数控机床自动换刀装置63页PPT

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4.2 刀库

统计了15000种工件，按成组技术分析，各种加工刀具所必需 的刀具数的结果是：4把刀的容量就可以完成95%左右的铣削 工艺，10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺，因此，14把刀 的容量就可完成70~以上的工件钻削工艺。如果从完成工件的
全部加工所需的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成全
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4.3 机械手


2. 刀库夹爪 刀库夹爪既起着刀套作用，又起着手爪的作用。如图4-19 所示为刀库夹爪图。


4.3.4 机械手结构原理
如图4-20所示，机械手结构及工作原理如下。 机械手有两对抓刀爪，分别由液压缸1驱动其动作。当液压 缸推动机械手抓刀爪外伸时，抓刀爪上的销轴3在支架上的 导向槽2向滑动，使抓刀绕销4摆动，抓刀爪合拢抓住刀具； 当液压缸间缩时，支架2上的导向槽迫使抓刀爪张开，放松 刀具。由于抓刀动作由机械机构实现，且能自锁，因此工作 安全可靠.
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4.3 机械手


4.3.5 机械手的驱动机构
如图4-21所示为机械手的驱动机构。汽缸1通过杆6带动机械 手臂升降。当机械手在上边位置时，液压缸4通过齿条2、齿 轮3、传动盘5、杆6带动机械手臂回转；当机械手在下边位置 时，汔缸7通过齿条9、齿轮8、传动盘5和杆6，带动手臂回转。 如图4-22所示为机械手臂和手爪结构图。手臂的两端各有一 手爪。刀具被带弹簧1的活动销4紧靠着固定爪5。锁紧销2被 弹簧3弹起，使活动销4被锁位，不能后退，这就保证了在机 械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。当手臂在上方 位置从裙位置转过750时锁昆锁2被挡块压下，活动锁4就可以 活动，使得机械手可以抓住主轴和刀套中的刀具。

二、维护盘形自动回转刀架
•1．每次上下班清扫散落在刀架表面上的灰尘和切屑。 •2．及时清理刀架体上的异物，保证刀架换位的顺畅无阻，利于刀 架回转精度的保持。 •3．避免超负荷使用刀架。 •4．避免撞击、挤压通往刀架的连线。 •5．减少刀架被间断撞击的机会。 •6．保持刀架的润滑良好。 •7．尽可能减少腐蚀性液体的喷溅，下班后应及时擦拭涂油。 •8．注意刀架预紧力的大小要调节适度。 •9．定期检查刀架内部机械配合是否松动。 •10．定期检查刀架内部蜗轮蜗杆、齿轮传动间隙。
任
务
一、拆装维护电动方刀架
实
施
1.四工位电动方刀架拆装与维护的要求
•
• （1）看懂刀架的结构再动手拆卸。 • （2）拆卸装配件之前先看清楚组合方向、排列顺序，以免装配时出错。 • （3）拆卸下来的零件要按拆下的先后顺序摆放整齐，注意避免零件掉落。 • （4）拆卸零件时不能用用铁锤猛砸，拆不下或装不上时，应分析原因。
目四 数控机床自动换刀装置结构与
任务二 加工中心自动换刀系统结构与维护
知
识 储
一、刀库的类型
备
(a)
(b)
A
A向
(d)
(e)
(f)
(c)
1.直线刀库
2.圆盘刀具
(g)
3.链式刀库
4.其它刀库
(h)
(i)
(j)
(k)
圆盘式刀库的结构
圆盘13上均匀分布40个 刀座9。当圆盘13转动时，刀 座号板8依次经过刀座号读取 装置，并读出各刀座的编号， 当找到所要求的刀座号时， 即发出信号，液压缸6右腔进 入高压油，使端齿离合器2和 3脱开，使圆盘13处于浮动状 态。液压缸12的活塞杆带着 定位V形块14使圆盘13定位， 以便换刀装置换刀。

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第四章数控机床的自动换刀装置
4.1.2刀具的选择方式
l 按数控装置的刀具选择指令，从刀库中 将所需要的刀具转换到取刀位置，称为 自动选刀。
l 在刀库中，选择刀具通常采用两种方法。 1. 顺序选刀 2. 任选刀具
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第四章数控机床的自动换刀装置
l 1. 顺序选刀
一个继电器相连，当编码环是大直径时与触针接触，
PPT文档演模继板 电器通电，其数码为“1”。
第四章数控机床的自动换刀装置
l 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。
l 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。
l 编码环的直径相等，材料分别为导磁材料 （如软钢）和非导磁材料（如黄铜、塑料 等）制成，规定前者编码为“1”，后者编码 为“0”。
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第四章数控机床的自动换刀装置
l 右上图所示为一种用于刀具编码的磁性 识别装置。图中刀柄1上装有非导磁材料 编码环4和导磁材料编码环2，与编码环 相对应的有一组检测线圈6组成非接触式 识别装置3。
②刀座编码方式
③编码附件方式
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第四章数控机床的自动换刀装置
l 1）、刀具编码方式
这种方式是对每把刀具进行编码，由于每 把刀具都有自己的代码，因此，可以存放于 刀库的任一刀座中。
这样刀库中的刀具在不同的工序中也就 可重复使用，用过的刀具也不一定放回原刀 座中，避免了因刀具存放在刀库中的顺序差 错而造成的事故；
第四章数控机床的自动换刀装置
l 近年来，“图象识别”技术也开始用于刀具 识别，刀具不必编码，而在刀具识别位置上 利用光学系统将刀具的形状投影到许多光电 元件组成的屏板上，从而将刀具的形状变为 光电信号，经信号处理后存入记忆装置中。

➢ 刀库可装在机床的工作台上、立柱上或主轴箱上，也 可作为一个独立部件装在机床之外。
➢ 这类换刀装置应用最广泛。
刀库装在机床的工作台上 ，这种换刀装置，直接利 用机床本身及刀库的运动 进行换刀。当某一刀具加 工完毕从工件退出后，即 开始进行自动换刀 。
现在的中小型加工中心，刀 库不是装在工作台上，而是 装在立柱上的一个托架上。 采用刀库在托架的导轨上平 行于X方向运动与主轴的上 下运动实现换刀。
2.为什么需要自动换刀装置：
• 缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到20
％～30％；
• “工序集中”，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地面积； • 提高加工精度；
– 数控机床对ATC要求：
• 换刀时间尽可能短； • 刀具重复定位精度高； • 刀具储存量足够； • 结构紧凑，便于制造、维修、调整； • 布局应合理，使机床总布局美观大方； • 较好的刚性，避免冲击、振动及噪声，运转安全可靠； • 防屑、防尘装置。
第2章第三节 数控机床的自动 换刀装置
内容提要
本节将讨论数控机床的自动刀具交换装置的形 式、刀库的类型、刀具系统及选刀方式，最后将介 绍一个自动刀具交换装置的实例。
一、概述
1.什么是自动换刀装置：
• 储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换功能的装置 • ATC：Automatic Tool Changer
当刀库的容量大、刀具较重或机床总体布局等原因， 刀库也可作为一个独立部件，装在机床之外
刀库远离主轴，常常要 附加运输装置，来完成 刀库与主轴之间刀具的 运输。
•为了缩短换刀时间，可采用带刀库的双
主轴或多主轴换刀系统
三、刀 库
• 1、刀库的形式
（1）盘式刀库

► 转塔头绕水平轴转动，只 有处于最下端的主轴才能 与机床主传动系统接通进 行切削加工。该工步加工 完毕后，由指令控制转塔 头转过一个或几个位置， 实现自动换刀，转入下一 工步。这种换刀装置结构 简单，换刀迅速；但每把 刀具都需一根主轴，所以 储存刀具数量较少(一般为 6—8把)，因此仅适用于简 单工件加工。
► 带刀库的自动换刀装置应用最广泛，它由刀库和刀具交换机 构组成。刀库用于存储刀具，类型很多；实现刀具在刀库与 机床主轴间传送和装卸的机构称为刀具交换机构，它分为无 机械手换刀、机械手换刀、机械手与刀具运送器换刀三种方 式。无机械手换刀是刀库与主轴直接换刀，省去机械手，其 结构简单，但刀库运动较多，主要用于小型加工中心；机械 手换刀方式是刀库只作选刀运动，由机械手更换刀具，特点 是布局灵活．换刀速度快，适用于各种加工中心；机械手和 刀具运送器方式是当刀库距主轴较远时，用刀具运送器将刀 具送至机械手，结构复杂，一般用于大型加工中心。
1.2.2.2 链式刀库的工作原理
考虑凸轮式自动换刀装置较之他方式的换刀装 置，具有换刀速度快、可靠性好、控制简便、维修方 便等优点，选用机械手的动作由联动的凸轮驱动，刀 库的选刀分度也采用弧面分度凸轮机构，可提高定位 精度和可靠度，也使控制简单。根据需要的自动换刀
装置换刀顺序，初步拟定的传动方案，如图 103。此方案中，采用弧面凸轮完成机械手臂的回转 动作(回转抓刀，180~回转交换刀具，回转归位)， 并和其他凸轮协同动作完成拔插刀等动作。巧妙合理 的各凸轮曲线配合使换刀中各动作协调进行，从而提 高换刀速度。刀库的传动系统选普通电动机+减速装 置+间歇运动机构+齿轮传动+链传动，间歇运动机 构选弧面分度凸轮机构，刀库的转位分度由弧面分度 凸轮机构实现，并且也可由弧面分度凸轮机构本身的 结构准停定位。因此，要求间歇蘑动机构以后的齿轮 传动必须消隙预紧。。另外，选择合理的凸轮线使 得动作平稳。在此方案中，是把刀套的翻转从凸轮联 动驱动中分离出来，主要考虑翻刀可以在主轴箱移向 (或离开)换刀位置的过程中进行，从而可使机械手

箱下降，将主轴上用过的刀具3放回刀
库的空刀座中；
27
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换
数控立式镗铣床
(4)主轴箱上升，接着刀库回转，将下 一工步需用的刀具对准主轴；
(5)主轴箱下降，将下一步所需的刀具
插入机床主轴，同时主轴内的刀具夹紧
装置夹紧刀具；
(6)主轴箱及主轴带着刀具上升；
刀具编码方式
刀具编码选刀方式是在刀具或刀套上安装用于识别的 编码条，一般都是根据二进制编码的原理进行编码。刀具 长度加长，制造困难，刚度降低，刀库和机械手结构复杂。
在刀柄1后端的拉杆4上套装 着等间隔的编码环2，由锁紧螺 母3固定。编码环直径有大小两 种，大直径的为二进制的“1”， 小直径的为“0”。通过两种圆环 的不同排列，可以得到一系列的 代码。
单臂双爪回转式机械手 两个夹爪有所分工，一个夹爪只执行
从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务； 另一个执行从刀库取“新刀”的任务。
换 刀时间较单爪回转式机械手要少。
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双臂双爪回转式机械手 手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪
可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转 180°后，又同时将刀具放回刀库及装 入主轴。是最常用的一种形式（钩手）
1、顺序选刀
在加工前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插 入刀库的刀套中，加工时按顺序调刀称为顺序选刀。
2、任选刀具
刀具在刀库中任意存放，每把刀具（或刀座）都编有 代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识 别装置”接受识别。当某刀具代码与数控指令代码相符时19
任选刀具有三种换刀方式（刀具编码、刀座编码、编码附件）
（5）复位 转动手臂，回到原始位置。
34

§3.4 数控机床的自动换刀装置
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
转塔头式换刀装置是带有旋转刀具的数控机床上常用 的一种换刀装置，这种换刀装置的转塔头上装有多个主 轴，每个主轴上装一把刀具，加工中，通过转塔头自动 转位实现自动换刀。
一、自动换刀装置的型式——转塔头式换刀装置
八方形转塔头上装有八根主轴， 每根主轴上装有一把刀具。根据 工序的要求按顺序自动地将装有 所需刀具的主轴转到工作位置， 以此实现自动换刀，同时接通主 传动，不处在工作位置的主轴便 与主传动脱开。转塔头的转位 (即换刀)由槽轮机构来实现。 数控转塔式镗铣床的外观图
二、刀库——刀库的类型
刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按程序 指令把将要用的刀具准确地送到换刀位置上，并接受从主轴 送来的已用刀具。储存量一般在8-64把范围内，多的可达 100-200把。
鼓（盘）式刀库
链式刀库 格子盒式刀库
鼓（盘）式刀库
盘式刀库的刀具轴线与鼓(圆盘)轴线平行，刀具环形排 列，分径向、轴向两种取刀方式，其刀座（刀套）结构不 同。（结构简单，应用较多，适用于刀库容量较小的情况） 为增加刀库空间利用率，可采用双环或多环排列刀具的 形式，但会增大圆盘直径，转动惯量也增大，选刀时间变长。
§3.4 数控机床的自动换刀装置
三、刀具的选择装置
按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转 换到取刀位置，称为自动选刀。
格子盒式刀库
固定型格子盒式刀库 刀具分几排直线排列，由纵横向移动的取刀机械手 完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置上，由 换刀机械手交换刀具。 由于刀具排列紧密，空间利用率高，刀库容量大。
非固定型格子盒式刀库 可换主轴箱的加工中心刀库由多个刀匣组成，可直 线运动，刀匣可以从刀库中垂直提出。

导轮
《数控机床机械系统》
无机械手换刀
自 动 换 汽缸 刀 装 置
刀盘电机
机架（固定在 机床立柱上）
刀盘移动 导轨 刀夹
分度轮
《数控机床机械系统》
机械手式换刀
《数控机床机械系统》
作业： 机械手结构原理？
自 ➢对自动换刀装置的要求 动
换
刀
（1）刀具存放数量多；
装
（2）换刀时间短；
置
（3）刀具重复定位精度高；
（4）结构简单、制造成本低；
（5）可靠性高。
《数控机床机械系统》
➢换刀形式 自
动
换
刀1、回转刀架换刀
装 置
在数控车床 ，其结构类似普通车床上回转刀架，
根据加工对象不同可设计成四方或六角形式，由数控
指刀库存放刀具的数量，一般根据加工工艺要求而定。刀库容 量小，不能满足加工需要；容量过大，又会使刀库尺寸大，占地 面积大，选刀过程时间长，且刀库利用率低，结构过于复杂，造 成很大浪费。
《数控机床机械系统》
三、 加工中心刀库类型与布局
自 动▪ 刀库类型 换 刀 一般有链式刀库、鼓轮式刀库等几种： 装 (1) 鼓轮式刀库:占地小，结构紧凑，容量大，但选刀、取刀 置动作复杂，多用于 FMS 的集中供刀系统。
系统发出指令进行回转换刀。
《数控机床机械系统》
2、使用自动换刀装置和刀库换刀
自 在加工中心 ，将加工中所需刀具分别装于标准刀柄， 动 换在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由交换装 刀 装置从刀库和主轴上取刀交换。 置 (1) 机械手换刀是利用机械手实现主轴和刀库间刀具交
换的方式。
(2) 无机械手换刀方式是通过刀库与机床主轴的相对运

01
02
03
04
提升换刀速度
通过改进换刀机构和优化换刀 程序，缩短换刀时间，提高生
产效率。
提高刀具定位精度
采用高精度传感器和优化算法 ，确保刀具快速、准确地安装
到机床主轴上。
加强刀具管理
建立完善的刀具管理系统，实 现刀具的快速识别、选择和调
度，提高生产效率。
降低故障率
加强设备维护和保养，定期检 查自动换刀装置的各部件，确
数控机床自动换刀装置 的类型与结构
回转刀架式自动换刀装置
总结词
结构简单、操作方便、换刀时间短
详细描述
回转刀架式自动换刀装置通常由刀架、定位销、转位机构等组成，通过电机驱 动刀架旋转，实现刀具的快速更换。这种装置结构简单，操作方便，换刀时间 短，适用于中小型数控机床。
转塔式自动换刀装置
总结词
换刀速度快、刀具容量大、精度高
详细描述
转塔式自动换刀装置由主轴和多个刀套组成，通过旋转塔体来更换刀具。这种装 置换刀速度快，刀具容量大，精度高，适用于大型数控机床。
机械手式自动换刀装置
总结词
自动化程度高、灵活性好、适应性强
详细描述
机械手式自动换刀装置由机械手、夹爪、传动机构等组成，通过机械手的伸缩、旋转和升降等动作来更换刀具。 这种装置自动化程度高，灵活性好，适应性强，适用于各种类型的数控机床。
数控机床的自动换刀 装置
目录
• 数控机床自动换刀装置概述 • 数控机床自动换刀装置的工作原理 • 数控机床自动换刀装置的类型与结构 • 数控机床自动换刀装置的应用与优化
01
数控机床自动换刀装置 概述
定义与特点
定义
数控机床的自动换刀装置是指在 加工过程中能够自动更换刀具的 装置，是数控机床的重要组成部 分。详细描述

❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
数控机床自动换刀装置
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
ห้องสมุดไป่ตู้
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特点：
优点：省去自动松夹、卸刀、装刀、夹紧、刀具搬 运等一系列操作，缩短换刀时间，并提高了换刀的 可靠性。
缺点：由于空间限制，主轴刚度有限，为提高主轴 刚度，必须对主轴数目加以限制。
适用情况：工序少、精度要求不太高的机床，如数控钻 床、铣床等。
6
转塔
图3 更换主轴换刀
Exit
第五讲：数控机床的自动换刀装置
→ 抬刀架起 → 刀架转位 → 刀架压紧 → 转位液压缸复位
卧式车床回转刀架
特点：刀具数量有限，但结构简单、维修方便。
5
第五讲：数控机床的自动换刀装置
一、自动换刀装置的形式
✓ 3、更换主轴换刀
➢ 在带有旋转刀具的数控机床中，主轴头上是转塔 刀库。在转塔的各个主轴头上，预先安装有各个 工序所需的旋转刀具，当发出换刀指令时，主轴 头转到加工位置，并接通主轴进行工作。
15
第五讲：数控机床的自动换刀装置
2、刀库的种类
1）鼓轮（盘）式刀库简介
a、b刀具轴向布置，可实现径向和轴向 取刀； c刀具径向布置，占用空间较大，刀库 位置受限制，一般安装在机床立柱上 端，换刀时间较短，整个换刀装置比 较简单； d刀具与刀库轴心线成一定角度，呈伞 状布置，可根据机床的总体布局要求 安排刀库的位置，多斜放于立柱上端， 刀库容量不宜过大。
刀库的容量一般取10~40把刀。
14
可加工工件工艺比率(%)
100
80
钻削
60
40
车削
铣削 20
O
5 10 15 20 25 30
刀具数
图8 加工工件所需刀具数量的统计曲线
Exit
第五讲：数控机床的自动换刀装置
二、刀库
2、刀库的种类 根据刀库容量和取刀方式的不同： 1）鼓轮（盘）式刀库、 2）链式刀库： 单环链式、多环链式 3）格子盒式刀库：单面式、多面式

参考点
增量编程
G28 U40 W100 T0000 T0202
目标点
G29 U-80 W50
2、换刀编程举例
刀具安装位置关系图 X Z
刀号1：偏置（0， 0）基准刀
加工图示零件需要三把车刀，分别 刀号2：偏置（10，3） 用于粗、精车、切槽和车螺纹。 刀号3：偏置（-10，-3）
O0018 G92 X0 Z0; G90 G00 X40.0 Z5.0 M03 ; T0101;（外圆车刀） G71 U1 R2 P100 Q200 X0.2 Z0.2 F50 ; N100 G00 X17.95 Z5.0 ; G01 X18.0 Z-15.0 F30 ; X22.0 Z-25.0 ; X22.0 Z-31.0 ; G02 X32.0 Z-36.0 R5.0 ; G01 X32.0 Z-40.0 ; N200 G01 X36.0 Z-50.0 ;
?执行g29指令时各轴先以g00的速度快移到由前段g28指令定义的中间点位置然后再向程序指令的目标点快速定位
换刀程序编写
• • • • • 1、关于参考点操作的指令 G27、G28、G29. ----- 参考点控制 ⑴格式： G27 X... Z... T0000 ; 回指令参考点检验 G28 X... Z... T0000 ; 经指令中间点再自动回参考点 G29 X... Z... ; 从参考点经中间点返回指令点
T0202 ;（切槽刀）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
G29 X20.0 Z-15.0 M03 ; G01 X15.0 F20 ; G04 X2.0 ; G00 X20.0 ; G28 X40.0 Z5.0 T0000 ; M05 M00 ; T0303 ;（螺纹车刀） G29 X20.0 Z5.0 M03 ; G82 X17.3 Z-16.0 F1.0 ; G82 X16.9 Z-16.0 ; G82 X16.7 Z-16.0 ;