刀具自动化概述

第一章绪论1.1 数控设备的发展历史>第一代数控系统：1952年至1959年，采川电子管元件。

>第二代数控系统：1959年开始，采刖晶体管元件。

>第三代数控系统：1965年开始，采川集成电路。

>第四代数控系统：1970年开始，采刖人规模集成电路及小型通用计算机。

>第五代数控系统：1974年开始，采用微处理机和微型计算机。

1.2 自动换刀系统的意义从换刀系统发展的历史米看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”（刀具程序控制装置）。

1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。

1967年出现了FMS（柔性制造系统）。

1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。

1.1.1 加工中心加工中心机床的出现，加之CAD技术、信息技术、网络控制技术以及系统工程学的发展，为单机数控自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展，创造了必要的条件．计算机群控系统即直接数控(Direct NC-DNC)系统，就是这一发展趋向的具体体观。

DNC系统使用一台较大的计算机，控制与管理多台数控机床和数控加工中心，能进行多品种、多工序的加工。

加工中心机床配备有装载多把刀具的刀具库，有自动更换刀具的功能，一次装夹中可以完成钻、镗、铣、铰等工序，特别适用于箱体类零件的多面、多工序加工。

它能完成车削加工的同时，兼有铣、镗、钻孔、攻丝等功能。

1.1.2 柔性制造单元柔性制造单元(FMC)是由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件(AWC，APC)装置所组成。

工件一次装夹后可在柔性制造单元中的加工中心上加工，使得加工的柔性（可编程性）、加工精度和生产效率更高。

在柔性制造单元中，中心控制计算机负责作业调度、自动检测与工况自动监控等功能。

工件装在自动交换工件装置（工作台）上在中心控制计算机控制下传送到加工中心上加工；加工中心接收中心控制计算机传送来的数控程序进行加工，并将工况数据送中心控制计算机处理，如工件尺寸自动检测和补偿，刀具损坏和寿命躲控等。

四川大学制造科学与工程学院本科课程《机械制造系统自动化》教学大纲课程编号：Course Code: 302081020302081020课程类型：Course Type:选修课Elective课程名称：Course Name: 机械制造系统自动化Mechanical Manufacturing Automation授课对象：Audience:本科三年级学生Junior学时/学分：CreditHours/Credits 32/232/2授课语言：Language ofInstruction中文ChineseMandarin先修课程：Prerequisite: 机械原理、机械设计、机械制造基础Mechanical Principles, Mechanical DesignFundamental of Mechanical Manufacturing开课院系：Course offered by:机械工程系Department ofMechanicalEng.适用专业：机械设计制造及其自动化专业Intended for: Mechanical Design, Manufacturing andAutomation大纲执笔人：Edited by: 徐雷Xu Lei大纲审核人：Inspected by:李翔龙Li Xianglong一、课程简介随着科技进步以及机电一体化技术、计算机辅助技术和信息技术的发展，当今世界机械制造业已进入自动化时代。

机械制造自动化是企业实现自动化生产、参与市场竞争的基础。

对机械制造过程各个环节自动化技术的了解，掌握现代机械制造的新手段、新方法、新技术，是适应现代工业企业对机械类专业人才培养需求以及自身适应能力增强的必然要求。

本课程围绕机械制造全过程，系统讲授各种自动化技术、方法和实际应用，包括设备、装置、手段、方式、过程和系统等内容。

通过该课程的学习，满足学生系统掌握有关机械制造自动化方面的基本原理，了解机械制造系统中各主要单元和系统的自动化方法，以及典型自动化装置的工作原理和特点，提高其应用管理能力的需求。

机械制造自动化技术复习资料一、单项选择题〔每题1分，共15题，总分15分〕1、自18世纪中叶瓦特创造蒸汽机而引发工业革命以来，自动化技术就伴随着机械化得到了迅速开展，大约经历了 C 开展阶段。

A 二个B 三个C 四个D 五个★2、 B 是零件整个机械加工工艺过程自动化的根本问题之一，是机械制造厂实现零件加工自动化的根底。

A 物流供输的自动化B 加工设备的自动化C 刀具的自动化D 检测过程的自动化★3、组合机床自动线是针对 D 零件的全部加工与加工工序，专门设计制成的由假设干台组合机床组成的自动生产线。

A 一组B 多组C 多个D 一个★4、柔性自动线是按照 A 加工对象确定工艺过程，选择适宜的数控加工设备与物料储运系统而组成的。

A 成组B 成套C 成型D 成双★5、在自动控制系统中，传递及转换装置的作用是将指令控制装置所发出的指令信息传送到 B 。

A 指令存储装置B 执行机构C 数控装置D 计算机6、在机械加工过程中，工件处于等待与传输状态的时间占A 。

A 95%B 50%C 5%D 25%7、小型旋转体零件〔如圆柱滚子〕在自动线上的输送方式常采用 D 。

A 搬运机械手输送B 有轨导向小车输送C 无轨导向小车输送D 料槽自重输送8、实现产品装配自动化的首要任务是 A 。

A 研究自动装配的构造工艺性B 研究自动装配的工艺过程C 设计自动装配设备D 制造自动装配设备★9、当执行制造过程的 C 均由机械〔机器〕来完成，那么可以认为这个制造过程是“自动化〞了。

A 根本动作B 控制动作C 根本动作及其控制机构的动作D 辅助动作10、不属于物料储运过程自动化技术范畴的技术是 C 。

A 工件储运自动化技术B 刀具储运自动化技术C 零部件供给自动化技术D 夹具储运自动化技术★11、加工中心是指具有 C 的数控加工设备。

A 刀具库B 刀具自动交换机构C 刀具库及刀具自动交换机构D 托盘交换器12、对于工件外表粗糙度的检测，目前生产中并非广泛使用的方法 A 。

自动化制造系统复习题库及答案一、名词解释由相互联系、相互作用和相互制约的各个要素组成且具有一定功能的整体。

系统本身能够随着环境条件或结构的不可预计的变化，自行调整或修改系统参量的控制系统。

3.顺序控制按照预先设定好的顺序使控制动作逐次进行的控制。

是一种最有效模仿人在自然环境中的视、听、动等行为的高级人机交互技术。

在计算机统一控制下，有自动装卸与运输系统将假设干台数控机床或加工中心连接起来构成的一种适合多品种，中小批量生产的先进制造系统。

对工件、工具和配套装置及材料进行移动与存储的系统，主要完成物料的存储、输送、装卸、管理等功能。

系统能经济而迅速地转向生产新产品的能力，及转产能力。

如果计算机能够不断地根据受控对象运行结果积累经验，自行改变和完善控制规律，使控制效果愈来愈好，这样的控制系统即为自学习控制系统。

9. AGV一种有蓄电池驱动，装有非接触导向装置，在计算机控制下，自动完成运输任务的物料运载工具。

指在设备运行、生产不停顿的情况下，对设备和加工过程运行状态的信息数据进行采集的方式11. 自动化制造系统在较少人工直接或间接干预下，将原材料加工成零件并组装成产品，在加工过程和装配过程中实现工艺过程自动化。

如果计算机控制系统是按照预先编制的固定程序进行自动控制，那么这种控制称之为程序控制。

利用各种自动化检测装置，自动检测被测量对象的有关参数，不断提供各种有价值的信息和数据。

系统的输出信号对系统的控制作用具有直接影响的控制方式指产品和零件在保证使用的前提下，力求能够采用生产率高，劳动量小，材料消耗少和生产本钱低的方法制造处理。

二、单项选择题1.FMS中，完成制造任务的执行系统为( )。

B.物流系统C.控制系统D.管理系统2.以小型旋转体零件为加工对象自动线，常采用的工件输送装置为( )。

A.机器人B.输送机 D.运输小车3.刚性自动生产线上，被加工零件顺序地通过各个工作位置，要按照一定的( )。

A .生产节拍 B. 工序时间C. 加工时间D. 辅助时间4.把机床按工艺顺序依次排列，用自动运输装置及其他辅助装置连接起来，用控制系统将各局部的动作联系起来，按规定的程序自动进行工作的这种机床系统为( )。

刀库-概述刀库刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。

藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、镗孔、攻牙等。

大幅缩短加工时程，降低生产成本；这是刀库系统的最大特点。

近年来刀库的发展已超越其为工具机配件的角色，在其特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多工复合等概念之产品。

其产品品质的优劣，关系到工具机的整体效能表现。

刀库-主要构件刀库主要是提供储刀位置，并能依程式的控制，正确选择刀具加以定位，以进行刀具交换；换刀机构则是执行刀具交换的动作。

刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备；若无换刀机构，则加工所需刀具无法自刀库依序更换，而失去降低非切削时间的目的。

此二者在功能及运用上相辅相成缺一不可。

刀库-分类刀库的容量、布局，针对不同的工具机，其形式也有所不同，根据刀库的容量、外型和取刀方式可概分为以下几种：1、斗笠式刀库一般只能存16~24把刀具，斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴移动。

当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具，这时刀库转动。

当要换的刀具对正主轴正下方时主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，夹紧刀具后，刀库退回原来的位置。

2、圆盘式刀库圆盘式刀库通常应用在小型立式综合加工机上。

"圆盘刀库"一般俗称"盘式刀库"，以便和"斗笠式刀库"、"链条式刀库"相区分。

圆盘式的刀库容量不大，顶多二、三十把刀。

需搭配自动换刀机构ATC(Auto Tools Change)进行刀具交换。

3、链条式刀库链条式刀库的特点是可储放较多数量之刀具，一般都在20把以上，有些可储放120把以上。

它是藉由链条将要换的刀具传到指定位置，由机械手将刀具装到主轴上。

换刀动作均采用马达加机加工中心使用的刀库最常见的形式是圆盘式刀库和机械手换刀刀库。

机械数控加工过程刀具高效使用及优化措施分析摘要：机床在加工精度、生产效率和加工产品的稳定性等方面具有普通机床无法比拟的生产加工优势。

数控加工具有越来越广泛的应用前景。

本文研究了数控加工过程中刀具的合理使用控制。

分析了钻井原理、工具的特点和工具的控制技术在加工中的应用，并讨论了数控加工过程中刀具的控制技术和措施，从而大大提高数控加工的工作效率。

关键词：机械数控加工；工具；使用控制1、数控刀具概述数控刀具是制造中切削工具的一种，是在机械制造业中用来进行切削工艺的工具类型，其效率与普通刀具相比更高，数控刀具的结构包括切削所用的刀片、固定刀具的刀柄以及刀杆。

数控技术的逐渐成熟，使其在机械自动化中的应用变得越来越广泛，数控刀具就是在这种背景下产生的。

数控刀具与传统的切削刀具相比，刀刃的可靠程度与质量有了相当大的进步，并且数控刀具可以根据切削的具体需求，通过自动换刀装置来变换切削刀具的类型，可以提高切削作业的效率和精度。

数控刀具的使用使得加工企业可以与刀具生产商进行直接的需求沟通，提供给生产商具体的切削数值、切削类型等数据，这样刀具生产商就可以根据刀具需求方的实际需求来提供专门的刀具类型和问题解决方案，从而促进了刀具的生产和销售的发展。

但是数控刀具的使用条件较传统刀具相比较为复杂，这在一定程度上限制了数控刀具的使用范围的扩大。

2、机械数控加工过程刀具高效使用方法数控刀具的选择是否合理，会对数控加工质量带来很大影响。

其中最主要的影响表现为工艺加工的精确度存在差异。

另外还会对数控刀具造成严重损坏，导致数控刀具出现不同程度的磨损，造成数控刀具的耐用性和精确度受到影响，最终无法有效确保数控加工的质量。

因此选择刀具时，相关工作人员应该充分考虑到刀具选择对数控加工工艺各方面的影响因素，根据具体的加工情况选择刀具，确保选择的数控刀具满足加工的基本要求。

2.1选择合适的工具在数控加工中，选择合适的刀具是非常重要的。

不同的零件和材料具有不同的切削性能，所选用的刀具也不同。

1.自动化概念：指采用自动开停，调节、检测、加工和控制的机器、设备进行各种作业，以代替人力来直接操作的措施2.自动化内容：机械加工自动化技术、物料储存过程自动化技术、装配自动化技术、质量控制自动化技术3.自动化的作用：提高生产率、缩短生产周期、提高产品质量、提高经济效益、降低劳动强度、有利于产品更新、提高劳动者素质、带动相关技术的发展4.自动化的类型：5.自动化的分类：按控制过程分、按设备分、按控制方式分6.自动化控制的构成：指令存储装置、指令控制装置、执行机构、传递及转换装置7.加工设备自动化的意义：提高加工设备生产率主要有效途径之一是缩短其辅助时间，加工设备自动化可以缩短辅助时间，改善工人的劳动条件和减轻工人的劳动强度8.单台加工设备自动化：能较好地满足零件加工过程中某个或几个工序的加工半自动化和自动化的需要，为多机床管理创造了条件，是建立自动生产线和过渡到全盘自动化的必要前提，是机械制造业更进一步向前发展的基础9.加工设备自动化主要内容：10.加工设备自动化实现途径：1对半自动加工设备通过配置自动上下料装置以实现加工设备的完全自动化2对通用加工设备运用电气控制技术、数控技术等进行自动化改造3根据加工工件的特点和工艺要求设计专用的自动化加工设备4采用数控加工设备11.自动化加工设备分类：全（半）自动单机、组合机床、自动线、一般数控机床、加工中心、柔性制造单位12.切削加工自动化的根本目的：提高零件切削加工精度、切削加工效率、节材、节能和降低零件的加工成本13.物流系统的基本要求：1应实现可靠、无损伤和快速的物料流动2应具有一定的柔性3实现零库存生产目标4采用有效的计算机管理，提高物流系统的效率，减少建设投资5物流系统应具有可扩展性、人性化和智能化14.为什么设置二次定向机构：有些外形复杂的工件，不可能在料斗内一次定向完成，一次需要在料斗外的输料槽中进行二次定向15.传动滚筒可以增加摩擦因数、改向滚筒用来改变输送带的运行方向和增加输送带在传动滚筒上的包角、电动滚筒为输送带提供动力16.FMS物流输送系统输送形式及特点：1直线型输送形式（线内储存量小，长需配合中央仓库及缓冲站）2环形输送形式（便于实现随机存取，具有非常好的灵活性）3网络型输送形式（线内储存量小，一般需要设置中央仓库和托盘自动交换器）4以机器人为中心的输送形式（适用于加工各类回转类零件的FMS）17.刀具自动化：加工设备在切削过程中自动完成选刀、换刀、对刀、进给等工作过程18.自动化刀具的特点：1刀具的切削性能必须稳定可靠，应具有高的耐用性和可靠性2刀具应可靠地断屑或卷屑3刀具应具有较高的精度4刀具结构应保证其能快速或自动更换和调整5刀具应配有其工作状态的在线监测与报警装置6应尽可能的采用标准化、系列化和通用化的刀具，以便于刀具的自动化管理19.自动化刀具的类型：标准刀具和专用刀具20.自动化刀具的选用原则：1为了提高刀具的耐用性和可靠性，应尽量选用各种高性能、高效率、长寿命的刀具材料制成刀具2应选用机夹可转位刀具的结构3为了集中工序，提高生产率及保证加工精度，应尽可能采用复合刀具4应尽量采用各种高效刀具21.刀库的功能：储存各种加工工序所需的刀具，并按程序指令，快速准确地将刀库中的空到刀位和待用刀具送到预定位置，以便接受主轴换下的刀具和便于刀具交换装置进行换刀22.刀库的类型：盘式刀库、链式刀库、格子式刀库23.刀库选刀方式：顺序选刀方式、任意选择方式24.刀具识别方法及特点：刀具编码法、软件记忆法25.制造过程中的检测技术：采用人工或自动的检测手段，通过各种检测工具或自动化监测装置，为控制加工过程、产品质量等提供必要的参数和数据（参数和数据可以是几何的工艺的或物理的）26.5-227.自动化检测方法：产品精度检测、工艺过程精度检测28.实现工件尺寸自动测量的机构：专用自动测量装置、三坐标测量机、三维测头的应用、激光测径仪、机器人辅助测量29.自动加工测试系统的组成：信号检测、特征提取、状态识别、决策与控制30.装配自动化的基本要求：1生产纲领稳定，且年生产量大、批量大，零部件的标准化、通用化程度较高2产品具有较好的自动装配工艺性3实现装配自动化以后，经济上合理、生产成本降低31.装配自动化的内容：包括零部件的自动给料、自动传送以及自动装配32.自动装配条件下结构工艺性符合原则：1便于自动给料2有利于零件自动传送3有利于自动装配作业33.装配件在自动装配时为何要定位？定位精度对定位机构的要求有何影响原因：基础件、配合件和联接件等必须要停止在精确的位置，才能顺利的完成装配工作。