滤法是使用多孔材料制成过滤器。

--分离法是应用重力沉淀、惯性分离、磁性分离、涡旋分离等装置，除去污液中的杂质。第三节