44自動(dòng)換刀裝置課件

4.4自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)7/27/20231自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)為了提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，除了要提高切削速度，減少非切削時(shí)間也非常重要，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，這些多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過程中需使用多種刀具，因此必須有自動(dòng)換刀裝置，以便選用不同的刀具來完成不同工序的加工。7/27/20232自動(dòng)換刀裝置應(yīng)具備換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高，有足夠的刀具儲(chǔ)備量，占地面積小，安全可靠等特性。各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)和數(shù)控機(jī)床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量有關(guān)。數(shù)控機(jī)床常用的自動(dòng)換刀裝置的類型、特點(diǎn)、適用范圍見表1所示。7/27/20233

類型特點(diǎn)適用范圍轉(zhuǎn)塔刀架回轉(zhuǎn)刀架回轉(zhuǎn)刀架多為順序換刀換刀時(shí)間短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，容納刀具較少各種數(shù)控車床，車削中心機(jī)床轉(zhuǎn)塔頭順序換刀，換刀時(shí)間短，刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)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(kù)式刀庫(kù)與主軸之間直接換刀換刀運(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)部件少。但刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)多。布局不靈活，適應(yīng)性差各種類型的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，尤其是對(duì)使用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜銑，鉆鏜類立式、臥式加工中心機(jī)床，要根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫(kù)容量和自動(dòng)換刀裝置類型，用于加工工藝范圍的立、臥式車削中心機(jī)床用機(jī)械手配合刀庫(kù)換刀刀庫(kù)只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，比刀庫(kù)作換刀運(yùn)動(dòng)慣性小，速度快用機(jī)械手、運(yùn)輸裝置配合刀庫(kù)換刀換刀運(yùn)動(dòng)分散，有多個(gè)部件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)部件多，但布局靈活，適應(yīng)性好有刀庫(kù)的轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置彌補(bǔ)轉(zhuǎn)換刀數(shù)量不足的缺點(diǎn)，換刀時(shí)間短擴(kuò)大工藝范圍的各類轉(zhuǎn)塔式數(shù)控機(jī)床表1自動(dòng)換刀裝置的主要類型、特點(diǎn)及適用范圍7/27/20234

數(shù)控車床的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架刀架是數(shù)控車床的重要功能部件，其結(jié)構(gòu)形式很多，下面介紹幾種典型刀架結(jié)構(gòu)。1.數(shù)控車床方刀架數(shù)控車床方刀架是在普通車床方刀架的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動(dòng)換刀裝置，它有四個(gè)刀位，能同時(shí)裝夾四把刀具，刀架回轉(zhuǎn)90o，刀具變換一個(gè)刀位，轉(zhuǎn)為信號(hào)和刀位號(hào)的選擇由加工程序指令控制。圖6-1所示為數(shù)控車床方刀架結(jié)構(gòu)。7/27/20235

1—電動(dòng)機(jī)2—聯(lián)軸器3—蝸桿軸4—蝸輪絲杠5—刀架底座6—粗定位盤7—刀架體8—球頭銷9—轉(zhuǎn)位套10—電刷座11—發(fā)迅體12—螺母13、14—電刷15—粗定位銷圖6-1數(shù)控車床方刀架結(jié)構(gòu)7/27/20236

其換刀過程如下：刀架抬起當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)正轉(zhuǎn)，通過平鍵套筒聯(lián)軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸輪絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架體7的內(nèi)孔加工有內(nèi)螺紋，與蝸輪絲杠旋合。蝸輪絲杠內(nèi)孔與刀架中心軸外圓是滑配合，在轉(zhuǎn)位換刀時(shí)，中心軸固定不動(dòng)，蝸輪絲杠繞中心軸空轉(zhuǎn)。當(dāng)蝸輪絲杠開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于刀架體7和刀架體底座5上的端面齒處于嚙合狀態(tài)，且蝸輪絲杠軸向固定，因此刀架體7不能轉(zhuǎn)動(dòng)只能軸向移動(dòng)，這是刀架體抬起。（2）刀架轉(zhuǎn)位當(dāng)?shù)都荏w抬至一定距離后，端面齒脫開，轉(zhuǎn)位套用銷釘與蝸輪絲杠聯(lián)接，隨蝸輪絲杠一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開時(shí)，轉(zhuǎn)位套9正好轉(zhuǎn)過160o（如圖6-1A—A剖視圖所示），球頭銷8在彈簧力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套9的槽內(nèi)，轉(zhuǎn)位套通過彈簧銷帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。（3）刀架定位刀架體7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶著電刷座10轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指令的刀號(hào)時(shí)，定位銷15在彈簧的作用下進(jìn)入粗定位盤6的槽中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷13、14接觸導(dǎo)通，是電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)。由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合實(shí)現(xiàn)精確定位。7/27/20237

（4）夾緊刀架電動(dòng)機(jī)1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)蝸輪絲杠停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿軸3繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，端面齒間夾緊力不斷增加，轉(zhuǎn)距不斷增大，達(dá)到一定值時(shí)，在傳感器的控制下電動(dòng)機(jī)1停止轉(zhuǎn)動(dòng)。譯碼裝置由發(fā)信體11、電刷13、14組成。電刷13負(fù)責(zé)發(fā)信，電刷14負(fù)責(zé)位置判斷。當(dāng)?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過位或不到位時(shí)，可松開螺母12，調(diào)好發(fā)信體11與電刷14的相對(duì)位置。這種刀架在經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床及臥式車床的數(shù)控化改造中應(yīng)用廣泛。7/27/20238

2.數(shù)控車床盤形自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架圖2所示為CK7815型數(shù)控車床采用的BA200L刀架的結(jié)構(gòu)。該刀架可配置12位（A型或B型）、8位（C型）刀盤。

A、B型回轉(zhuǎn)刀盤的外切刀可使用25mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)刀具和刀桿截面為25mm×25mm的可調(diào)刀具，C型可用尺寸為20mm×20mm×125mm的標(biāo)準(zhǔn)刀具。鏜刀桿最大直徑為32mm。刀架轉(zhuǎn)位為機(jī)械傳動(dòng)，端面齒盤定位。7/27/20239

1—刀架

2、3—端面齒盤4—滑快5—蝸輪6—軸7—蝸桿8、9、10—傳動(dòng)齒輪11—電動(dòng)機(jī)12—微動(dòng)開關(guān)13—小軸14—圓環(huán)15—壓板16—鍥鐵圖2回轉(zhuǎn)刀架7/27/202310

轉(zhuǎn)位過程如下：（1）回轉(zhuǎn)刀架的松開轉(zhuǎn)位開始時(shí)，電磁制動(dòng)器斷電，電動(dòng)機(jī)11通電轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪10、9、8帶動(dòng)蝸桿7旋轉(zhuǎn)，使蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸輪內(nèi)孔有螺紋，與軸6上的螺紋配合。端面齒盤3被固定在刀架箱體上，軸6和端面齒盤2固定連接，端面齒盤2和3處于嚙合狀態(tài)，因此，蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸6不能轉(zhuǎn)動(dòng)，只能和端面齒盤2、刀架體1同時(shí)向左移動(dòng)，直到端面齒盤2和3脫離嚙合。7/27/202311（2）轉(zhuǎn)位

軸6外圓柱面上有兩個(gè)對(duì)稱槽，內(nèi)裝滑塊4。當(dāng)端面齒盤2和3脫離嚙合后，蝸輪5轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，與蝸輪5固定在一起的圓環(huán)14左側(cè)端面的凸塊便碰到滑塊4，蝸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過14上的凸塊帶動(dòng)滑塊連同軸6、刀架體1一起進(jìn)行轉(zhuǎn)位。7/27/202312

（3）回轉(zhuǎn)刀架的定位

到達(dá)要求位置后，電刷選擇器發(fā)出信號(hào)，使電機(jī)11反轉(zhuǎn)，這時(shí)蝸輪5與圓換14反向旋轉(zhuǎn)，凸塊與滑塊4脫離，不再帶動(dòng)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，蝸輪5與軸6上的旋和螺紋使軸6右移，端面齒盤2和3嚙合并定位。當(dāng)齒盤壓緊時(shí)，軸6右端的小軸13壓下微動(dòng)開關(guān)，發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)，電動(dòng)機(jī)斷電，電磁制動(dòng)器通電，維持電動(dòng)機(jī)軸上的反轉(zhuǎn)力矩，以保持端面齒盤之間有一定的壓緊力。7/27/202313

刀具在刀盤上由壓板15及調(diào)節(jié)楔鐵16來夾緊，更換和對(duì)刀十分方便。刀位選擇由刷型選擇器進(jìn)行，松開、夾緊位置檢測(cè)由微動(dòng)開關(guān)12控制。整個(gè)刀架控制是一個(gè)純電氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。7/27/202314

3.車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架圖3(a)為意大利Baruffaldi公司生產(chǎn)的適用于全功能型數(shù)控車床及車削中心的動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架。刀盤上既可以安裝各種非動(dòng)力輔助刀夾(車刀夾、鏜刀夾、彈簧夾頭、莫氏刀柄)，夾持刀具進(jìn)行加工，還可以安裝動(dòng)力刀夾進(jìn)行主動(dòng)切削，配合主機(jī)完成車、銑、鉆、鏜等各種復(fù)雜工序，實(shí)現(xiàn)加工程序自動(dòng)化、高效化。7/27/202315圖3(b)為該轉(zhuǎn)塔刀夾的傳動(dòng)示意圖。刀架采用端面齒盤作為分度定位元件，刀架轉(zhuǎn)位由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部帶有制動(dòng)機(jī)構(gòu)，刀為由二進(jìn)制絕對(duì)編碼器識(shí)別，并可正反雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀。動(dòng)力刀具由交流飼服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步齒型帶、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)齒輪、端面齒離合器將動(dòng)力傳至動(dòng)力刀夾，在通過刀夾內(nèi)部的齒輪傳動(dòng)，刀具回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)切削。7/27/202316

圖3動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架7/27/202317

轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床常采用轉(zhuǎn)塔頭式自動(dòng)換刀裝置，如數(shù)控鉆鏜床的多軸轉(zhuǎn)塔頭等。在轉(zhuǎn)塔頭上裝有幾個(gè)主軸，每個(gè)主軸上均裝一把刀具，加工過程中轉(zhuǎn)塔頭可自動(dòng)轉(zhuǎn)位，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。主軸轉(zhuǎn)塔頭可看作是一個(gè)轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間短，僅為2s左右。但由于受到空間位置的限制，主軸數(shù)目不能太多，主軸部件的結(jié)構(gòu)剛度也有所下降，通常只適用與工序較少，精度要求不太高的機(jī)床，如數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床等。7/27/202318為了彌補(bǔ)轉(zhuǎn)塔換刀數(shù)量少的缺點(diǎn)，近年來出現(xiàn)了一種機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀的自動(dòng)換刀裝置，如圖6-4所示。它實(shí)際上是轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置和刀庫(kù)式換刀裝置的結(jié)合。它的工作原理如下：轉(zhuǎn)塔頭5上安裝兩個(gè)刀具主軸3和4，當(dāng)用一個(gè)刀具主軸上的刀具進(jìn)行加工時(shí)，機(jī)械手2將下一個(gè)工序需要的刀具換至不工作的主軸上，待本工序完成后，轉(zhuǎn)塔頭回轉(zhuǎn)180o，完成換刀。7/27/202319因?yàn)樗膿Q刀時(shí)間大部分和機(jī)械加工時(shí)間重合，只需要轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位的時(shí)間，所以換刀時(shí)間很短，而且轉(zhuǎn)塔頭上只有兩個(gè)主軸，有利于提高主軸的結(jié)構(gòu)剛性，但還未能達(dá)到精鏜加工所需要的主軸剛度，這種換刀方式主要用于數(shù)控鉆床，也可用于數(shù)控銑鏜床和數(shù)控組合機(jī)床。7/27/202320

圖4機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫(kù)換刀的自動(dòng)換刀裝置1-刀庫(kù)2-機(jī)械手3.4-刀具主軸5-轉(zhuǎn)塔頭6-工件7-工作臺(tái)7/27/202321

刀庫(kù)式自動(dòng)換刀裝置刀庫(kù)式自動(dòng)換刀裝置主要應(yīng)用于加工中心上。加工中心是一種備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床連續(xù)完成多工步的加工，工序高度集中。自動(dòng)換刀裝置是加工中心的重要組成部分，主要包括刀庫(kù)、刀具交換裝置等部分。7/27/2023221.刀庫(kù)刀庫(kù)是存放加工過程中所使用的全部刀具的裝置，它的容量從幾把刀到上百把刀。加工中心刀苦的形式很多，結(jié)構(gòu)也各不相同，常用的有鼓盤式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)和格子庫(kù)式刀庫(kù)。7/27/202323

1）鼓盤式刀庫(kù)

鼓盤式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，在鉆削中心上應(yīng)用較多。一般存放刀具數(shù)目不超過32把。目前，大部分的刀庫(kù)安裝在機(jī)床立柱的頂面和側(cè)面，當(dāng)?shù)稁?kù)容量較大時(shí)，為了防止刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)造成的振動(dòng)對(duì)加工精度的影響，也有的安裝在單獨(dú)的地基上。圖7-5為刀具軸線與鼓盤軸線平行布置的刀庫(kù)，其中：圖(a)為徑向取刀式；圖(b)為軸向取刀式。圖6-5鼓盤式刀庫(kù)

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圖6(a)為刀具徑向安裝在刀庫(kù)上的結(jié)構(gòu)，圖6-6(b)為刀具軸線與鼓盤軸線成一定角度布置的結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)占地面積較大。圖6鼓盤式刀庫(kù)

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（2）鏈?zhǔn)降稁?kù)

鏈?zhǔn)降稁?kù)是在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，刀座的孔中裝夾各種刀具，鏈條由鏈輪驅(qū)動(dòng)。鏈?zhǔn)降稁?kù)有單環(huán)鏈?zhǔn)胶投喹h(huán)鏈?zhǔn)降葞追N，如圖7（a）,(b)所示。當(dāng)鏈條較長(zhǎng)時(shí)，可以增加支承鏈輪的數(shù)目，使鏈條折疊回繞，提高空間利用率，如圖7（c）所示。

圖7各種鏈?zhǔn)降稁?kù)a）單環(huán)鏈?zhǔn)剑╞）多環(huán)鏈?zhǔn)剑╟）折疊鏈?zhǔn)?/27/202326

（3）格子盒式刀庫(kù)

圖8所示為固定型格子盒式刀庫(kù)。刀具分幾排直線排列，由縱、橫向移動(dòng)的取刀機(jī)械手完成選刀運(yùn)動(dòng)，將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上，有換刀機(jī)械手交換刀具。這種形式刀具排列密集，空間利用率高，刀庫(kù)容量大。圖8固定型格子盒式刀庫(kù)7/27/202327

2.刀具的選擇按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫(kù)中挑選各工序所需要的刀具的操作稱為自動(dòng)選刀。常用的選刀方式有順序選刀和任意選刀：（1）順序選刀刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序，一次放入刀庫(kù)的每一個(gè)刀座內(nèi)，刀具順序不能搞錯(cuò)。7/27/202328當(dāng)加工工件改變時(shí)，刀具在刀庫(kù)上的排列順序也要改變。這種選刀方式的缺點(diǎn)是同一工件上的相同刀具不能重復(fù)使用，因此刀具的數(shù)量增加，降低了刀具和刀庫(kù)的利用率，優(yōu)點(diǎn)是它的控制以及刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)等比較簡(jiǎn)單。

（2）任意選刀任意選刀方式是預(yù)先把刀庫(kù)中每把刀具（或刀座）都編上代碼，按照編碼選刀，刀具在刀庫(kù)中不必按照工件的加工順序排列。7/27/202329

任意選刀有刀具編碼式、刀座編碼式、附件編碼式、計(jì)算機(jī)記憶式四種方式：①刀具編碼式

這種選擇方式采用了一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，并對(duì)每把刀具進(jìn)行編碼。換刀時(shí)通過編碼識(shí)別裝置，根據(jù)換刀指令代碼，在刀庫(kù)中尋找所需要的道具。7/27/202330由于每一把刀都有自己的代碼，因而刀具可以放入刀庫(kù)的任何一個(gè)刀座內(nèi)，這樣不僅刀庫(kù)中的刀具可以在不同的工序中多次重復(fù)使用，而且換下來的刀具也不必放回原來的刀座，這對(duì)裝刀和選刀都十分有利，刀庫(kù)的容量相應(yīng)減少，而且可避免由于刀具順序的差錯(cuò)所發(fā)生的事故。但每把刀具上都帶有專用的編碼系統(tǒng)，刀具長(zhǎng)度加長(zhǎng)，制造困難，剛度降低，刀庫(kù)和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。7/27/202331刀具編碼識(shí)別有兩種方式：接觸式識(shí)別和非接觸式識(shí)別。接觸式識(shí)別編碼的刀柄結(jié)構(gòu)如圖9所示：圖9編碼刀柄示意圖1-編碼環(huán)2-鎖緊螺母3-拉緊螺7/27/202332

在刀柄尾部的拉緊螺桿1上套裝著一組等間隔的編碼環(huán)3，并由鎖緊螺母2將它們固定。編碼環(huán)的外徑有大小兩種不同的規(guī)格，每個(gè)編碼環(huán)的大小分別表示二進(jìn)制數(shù)的“1”和“0”。通過對(duì)兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列的代碼。例如圖中的7個(gè)編碼環(huán)，就能夠區(qū)別出127種刀具（27-1）。7/27/202333通常全部為零的代碼不允許使用，以免和刀座中沒有刀具的狀況相混淆。當(dāng)?shù)毒咭来瓮ㄟ^編碼識(shí)別裝置時(shí)，編碼環(huán)的大小就能使相應(yīng)的觸針讀出每一把刀具的代碼，從而選擇合適的刀具。接觸式編碼識(shí)別裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但可靠性較差，壽命較短，而且不能快速選刀。7/27/202334

非接觸式刀具識(shí)別采用磁性或光電識(shí)別法。

磁性識(shí)別法是利用磁性材料和非磁性材料磁感應(yīng)的強(qiáng)弱不同，通過感應(yīng)線圈讀取代碼。編碼環(huán)分別由軟鋼和塑料制成，軟鋼代表“1”，塑料代表“0”，將它們按規(guī)定的編碼排列。

7/27/202335當(dāng)編碼環(huán)通過感應(yīng)線圈時(shí)，只有對(duì)應(yīng)軟鋼圓環(huán)的那些感應(yīng)線圈材能感應(yīng)出電信號(hào)“1”，而對(duì)應(yīng)于塑料的感應(yīng)線圈狀態(tài)保持不變“0”，從而讀出每一把刀具的代碼。磁性識(shí)別裝置沒有機(jī)械接觸和磨損，因此可以快速選刀，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)。7/27/202336

②刀座編碼式刀座編碼是對(duì)刀庫(kù)中所有的刀座預(yù)先編碼，一把刀具只能對(duì)應(yīng)一個(gè)刀座，從一個(gè)刀座中取出的刀具必須放回同一刀座中，否則會(huì)造成事故。這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，長(zhǎng)度變短，刀具在加工過程中可重復(fù)使用，但必須把用過的刀具放回原來的刀座，送取刀具麻煩，換刀時(shí)間長(zhǎng)。7/27/202337③計(jì)算機(jī)記憶式目前加工中心上大量使用的是計(jì)算機(jī)記憶式選刀。這種方式能將刀具號(hào)和刀庫(kù)中的刀座位置(地址)對(duì)應(yīng)的存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器或可編程控制器的存儲(chǔ)器中。不論刀具存放在哪個(gè)刀座上，新的對(duì)應(yīng)關(guān)系重新存放，這樣刀具可在任意位置(地址)存取，刀具不需設(shè)置編碼元件，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，控制也十分簡(jiǎn)單。在刀庫(kù)機(jī)構(gòu)中通常設(shè)有刀庫(kù)零位，執(zhí)行自動(dòng)選刀時(shí)，刀庫(kù)可以正反方向旋轉(zhuǎn)，每次選刀式刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)超過一圈的1/2。7/27/202338

3.刀具交換裝置數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中，實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間刀具傳遞和刀具裝卸的裝置稱為刀具交換裝置。自動(dòng)換刀的刀具可靠固緊在專用刀夾內(nèi)，每次換刀時(shí)將刀夾直接裝入主軸。刀具的交換方式通常分為有機(jī)械手換刀和無機(jī)械手換刀兩大類。7/27/202339（1）機(jī)械手換刀采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)闄C(jī)械手換刀具有很大的靈活性，換刀時(shí)間也較短。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，換刀運(yùn)動(dòng)也有所不同。下面介紹兩種最常見的換刀形式。7/27/202340

①180o回轉(zhuǎn)刀具交換裝置

最簡(jiǎn)單的刀具交換裝置是180o回轉(zhuǎn)刀具交換裝置，如圖10所示。接到換刀指令后，機(jī)床控制系統(tǒng)便將主軸控制到指定換刀位置；同時(shí)刀具庫(kù)運(yùn)動(dòng)到適當(dāng)位置完成選刀，機(jī)械手回轉(zhuǎn)并同時(shí)與主軸、刀具庫(kù)的刀具相配合；拉桿從主軸刀具上卸掉，機(jī)械手向前運(yùn)動(dòng)，將刀具從各自的位置上取下；機(jī)械手回轉(zhuǎn)180o，交換兩把刀具的位置，與此同時(shí)刀庫(kù)重新調(diào)整位置，以接受從主軸上取下的刀具；機(jī)械手向后運(yùn)動(dòng)，將夾換的刀具和卸下的刀具分別插入主軸和刀庫(kù)；機(jī)械手轉(zhuǎn)回原位置待命。至此換刀完成，程序繼續(xù)。這種刀具交換裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，涉及的運(yùn)動(dòng)少，換刀快；主要缺點(diǎn)是刀具必須存放在與主軸平行的平面內(nèi)，預(yù)側(cè)置后置的刀庫(kù)相比，切屑及切削液易進(jìn)入刀夾，刀夾錐面上有切屑會(huì)造成換刀誤差，甚至損壞刀夾和主軸，因此必須對(duì)刀具另加防護(hù)。這種刀具交換裝置既可用于臥式機(jī)床也可用于立式機(jī)床。圖10180o回轉(zhuǎn)刀具交換裝置7/27/202341

②回轉(zhuǎn)插入式刀具交換裝置

回轉(zhuǎn)插入式刀具交換裝置是最常用的形式之一，使回轉(zhuǎn)式的改進(jìn)形式。這種裝置刀庫(kù)位于機(jī)床立柱一側(cè)，避免了切屑造成主軸或刀夾損壞的可能。但刀庫(kù)中存放的刀具的軸線與主軸的軸線垂直，因此機(jī)械手需要三個(gè)自由度。機(jī)械手沿主軸軸線的插拔刀具動(dòng)作，由液壓缸實(shí)現(xiàn)；繞豎直軸90o的擺動(dòng)進(jìn)行刀庫(kù)與主軸間刀具的傳送由液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)；繞水平軸旋轉(zhuǎn)180o完成刀庫(kù)與主軸上刀具的交換的動(dòng)作，由液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)。其換刀分解動(dòng)作如圖11所示。7/27/202342

圖11換刀分解動(dòng)作7/27/202343

圖11(a):抓刀爪伸出，抓住刀庫(kù)上的待換刀具，刀庫(kù)刀座上的鎖板拉開。圖11(b)：機(jī)械手帶著待換刀具繞豎直軸逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)90o，與主軸軸線平行，另一個(gè)抓刀爪抓住主軸上的刀具，主軸將刀具松開。圖11(c):機(jī)械手前移，將刀具從主軸錐孔內(nèi)拔出。圖11(d)：機(jī)械手繞自身水平軸轉(zhuǎn)180o，將兩把刀具交換位置。7/27/202344

圖11(e)：機(jī)械手后退，將新刀具裝入主軸，主軸將刀具鎖住。圖11(f)：抓刀爪縮回，松開主軸上的刀具。機(jī)械手繞豎直軸順時(shí)針轉(zhuǎn)90o，將刀具放回到庫(kù)相應(yīng)的刀座上，刀庫(kù)上的鎖板合上。最后，抓刀爪縮回，松開刀庫(kù)上的刀具，恢復(fù)到原始位置。7/27/202345

為了防止刀具掉落，各種機(jī)械手的刀爪都必須帶有自鎖機(jī)構(gòu)，如圖12所示。圖12機(jī)械手臂和刀爪1、3—彈簧2—所緊銷4活動(dòng)銷5—刀爪6—銷7/27/202346

它由兩個(gè)固定刀爪5，每個(gè)刀爪上還有一個(gè)活動(dòng)銷4，它依靠后面的彈簧1，在抓刀后頂住刀具。為了保證機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)時(shí)刀具不被甩出，有一個(gè)鎖緊銷2，當(dāng)活動(dòng)銷4頂住刀具時(shí)，鎖緊銷2就被彈簧3頂起，將活動(dòng)銷4鎖住不能后退。當(dāng)機(jī)械手處于上升位置要完成拔插刀動(dòng)作時(shí)，銷6被擋塊壓下使銷2也退下，因此可自由的抓放刀具。7/27/202347

（2）無機(jī)械手換刀

無機(jī)械手換刀的方式是利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換，也叫主軸直接式換刀。XH754型臥式加工中心就是采用這類刀具交換裝置的實(shí)例。機(jī)床外形和換刀過程如圖13所示。圖13(a):

當(dāng)加工工步結(jié)束后執(zhí)行換刀指令，主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停，主軸箱沿Y軸上升。這是機(jī)床上方的刀庫(kù)的空檔刀為正好處在換刀位置，裝夾刀具的卡爪打開。7/27/202348

圖13XH754型臥式加工中心機(jī)床外形及其換刀過程1-主軸箱；2-刀庫(kù)7/27/202349

圖13(b)：主軸箱上升到極限位置，被更換刀具的刀桿進(jìn)入刀庫(kù)空刀位，被刀具定位卡爪鉗住，與此同時(shí)主軸內(nèi)刀桿自動(dòng)夾緊裝置放松刀具。圖13(c):刀庫(kù)伸出，從主軸錐孔內(nèi)將刀具拔出。圖13(d)：刀庫(kù)轉(zhuǎn)位，按照程序指令要求將選好的刀具轉(zhuǎn)到主軸最下面的換刀位置，同時(shí)壓縮空氣將主軸錐孔吹凈。圖13(e):刀庫(kù)退回，同時(shí)將新刀具插入主軸錐孔，主軸內(nèi)刀具夾緊裝置將刀桿拉緊。圖13(f)：主軸下降到加工位置后起動(dòng)，開始下一步的加工。7/27/202350

無機(jī)械手換刀方式特點(diǎn)：這種換刀機(jī)構(gòu)不需要機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。由于換刀時(shí)機(jī)床不工作，所與不會(huì)影響加工精度，但機(jī)床加工效率下降。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)尺寸受限，裝刀數(shù)量不能太多。這種換刀方式常用于小型加工中心。這種換刀方式，每把刀具在刀庫(kù)上的位置是固定的，從哪個(gè)刀座上取下的刀具，用完后仍然放回刀哪個(gè)刀座上。7/27/202351

分度工作臺(tái)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床的重要部件，為了提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率，擴(kuò)大其工藝范圍，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)除了沿坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，還常常需要有分度運(yùn)動(dòng)和圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床中的工作臺(tái)主要有矩形、回轉(zhuǎn)式以及傾斜成各種角度的萬能工作臺(tái)三種。本節(jié)主要介紹數(shù)控機(jī)床常用的定位、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)及工作原理。7/27/202352

分度工作臺(tái)分度工作臺(tái)的功用是完成分度輔助運(yùn)動(dòng)，將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動(dòng)換刀裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個(gè)面的多道工序的加工。分度工作臺(tái)的分度、轉(zhuǎn)位和定位是按照控制系統(tǒng)的指令自動(dòng)進(jìn)行的，每一次轉(zhuǎn)位可回轉(zhuǎn)一定的角度（45°、60°、90°等）。分度工作臺(tái)按其定位機(jī)構(gòu)的不同分為端面齒盤式和定位銷式兩類。7/27/202353

1.端面齒盤式分度工作臺(tái)端面齒盤式分度工作臺(tái)是目前用得較多的一種精密的分度定位機(jī)構(gòu)，它主要由工作臺(tái)底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸和端面齒盤等零件組成，其結(jié)構(gòu)如圖14。端面齒盤式分度工作臺(tái)的分度轉(zhuǎn)位動(dòng)作過程可分為三大步驟：

（1）工作臺(tái)的抬起（2）回轉(zhuǎn)分度（3）工作臺(tái)下降定位夾緊7/27/202354

1、2、15、16—推桿3—下齒盤4—上齒盤5、13—推力軸承6—活塞7—工作臺(tái)8—齒條活塞9—升降液壓缸上腔10—升降液壓缸下腔11—齒輪12—齒圈14、17—擋塊18—分度液壓缸右腔19—分度液壓缸左腔20、21—分度液壓缸進(jìn)油管道22、23—分度液壓缸回油管道圖14端面齒盤式工作臺(tái)7/27/202355

（1）工作臺(tái)的抬起當(dāng)機(jī)床需要分度時(shí)，數(shù)控裝置就發(fā)出分度指令(也可用手壓按鈕進(jìn)行手動(dòng)分度)，由電磁鐵控制液壓閥(圖中未示出)，使壓力油經(jīng)管道23至分度工作臺(tái)7中央的夾緊液壓缸的下腔10，推動(dòng)活塞6上移，經(jīng)推力球軸承5使工作臺(tái)7抬起，上端面齒盤4和下端面齒盤3脫離嚙合。與此同時(shí)，在工作臺(tái)7向上移動(dòng)的過程中帶動(dòng)內(nèi)齒圈12上移并與齒輪11嚙合，完成了分度前的準(zhǔn)備工作。7/27/202356

（2）回轉(zhuǎn)分度當(dāng)工作臺(tái)7向上抬起時(shí)，推桿2在彈簧的作用下向上移動(dòng)，使推桿1在彈簧的作用下右移，松開微動(dòng)開關(guān)D的觸頭，控制電磁閥(圖為示出)使壓力油經(jīng)管道21進(jìn)入分度液壓缸的左腔19內(nèi)，推動(dòng)齒條活塞8右移，與它相嚙合的齒輪11逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)齒條活塞8移動(dòng)113mm時(shí)，齒輪11回轉(zhuǎn)90°，此時(shí)內(nèi)齒輪12與齒輪11已經(jīng)嚙合，所以分度工作臺(tái)也回轉(zhuǎn)90°。回轉(zhuǎn)角度的近似值將由微動(dòng)開關(guān)和擋塊17控制，開始回轉(zhuǎn)時(shí)，擋塊14離開推桿15使微動(dòng)開關(guān)C復(fù)位，通過電路互鎖，始終保持工作臺(tái)處于上升位置。7/27/202357

（3）工作臺(tái)下降定位夾緊當(dāng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)到預(yù)定位置附近，擋塊17壓動(dòng)推桿16，使微動(dòng)開關(guān)E被壓下，控制電磁鐵使夾緊液壓缸上腔9通入壓力油，活塞6下移，工作臺(tái)7下降。端面齒盤4和3又重新嚙合，定位并夾緊。管道23中有節(jié)流閥用來限制工作臺(tái)7的下降速度，避免產(chǎn)生沖擊。當(dāng)分度工作臺(tái)下降時(shí)，推桿2被壓下，推桿1左移，微動(dòng)開關(guān)D的觸頭被壓下，通過電磁鐵控制液壓閥，使壓力油從管道20進(jìn)入分度液壓缸的右腔18，推動(dòng)活塞齒條8左移，使齒輪11順時(shí)針回轉(zhuǎn)并帶動(dòng)擋塊17及14回到原處，為下一次分度最好準(zhǔn)備。7/27/202358

端面齒盤式分度工作臺(tái)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：分度和定心精度高，分度精度可達(dá)±(0.5～3)″，由于采用多齒重復(fù)定位，因此重復(fù)定位精度穩(wěn)定，定位剛度高，只要是分度數(shù)能除盡端面齒盤齒數(shù)，都能分度，適用于多工位分度。缺點(diǎn)：是端面齒盤制造較為困難，且不能進(jìn)行任意角度的分度。7/27/202359

2.定位銷式分度工作臺(tái)這種工作臺(tái)的定位元件由定位銷和定位套孔組成，圖6-15所示為自動(dòng)換刀臥式數(shù)控銑鏜床的定位銷式分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)。分度工作臺(tái)面1的兩側(cè)有長(zhǎng)方形工作臺(tái),在不單獨(dú)使用分度工作臺(tái)時(shí)，它們可以作為整體工作臺(tái)使用。在分度工作臺(tái)1的下方又八個(gè)均布的圓柱定位銷7，在轉(zhuǎn)臺(tái)座19上有一個(gè)定位套6和一個(gè)供定位銷移動(dòng)的環(huán)形槽。其中只有一個(gè)定位銷7進(jìn)入定位套中，其它7個(gè)定位銷都在環(huán)形槽中。定位銷之間間隔45°，工作臺(tái)只能作二、四、八等分的分度運(yùn)動(dòng)。7/27/202360

圖15定位銷式分度工作臺(tái)7/27/202361

分度過程：

（1）工作臺(tái)抬起當(dāng)需要分度時(shí)，首先由機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，使六個(gè)均布與固定工作臺(tái)圓周上的夾緊液壓缸8(圖中只畫了一個(gè))上腔中的壓力油流回油箱，活塞10被彈簧11頂起，分度工作臺(tái)處于放松狀態(tài)。同時(shí)消隙液壓缸活塞5也卸荷，液壓缸中的壓力油經(jīng)管導(dǎo)流回油箱。7/27/202362中央液壓缸15由管道16進(jìn)油，使活塞14上升，通過止推螺釘13、止推軸套4把止推軸承18向上抬起15mm，頂在轉(zhuǎn)臺(tái)座19上。分度工作臺(tái)1用四個(gè)螺釘與轉(zhuǎn)臺(tái)軸2相連，而轉(zhuǎn)臺(tái)軸2用六角螺釘3固定在軸套4上，所以當(dāng)軸套4上移時(shí)，通過轉(zhuǎn)臺(tái)軸使工作臺(tái)1抬高15mm，固定在工作臺(tái)面上的定位銷7從定位襯套中拔出，完成了分度前的準(zhǔn)備工作。7/27/202363

（2）分度當(dāng)工作臺(tái)抬起之后發(fā)出信號(hào)使液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速齒輪(圖中未示出)，帶動(dòng)固定在工作臺(tái)1下面的大齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。分度工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度由液壓馬達(dá)和液壓系統(tǒng)中的單向節(jié)流閥來調(diào)節(jié)，分度初作快速運(yùn)動(dòng)，由于在大齒輪9上沿圓周均布八個(gè)擋塊，當(dāng)擋塊碰到第一個(gè)限位開關(guān)時(shí)減速，碰到第二個(gè)限位開關(guān)時(shí)準(zhǔn)停。此時(shí)，新的定位銷7正好對(duì)準(zhǔn)定位套的定位孔，準(zhǔn)備定位。7/27/202364

（3）定位、消隙與夾緊分度完畢后，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使中央液壓缸15卸荷，油液經(jīng)管道16流回由箱，分度臺(tái)1靠自重下降，定位銷7插入定位套孔6中。定位完畢后，消隙液壓缸通入壓力油，活塞5頂向工作臺(tái)面1，以消除徑向間隙。夾緊液壓缸8上腔進(jìn)油，活塞10下降，通過活塞桿上端的臺(tái)階部分將工作臺(tái)夾緊。至此分度工作進(jìn)行完畢。7/27/202365

分度工作臺(tái)的支承

分度工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)部分支承在加長(zhǎng)型雙列圓柱滾子軸承12和滾針軸承17中，軸承12的內(nèi)孔帶有錐度，可用來調(diào)整徑向間隙。軸承內(nèi)環(huán)固定在轉(zhuǎn)臺(tái)軸2和軸套4之間，并可帶著滾柱在加長(zhǎng)外環(huán)內(nèi)作15mm的軸向移動(dòng)。軸承17裝在軸套4內(nèi)，能隨軸套作上升或下降移動(dòng)，并作另一端的回轉(zhuǎn)支承。軸套4內(nèi)還裝有推力球軸承，使工作臺(tái)回轉(zhuǎn)很平穩(wěn)。7/27/202366

精度要求定位銷式分度工作臺(tái)的定位精度取決于定位銷和定位孔的精度，最高可達(dá)±5″。有時(shí)為了調(diào)頭鏜孔，對(duì)最常用的相差180°同軸線孔的定位精度要求高些，而對(duì)其它角度定位精度要求可稍低些。定位銷和定位套的制造和裝配精度要求都很高，硬度的要求也很高，且耐磨性要好。7/27/202367

6.2.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床，它的功用是使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給，以完成切削工作，也可使工作臺(tái)進(jìn)行分度。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的外形和分度工作臺(tái)很相似，但由于要實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所以其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的許多特點(diǎn)，區(qū)別在于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是直線運(yùn)動(dòng)，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。7/27/202368

1.開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。圖6-16所示為自動(dòng)換刀數(shù)控立式銑鏜床的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3的輸出軸的運(yùn)動(dòng)由齒輪2和6傳遞給蝸桿，蝸桿4的兩端裝有滾針軸承，左端為自由端，可以伸縮，右端裝有兩個(gè)角接觸球軸承，承受蝸桿的軸向力。蝸輪15下部的內(nèi)、外兩面裝有夾緊瓦18和19，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的底座21上的固定支座24內(nèi)均布6個(gè)液壓缸14。液壓缸14上腔進(jìn)壓力油時(shí)，柱塞16向下移動(dòng)，通過鋼球17推動(dòng)夾緊瓦18和19將蝸輪夾緊，從而將數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)夾緊，實(shí)現(xiàn)精確分度定位。7/27/202369

1-偏心環(huán)2、6-齒輪3-電動(dòng)機(jī)4-蝸桿5-墊圈7-調(diào)整環(huán)8、10-微動(dòng)開關(guān)9.11-擋快12、13-軸承14-液壓缸15-蝸輪16-柱塞17-鋼球18、19-夾緊瓦20-彈簧21-底座22-圓錐滾子軸承23-調(diào)整套24-支座圖16開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)7/27/202370

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)首先發(fā)出指令，使液壓缸14上腔的壓力油流回油箱，在彈簧20的作用下將鋼球17抬起，夾緊瓦18和19就松開蝸輪15，柱塞16到上位發(fā)出信號(hào)，功率步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)并按照指令脈沖的要求驅(qū)動(dòng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工作臺(tái)作圓周分度運(yùn)動(dòng)時(shí)，先分度回轉(zhuǎn)再夾緊蝸輪，以保證定位的可靠，并提高承受負(fù)載的能力。7/27/202371

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的圓形導(dǎo)軌采用大型推力滾柱軸承13支承，回轉(zhuǎn)靈活。徑向?qū)к売蓾L子軸承12及圓周滾子軸承22保證回轉(zhuǎn)精度和定位精度。調(diào)整軸承12的預(yù)緊力，可以消除回轉(zhuǎn)軸的徑向間隙。調(diào)整軸承22的調(diào)整套23的厚度，可以使圓導(dǎo)軌上有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，保證導(dǎo)軌有一定的接觸剛度。7/27/202372

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度定