164第九節(jié)機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

第九節(jié)機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)本節(jié)主要內(nèi)容有：一、機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置的功能、類型和應(yīng)滿足的要求二、機(jī)床刀架及其轉(zhuǎn)位、定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)三、自動(dòng)換刀裝置的工作原理和構(gòu)成四、刀具編碼和識(shí)別裝置1一、機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置的功能、類型和應(yīng)滿足的要求

（一）機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置的功能

機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力，所以它往往成為工藝系統(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電（液）換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進(jìn)一步采用了刀庫和換刀機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)了大容量?jī)?chǔ)存刀具和自動(dòng)交換刀具的功能。2（二）機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置的類型

按照安裝刀具的數(shù)目可分為單刀架和多刀架。按結(jié)構(gòu)形式可分為方刀架、轉(zhuǎn)塔刀架、回輪式刀架等。按驅(qū)動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位的動(dòng)力可分為手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和自動(dòng)（電動(dòng)和液動(dòng)）轉(zhuǎn)位刀架。

數(shù)控車床的自動(dòng)換刀裝置主要采用回轉(zhuǎn)刀盤，刀盤上安裝8-12把刀。有的數(shù)控車床采用兩個(gè)刀盤，實(shí)行四坐標(biāo)控制，少數(shù)數(shù)控車床也具有刀庫形式的自動(dòng)換刀裝置。3圖3-119a是一個(gè)刀架上的回轉(zhuǎn)盤，刀具與主軸中心平行安裝，回轉(zhuǎn)刀盤既有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（s縱）和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（S橫）。4圖3-119b為刀盤中心線相對(duì)于主軸中心線傾斜的回轉(zhuǎn)刀盤，刀盤上有6-8個(gè)刀位，每個(gè)刀位上可裝兩把刀具，分別加工外圓和內(nèi)孔。5圖3-119c是裝有兩個(gè)刀盤的數(shù)控車床，刀盤1的回轉(zhuǎn)中心與主軸中心線平行，用于加工外圓；刀盤2的回轉(zhuǎn)中心線與主軸中心線垂直，用以加工內(nèi)表面。6圖3-119d是安裝有刀庫的數(shù)控車床，刀庫可以是回轉(zhuǎn)式或鏈?zhǔn)?，通過機(jī)械手交換刀具。7圖3-119e是帶鼓輪式刀庫的車削中心，圖中3為回轉(zhuǎn)刀盤，上面裝有多把刀具，4是鼓輪式刀庫，其上可裝6-8把刀，5是機(jī)械手，可將刀庫中的刀具換到刀具轉(zhuǎn)軸6上去，6可由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)進(jìn)行銑削加工，7為回轉(zhuǎn)頭，可交換采用回轉(zhuǎn)刀盤3和刀具轉(zhuǎn)軸6，輪番進(jìn)行加工。8因?yàn)榧庸ぶ行挠辛⑹健⑴P式、龍門式等幾種，所以這些機(jī)床上的刀庫和換刀裝置也各式各樣。加工中心上刀庫類型有：鼓輪式刀庫、鏈?zhǔn)降稁臁⒏褡酉涫降稁旌椭本€刀庫等。如下圖所示。9鼓輪式刀庫10鼓輪式刀庫1112換刀機(jī)械手分為單臂單手式、單臂雙手式和雙手式機(jī)械手。單臂單手式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。適用于刀具主軸與刀庫刀座軸線平行、刀庫刀座軸線與主軸軸線平行以及刀庫刀座軸線與主軸軸線垂直的場(chǎng)合。單臂雙手式機(jī)械手可同時(shí)抓住主軸和刀庫中的刀具，并進(jìn)行拔出、插入，換刀時(shí)間短，廣泛應(yīng)用于加工中心上的刀庫刀座軸線與主軸軸線相平行的場(chǎng)合。雙手式機(jī)械手，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，換刀時(shí)間短，這種機(jī)械手除完成拔刀、插刀外，還起運(yùn)輸?shù)毒叩淖饔谩?3單臂單手式14單臂雙手式15雙手式機(jī)械手16（三）機(jī)床刀架自動(dòng)換刀裝置應(yīng)滿足的要求l）滿足工藝過程所提出的要求。2）刀具交換前后都能處于正確位置。3）刀架、刀庫、換刀機(jī)械手都應(yīng)具有足夠的剛度。4）可靠性高。5）刀架和自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短。6）操作方便和安全。17二、機(jī)床刀架及其轉(zhuǎn)位、定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）機(jī)床上的刀架

刀架是機(jī)床的重要組成部分，用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)與性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平。18圖3-122是臥式車床的四方刀架。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，通過銷子2帶動(dòng)軸套3、4和端面凸輪5回轉(zhuǎn)，抬起定位銷7，繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，銷子8帶動(dòng)四方刀架轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)位后靠彈簧10將鋼球9壓在刀架座的圓錐孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)方刀架粗定位。然后，順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，端面凸輪被復(fù)位，定位銷7在彈簧6的作用下，重新插入另一定位孔內(nèi)完成精定位。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，依靠螺紋夾緊刀架。1920臥式車床刀架只能裝四把刀，加上尾座也最多裝五把刀。而有些零件加工表面很多，需要更多的刀具才能完成。因而出現(xiàn)了將尾座去掉，在此位置上安裝能縱向移動(dòng)的多工位轉(zhuǎn)塔刀具，這樣在轉(zhuǎn)塔上可裝六把刀具，加上前刀架、后刀架，可使刀具增加到10把以上，形成轉(zhuǎn)塔車床。21半自動(dòng)轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架裝配圖

22經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床采用的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架231、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)信體12、螺母13、14電刷15、粗定位銷WZD4數(shù)控車床方刀架結(jié)構(gòu)241、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)信體12、螺母13、14電刷15、粗定位銷WZD4樹控車床方刀架結(jié)構(gòu)25隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀架結(jié)構(gòu)形式也在不斷翻新，但大體分為排刀式刀架和轉(zhuǎn)塔式刀架兩大類。排刀式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料為主的機(jī)床較為常見。它僅適用于加工直徑小于100mm的車床。直徑大于100mm的車床多采用轉(zhuǎn)塔刀架。

26數(shù)控車床12個(gè)刀位的回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)圖

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電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架1、定位套2、預(yù)定位銷3、定位齒盤4、夾緊輪5、套6、軸銷7、套8、軸9、行星輪系桿10、電動(dòng)機(jī)11、定程開關(guān)12、齒輪13、電磁鐵14、預(yù)定位桿28（二）機(jī)床刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)從前面介紹的幾種刀架結(jié)構(gòu)看，臥式車床采用手柄、轉(zhuǎn)軸、端面凸輪、銷子帶動(dòng)方刀架轉(zhuǎn)位；轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔刀架則采用液壓缸活塞齒條、齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位；電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。29(1）液壓（或氣動(dòng)）驅(qū)動(dòng)的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)這種由液動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)調(diào)速范圍大、緩沖制動(dòng)容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較廣泛。而轉(zhuǎn)位角度大小可由活塞桿上的限位擋塊（圖3-124）來調(diào)整。也有采用氣動(dòng)的，氣動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度可調(diào)，但運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，有沖擊，結(jié)構(gòu)尺寸大，驅(qū)動(dòng)力小。故一般多用在非金屬切削的自動(dòng)化機(jī)械和自動(dòng)線的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中。30(2）圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)依靠凸輪輪廓強(qiáng)制刀架作轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。如圖3-129所示31(3）伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的刀架轉(zhuǎn)位現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，可以采用直流（或交流）伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿、蝸輪（消除間隙）實(shí)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位的速度和角位移均可通過半閉環(huán)反饋進(jìn)行精確控制加以實(shí)現(xiàn)，如圖3-130所示。32（三）定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目前在刀架的定位機(jī)構(gòu)中多采用錐銷定位和端面齒盤定位。圓柱銷和斜面銷定位時(shí)容易出現(xiàn)間隙。圓錐銷定位精度較高，它進(jìn)入定位孔時(shí)一般靠彈簧力或液壓、氣動(dòng)，圓錐銷磨損后仍可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。(l）端齒盤定位端齒盤定位由兩個(gè)齒形相同的端面齒盤相嚙合而成（圖3-131)，由于嚙合時(shí)各個(gè)齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。

33齒盤的齒形角一般有2a等于900

和600

兩種。齒盤的齒數(shù)z的選擇應(yīng)根據(jù)所要求的分度數(shù)以及齒盤外徑D的大小來確定。齒形半角a和齒數(shù)z與齒頂半角φ的關(guān)系34(2）端齒盤定位的特點(diǎn)

l）定位精度高。由于端齒盤定位齒數(shù)多，且沿圓周均布，向心多齒結(jié)構(gòu)，經(jīng)過研齒的齒盤，其分度精度一般可達(dá)土3″左右，最高可達(dá)0.4″以上，一對(duì)齒盤嚙合時(shí)具有自動(dòng)定心作用。所以中心軸的回轉(zhuǎn)精度、間隙及磨損對(duì)定心精度幾乎沒有影響，對(duì)中心軸的精度要求低，裝置容易。2）重復(fù)定位精度好。由于多齒嚙合相當(dāng)于上下齒盤齒的反復(fù)磨合對(duì)研，越磨合精度越高，重復(fù)定位精度也越好。3）定位剛性好，承載能力大。兩齒盤多齒嚙合。由于齒盤齒部強(qiáng)度高，并且一般齒數(shù)嚙合率不少于90%,齒面嚙合長(zhǎng)度不少于60%，故定位剛性好，承載能力大。35三、自動(dòng)換刀裝置的工作原理和構(gòu)成（一）自動(dòng)換刀裝置的工作原理

具有鉆、鏜、銑功能的數(shù)控鏗銑床，為了使工件能在一次安裝中實(shí)現(xiàn)工序高度集中、加工完最多的工件表面，且盡量節(jié)省輔助時(shí)間，一般在其上配置刀庫，并由機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)換刀，形成帶自動(dòng)交換刀具裝置的數(shù)控鏜銑床，通稱加工中心（MachiningCenter,MC）。

36初期曾采用轉(zhuǎn)塔頭式的換刀方式，如圖，它的電動(dòng)機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)塔頭做成一體，結(jié)構(gòu)緊湊；變速箱工作時(shí)的振動(dòng)和熱量都直接傳到轉(zhuǎn)塔上來，而且每把刀都需要一個(gè)主軸，所以它的刀具數(shù)量、尺寸、結(jié)構(gòu)都受到很多限制。37采用單獨(dú)儲(chǔ)存刀具的刀庫，刀具數(shù)量可以增多，以滿足加工復(fù)雜零件的需要，這時(shí)的加工中心只需一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的主軸，所以制造難度也比轉(zhuǎn)塔力架低。小型加工中心有采用無機(jī)械手換刀方式的，如XH754系列臥式加工中心（圖3-133）。3839這種刀庫的驅(qū)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪、蝸桿、蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)刀庫（圖3-134）。為了消除齒側(cè)間隙而采用雙片齒輪。蝸桿、蝸輪采用單頭雙導(dǎo)程蝸桿（左齒面導(dǎo)程9.6133mm，右齒面導(dǎo)程為9.2363mm）消除蝸桿蝸輪嚙合間隙，壓蓋5和軸承套6之間用螺紋聯(lián)接。轉(zhuǎn)動(dòng)套6就可使蝸桿軸向移動(dòng)以調(diào)整間隙，螺母7用于在調(diào)整后鎖緊。刀庫的最大轉(zhuǎn)角1800，在控制系統(tǒng)中有一個(gè)自動(dòng)判別機(jī)能，決定刀庫正反轉(zhuǎn)，以使轉(zhuǎn)角最小。刀庫及轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)裝在一個(gè)箱體內(nèi)，用滾動(dòng)導(dǎo)軌支承在立柱頂部，用液壓缸驅(qū)動(dòng)箱體的前移和后退。4041圖3-135為JCS-018立式加工中心刀庫中刀具儲(chǔ)存方向與主軸方向在空間相差900的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。20把刀的圓盤刀庫由伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)十字滑塊聯(lián)軸器、蝸桿、蝸輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。機(jī)床加工時(shí)，刀庫子先按程序中的“T”指令將準(zhǔn)備換的刀具轉(zhuǎn)到刀庫最下端的位置。加工完畢，氣缸4的活塞桿帶動(dòng)撥叉5上升，撥動(dòng)刀座6的右部滾子，使刀座、刀具旋轉(zhuǎn)900,刀頭向下。4243圖3-136為JCS-018換刀機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。換刀時(shí)，主軸箱上升至換刀位置，機(jī)械手由液壓缸活塞齒條2、齒輪3、傳動(dòng)盤4、桿5帶動(dòng)回轉(zhuǎn)750

。兩手分別抓住主軸和刀座中的刀具拔出。在氣缸活塞齒條7、齒輪6，傳動(dòng)盤4、桿5帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)1800

。氣缸1使刀臂上升，將新刀具插入主軸，舊刀具插入刀座中。主軸內(nèi)的夾緊機(jī)構(gòu)自動(dòng)夾緊刀具，在液壓缸活塞齒條2的作用下，手臂反方向回轉(zhuǎn)750

回原位。在圖3-135中氣缸4的作用下，刀座向上轉(zhuǎn)900

，與刀庫同向。整個(gè)換刀過程約為6-10s。

汽缸活塞齒條活塞齒條齒輪齒輪傳動(dòng)盤桿44圖1JCS—018A立式鏜銑加工中心外形圖

45圖2機(jī)械手的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

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圖2為機(jī)械手的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。本機(jī)床上使用的換刀機(jī)械手為回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手。如前述刀庫結(jié)構(gòu)，刀套下轉(zhuǎn)90°后，壓下行程開關(guān)，發(fā)出機(jī)械手抓刀信號(hào)。此時(shí)，機(jī)械手21正處在圖中所示的上面位置，液壓缸18右腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)齒條17向左移動(dòng)，帶動(dòng)齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3所示，8為升降液壓缸的活塞桿，齒輪1、齒條7和機(jī)械手臂軸2分別為圖2中的齒輪11，齒條17和機(jī)械手臂軸16。連接盤3與齒輪1用螺栓連接，它們空套在機(jī)械手臂軸2上，傳動(dòng)盤5與機(jī)械手臂軸2用花鍵連接，它上端的銷子4插入連接盤3的銷孔中，故齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)便帶動(dòng)機(jī)械手臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)械手回轉(zhuǎn)75°抓刀。47圖3機(jī)械手的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)局部示意圖

48如圖2所示，抓刀動(dòng)作結(jié)束時(shí)，齒條17上的擋環(huán)12壓下行下程開關(guān)14，發(fā)出拔刀信號(hào)，于是升降液壓缸15的上腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)機(jī)械手臂軸16下降拔刀。在軸16下降時(shí)，傳動(dòng)盤10也隨之下降，其下端的銷子8(圖3中的銷子6)插入連接盤5的銷孔中，連接盤5和其下面的齒輪4也是用螺栓連接的，它們空套在軸16上。當(dāng)拔刀動(dòng)作完成后，軸16上的擋環(huán)2壓下行程開關(guān)1，發(fā)出換刀信號(hào)。這時(shí)轉(zhuǎn)位液壓缸20的右腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)齒條19向左移動(dòng)，帶動(dòng)齒輪和連接盤5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過銷子8由傳動(dòng)盤帶動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)180°，交換主軸上和刀庫上的刀具位置。

49換刀動(dòng)作完成后，齒條19上的擋環(huán)6壓下位置開關(guān)9，發(fā)出插刀信號(hào)，使升降油缸下腔通壓力油，活塞桿帶著機(jī)械手臂軸上升插刀，同時(shí)傳動(dòng)下面的銷子8從連接盤5的銷孔中移出。插刀動(dòng)作完成后，軸16上的擋環(huán)壓下行程開關(guān)3，使轉(zhuǎn)位油缸20的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條19向右移動(dòng)復(fù)位，齒輪4空轉(zhuǎn)，機(jī)械手無動(dòng)作。齒條19復(fù)位后，其上擋環(huán)壓下行程開關(guān)7，使液壓缸18的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條17向右移動(dòng)，通過齒輪11使機(jī)械手反轉(zhuǎn)75°后復(fù)位。機(jī)械手復(fù)位后，齒條17上的擋環(huán)壓下行程開關(guān)13，發(fā)出換刀完成信號(hào)，使刀套向上翻轉(zhuǎn)90°，為下次選刀做好準(zhǔn)備，同時(shí)機(jī)床繼續(xù)執(zhí)行后面的操作。換刀過程如圖4所示。50圖4換刀過程示意圖(a)步驟一；(b)步驟二；(c)步驟三；(d)步驟四；(e)步驟五；(f)步驟六；(g)步驟七；(h)步驟八51圖3-137中，機(jī)械手手臂的兩端各有一個(gè)手爪。刀具被彈簧的活動(dòng)銷4頂靠在固定爪5中。鎖緊銷2被彈簧3彈起，使活動(dòng)銷4被鎖住，不能后退。這就保證了在機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過程中，手爪中的刀具不會(huì)被甩出。當(dāng)手臂處于上換刀位置的750時(shí)，鎖緊銷2被擋塊壓下，活動(dòng)銷4就可以活動(dòng)，使得機(jī)械手可以抓?。ɑ蚍砰_）主軸或刀座中的刀具。52刀柄結(jié)構(gòu)參見190頁53圖3-138所示為JCS-013臥式加工中心的自動(dòng)換刀裝置。它的刀庫中的刀具與主軸同方向，刀庫有60把刀，其自動(dòng)換刀過程如圖3-138b。雙臂單手機(jī)械手54自動(dòng)換刀過程55（二）鏈?zhǔn)降稁斓臉?gòu)成1．鏈?zhǔn)降稁斓念愋?/p>

鏈?zhǔn)降稁焓悄壳坝玫米疃嗟囊环N形式。由一個(gè)主動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)裝有刀座的鏈條。圖3-139為方形鏈?zhǔn)降稁斓牡湫徒Y(jié)構(gòu)示意圖。目前我國一些廠家采用日本椿本鏈條公司（TSUBAKICHAINCO.）生產(chǎn)的裝有刀座的刀庫專用鏈條來裝備刀庫，效果很好。56主動(dòng)鏈輪由直流（交流）伺服電動(dòng)機(jī)通過蝸桿、蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)（根據(jù)結(jié)構(gòu)需要有時(shí)還可加一對(duì)齒輪副）。這種傳動(dòng)方式，不僅在鏈?zhǔn)降稁熘胁捎?，在其它形式的刀庫傳?dòng)中也多有采用。導(dǎo)向輪一般都作成光輪，圓周表面硬化處理。兼起張緊輪作用的左側(cè)兩個(gè)導(dǎo)向輪，其輪座必須帶導(dǎo)向槽（或?qū)蜴I），以免松開螺釘時(shí)，輪座位置歪扭，給張緊調(diào)節(jié)帶來麻煩。572．刀庫的準(zhǔn)停與回零

如果刀座不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上，將會(huì)使換刀機(jī)械手抓刀不準(zhǔn)，以致在換刀時(shí)容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此，刀座的準(zhǔn)停問題，將是影響換刀動(dòng)作可靠性的重要因素之一。為了確保刀座準(zhǔn)確地停在換刀位置上，需要采取如下措施：

l）定位盤準(zhǔn)停由液壓缸推動(dòng)的定位銷，插入定位盤的定位槽內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)刀座的準(zhǔn)停。58為了保證刀座的準(zhǔn)停精度和刀座定位的剛性，鏈?zhǔn)降稁斓膿Q刀位置一般設(shè)在主動(dòng)鏈輪上（如圖3-142a)，或者盡可能設(shè)置在靠近主動(dòng)鏈輪的刀座處（圖3-142b）。定位盤上的每個(gè)定位槽（或定位孔），都對(duì)應(yīng)于一個(gè)相應(yīng)的刀座，而且定位槽（或定位孔）的節(jié)距要一致。592）鏈?zhǔn)降稁煲x用節(jié)距精度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，而且在把刀座裝在鏈條上時(shí)，要用專用夾具來定位，以保證刀座間距一致。3）圓盤式刀庫宜采用單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)。此外還應(yīng)盡可能提高刀座在圓盤上沿圓周安裝的等分精度和徑向位置精度。刀座需要翻轉(zhuǎn)的刀庫，還要保證每個(gè)刀座翻轉(zhuǎn)的角度一致。

4）盡量減小刀座孔徑和軸向尺寸的分散度，以保證刀柄槽在換刀位置上的軸向位置精度。5）要消除反向間隙的影響。

60消除反向間隙的方法有以下幾種：第一種，電氣系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償方式。其原理同伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的“反向間隙補(bǔ)償”一樣，這種方式能保證雙向任意選刀和雙向準(zhǔn)停。第二種，在鏈輪軸上裝編碼器，對(duì)鏈輪傳動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)準(zhǔn)停。第三種，單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)方式。這種傳動(dòng)方式，通過調(diào)節(jié)蝸桿的軸向位置，把傳動(dòng)間隙調(diào)到理想程度。在這種傳動(dòng)方式中，如果還加用定位銷準(zhǔn)停方式，就容易出現(xiàn)“過定位”現(xiàn)象。第四種，使刀座單方向運(yùn)行、單方向定位方式。第五種，使刀座雙向運(yùn)行，單向定位方式。61（四）機(jī)械手機(jī)械手是自動(dòng)裝置中交換刀具的主要工具，它把刀庫上的刀具送到主軸上，再把刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上用過的刀具返回到刀庫上。這里僅介紹幾種有代表性的換刀機(jī)械手。

1．單臂雙爪型機(jī)械手

這種機(jī)械手也稱扁擔(dān)式機(jī)械手，它是目前加工中心上用得較多的一種。它的換刀動(dòng)作順序如圖3-149。其手臂手爪結(jié)構(gòu)如圖3-137所示。

626364這種機(jī)械手的拔刀、插刀動(dòng)作都由液壓缸動(dòng)作來完成，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，可以采取液壓缸動(dòng)，活塞固定；或活塞動(dòng)，液壓缸固定的結(jié)構(gòu)形式。而手臂的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，則通過活塞的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒條齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度，是由活塞的可調(diào)行程擋塊來保證。這種液壓缸活塞的密封松緊要適當(dāng)，太緊了往往影響機(jī)械手的正常動(dòng)作，要保證既不漏油又使機(jī)械手能靈活動(dòng)作。這種液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，每個(gè)動(dòng)作結(jié)束之前均需設(shè)置緩沖機(jī)構(gòu)，以保證機(jī)械手的工作平穩(wěn)、可靠。緩沖結(jié)構(gòu)可以是小孔節(jié)流，可以是針閥，可以是楔形斜槽，也可是外接節(jié)流閥或緩沖閥等。65鑒于液動(dòng)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手需要采用嚴(yán)格的密封和復(fù)雜的緩沖機(jī)構(gòu)，且控制機(jī)械手動(dòng)作的電磁閥都有一定的時(shí)間常數(shù)，因而換刀速度較慢。故近年來出現(xiàn)出凸輪聯(lián)動(dòng)式單臂雙爪機(jī)械手。其工作原理如圖3-150所示。這種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，不需要復(fù)雜的液壓系統(tǒng)及其密封、緩沖機(jī)構(gòu)，沒有漏油現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。同時(shí)機(jī)械手的手臂回轉(zhuǎn)和插刀、拔刀的分解動(dòng)作是聯(lián)動(dòng)的，部分時(shí)間常數(shù)可重疊，從而大大縮短了換刀時(shí)間，一般約為2.5s。66672．雙臂單爪交叉型機(jī)械手

這類機(jī)械手應(yīng)用于JCS-013型臥式加工中心上，如圖3-138所示。3．單臂雙爪且手臂回轉(zhuǎn)軸與主軸成450的機(jī)械手這類機(jī)械手如圖3-121c所示，這種機(jī)械手換刀動(dòng)作可靠，換刀時(shí)間短。但對(duì)刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求較高，機(jī)械手離加工區(qū)較近。4．手爪機(jī)械手的手爪在抓住刀具后，還必須具有鎖刀功能，以防止在換刀過程中掉刀或刀具被甩出。68當(dāng)機(jī)械手松刀時(shí)，刀庫的夾爪既起著刀座的作用，又起著手爪的作用。圖3-151為無機(jī)械手換刀方式的刀庫夾爪。圖中彈簧3為拉簧。對(duì)于單臂雙爪式機(jī)械手的手爪，大多采用機(jī)械鎖刀方式，有些大型加工中心，還采用機(jī)械加液壓鎖刀方式。69圖3-152是目前加工中心上用得較多的一種手爪。手臂的兩端各有一個(gè)手爪，刀具被由彈簧2推著活動(dòng)銷4（類似于人手的拇指）頂靠在固定爪5中。鎖緊銷3被彈簧1頂起使活動(dòng)銷4被鎖住，不能后退，這就保證了機(jī)械手在換刀過程中手爪中的刀具不會(huì)被甩出。當(dāng)手柄處于抓刀位置時(shí)，鎖緊銷2被設(shè)置在主軸伸出端或刀庫上的撞塊壓下，活動(dòng)銷4就可以活動(dòng)，使得機(jī)械手可以抓住（或放開）主軸或刀庫刀座中的刀具。7071此外，鉗形杠桿機(jī)械手也用得較普遍。圖3-153中的鎖銷2在彈簧（圖中未畫出此彈黃，它類似于圖3-152中的2）作用下，其大直徑外圈頂著止退銷3，杠桿手爪6就不能擺動(dòng)張開，手爪中的刀具就不會(huì)被甩出。當(dāng)抓刀或還刀時(shí)，鎖銷2被裝在刀庫或主軸端處的撞塊壓回，止退銷3和杠桿手爪6就能夠擺動(dòng)、張開，刀具就能裝入或取出。鉗形手和杠桿手均為直線運(yùn)動(dòng)抓刀。72四、刀具編碼和識(shí)別裝置刀具（或刀座）識(shí)別裝置是自動(dòng)換刀裝置中的重要組成部分。有了它就可以將所需刀具從刀庫中準(zhǔn)確地調(diào)出來。所以說刀具識(shí)別裝置決定了選刀方式。常用的有順序選刀和任意選刀兩種。73順序選刀是按照工藝過程依次將所用的刀具插入刀庫的刀座中，順序不能錯(cuò)，加工時(shí)按順序調(diào)刀。更換不同的工件時(shí)必須重新排列刀庫中的刀具順序，因而操作十分繁瑣，而且在加工同一工件中各工序的刀具不能重復(fù)使用。其優(yōu)點(diǎn)是刀庫的驅(qū)動(dòng)及控制都比較簡(jiǎn)單。由于數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，目前絕大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)都具有刀具任選功能，因此目前多數(shù)加工中心都采用任選刀具的換刀方法。任選刀具的換刀方式可以有刀座編碼，刀具編碼和記憶等方式。74（一）編碼方式

1．刀具編碼方式這種方式是對(duì)每把刀具進(jìn)行編碼，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。這樣刀庫中的刀具在不同的工序中也就可重復(fù)使用，用過的刀具也不一定放回原刀座中，避免了因刀具存放在刀庫中的順序差錯(cuò)而造成的事故；同時(shí)也縮短了刀庫的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間；簡(jiǎn)化了自動(dòng)換刀控制線路。75刀具編碼的具體結(jié)構(gòu)如圖3-154所示。在刀柄1后面的拉桿4上套裝有等間隔的編碼環(huán)2，由螺母3固定。編碼環(huán)既可以是整體的，也可由圓環(huán)組裝而成。編碼環(huán)直徑有大小兩種，大直徑的為二進(jìn)制的“l(fā)”，小直徑的為“0”。通過這兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼。762．刀座編碼方式

這種編碼方式對(duì)每個(gè)刀座都進(jìn)行編碼，刀具也編號(hào)，并將刀具放到與其號(hào)碼相符的刀座中，換刀時(shí)刀庫旋轉(zhuǎn)，使各個(gè)刀座依次經(jīng)過識(shí)刀器，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫便停止旋轉(zhuǎn)。由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。因此，識(shí)刀器的結(jié)構(gòu)不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在較適當(dāng)?shù)奈恢?。另外，在自?dòng)換刀過程中必須將用過的刀具放回原來的刀座中，增加了換刀動(dòng)作。與順序選擇刀具的方式相比，刀座編碼的突出優(yōu)點(diǎn)是刀具在加工過程中可以重復(fù)使用。77圖3-155所示為圓盤形刀庫的刀座編碼裝置。在圓盤的圓周上均布若干個(gè)刀座，其外側(cè)邊緣上裝有相應(yīng)的刀座編碼塊1，在刀庫的下方裝有固定不動(dòng)的刀座識(shí)別裝置2。刀座編碼的識(shí)別原理與上述刀具編碼的識(shí)別原理完全相同。783．編碼附件方式編碼附件方式可分為編碼鑰匙、編碼卡片、編碼桿和編碼盤等，其中應(yīng)用最多的是編碼鑰匙。這種方式是先給各刀具都縛上一把表示該刀具號(hào)的編碼鑰匙，當(dāng)把各刀具存放到刀庫的刀座中時(shí)，將編碼鑰匙插進(jìn)刀座旁邊的鑰匙孔中。這樣就把鑰匙的號(hào)碼轉(zhuǎn)記到刀座中，給刀座編上了號(hào)碼。識(shí)別裝置可以通過識(shí)別鑰匙上的號(hào)碼來選取該鑰匙旁邊刀座中的刀具。79編碼鑰匙的形狀如圖3-156a所示。圖中除導(dǎo)向凸起外，共有16個(gè)凸出或凹下的位置，故有216-1=65535種凹凸組合，可區(qū)別65535把刀具。80圖3-156b為編碼鑰匙孔的斷面圖，鑰匙沿著水平方向的鑰匙插孔插入鑰匙孔座，然后順時(shí)針方