数控机床换刀.doc

数控机床自动换刀概述带刀库的换刀装置由刀库、选刀机构、刀具自动装卸机械及刀具交换机 构（机械手）等四部分组成，应用广泛刀库机械手自动换刀系统，整个换刀过程 比较复杂首先要把加工过程中使用的全部刀具安装在标准刀柄上， 在机外进行 尺寸预调后，按一定的方式放入刀库换刀时，先在刀库中选刀，再由换刀装置 从刀库或主轴上取刀，进行交换，将新刀装入主轴，旧刀放回刀库由于前两种 换刀装置容纳的刀具数量有限不能太多， 不能满足复杂零件的加工需要，所以自 动换刀数控机床多采用带刀库的自动换刀装置 刀库具有较大容量，既可安装在 主轴箱的侧面或上方由于带刀库的自动换刀刀装置的数控机床的主轴箱内只有 一根主轴，主轴部件的刚度要高，以满足精密加工要求刀库内数量较大，因而 能满足复杂零件的多工序加工，大大提高生产率带刀库的自动换刀系统适用于 数控钻削中心和加工中心刀库种类1•链式刀库链式刀库包括单环链和多环链 ，链环形式可有多种变化，如图（a）、（b）、（c）（a） （ b） （ c）链式刀库有如下特点：适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小一般适用于 刀具数在30〜120把的刀库仅增加链条长度即可增加刀具数，可以不增加圆周 速度，其转动惯量不像盘式刀库增加的那样大。

2•盘式刀库在盘式刀库结构中，刀具可以沿主轴径向、轴向、斜向安放，如图（ a）、（b）、（c）刀具轴向安装的结构最为紧凑，但为了换刀时刀具与主轴同向，有的刀库 中的刀具需要在换刀位置作90翻转在刀库容量较大时，为在存取方便的同时 保持结构紧凑，可采取弹仓式结构，但是较其他形式复杂目前大量的刀库安装 在机床立柱的顶面或侧面在刀库容量较大时，也有安装在单独的地基上的，以 隔离刀库转动造成的振动盘式刀库的刀具轴线也圆盘轴线平行， 刀具环形排列，分径向、轴向两种取刀方 式，其刀座结构不同这种盘式刀库结构简单，应用较多，适用于刀库容量较小 的情况为增加刀库空间利用率，可采用双环或多环排列刀具的形式， 但圆盘直 径增大，转动惯量就增加，选刀时间也较长a） （ b） （ c）3•直线式刀库和组合刀库直线式刀库结构简单如图2. 9,刀具单行排列，刀库容量小，多用于数 控车床和钻床上由于刀库位置固定，换刀动作由主轴完成，无需机械手 组合刀库一般是转塔式刀库的组合、转塔式与盘式刀库的组合及链式刀库的 组合每单个刀库的储刀量较小，换刀速度快另外还有一些密集型的鼓轮 式、弹匣式和格子式刀库，这些密集型刀库虽.占地面积小，但由于结构限制, 基本上不用于单机加工中心，多用于 FMS的集中供刀系统直线式刀库外观图机械械手是执行刀库和主轴之间换刀动作的装置。

1.机械手的机械动作机械动作一般包含：a.拐臂旋转、b.滑座平移、c.手臂伸缩、d.手臂180有的机械手还对称安装了 2个卡钳式手爪用于抓刀，其动作为：e. A爪 松、紧：f. B爪松、紧机械手结构及动作如图所示刀库机械手动作示意图2.机械手的种类加工中心换刀机械手的种类繁多，可以说每个厂家都推出自己的独特的换刀机械手，在加工中心的自动换刀系统中， 是机械手具体执行刀具的自动更换， 对 其要求是迅速可靠、准确协调由于加工中心机床的刀库和主轴， 其相对位置距 离不同，相应的换刀机械手的运动过程也不尽相同， 它们由各种形式的机械手来 完成常见的机械手有：单臂单爪回转式机械械手摆动的轴线与刀具主轴平行，机械手的手臂可以回转不同的角度来进 行自动换刀，换刀具的所花费的时间长，用于刀库换刀位置的刀座的轴线相平行 的场合如图所示：单臂单爪回转式机械手双臂回转式机械手这种机械手的两臂各有一个卡爪，可同时抓取刀库及主轴上的刀具， 在回转180°之后有同时将刀具归回刀库及装入主轴，是目前加工中心机床上最为常用的一种形式，换刀时间要比前两种都短，如图所示：自动选刀及换刀刀库的自动控制指CNC执行用户指令后系统对刀库的自动控制过程，包括 程序找刀和自动换刀。

加工中心的计算机数控装置 （CNC）发出的选刀指令，将刀 库转到所需刀具号的取刀位置，称自动选刀自动选刀有两种方法：顺序选刀和 随机选刀方法换刀方式主要有随机任选换刀和固定任选换刀前一种方式刀库的刀套号和 刀具号在换刀完成后就不一致了而后一种方式刀套号和刀具号始终一致1 •固定换刀方式 A（无机械手，无刀具准备功能）：无论换刀次数，刀套号与刀 具号始终一一对应，如N号刀套中始终是N号刀这种换刀方式换刀时间较长， 适用于刀具容量较少的小型加工中心，且无刀具准备必须先归旧刀一再找新刀 一加工（无机械手，用主轴运动进给），换刀时间较长，适用于小型刀库2 •固定换刀方式B（有机械手，可实现刀具准备）：刀具号仍与刀套号一致，无刀 具表系统可记忆当前主轴刀具和下把所选的刀具. 机械手由油缸驱动，故易受油 质、阀体质量、油温等外界因素的影响，需定期进行调整，并清洗阀体此种适 用于换刀不很频繁、刀具数为 40．60 把、主轴锥孔为 BT 40 以上的刀库3．随机换刀 （有机械手，可实现刀具准备 ）：刀具号与刀套号不一一对应，系统 有相应的刀具表随时记忆刀具使用情况， 刀表中刀套号是固定的， 而刀具号则随 刀具的交换随时更新。

例如在刀具表初始化后， N 号刀套中是 N 号刀，但只要 产生刀具交换，则刀具表随之进行数据交换 （需在梯形图中处理并设定相应的数 据表 ）当所选刀具直径超过相邻刀套的中心距时 （产生刀具干涉时 ），需做大径刀 判断后，采取不同的换刀方式：如为大径刀，使用固定刀套换刀方式：如为小径 刀，则采用随机换刀． 大径刀的判别可用多种方式实现， 如采用宏程序或在梯形 图中处理。