數(shù)控機床輔助裝置

1、數(shù)控機床輔助裝置設計主要內容n數(shù)控機床自動換刀裝置（ATC）n數(shù)控機床回轉工作臺與分度臺n數(shù)控機床其他輔助裝置高速動力卡盤尾座排屑裝置自動換刀裝置的基本要求和形式 自動換刀裝置的基本要求銑削加工車削加工刀具數(shù)可加工件的比率102040305060708010090105015202530鉆削加工自動換刀裝置的基本要求和形式 自動換刀裝置的基本要求自動換刀裝置的形式類型特點適用范圍轉塔刀架回轉刀架回轉刀架多為順序換刀，換刀時間短，結構簡單緊湊，容納刀具較少各類數(shù)控車床、車削中心機床轉塔頭順序換刀，換刀時間短，刀具主軸都集中在轉塔頭上，結構緊湊，但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制數(shù)控鉆床、鏜床刀庫式刀庫

2、與主軸之間直接換刀換刀運動集中，運動部件少。但刀庫運動多，布局不靈活，適應性差各種類型的自動換刀數(shù)控機床，尤其是對使用回轉類刀具的數(shù)控鏜銑床，鉆鏜類立式、臥式加工中心機床，要根據(jù)工藝范圍和機床特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置類型，也可用于加工工藝范圍的立、臥式車削中心機床用機械手配合刀庫換刀刀庫只有選刀運動，機械手進行換刀運動，比刀庫作換刀運動慣性小、速度快用機械手、運輸裝置配合刀庫換刀換刀運動分散，由多個部件實現(xiàn)，運動部件多，但布局靈活，適應性好有刀庫的轉塔頭換刀裝置彌補轉塔頭換刀數(shù)量不足的缺點，換刀時間短擴大工藝范圍的各類轉塔式數(shù)控機床2.6 數(shù)控機床自動換刀裝置的形式動換刀裝置 n1.

3、回轉刀架換刀n數(shù)控車床上使用的回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，根據(jù)不同加工對象，可以設計成四方刀架和六角刀架等多種形式。n數(shù)控車床回轉刀架動作的要求是刀架抬起、刀架轉位、刀架定位和刀架夾緊。1活塞 2刀架體 3、7齒輪 4齒圈 5空套齒輪 6活塞 8齒條 9固定插銷 10活動插銷 11推桿 12觸頭 圖2-17 數(shù)控車床六角回轉刀架2.6 自動換刀裝置 n回轉刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，它的動作分為4個步驟：n(1) 刀架抬起。當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由a孔進入壓緊液壓缸的下腔，活塞1上升，刀架體2抬起，使定位用的活動插銷10與固定插銷9脫開。同時，活塞

4、桿下端的端齒離合器與空套齒輪5結合。2.6 自動換刀裝置 n回轉刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，它的動作分為4個步驟：n(2) 刀架轉位。當?shù)都芴鸷?，壓力油從c孔進入轉位液壓缸左腔，活塞6向右移動，通過連接板帶動齒條8移動，使空套齒輪5作逆時針方向轉動。通過端齒離合器使刀架轉過60?；钊男谐虘扔邶X輪5分度圓周長的1/6，并由限位開關控制。2.6 自動換刀裝置 n(3) 刀架壓緊。刀架轉位之后，壓力油從b孔進入壓緊液壓缸上腔，活塞1帶動刀架體2下降。齒輪3的底盤上精確地安裝有6個帶斜楔的圓柱固定插銷9，利用活動插銷10消除定位銷與孔之間的間隙，實現(xiàn)反向定位。刀架體2

5、下降時，定位活動插銷10與另一個固定插銷9卡緊，同時齒輪3與齒圈4的錐面接觸，刀架在新的位置定位并夾緊。這時，端齒離合器與空套齒輪5脫開。 2.6 自動換刀裝置 n(4) 轉位液壓缸復位。刀架壓緊之后，壓力油從d孔進入轉位液壓缸的右腔，活塞6帶動齒條復位，由于此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪3在軸上空轉。 如果定位和夾緊動作正常，推桿11與相應的觸頭12接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已經(jīng)結束，可以繼續(xù)進行切削加工。2.6 自動換刀裝置 n2. 轉塔頭式換刀裝置n一般數(shù)控機床常采用轉塔頭式換刀裝置，如數(shù)控車床的轉塔刀架，數(shù)控鉆鏜床的多軸轉塔頭等。在轉塔的各個主軸頭上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀

6、具，當發(fā)出換刀指令時，各種主軸頭依次轉到加工位置，并接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉，而其他處于不同加工位置的主軸都與主運動脫開。 1-主軸；2-端蓋；3-螺母；4-套筒；5、6、15-齒輪； 7、8-鼠齒盤；9、11-推力軸承；10-轉塔刀架；12-活塞 13-中心液壓缸；14-操縱桿；16-頂桿；17-螺釘； 18-軸承 圖2-18 臥式八軸轉塔頭2.6 自動換刀裝置 n如圖2-18所示為臥式八軸轉塔頭。轉塔頭上徑向分布著八根結構完全相同的主軸1，主軸的回轉運動由齒輪15輸入。當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時，通過液壓撥叉（圖中未示出）將移動齒輪6與齒輪15脫離嚙合，同時在中心液壓缸13的上腔

7、通壓力油。由于活塞桿和活塞口固定在底座上，因此中心液壓缸13帶著由兩個推力軸承9和11支承的轉塔刀架10抬起，鼠齒盤7和8脫離嚙合。然后壓力油進入轉位液壓缸，推動活塞齒條，再經(jīng)過中間齒輪使大齒輪5與轉塔刀架10一起回轉45，將下一工序的主軸轉到工作位置。轉位結束后，壓力油進入中心液壓缸13的下腔使轉塔頭下降，鼠齒盤7和8重新嚙合，實現(xiàn)了精確的定位。在壓力油的作用下，轉塔頭被壓緊，轉位液壓缸退回原位。最后通過液壓撥叉撥動移動齒輪6，使它與新?lián)Q上的主軸齒輪15嚙合。2.6 自動換刀裝置 n3. 車削中心用動力刀架n如圖2-19(a)所示為意大利Baruffaldi公司生產(chǎn)的適用于全功能數(shù)控車床及車

8、削中心的動力轉塔刀架。n如圖2-19(b)所示為該轉塔刀架的傳動示意圖。圖2-19 動力轉塔刀架n自動換刀數(shù)控加工中心多采用刀庫式自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機構組成，它是多工序數(shù)控機床上應用最廣泛的換刀方法。n整個換刀過程較為復雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標準的刀柄上，在進行尺寸預調整之后，按一定的方式放入刀庫，換刀時先在刀庫中進行選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具。在進行刀具交換之后，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放入刀庫。n常見的刀庫形式有3種，即盤形刀庫，鏈式刀庫，格子箱刀庫等。n2. 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)2.6 數(shù)控機床自動換刀裝置的形

9、式動換自動換刀裝置n數(shù)控機床的自動換刀裝置中，實現(xiàn)刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式通常分為由刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換和采用機械手交換刀具兩類。無機械手自動換刀裝置 n1. 直接在刀庫與主軸（或刀架）之間換刀的自動換刀裝置n這種換刀裝置只具備一個刀庫，刀庫中儲存著加工過程中需使用的各種刀具，利用機床本身與刀庫的運動實現(xiàn)換刀過程。如圖2-20所示為自動換刀數(shù)控立式車床示意圖。1-工作臺；2-工件；3-立柱 4-橫梁；5-刀架滑座6-刀架滑枕；7-刀庫 圖2-20 自動換刀數(shù)控立式車床示意圖無機械手自動換刀裝置 n機床自動換刀的過程如下：n(1) 刀

10、架快速右移，使其上的裝刀孔軸線與刀庫上空刀座的軸線重合，然后刀架滑枕向下移動，把用過的刀具插入空刀座。n(2) 刀庫下降，將用過的刀具從刀架中拔出。n(3) 刀庫回轉，將下一工步所需使用的新刀具軸線對準刀架上裝刀孔軸線。n(4) 刀庫上升，將新刀具插入刀架裝刀孔，接著由刀架中自動夾緊裝置將其夾緊在刀架上。n(5) 刀架帶著換上的新刀具離開刀庫，快速移向加工位置。無機械手自動換刀裝置 機械手自動換刀裝置 n2. 用機械手在刀庫與主軸之間換刀的自動換刀裝置n這是目前應用最普遍的一種自動換刀裝置，其布局結構多種多樣，JCS-013型自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床所用換刀裝置即為一例。n換刀過程可用圖2-21

11、中(a)(l)的分圖所示實例加以說明。機械手自動換刀裝置 機械手自動換刀裝置 圖2-21 JCS-013型自動換刀機床的自動換刀過程 機械手自動換刀裝置 n(1) 開始換刀前狀態(tài)：主軸正在用T05號刀具進行加工，裝刀機械手已抓住下一工步需用的T09號刀具，機械手架處于最高位置，為換刀做好準備。n(2) 上一工步結束，機床立柱后退，主軸箱上升，使主軸處于換刀位置。接著下一工步開始，其第一個指令是換刀，機械手架回轉180，轉向主軸。n(3) 卸刀機械手前伸，抓住主軸上已用過的T05號刀具。n(4) 機械手架由滑座帶動，沿刀具軸線前移，將T05號刀具從主軸上拔出。n(5) 卸刀機械手縮回原位。n(6

12、) 裝刀機械手前伸，使T09號刀具對準主軸。機械手自動換刀裝置 n(7) 機械手架后移，將T09號刀具插入主軸。n(8) 裝刀機械手縮回原位。n(9) 機械手架回轉180，使裝刀、卸刀機械手轉向刀庫。n(10) 機械手架由橫梁帶動下降，找第二排刀套鏈，卸刀機械手將T05號刀具插回T05號刀套中。n(11) 刀套鏈轉動，把在下一個工步需用的T46號刀具送到換刀位置；機械手架下降，找第三排刀鏈，由裝刀機械手將T46號刀具取出。n(12) 刀套鏈反轉，把T09號刀套送到換刀位置，同時機械手架上升至最高位置，為下面工步的換刀做好準備。機械手與轉塔配合自動換刀裝置 n3. 用機械手和轉塔頭配合刀庫進行換

13、刀的自動換刀裝置n這種自動換刀裝置實際是轉塔頭式換刀裝置和刀庫換刀裝置的結合，其工作原理如圖2-22所示。轉塔頭5上有兩個刀具主軸3和4.當用一個刀具主軸上的刀具進行加工時，可由機械手2將下一工步需用的刀具換至不工作的主軸上，待上一工步加工完畢后，轉塔頭回轉180，即完成換刀工作。機械手與轉塔配合自動換刀裝置 1-刀庫；2-換刀機械手；3、4-刀具主軸；5-轉塔頭；6-工件；7-工作臺圖2-22 機械手和轉塔頭配合刀庫換刀的自動換刀過程自動換刀裝置 n采用機械手進行刀具交換應用最為廣泛，在各種類型的機械手中，雙臂機械手集中地體現(xiàn)了以上的優(yōu)點。n雙臂機械手中最常用機構如圖2-24所示，它們分別是

14、鉤手（圖2-24(a)）、抱手（圖2-24(b)）、伸縮手（圖2-24(c)）和叉手（圖2-24(d)）。圖2-24 雙臂機械手常用機構自動換刀裝置 n如圖2-25所示是雙刀庫機械手換刀裝置圖2-25 雙刀庫機械手換刀裝置自動換刀裝置 n根據(jù)各類機床的需要，自動換刀數(shù)控機床所使用的刀具的刀柄有圓柱形和圓錐形兩種。為了使機械手能可靠地抓取刀具，刀柄必須有合理的夾持部分，而且應當盡可能使刀柄標準化。如圖2-26所示是常用的兩種刀柄結構。nV形槽夾持結構（圖2-26(a)）適用于圖2-24的各種機械手n法蘭盤夾持結構（圖2-26(b)）適用于鉗式機械手裝夾圖2-26 刀柄結構刀具的選刀方式1、自動選

15、刀：在自動換刀裝置換刀時，按數(shù)控裝 置發(fā)出的換刀指令，刀具交換裝置 從刀庫中挑選各工序所需刀具的操 作稱為自動換刀。2、刀具的選擇方式順序選擇方式任意選擇方式刀座編碼方式刀具編碼方式刀具的選刀方式順序選擇方式順序選擇方式 刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序，依次放入刀庫的每一個刀座中。特點：不需要刀具識別裝置，結構簡單， 工作可 靠，但刀庫中刀具在不同工序中不能重復 使用，因此，刀具的數(shù)量多，的刀庫的容量大。刀具的選刀方式刀具編碼方式刀具編碼方式刀具的選刀方式u接觸式識別裝置接觸式識別裝置刀柄刀柄刀具識別裝置刀具識別裝置觸針觸針編碼環(huán)編碼環(huán)特點：結構簡單，壽命較短，可靠性較差，難于快速

16、換刀特點：結構簡單，壽命較短，可靠性較差，難于快速換刀刀具的選刀方式u非接觸式識別裝置非接觸式識別裝置11 0 1 0特點：無磨損，無噪音，壽命長，反應速度快，適用于高特點：無磨損，無噪音，壽命長，反應速度快，適用于高 速，換刀頻繁的場合。速，換刀頻繁的場合。刀具的選刀方式u光電識別裝置光電識別裝置識別碼塊識別碼塊識別傳感器識別傳感器刀具的選刀方式刀座編碼方式刀座編碼方式永久性編碼永久性編碼臨時性編碼臨時性編碼刀座編碼刀座編碼刀具的選刀方式刀具的選刀方式臨時性編碼臨時性編碼機械手n機械手的形式常見的有如圖2-27所示的幾種形式。圖2-27 各種形式的機械手 機械手n1. 單臂單爪回轉式機械手n

17、這種機械手的手臂可以回轉不同的角度，進行自動換刀，手臂上只有一個卡爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均靠這一個卡爪來裝刀及卸刀，因此換刀時間較長，見圖2-27a。 n2. 單臂雙爪回轉式機械手n這種機械手的手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪有所分工，一個卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務。另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務，其換刀時間較上述單爪回轉式機械手要少，見圖2-27b。 機械手n3. 雙臂回轉式機械手n這種機械手的兩臂各有一個卡爪，兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉180o后又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。換刀時間較以上兩種單臂機械手均短，是最常用的一種形式。圖2-

18、27c右邊的一種機械手在抓取或將刀具送入刀庫及主軸時，兩臂可伸縮。 n4. 雙機械手n這種機械手相當于兩個單臂單爪機械手，互相配合起來進行自動換刀。其中一個機械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個機械手由刀庫取出“新刀”裝入機床主軸，見圖2-27d。 機械手n5. 雙臂往復交叉式機械手n這種機械手的兩手臂可以往復運動，并交叉成一定角度。一個手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個手臂由刀庫取出“新刀”裝入機床主軸。整個機械手可沿某導軌直線移動或繞某個轉軸回轉，以實現(xiàn)刀庫與主軸間的運刀工作，見圖2-27e。 n6. 雙臂端面夾緊式機械手n這種機械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機械手均靠

19、夾緊刀柄的外圓表面以抓取刀具，這種機械手則夾緊刀柄的兩個端面，見圖2-27f。 數(shù)控回轉工作臺與分度工作臺 n一、數(shù)控回轉工作臺n數(shù)控回轉工作臺的功用有兩個：一是使工作臺進行圓周進給運動，二是工作臺進行分度運動。 n用于開環(huán)系統(tǒng)中的數(shù)控回轉工作臺是由傳動系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成。當接到控制系統(tǒng)的回轉指令后，首先要把蝸輪松開，然后開動電液脈沖馬達，按照指令脈沖來確定工作臺回轉的方向、速度、角度大小以及回轉過程中速度的變化等參數(shù)。當工作臺回轉完畢后，再把蝸輪夾緊。 數(shù)控回轉工作臺與分度工作臺 n一、數(shù)控回轉工作臺n數(shù)控回轉工作臺的功用有兩個：一是使工作臺進行圓周進給運動，二是工作臺進

20、行分度運動。 數(shù)控回轉工作臺1-電液脈沖馬達 2-偏心環(huán) 3-主動齒輪 4-從動齒輪 5-銷釘 6-鎖緊瓦 7-套筒 8-螺釘 9-絲杠 10-蝸桿 11-蝸輪 12、13-夾緊瓦 14-液壓缸 15-活塞 16-彈簧 17-鋼球 18-底座 19-光柵 20、21-軸承 JCS-013型自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的數(shù)控回轉工作臺數(shù)控回轉工作臺n數(shù)控回轉工作臺由電液脈沖馬達1驅動，在它的軸上裝有主動齒輪3（z1=22）,它與從動齒輪4（z2=66）相嚙合，齒的側隙靠調整偏心環(huán)2來消除。從動齒輪4與蝸桿10用楔形的拉緊銷釘5來連接，這種連接方式能消除軸與套的配合間隙。蝸桿10系雙螺距式，即相鄰齒的厚

21、度是不同。因此，可用軸向移動蝸桿的方法來消除蝸桿10和蝸輪11的齒側間隙。調整時，先松開殼體螺母套筒7上的鎖緊螺釘8，使鎖緊瓦6把絲杠9放松，然后轉動絲杠9，它便和蝸桿10同時在殼體螺母套筒7中作軸向移動，消除齒向間隙。調整完畢后，再擰緊鎖緊螺釘8，把鎖緊瓦6壓緊在絲杠9上，使其不能再作轉動。 數(shù)控回轉工作臺n蝸桿10的兩端裝有雙列滾針軸承作徑向支承，右端裝有兩只止推軸承承受軸向力，左端可以自由伸縮，保證運轉平穩(wěn)。蝸輪11下部的內、外兩面均裝有加緊瓦12和13。當蝸輪11不回轉時，回轉工作臺的底座18內均布有八個液壓缸14，其上腔進壓力油時，活塞15下行，通過鋼球17，撐開加緊瓦12和13，把

22、蝸輪11夾緊。當回轉工作臺需要回轉時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使液壓缸上腔油液流回油箱。由于彈簧16恢復力的作用，把鋼球17抬起，加緊瓦12和13就不夾緊蝸輪11，然后由電液脈沖馬達1通過傳動裝置，使蝸輪11和回轉工作臺一起按照控制指令作回轉運動?；剞D工作臺的導軌面由大型滾柱軸承支承，并由圓錐滾子軸承21和雙列圓柱滾子軸承20保持準確的回轉中心。 n數(shù)控回轉工作臺設有零點，當它作返零控制時，先用擋塊碰撞限位開關（圖中未示出），使工作臺由快速變?yōu)槁倩剞D，然后在無觸點開關的作用下，使工作臺準確的停在零位。數(shù)控回轉工作臺可作任意角度的回轉或分度，由光柵19進行讀數(shù)控制。光柵19沿其圓周上有21600條刻

23、線，通過6倍頻線路，刻度的分辨能力為10s。 數(shù)控回轉工作臺與分度工作臺 n二、分度工作臺n1. 定位銷式分度工作臺n這種工作臺的定位分度主要靠定位銷和定位孔來實現(xiàn)。定位銷之間的分布角度為45o，因此工作臺只能作二、四、八等分的分度運動。 n圖2-29為THK6380型自動換刀數(shù)控臥式銑鏜床的分度工作臺結構。 圖2-29 定位銷式分度工作臺 分度工作臺 n2. 齒盤式分度工作臺 n圖2-30為Z65258型轉塔式坐標臥式鉆床的齒盤分度工作臺的液壓系統(tǒng)圖，圖2-31為分度工作臺的結構圖。 圖2-30 分度工作臺的液壓系統(tǒng) 分度工作臺 1-分度工作臺 2、4、15、18-管道 3、17-活塞 5、

24、10-軸承 6、7-齒盤 8、9、22、23-推桿 11-內齒輪 12-外齒輪 13-下腔 14-上腔 16-左腔 19-右腔 20-擋鐵 21-擋塊 圖2-31 齒盤式分度工作臺 分度工作臺 n齒盤式分度工作臺主要由工作臺、底座、壓緊液壓缸、分度液壓缸和一對齒盤等零件組成。 n齒盤式分度工作臺分度運動時，其工作過程分為四個步驟： n（1）分度工作臺上升，齒盤脫離嚙合。n（2）工作臺回轉分度。 n（3）分度工作臺下降，并定位壓緊。n（4）分度齒條活塞退回。 其它輔助裝置 n一、高速動力卡盤n高速動力卡盤一般只用于數(shù)控機床。隨著卡盤的轉速提高，由卡爪、滑座和緊固螺釘組成的卡爪組件離心力急劇增大，卡爪對零件的夾緊力下降。增大動態(tài)夾緊力有如下幾種途徑：n（1）加大靜態(tài)夾緊力，但這會消耗更多的能源和因夾緊力過大造成零件變形。n（2）減輕卡爪組件質量，以減小離心力，為此常采用斜齒條式結構。n（3）增加離心力補償裝置，利用補償裝置的離心力抵消卡爪組件離心力造成的夾緊損失。高速動力卡盤與其它輔助裝置 n二、尾座n車床尾座一般是在加工時對工件起輔助支撐作用，它由尾座體和尾座套筒兩部分組成。尾座體可在床身上移動和固定。尾座套筒前端安裝頂針，套筒可以自動伸出和縮回，實現(xiàn)頂尖對工件的支撐作用。如圖2-32所示為數(shù)控車床的尾座結構圖。圖2-32 數(shù)控車床的尾座結構圖高速動力卡盤與其