数控机床32教材.ppt

第六节 数控机床换刀装置 数控机床带有自动换刀装置：能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加 工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差 自动换刀装置应当满足：换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具储存 量足够，刀库占地面积小以及安全可靠等基本要求 表3-1自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 类 型特 点适用范围 转 塔 式 回转刀架 多为顺序换刀，换刀时间短，结构简单 紧凑，容纳刀具较少 各种数控机床，车削中 心机床 转塔头 顺序换刀，换刀时间短，刀具主轴都集 中在转塔头上，结构紧凑，但刚性较差 ，刀具主轴数受限制 数控钻床、镗床、铣床 刀 库 式 刀库与主轴之间 直接换刀 换刀运动集中，运动部件少但刀库运 动多布局不灵活，适应性差 各种类型的自动换刀数 控机床，尤其是对使用 回转类刀具的数控镗铣 ，钻镗类立式、卧式加 工中心机床，要根据工 艺范围和机床特点，确 定刀库容量和自动换刀 装置类型，用于加工工 艺范围广的立、卧式车 削中心机床 用机械手配合刀 库进行换刀 刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运 动，比刀库作换刀运动惯性小，速度快 用机械手、运输 装置配合刀库进 行换刀 换刀运动分散，由多个部件实现，运动 部件多，但布局灵活，适应性好 有刀库的转塔头换刀装 置 弥补转塔换刀数量不足的特点，换刀时 间短 扩大工艺范围的各类转 塔式数控机床 一、数控车床转塔（回转）刀架 数控车床主要采用回转刀架换刀，是一种最简单的自动换刀装置。

转塔刀架一般最多装8把刀具，4把、6把刀具最常见，即4四方刀架 和六角刀架回轮刀架一般最多装12把刀具 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切 削抗力和减少刀架在切削力作用下和位移变形，提高加工精度 回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证在每 次转位之后具有较高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm） 根据广泛的工业统计 钻削加工，用20 把刀具就能完成约90％ 的工件加工 铣削加工，需要刀具更少，用4把铣刀 就能完成90％的工件加工 车削加工，要求完成90％的工件加工， 也只多用10把刀具 一种螺旋升降式四方刀架，它的换 刀过程如下： l 刀架抬起——电动机22正转，并 经联轴套16、轴17，油滑键（或花键 ）带动锅杆18、蜗轮2、轴1、轴套10 转动10的外圆上有两上凸起，可在 套筒9内孔中的螺旋槽内滑动，从而举 起与套筒9相连的刀架8及上端齿盘6， 使6与下端齿盘5分开，完成刀架抬起 动作 l 刀架转位——刀架抬起后，轴套 10仍在继续转动，同时带动刀架8转过 90（如不到位，刀架还可继续转位 180、270、360），并由微动开 关19发出信号给数控装置。

l 刀架压紧——刀架转位后，由微 动开关发出的信号使电动机22反转， 销11使刀架8定位而不随轴套10回转， 于是刀架8向下移动上下端齿盘合拢 压紧蜗杆18继续转动则产生轴向位 移，压缩弹簧21，套筒20的外圆曲面 微动开关19使电动机22停止旋转，从 而完成一次转位 二、转塔（动力）头式自动换刀装置 刀具旋转的数控机床可采用转塔头式换刀装置，如数控钻镗床的多 轴转塔头等其转塔头上装有几个主轴，每个主轴上均装一把刀具， 加工过程中转塔头可自动转位实现自动换刀从换刀动作上，主轴转 塔头就相当于一个转塔刀架，其优点是结构简单，换刀时间短，仅为 2s左右由于受空间位置的限制，主轴数目不能太多，主轴部件结构 不能设计得十分坚实，影响了主轴系统的刚度，通常只适用于工序较 少，精度要求不太高的机床，如数控钻床、数控铣床等 近年来出现了一种用机械手 和转塔头配合刀库进行换刀的 自动换刀装置转塔头5上有两 个刀具主轴3和4，当用一个刀 具主轴上的刀具进行加工时， 可由机械手2将下一步需用的刀 具换至不工作的主轴上，待本 工序完成后，转塔头回转180 ，完成换刀 三．盘形自动回转刀架 刀架转位为机械传动，鼠牙盘定位 。

转位开始时，电磁制动器断电，电 动机11通电转动，通过齿轮10、9、8 带动蜗杆7旋转，使蜗轮5转动蜗轮 内孔制有螺纹与轴6上的螺纹配合这 时轴6不能回转，当蜗轮转动时，使得 轴6沿轴向向左移动因刀架1与轴6、 活动鼠牙盘2固定在一起，故也一起向 左移动，使鼠牙盘2与3脱开轴6上有 两个对称槽，内装滑块4，在鼠牙盘脱 开后，蜗轮转到一定角度时，与蜗轮 固定在一起的圆盘14上的凸块便碰到 滑块4，蜗轮便通过14上的凸块带动滑 块连同轴6、刀盘一起进行转位到达 要求位置后，电刷选择器发出信号， 使电动机11反转，这时圆盘14上的凸 块与滑块4脱离，不再带动轴6转动 蜗轮与轴6上的螺纹使轴6右移，鼠牙 盘2、3结合定位当齿盘压紧时，轴6 右端的小轴13压下微动开关12，发出 转位结束信号，电动机断电，电磁制 动器通电，维持电动机轴上的反转力 矩，以保持鼠牙盘之间有一定的压紧 力 三、带刀库的自动换刀系统 当需要更换刀具较多(车床大于12把，刀具旋转类机床大于8把）时 ，多采用带刀库的自动换刀装置 带刀库的自动换刀装置组成：刀库和刀具交换机构 换刀过程：首先要把加工过程中使用的全部刀具分别安装在标准刀柄或 刀夹上，在机外进行尺寸预调整后，按一定的方式放入刀库。

换刀时， 先在刀库中选刀，再由刀具交换装置从刀库或主轴（或是刀架）取出刀 具，将新刀装入主轴（或刀架），旧刀放回刀库 刀库具有较大的容量，既可安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为 单独部件安装到机床以外，并由搬运装置运送刀具由于带刀库的自动 换刀装置的数控机床的主轴箱内只有一根主轴，设计主轴部件时能充分 增强它的刚度，可满足精密加工要求另外，刀库可以存放数量很大的 工具，因而能够进行复杂零件的多工序加工，大大提高机床适应性和加 工效率因此特别适用于数控钻床、数控镗铣床和加工中心 缺点是整个换刀过程动作较多，换刀时间较长，系统复杂，可靠性 较差 1．刀库的类型 刀库的作用是储备刀具，选择刀具，配合刀具交换装置换刀刀库 的形式和容量主要是适应机床的工艺范围和特点 （1）盘式刀库： 刀库结构： 刀库为圆盘形式结构，刀具位置 安放在圆盘外圆，刀具可径向或 轴向放置但换刀时刀具一般要 与主轴平行 换刀方式： 刀库与机床主轴直接换刀 利用机械手进行换刀 优点： 结构简单，成本较低，可靠性好 缺点： 换刀时间长，刀库容量较小 （2）链式刀库： 刀库结构： 刀库为链带式结构，刀具位置安 放在链带上，刀具一般与机床主 轴平行。

换刀方式： 利用机械手进行换刀 优点： 刀库容量大，可靠性好 缺点： 换刀时间长，结构较复杂，成本 较高 刀库容量在32 把以下时，多采用盘 式刀库当刀库容量再大时，大多采用链 式刀库 2．刀库的选刀方式 常用的选刀方法有顺序选刀和任意选刀两种 v 顺序选刀——是在加工之前，将加工所需刀具按照工艺要求依次插 入刀库的刀套（座）中，顺序不能搞错，加工时按顺序调刀，加工不同 的工件必须重新调整刀库中的刀具顺序，操作繁锁优点是刀库的驱动 和控制都比较简单适合批量较大，工件品种较少的中、小型数控机床 v 任意选刀方式又分为刀套编码、刀具编码和记忆式等方式 刀具编码或刀套编码需要在刀具或刀套上安装用于识别的编码元件 刀具编码直接对每把刀具进行编码，每把刀具都有自己的代码，可存 放于刀库的任一刀座没有放刀失误问题，缩短了刀库的运转时间；简 化了自动换刀控制线路但刀具结构复杂一种刀具编码的具体结构如 下图： 在刀柄1后面的拉杆4上套装有等间 隔的编码环2 ，由螺母3固定编 码环既可以是整体的，也可由圆环 组装而成编码环直径有大小两种 ，大直径的为二进制的“1” ，小 直径的为“0 ”。

通过这两种圆环 的不同排列，可以得到一系列代码 刀座编码方式对每个刀座进行编码，将刀具放到刀座中，刀具就具 有刀座的编号优点是刀柄结构大为简化，识刀器的结构不受刀柄尺寸 的限制，而且可以放在较适当的位置缺点是必须将用过的刀具放回原 来的刀座中，增加了换刀动作，取送刀具十分麻烦一种鼓轮刀库的刀 座编码装置在鼓轮刀库圆周上均布若干个刀座，其外侧边缘上装有相 应的刀座编码块1 ，在刀库的下方装有固定不动的刀座识别装置2 一种特殊的刀座编码方式——编码附件方式编码附件方式应用最 多的是编码钥匙这种方式是先给各刀具都缚上一把表示该刀具号的编 码钥匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进刀座旁边 的钥匙孔中这样就把钥匙的号码转记到刀座中，给刀座编上了号码 识别装置可以通过识别钥匙上的号码来识别刀具 在加工中心上大量使用记忆式的任选方式这种方式是利用管理软 件软件选刀将刀具放置在刀库中初始情况记录下来，并且把每一次换 刀，刀具在刀库中放置的变动情况记录下来这样无论刀具放在哪个刀 套内都始终记忆着使用数控系统的PLC 作管理和控制器，在PLC 内部 设置一个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的位置数 和刀具号相对应。

刀库上还设有机械原点，和位置检测装置，实现刀库 初始定位 3．刀具交换装置 数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸 刀具的装置称为刀具交换装置 刀具的交换方式有两种：由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交 换采用机械手交换刀具 v 利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换 小型加工中心有采用无机械手换刀方式，刀具在刀库与主轴之间直 接交换，靠刀库与主轴的运动实现换刀 另外两个实例 v 采用机械手进行刀具交换 采用机械进行刀具交换的方式应用最广泛机械手换刀灵活，动作 快，而且结构简单换刀机械手有多种形式，有单臂单械手、有单 臂双械手、双械手（组合）和多械手（组合）等使用最 多的是单臂双械手，还分钩手、抱手、伸缩手（叉手） 机械手的手爪在抓住刀具后，还必须具有锁 刀功能，以防止在换刀过程中掉刀或刀具被甩出 大多采用机械锁刀方式，有些大型加工中心， 还采用机械加液压锁刀方式 当机械手松刀时，刀 库的夹爪既起着刀座的作 用，又起着手爪的作用 一种刀库夹爪 图示为换刀机械手结构机械手手臂的两端各有一个手爪刀具被弹 簧的活动销4顶靠在固定爪5 中。

锁紧销2被弹簧3弹起，使活动销4 被锁 住，不能后退这就保证了在机械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩 出当手臂处于上换刀位置的750 时，锁紧销2 被挡块压下，活动销4 就 可以活动，使得机械手可以放开主轴或刀座中的刀具 第七节 数控机床回转工作台 为了扩大工艺范围，提高生产效率，及适应某些零件加工的需要，数 控机床除了沿X、Y和Z三个坐标轴的直线进给运动之外，往往还带有绕X 、Y和Z轴的圆周进给运动（分别称为A、B、C轴）通常数控机床的圆周 进给运动由数控回转工作台（简称数控转台）来实现 数控回转工作台除了用来进行各种圆弧加工或与直线进给联动进行曲 面加工外，还可以实现精确的自动分度，例如加工分度盘的轴向孔和箱 体零件若采用间歇分度转位结构进行分度，但它的分度数有限，且固 定，工艺适应性差采用数控转台就比较方便对于自动换刀的多工序 加工中心来说，回转工作台已成为一个不可缺少的部件 一、分度工作台 分度工作台只能完成分度运动，而不能实现圆周进给运动由于结构 上的原因，通常分度工作台的分度运动只限于完成规定的角度（如45 、60或90等），即在需要分度时，按照数控系统的指令，将工作台 及其工件回转规定的角度，以改变工件相对于主轴的位置，完成工件各 个表面的加工。

分度工作台按其定位机构的不同分为定位销式和鼠牙盘 式两类 1．定位销式分度工作台 一种定位销式分度工作台分度工作台1嵌在长方工作台。