第6章---刀架和自动换刀装置

刀库整体前后移动，不仅刀
具数量少（30把），而且刀
具尺寸也较小，这种刀库旋 转是在工步与工步之间进行 的，即旋转所需的辅助时间 与加工时间不重合。
加工中心无机械手换刀简图
a)原始位置 b)主轴上移将刀具送至换刀位置 c)刀库右移将主轴刀具取出 d)刀 库将待换刀具转至主轴位置 e）刀库左移将刀具送进主轴f)主轴回原位 1一立柱 2一主轴箱 3一刀库
在刀柄1上装有两种直径大小不同的编 码环，图中有5个编码环4，在刀库附 近固定一刀具识别装置2，从中伸出几 个触针3，触针数量与刀柄上的编码环 个数相同。每个触针与一个继电器相 联，当编码环是大直径时与触针接触， 继电器通电，其数码为“1”。当编码 环是小直径时与触针不接触，继电器 不通电，其数码为“0”。当各继电器 读出的数码与所需刀具的编码一致时， 由控制装置发出信号，使刀库停转， 等待换刀。 接触式刀具识别装置的结构简单，但 由于触针有磨损，故寿命较短，可靠 性较差，且难于快速选刀。
具时，刀套中的编码钥匙也取出，刀套中原来的编码随之消失。
因此，这种方式具有更大的灵活性。采用这种编码方式用过的 刀具必须放回原来的刀套中。
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编码钥匙
编码钥匙的形状如图 所示。图中除导向突
起外，共有16个凸
出或凹下的位置，故 有216-1=65535种 凹凸组合，可区别 65535把刀具。
加工中心刀库的类型
格子箱刀库容量较大，结构紧 凑，空间利用率高，但布局不 灵活，通常将刀库安放于工作 台上。有时甚至在使用一侧的 刀具时，必须更换另一侧之刀 座板。 直线式刀库结构简单，刀库容
f）格子箱式刀库 g）直线式刀库
量较小，一般应用于数控车床、 数控钻床，个别加工中心也有 采用。
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带刀库的自动换刀系统（有机械手）
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自动换刀装置的刀库转位机构
刀库由伺服电动机经齿轮、 蜗杆、蜗轮转动刀库。 为了消除齿侧间隙而采用 双片齿轮。 蜗杆、蜗轮采用单头双导 程蜗杆，消除蜗杆蜗轮啮 合间隙。 压盖5和轴承套6之间用螺 纹联接。转动套6就可使 蜗杆轴向移动以调整间隙， 螺母7用于在调整后锁紧。 刀库的最大转角180°， 在控制系统中有一个自动 判别机能，决定刀库正反 转，以使转角最小。
a是一个刀架上的回转盘， 刀具与主轴中心平行安装， 回转刀盘既有回转运动又 有纵向进给运动（S纵） 和横向进给运动（S横） 。

a)、b)回转刀盘 1、2一刀盘
b为刀盘中心线相对于主 轴中心线倾斜的回转刀盘， 刀盘上有6-8个刀位，每 个刀位上可装两把刀具， 分别加工外圆和内孔。
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数控车床的自动换刀装置
c：装有两个刀盘的数控
车床，刀盘1的回转中心
与主轴中心线平线，用于 加工外圆；刀盘2的回转
中心线与主轴中心线垂直，
用以加工内表面。 d:安装有刀库的数控车床，
刀库可以是回转式或链式，
c）双回转刀盘 d)链式刀库的数控车床
通过机械手交换刀具。
1、2一刀盘
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编码附件方式
编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，
其中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套中 时，将编码钥匙插进刀套旁边的钥匙孔中。这样就把钥匙的号
码转记到刀套中，给刀套编上了号码。识别装置可以通过识别
钥匙上的号码来选取该钥匙旁边刀套中的刀具。 编码钥匙这种编码方式称为临时性编码，因为从刀套中取出刀
刀库转位机构 1一主动齿轮2一消隙齿轮3—蜗杆4—蜗轮5一压 盖6一轴承套7—螺母
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JCS-013加工中心自动换刀装置
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链式刀库的构成
链式刀库是目前用得最多的一种形式。 由一个主动链轮，带动装有刀套的链 条。 方形链式刀库的典型结构如左图。 主动链轮由直流（交流）伺服电动机 通过蜗杆、蜗轮减速装置驱动（根据 结构需要有时还可加一对齿轮副）。 导向轮一般都作成光轮，圆周表面硬 化处理。兼起张紧轮作用的左侧两个 导向轮，其轮座必须带导向槽（或导 向键），以免松开螺钉时，轮座位置 歪扭，给张紧调节带来麻烦。
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加工中心刀库的类型
a)、b)、c)、d）鼓轮式刀库
鼓轮式刀库应用较广，它包括刀具轴线与鼓轮轴线平行（或垂直或成锐 角）。这种刀库结构简单紧凑，但因刀具单环排列、定向利用率低，大 容量刀库的外径将较大，转动惯量大，选刀运动时间长。因此，这种形 式的刀库容量较小，一般不超过32把刀具。
编码钥匙孔剖面图 1、4—碳刷 2—钥匙凹处 3、8—钥匙孔座 5、7—弹簧接触片 6一钥匙凸起处
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刀具（刀套）识别装置
接触式刀具识别装置
非接触式刀具识别装置
非接触式磁性识别法 光学纤维刀具识别装置
利用PC（可编程控制器）实现随机换刀
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接触式刀具识别装置
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刀套编码方式
对每个刀套都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号 码相符的刀套中，换刀时刀库旋转，使各个刀套依次经过识 刀器，直至找到规定的刀套，刀库便停止旋转。
由于取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构大为简化。因此， 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。 在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原来的刀套中，增 加了换刀动作。与顺序选择刀具的方式相比，刀套编码的突 出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。
1一定位插销 2一定位盘
3—链轮 4一手爪 由液压油缸推动的定位销， 插人定位盘的定位槽内，以实
现刀套的准停。
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定位盘准停
为了保证刀套的准停精度和刀套定 位的刚性，链式刀库的换刀位置一 般设在主动链轮上（图a），或者 尽可能设置在靠近主动链轮的刀套 处（图b）。 定位盘上的每个定位槽（或定位 孔），都对应于一个相应的刀套， 而且定位槽（或定位孔）的节距要 一致。 这种准停方式的优点是：a．能有 效地消除传动链反向间隙的影响； b.保护传动链，使其免受换刀撞击 力； c．驱动电动机可不用制动自 锁装置。
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自动换刀装置
初期曾采用转塔头式的换刀 方式，它的电动机、变速箱、 转塔头做成一体，结构紧凑： 变速箱工作时的振动和热量 都直接传到转塔上来，而且 每把刀都需要一个主轴，所 以它的刀具数量、尺寸、结 构都受到很多限制。
数控镗铣床的转塔刀架
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自动换刀装置

链式刀库的换刀位置 a）设在主动链轮上 b)靠近主动链轮的刀套处 1—定位插销 2—定位盘 3—链轮 手爪 5一定位块6一手爪

4一
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识刀装置
顺序选刀:按照工艺要求依次将所用的刀具插人刀库的 刀套中，顺序不能错，加工时按顺序调刀。更换不同 的工件时必须重新排列刀库中的刀具顺序，因而操作 十分繁琐，而且在加工同一工件中各工序的刀具不能 重复使用。这不仅使刀具数量增多，而且在使用同一 种刀具时，由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度 不稳定。其优点是刀库的驱动及控制都比较简单。
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加工中心刀库的类型
链式刀库容量较大，当采用多环链
式刀库时，刀库外形较紧凑，占用
空间较小，适用于作大容量的刀库。 在增加存储刀具数目时，可增加链 条长度，而不增加链轮直径，因此， 链轮的圆周速度不会增加，且刀库 的运动惯量不像鼓轮式刀库增加得 那样多。
e）链式刀库
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机床刀架自动换刀装置应满足的要求
满足工艺过程所提出的要求。
在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀 具时还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具 时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。以保证 刀具和工件间准确的相对位置。
刀架、刀库、换刀机械手都应具有足够的刚度。 可靠性高。 换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。 操作方便和安全。
编码钥匙
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编码钥匙
钥匙沿着水平方向的钥匙缝插 人钥匙孔座，然后顺时针方向 旋转90°，处于钥匙代码凸 起6的第一弹簧接触片5被撑 起，表示代码“1”，处于凹处 2的第二弹簧接触片7保持原 状，表示代码“0”。由于钥匙 上每个凸凹部分的旁边均有相 应的炭刷4或1，故可将钥匙 各个凸凹部分均识别出来，即 识别出相应的刀具。
金属切削机床
机床刀架和自动换刀装置
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机床刀架和自动换刀装置
机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求；
自动换刀装置的工作原理和构成
识刀装置
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机床刀架和自动换刀装置的功能
机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接 参与切削工作。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与 切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中 的较薄弱环节。 加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大 容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀 具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十 几秒减少到几秒甚至零点几秒。 这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加 工中心的主要特征。
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刀套编码方式
圆盘形刀库的刀套编码装置。
在圆盘的圆周上均布若干个刀
套，其外侧边缘上装有相应的 刀套编码块1，在刀库的下方 装有固定不动的刀套识别装置 2。刀套编码的识别原理与上 述刀具编码的识别原理完全相 同。
刀套编码 1一刀套编码块 2一刀套识别装置