數(shù)控機床的刀具與工件交換裝置

1、19.1 自動換刀裝置的形式自動換刀裝置的形式9.2 刀庫刀庫9.3 刀具的選擇方式刀具的選擇方式9.4 刀具交換裝置刀具交換裝置9.5 帶刀庫的自動換刀裝置實例帶刀庫的自動換刀裝置實例9.6 柔性制造單元的工件交換裝置柔性制造單元的工件交換裝置第九章第九章 數(shù)控機床的刀具與工件交換裝置數(shù)控機床的刀具與工件交換裝置2學習要求學習要求:1. 了解交換裝置的結構形式；了解交換裝置的結構形式；2. 掌握交換裝置的特點；掌握交換裝置的特點；3. 了解刀庫的形式及刀具識別裝置；了解刀庫的形式及刀具識別裝置；4. 熟悉設計刀庫時應考慮的主要問題。熟悉設計刀庫時應考慮的主要問題。第九章第九章 數(shù)控機床的刀具

2、與工件交換裝置數(shù)控機床的刀具與工件交換裝置3功能功能： 儲備一定數(shù)量的刀具；儲備一定數(shù)量的刀具； 自動交換刀具。自動交換刀具。要求要求： 換刀時間短；換刀時間短； 刀具重復定位精度高；刀具重復定位精度高； 刀具儲存量足夠；刀具儲存量足夠； 結構緊湊；結構緊湊； 安全可靠。安全可靠。9.1 自動換刀裝置的形式自動換刀裝置的形式 4 9.1 自動換刀裝置的形式自動換刀裝置的形式 一、回轉刀架換刀一、回轉刀架換刀 常用于數(shù)控車床：常用于數(shù)控車床： 四方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架。四方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架。 數(shù)控車床六方刀架數(shù)控車床六方刀架工作原理工作原理： 1）刀架抬起）刀架抬起 2）

3、刀架轉位）刀架轉位 3）刀架壓緊）刀架壓緊 4）轉位油缸復位）轉位油缸復位5 1升降活塞 2刀架 3固定件 4配合件 5端齒離合器 6轉位活塞 7空套齒輪 8齒條 9固定插銷 10活動插銷1）刀架抬起）刀架抬起 3）刀架壓緊）刀架壓緊 6 1升降活塞 2刀架 3固定件 4配合件 5端齒離合器 6轉位活塞 7空套齒輪 8齒條 9固定插銷 10活動插銷刀架轉位刀架轉位7 1升降活塞 2刀架 3固定件 4配合件 5端齒離合器 6轉位活塞 7空套齒輪 8齒條 9固定插銷 10活動插銷 11推桿 12觸頭轉位油缸復位轉位油缸復位10與9 反靠周向定位，3與4錐面軸向定位8 9.1 自動換刀裝置的形式 二

4、、更換主軸換刀二、更換主軸換刀 機床的主軸頭就是一個轉塔刀庫。 工作原理工作原理：將所需刀具的主軸轉到工作位置（由行程開關組實現(xiàn)主軸號的選定），同時接通主傳動。轉位動作：脫開主傳動；轉塔頭抬起；轉塔頭轉位；轉塔頭定位夾緊；主軸傳動重新接通。 TK-5525型數(shù)控轉塔式鏜銑床9 9.1 自動換刀裝置的形式自動換刀裝置的形式 二、更換主軸換刀二、更換主軸換刀 特點特點: 縮短換刀時間；提高了換刀可靠性； 主軸數(shù)目會影響主軸系統(tǒng)的剛度。 適用機床適用機床： 工序較少、精度要求不高的數(shù)控鉆床、銑床等TK-5525型數(shù)控轉塔式鏜銑床10 9.1 自動換刀裝置的形式自動換刀裝置的形式 三、更換主軸箱換刀三

5、、更換主軸箱換刀 類似組合機床，采類似組合機床，采用多主軸的主軸箱用多主軸的主軸箱 。 工作原理工作原理： 主軸箱庫存若干主軸箱庫存若干備用主軸箱，由兩小備用主軸箱，由兩小車運輸車運輸。 適用場合適用場合： 加工箱體類零件，加工箱體類零件，可提高生產(chǎn)率?？商岣呱a(chǎn)率。11 9.1 自動換刀裝置的形式自動換刀裝置的形式 四、帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)四、帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 組成組成 ：刀庫、選刀機構、刀具交換機構、刀具在主軸上的自動裝卸機構。 工作原理工作原理： 特點：特點： 主軸剛性增強，有利于精密加工和重切削加工。 應用廣泛應用廣泛 圖 9512 9.1 自動換刀裝置的形式自動換刀裝置的形式 四

6、、帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 13 9.2 刀庫類型及刀具的選擇與識別刀庫類型及刀具的選擇與識別 一一 刀庫形式刀庫形式v刀庫是自動換刀裝置中主要部件之一，其容量及具刀庫是自動換刀裝置中主要部件之一，其容量及具體結構對數(shù)控機床的設計有很大影響。體結構對數(shù)控機床的設計有很大影響。v根據(jù)刀庫所需要的容量、選刀及取刀方式，可以將根據(jù)刀庫所需要的容量、選刀及取刀方式，可以將刀庫設計成多種形式。刀庫設計成多種形式。 1盤形刀庫盤形刀庫 2鏈式刀庫鏈式刀庫 3格子式刀庫格子式刀庫14 9.2 刀庫類型及刀具的選擇與識別刀庫類型及刀具的選擇與識別1盤形刀庫盤形刀庫v盤形刀庫為最常用的一種形式，每一刀座均可存放盤形

7、刀庫為最常用的一種形式，每一刀座均可存放一把刀具。盤形刀庫的儲存量一般為一把刀具。盤形刀庫的儲存量一般為1540把。把。 15v 當需要更多數(shù)量的刀具時，可采用圖（當需要更多數(shù)量的刀具時，可采用圖（e）所示的）所示的鼓輪彈倉式（又成刺猬式）刀庫，其結構十分緊湊，鼓輪彈倉式（又成刺猬式）刀庫，其結構十分緊湊，在相同的空間內(nèi)，它的刀庫容量最大。在相同的空間內(nèi)，它的刀庫容量最大。v 圖圖(g)為多層盤形刀庫。它們雖然也具有結構緊湊為多層盤形刀庫。它們雖然也具有結構緊湊的特點，但選刀和取刀的動作較多，故較少應用。的特點，但選刀和取刀的動作較多，故較少應用。162 2鏈式刀庫鏈式刀庫v這種刀庫是在環(huán)形鏈

8、條上裝有許多刀座，其結構有這種刀庫是在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，其結構有較大的靈活性，存放刀具的數(shù)量也較多，選刀和取較大的靈活性，存放刀具的數(shù)量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當鏈條較長時，可以增加支撐鏈刀動作十分簡單。當鏈條較長時，可以增加支撐鏈輪數(shù)目，使鏈條折疊回饒，提高空間利用率。一般輪數(shù)目，使鏈條折疊回饒，提高空間利用率。一般刀具數(shù)量在刀具數(shù)量在30120把。把。173 3格子式刀庫格子式刀庫v這種刀庫具有縱橫排列十分整齊的很多格子，每個這種刀庫具有縱橫排列十分整齊的很多格子，每個格子中均有一個刀座，可儲存一把刀具，這種刀庫格子中均有一個刀座，可儲存一把刀具，這種刀庫可將其單獨安置于機床

9、外，由機械手進行選刀及換可將其單獨安置于機床外，由機械手進行選刀及換刀。這種刀庫選刀及取刀動作復雜，應用最少。刀。這種刀庫選刀及取刀動作復雜，應用最少。 18 二二 設計刀庫時應考慮的主要問題設計刀庫時應考慮的主要問題 合理確定刀庫的容量合理確定刀庫的容量 盡量縮短選刀時間盡量縮短選刀時間 刀庫運動速度適宜刀庫運動速度適宜 刀庫運行平穩(wěn)刀庫運行平穩(wěn) 刀庫在刀座中的排列刀庫在刀座中的排列 其它其它19 9.3 9.3 刀具的選擇方式刀具的選擇方式v按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中挑選各工序按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中挑選各工序所需要的刀具的操作，稱為所需要的刀具的操作，稱為自動換刀自動換

10、刀。目前。目前 有有順順序選擇序選擇和和任意選擇任意選擇兩種方式。兩種方式。20 1 1順序選擇方式順序選擇方式v 刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序，刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序，依次放人刀庫的每一個刀座內(nèi)。每次換刀時，刀庫依次放人刀庫的每一個刀座內(nèi)。每次換刀時，刀庫按順序轉動一個刀座的位置，并取出所需要的刀具。按順序轉動一個刀座的位置，并取出所需要的刀具。已經(jīng)使用過的刀具可以放回原來的刀座內(nèi)，也可以已經(jīng)使用過的刀具可以放回原來的刀座內(nèi)，也可以按順序放入下一個刀座內(nèi)。按順序放入下一個刀座內(nèi)。l不需要刀具識別裝置，而且驅(qū)動控制也較簡單，可不需要刀具識別裝置，而且驅(qū)動控制也

11、較簡單，可以直接由刀庫的分度來實現(xiàn)。因此，刀具的順序選以直接由刀庫的分度來實現(xiàn)。因此，刀具的順序選擇方式具有結構簡單，工作可靠等優(yōu)點。擇方式具有結構簡單，工作可靠等優(yōu)點。l更換不同工件時，須重新排列刀庫中的刀具順序。更換不同工件時，須重新排列刀庫中的刀具順序。刀庫中的刀具在不同的工序中不能重復使用，相應刀庫中的刀具在不同的工序中不能重復使用，相應地增加了刀具的數(shù)量和刀具的容量，降低了刀具和地增加了刀具的數(shù)量和刀具的容量，降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫，將會造成嚴重事故。刀具不按順序裝在刀庫，將會造成嚴重事

12、故。21 2 2任意選擇方式任意選擇方式v采用任意選擇方式的自動換刀系統(tǒng)中必須有刀具識采用任意選擇方式的自動換刀系統(tǒng)中必須有刀具識別裝置。這種方式是根據(jù)程序指令的要求來選擇所別裝置。這種方式是根據(jù)程序指令的要求來選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可任意存放。每把刀具（或刀座）都編上序排列，可任意存放。每把刀具（或刀座）都編上代碼，自動換刀時，刀庫旋轉，每把刀具（或刀座）代碼，自動換刀時，刀庫旋轉，每把刀具（或刀座）都經(jīng)過都經(jīng)過“刀具識別裝置刀具識別裝置”接受識別。當某把刀具的接受識別。當某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，

13、該把刀具被選中，代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該把刀具被選中，并將刀具送到換刀位置，等待機械手來抓取。并將刀具送到換刀位置，等待機械手來抓取。v優(yōu)點：優(yōu)點： 刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關，刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關，相同的刀具可重復使用。因此，刀具數(shù)量比順序選相同的刀具可重復使用。因此，刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應的小一些。擇法的刀具可少一些，刀庫也相應的小一些。22v任意選擇法須對刀具編碼，編碼方式主要有三種任意選擇法須對刀具編碼，編碼方式主要有三種： （1）刀具編碼方式）刀具編碼方式 （2）刀座編碼方式）刀座編碼方式 （3）編碼附件方式）編碼附件方式

14、 23（1）刀具編碼方式）刀具編碼方式 這種方式是采用特殊的刀柄結構進行編碼。這種方式是采用特殊的刀柄結構進行編碼。 由于每把刀具都有自己的代碼，因此，可以存由于每把刀具都有自己的代碼，因此，可以存放于刀庫的任一刀座中。放于刀庫的任一刀座中。 刀庫中的刀具在不同的工序中也就可重復使用，刀庫中的刀具在不同的工序中也就可重復使用，用過的刀具也不一定放回原刀座中，這對裝刀和選用過的刀具也不一定放回原刀座中，這對裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可相應地小減小，而刀都十分有利，刀庫的容量也可相應地小減小，而且還可避免由于刀具存放在刀庫中的順序差錯而造且還可避免由于刀具存放在刀庫中的順序差錯而造成的事故

15、。成的事故。 24（1 1）刀具編碼方式）刀具編碼方式 刀具編碼的具體結構如圖所示。刀具編碼的具體結構如圖所示。 在刀柄在刀柄1后端的拉桿后端的拉桿4上套裝著等間隔的編碼環(huán)上套裝著等間隔的編碼環(huán)2，由鎖緊螺母，由鎖緊螺母3固定。編碼環(huán)既可以是整體的，也固定。編碼環(huán)既可以是整體的，也可由圓環(huán)可由圓環(huán)3組成。編碼環(huán)直徑有大小兩種，大直徑組成。編碼環(huán)直徑有大小兩種，大直徑的為二進制的的為二進制的“1”，小直徑為，小直徑為“0”。通過這兩種圓。通過這兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼。例如由六個環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼。例如由六個大小直徑的圓環(huán)便可組成能區(qū)別大小直徑的圓環(huán)便可組成能區(qū)別63

16、種刀具的代碼。種刀具的代碼。 25 （2 2）刀座編碼方式）刀座編碼方式 這種編碼方式對刀庫中每個刀座都進行編碼，這種編碼方式對刀庫中每個刀座都進行編碼，刀具也編號，并將刀具放到與其號碼相符合的刀座刀具也編號，并將刀具放到與其號碼相符合的刀座中。換刀時刀庫旋轉，使各個刀座依次經(jīng)過識刀器，中。換刀時刀庫旋轉，使各個刀座依次經(jīng)過識刀器，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫便停止旋轉。直至找到規(guī)定的刀座，刀庫便停止旋轉。 由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結構大為簡化。刀柄結構大為簡化。 在自動換刀過程中必須將用過在自動換刀過程中必須將用過的刀具放回原來的刀座中

17、，增加了換刀的動作。的刀具放回原來的刀座中，增加了換刀的動作。 刀刀座編碼的突出優(yōu)點是刀具在加工過程中可以重復使座編碼的突出優(yōu)點是刀具在加工過程中可以重復使用。用。 26 （2 2）刀座編碼方式）刀座編碼方式 圖圖916所示為圓盤刀所示為圓盤刀庫的刀座編碼裝置。庫的刀座編碼裝置。 在圓盤的圓周上均布若在圓盤的圓周上均布若干個刀座，起外側邊緣上干個刀座，起外側邊緣上裝有相應的刀座編碼塊裝有相應的刀座編碼塊1，在刀庫的下放裝有固定不在刀庫的下放裝有固定不動的刀座識別裝置動的刀座識別裝置2。刀座。刀座編碼的識別與上述刀具編編碼的識別與上述刀具編碼的識別原理完全相同。碼的識別原理完全相同。 27 （3

18、 3）編碼附件方式）編碼附件方式 編碼附件方式可分為編碼鑰匙、編碼卡片、編碼編碼附件方式可分為編碼鑰匙、編碼卡片、編碼桿和編碼盤等。桿和編碼盤等。 應用最多的是編碼鑰匙。這種方式是先給刀具應用最多的是編碼鑰匙。這種方式是先給刀具都縛上一把表示該刀具號的編碼鑰匙，當把個刀具都縛上一把表示該刀具號的編碼鑰匙，當把個刀具放入刀庫中時，識別裝置可以通過識別刀具上的號放入刀庫中時，識別裝置可以通過識別刀具上的號碼來選取該鑰匙旁邊的刀具。碼來選取該鑰匙旁邊的刀具。28 （3）編碼附件方式）編碼附件方式v鑰匙的兩邊最多可鑰匙的兩邊最多可帶有帶有22個方齒，圖中個方齒，圖中除導向用的兩個方外，除導向用的兩個方

19、外，共有共有20個個 圖中可區(qū)圖中可區(qū)別別9999刀具。刀具。v鑰匙沿著水平方向的鑰匙縫插入鑰匙孔座，然后順時針方向旋轉90度，處于鑰匙代碼突起6 的第一彈簧片5被撐起，表示代碼“1”，處于代碼凹處的第二彈簧片3保持原狀，表示代碼“0”。由于鑰匙上每個凹凸部分的旁邊均有相應的炭刷4或1，故可將鑰匙各個凸凹部分識別出來，即識別出相應的刀具。29 （3 3）編碼附件方式）編碼附件方式v這種編碼方式稱為臨時性編碼，因為從刀座中取這種編碼方式稱為臨時性編碼，因為從刀座中取出刀具時，刀座中的編碼鑰匙也取出，刀庫中原出刀具時，刀座中的編碼鑰匙也取出，刀庫中原來編碼隨之消失。因此，這種方式具有更大的靈來編碼

20、隨之消失。因此，這種方式具有更大的靈活性。采用這種編碼方式用過的刀具不必放回原活性。采用這種編碼方式用過的刀具不必放回原來的刀座。來的刀座。30 三、三、 刀具（刀座）識別裝置刀具（刀座）識別裝置v刀具識別裝置是可任意選擇刀具的自動換刀系統(tǒng)中刀具識別裝置是可任意選擇刀具的自動換刀系統(tǒng)中重要組成部分，常用的有以下幾種。重要組成部分，常用的有以下幾種。 1接觸式刀具識別裝置接觸式刀具識別裝置 2非接觸式刀具識別裝置非接觸式刀具識別裝置 3. 利用利用PC(可編程控制器可編程控制器)實現(xiàn)隨機換刀實現(xiàn)隨機換刀311 1接觸式刀具識別裝置接觸式刀具識別裝置v識別原理如圖919所示。 編碼環(huán)4 大直徑的環(huán)

21、表示二進制的“1”， 小直徑的環(huán)為“0”， 刀具識別裝置2， 觸針3，每個觸針與應該繼電器相聯(lián)，當各繼電器讀出的數(shù)碼與所選刀具的編碼一致時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉，等待換刀。 特點：特點： 結構簡單，結構簡單， 觸針有磨損，故壽命較短，可觸針有磨損，故壽命較短，可靠性較差，且難于快速選刀?？啃暂^差，且難于快速選刀。322 2非接觸式刀具識別裝置非接觸式刀具識別裝置v非接觸式刀具識別裝置沒有機械直接接觸，因而無非接觸式刀具識別裝置沒有機械直接接觸，因而無磨損、無噪聲、壽命長、反應速度快。磨損、無噪聲、壽命長、反應速度快。v適應于高速、換刀頻繁的工作場合。適應于高速、換刀頻繁的工作場合。v

22、常用的有磁性識別和光電識別法。常用的有磁性識別和光電識別法。33v非接觸式磁性識別法非接觸式磁性識別法 利用磁性材料和非磁性材料感應強弱不同，通過感應線圈讀取代碼。圖920所示為一種用于刀具編碼的磁性識別裝置。 編碼環(huán)4， 檢測線圈6 。 一次一次線圈線圈5中輸入交流電壓時，如編碼環(huán)為導磁材料，則磁感應較強，在二次線圈二次線圈7中產(chǎn)生較大的感應電壓。 當編碼的號碼與指令刀號相符時，控制電路發(fā)出信號。使刀庫停止運轉，等待換刀。34v非接觸式光電識別法非接觸式光電識別法光學纖維刀具識別裝置光學纖維刀具識別裝置 這種裝置利用光導纖維良好的光傳導特性，采用多束光導纖維構成閱讀頭。用靠近的二束光導纖維來

23、閱讀二進制碼的一位時，其中一束將光源投射到能反光或不能反光(被涂黑)的金屬表面，另一束光導纖維將反射光送至光電轉換元件轉換成電信號，以判斷正對這二束光導纖維的金屑表面有無反射光，有反射時(表面光亮)為“1”，無反射時(表面涂黑)為“o”，如圖922(b)所示。 光信號比電信號具有更高的抗干擾能力。光導纖維可任意彎曲，這結機械設計、光源及光電轉換元件的安裝都帶來很大的方便。因此，這種識別方法很有發(fā)展前途。353. 3. 利用利用PC(PC(可編程控制器可編程控制器) )實現(xiàn)隨機換刀實現(xiàn)隨機換刀 v刀庫上的刀具能與左袖上的刀具任意地直接交換，即隨機換刀。主軸上換來的新刀號及還回刀庫上的刀具號，均在

24、PC內(nèi)部相應地存儲單元記憶。隨機換刀控制方式需要在PC內(nèi)部設置一個模擬刀庫的數(shù)據(jù)模擬刀庫的數(shù)據(jù)表表，其長度和表內(nèi)設置的數(shù)據(jù)與刀庫的位置數(shù)和刀具號相對應。v這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了由于識刀裝置的穩(wěn)定性、可靠世所帶來的選刀失誤。363. 3. 利用利用PC(PC(可編程控制器可編程控制器) )實現(xiàn)隨機換刀實現(xiàn)隨機換刀 vATC(自動換刀自動換刀)控制和刀號數(shù)據(jù)表控制和刀號數(shù)據(jù)表v刀具識別刀具識別v刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改373.3.利用利用PC(PC(可編程控制器可編程控制器) )實現(xiàn)隨機換刀實現(xiàn)隨機換刀 v刀具識別刀具識別383. 3. 利用利用PC

25、(PC(可編程控制器可編程控制器) )實現(xiàn)隨機換刀實現(xiàn)隨機換刀v刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改39 9.4 刀具交換裝置刀具交換裝置 一一 交換裝置的形式交換裝置的形式v由刀庫和主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換由刀庫和主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換 必須將主軸上用過的必須將主軸上用過的刀具送回刀庫，再從刀刀具送回刀庫，再從刀庫取出新刀但兩個動庫取出新刀但兩個動作不能同時進行。作不能同時進行。 換刀時間較長，換刀換刀時間較長，換刀動作也較多。動作也較多。40 9.4 9.4 刀具交換裝置刀具交換裝置 一一 交換裝置的形式交換裝置的形式v由機械手進行刀具交換由機械手進行刀具交換換刀時間短。換刀時間短。鉤手鉤手旋轉運動抓刀旋轉運動抓刀抱手抱手兩個手指旋轉抓刀兩個手指旋轉抓刀41 9.4 9.4 刀具交換裝置刀具交換裝置 一一 交換裝置的形式交換裝置的形式由機械手進行刀具交換由機械手進行刀具交換換刀時間短換刀時間短。叉手叉手直線運動抓刀直線運動抓刀抓刀過程中，可避抓刀過程中，可避免與其它刀具相碰免與其它刀具相碰42 v鉤刀機械手換刀的基本動作鉤刀機械手換刀的基本動作43 v鉤刀機械手換刀的基本動作鉤刀機械手換刀的基本動作（