刀庫類型及刀具的選擇與識別(共17頁).ppt

1、刀庫類型及刀具的選擇與識別首先要把加工過程中要用的全部刀具分別安裝在標準的刀柄上，在機床外進行尺寸預(yù)調(diào)整后，插入刀庫中。換刀時根據(jù)選刀指令在刀庫誰選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，進行刀具交換，然后將新刀具裝入主軸，將用過的刀放回刀庫。v這種換刀裝置和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比，由于機床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以增加主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工。刀庫中刀具的數(shù)目可根據(jù)工藝要求和機床的結(jié)構(gòu)布局而定，數(shù)量可較多以實現(xiàn)復(fù)雜零件的多工序加工，從而提高了機床的適應(yīng)性和加工效率。此外，刀庫可布置在遠離加工區(qū)的地方，從而消除了它與工件相干擾的可能性。v 采用這種自動換刀系統(tǒng)，需要增加刀具的自

2、動夾緊、放松機構(gòu)、刀具運動及定位機構(gòu)，常常還需要有清潔刀柄及刀孔、刀座的裝置，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜。換刀過程動作多、換刀時間長。同時，影響換刀工作可靠性因素是也較多。 二刀庫類型及刀具的選擇與識別 一刀庫類型刀庫是自動換刀裝置中主要部件之一，其容量及具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機床的設(shè)計有很大影響。根據(jù)刀庫所需要的容量、選刀及取刀方式，可以將刀庫設(shè)計成多種形式。圖7-42所示為常見的幾種刀庫形式。 1盤形刀庫盤形刀庫為最常用的一種形式，每一刀座均可存放一把刀具。盤形刀庫的儲存量一般為1540把。盤形刀庫的種類葚多，圖7-42AD是單盤式刀庫，為適應(yīng)機床主軸的布局，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置，圖7-42D是刀

3、可以作90度翻轉(zhuǎn)的圓盤刀庫，采用這種結(jié)構(gòu)能簡化取刀動作。單盤式刀庫的結(jié)構(gòu)簡單，取刀也較方便，因此應(yīng)用最為廣泛。v 當需要更多數(shù)量的刀具時，可采用圖7-42E所示的鼓輪彈倉式又成刺猬式刀庫，其結(jié)構(gòu)十分緊湊，在相同的空間內(nèi)，它的刀庫容量最大，圖7-42G為多層盤形刀庫。它們雖然也具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點，但選刀和取刀的動作較多，故較少應(yīng)用。v 2鏈式刀庫v這種刀庫是在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，如圖7-42F所示，其結(jié)構(gòu)有較大的靈活性，存放刀具的數(shù)量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當鏈條較長時，可以增加支撐鏈輪數(shù)目，使鏈條折疊回饒，提高空間利用率。一般刀具數(shù)量在30120把。 3格子式刀庫這種刀庫具有縱橫排

4、列十分整齊的很多格子，每個格子中均有一個刀座，可儲存一把刀具，如圖7-42B所示。這種刀庫可將其單獨安置于機床外，由機械手進行選刀及換刀。這種刀庫選刀及取刀動作復(fù)雜，應(yīng)用最少。 二選刀方式按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中挑選各工序所需要的刀具的操作，稱為自動換刀。目前，在刀庫中選擇刀具通常有順序選擇和任意選擇兩種方式。 1順序選擇方式v 刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序，依次放人刀庫的每一個刀座內(nèi)。每次換刀時，刀庫按順序轉(zhuǎn)動一個刀座的位置，并取出所需要的刀具。已經(jīng)使用過的刀具可以放回原來的刀座內(nèi)，也可以按順序放入下一個刀座內(nèi)。采用這種方式不需要刀具識別裝置，而且驅(qū)動控制也較簡單，可

5、以直接由刀庫的分度來實現(xiàn)。因此，刀具的順序選擇方式具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等優(yōu)點。但由于更換不同工件時，必須重新排列刀庫中的刀具順序。刀庫中的刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，因而必須相應(yīng)地增加刀具的數(shù)量和刀具的容量，這樣就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫，將會造成嚴重事故。 2任意選擇方式采用任意選擇方式的自動換刀系統(tǒng)中必須有刀具識別裝置。這種方式是根據(jù)程序指令的要求來選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可任意存放。每把刀具或刀座都編上代碼，自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具或刀座都經(jīng)過“刀具識別裝置接受識別。當某把刀具的代碼與數(shù)控指

6、令的代碼相符合時，該把刀具被選中，并將刀具送到換刀位置，等待機械手來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關(guān)，相同的刀具可重復(fù)使用。因此，刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應(yīng)的小一些。v任意選擇法必須對刀具編碼，以便識別。編碼方式主要有三種：v 1刀具編碼方式 這種方式是采用特殊的刀柄結(jié)構(gòu)進行編碼。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，這對裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可相應(yīng)地小減小，而且還可防止由于刀具存放在刀庫中的順序過失而造成的事故。v刀具編碼的具

7、體結(jié)構(gòu)如圖7-43所示。在刀柄1后端的拉桿4上套裝著等間隔的編碼環(huán)2，由鎖緊螺母3固定。編碼環(huán)既可以是整體的，也可由圓環(huán)3組成。編碼環(huán)直徑有大小兩種，大直徑的為二進制的“1，小直徑為“0。通過這兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列代碼。例如由六個大小直徑的圓環(huán)便可組成能區(qū)別63種刀具。通常全部為0的代碼不用，以防止與刀座中沒有刀具的狀況相混淆。為了便于操作者的記憶和識別，也可采用二一八進制編碼來表示， 2刀座編碼方式 這種編碼方式對刀庫中每個刀座都進行編碼，刀具也編號，并將刀具放到與其號碼相符合的刀座中。換刀時刀庫旋轉(zhuǎn)，使各個刀座依次經(jīng)過識刀器，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

8、式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大為簡化。因此，刀具識別裝置的位置不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在較適當?shù)奈恢?。另外，在自動換刀過程中必須將用過的刀具放回原來的刀座中，增加了換刀的動作。與順序選刀的方式相比，刀座編碼的突出移動是刀具在加工過程中可以重復(fù)使用。圖7-44所示為圓盤刀庫的刀座編碼裝置。在圓盤的圓周上均布假設(shè)干個刀座，起外側(cè)邊緣上裝有相應(yīng)的刀座編碼塊1，在刀庫的下放裝有固定不動的刀座識別裝置2。刀座編碼的識別與上述刀具編碼的識別原理完全相同3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。這種方式是先給刀具都縛上一把表示該刀具號的編碼

9、鑰匙，當把個刀具尊放倒戈刀庫中時。識別裝置可以通過識別刀具上的號碼來選取該鑰匙旁邊的刀具。v編碼鑰匙的形狀如圖7-45所示，鑰匙的兩邊最多可帶有22個方齒，圖中除導(dǎo)向用的兩個方外，共有20 個圖中可區(qū)別9999刀具。v圖7-46 為編碼鑰匙孔的剖面圖，鑰匙沿著水平方向的鑰匙縫插入鑰匙孔座，然后順時針方向旋轉(zhuǎn)90度，處于鑰匙代碼突起6 的第一彈簧片5被撐起，表示代碼“1，處于代碼凹出的第二彈簧片3保持原狀，表示代碼“0。由于鑰匙上每個凹凸局部的旁邊均有相應(yīng)的炭刷4或1，故可將鑰匙各個凸凹局部識別出來，即識別書相應(yīng)的刀具。v這種編碼方式稱為臨時性編碼，因為從刀座中取出刀具時，刀座中的編碼鑰匙也取出

10、，刀庫中原來編碼隨之消失。因此，這種方式具有更大的靈活性。采用這種編碼方式用過的刀具不必放回原來的刀座。 三刀具識別裝置刀具識別裝置是可任意選擇刀具的自動換刀系統(tǒng)中重要組成局部，常用的有以下幾種。 1接觸式刀具識別裝置接觸式刀具識別裝置的識別原理如圖7-47所示。在刀柄上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)，規(guī)定大直徑的環(huán)表示二進制的“1，小直徑的環(huán)為“0，圖中有5個編碼環(huán)4，在刀庫附近固定一刀具識別裝置2，從中伸出觸針3，觸針數(shù)量與刀柄上的編碼環(huán)個數(shù)相等。每個探針與應(yīng)該繼電器相聯(lián)，當蓖麻換是大直徑時與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“1。當編碼環(huán)是小直徑時與觸針白接觸，繼電器不通電其數(shù)碼為“0。當各繼電器

11、讀出的數(shù)碼與所小刀具的編碼一致時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉(zhuǎn)，等待換刀。v接觸式刀具識別裝置的結(jié)構(gòu)簡單，但由于觸針有磨損，故壽命較短、可靠性較差，且難于快速換刀。v 2接觸式刀具識別裝置v非接觸式刀具識別裝置沒有機械直接接觸，因而無磨損、無噪聲、壽命長、反響速度快。適應(yīng)于高速、換刀頻繁的工作場合。常用的有磁性識別和光電識別法。v非接觸式磁性識別法磁性識別法是利用磁性材料和非磁性材料感應(yīng)強弱不同，通過感應(yīng)線圈讀取代碼。編碼環(huán)的直徑相等、分別由導(dǎo)磁材料如軟鋼和非導(dǎo)磁材料如黃銅、塑料等制成，規(guī)定前者編碼為“1，后者編碼為“0。圖7-48所示為一種用于刀具編碼的磁性識別裝置。圖中刀柄1上裝有非導(dǎo)磁

12、材料編碼環(huán)4和導(dǎo)磁材料編碼環(huán)相對應(yīng)的有一組檢測線圈6組成的非接觸式識別裝置3。在檢測線圈6的一次線圈6的一次線圈5中輸入交流電壓時，如編碼環(huán)為導(dǎo)磁材料，那么磁感應(yīng)較強，在二次線圈7中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓。如編碼環(huán)為非導(dǎo)磁材料，那么磁感應(yīng)較弱，在二次線圈中線圈感應(yīng)的電壓較弱。利用感應(yīng)電壓的強弱，就能識別刀具的號碼。當編碼的號碼與指令刀號相符時，控制電路發(fā)出信號。使刀庫停止運轉(zhuǎn)，等待換刀。 2非接觸式光電識別法 非接觸式光電識別法是利用光導(dǎo)纖維良好的光傳導(dǎo)特性，采用多束光導(dǎo)纖維構(gòu)成閱讀頭。用靠近的二束光導(dǎo)纖維來閱讀二進制碼的一位時，其中一束將電源投到能反光或不能反光被涂黑的金屬外表另一束光導(dǎo)纖維將反

13、射光送至光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，以判斷銷9卡緊，同時缸體3與壓盤4的錐面接觸刀架在新的位置定位并夾緊，這時端齒離合器與空套齒輪脫開。 4轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位 刀架壓緊之后，壓力油從D孔進入轉(zhuǎn)位液壓缸右腔，活塞6帶動齒條復(fù)位。由于此時端齒離合已脫開，所以齒條帶動齒輪7在軸上空轉(zhuǎn)。 如果定位和壓緊動作正常，推開11與相應(yīng)的銖頭12接觸出信號表示換刀過程已經(jīng)結(jié)束 ，可以 進行切削加工。 2多主軸轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控鏜銑床中，常用多主軸轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置。通個 多主軸轉(zhuǎn)塔頭的轉(zhuǎn)位來換刀是一種比較簡單的換刀方式。這種機床的主軸轉(zhuǎn)塔頭就是一個轉(zhuǎn)塔刀庫，轉(zhuǎn)塔頭有臥式和立式兩種。圖738所示是數(shù)控轉(zhuǎn)塔式

14、鏜銑床的外觀圖，八方形轉(zhuǎn)塔頭上裝有八根主軸，每根主軸上裝有一把刀具。根據(jù)工序的要求按順序自動換刀，同時接通主傳動。不處在工作位置的主軸便與主傳動脫開。轉(zhuǎn)塔頭的轉(zhuǎn)位即換刀由槽輪機構(gòu)來實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如圖739所示，每次換刀包括下類動作： 1脫開主軸傳動 壓缸4卸壓，彈簧推動齒輪1向上與主軸上的齒輪12脫開。 2轉(zhuǎn)塔頭抬起 當齒輪1脫開后，固定在其上的支板接通行程開關(guān)3，控制電磁閥，使 壓油進入 壓缸5的左腔， 壓缸活塞帶動轉(zhuǎn)塔頭向右移動，直至活塞與 壓缸端部相接觸。固定在轉(zhuǎn)塔頭體上的鼠牙盤10便脫開。 3轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位 當鼠牙盤脫開后，行程開關(guān)發(fā)出信號啟動轉(zhuǎn)位電動機，經(jīng)蝸桿8和蝸輪6帶動槽輪機構(gòu)的主軸曲

15、拐使槽輪11轉(zhuǎn)過45 。并由槽輪機構(gòu)的圓弧來完成主軸頭的分度位置粗定位。主軸號的選定是通過行程開關(guān)組來實現(xiàn)。假設(shè)處于加工位的主軸不是所需要的，轉(zhuǎn)位電動機句續(xù)回轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)塔頭間歇地再轉(zhuǎn)45 ，直至選中主軸為止。主軸選好后，由行程開關(guān)7關(guān)停轉(zhuǎn)位電動機。 4轉(zhuǎn)塔頭定位壓緊 通過電磁閥使壓力油進入 壓缸5的右腔，轉(zhuǎn)塔頭向左返回，由鼠牙盤10精定位。并利用 壓缸5右腔的油壓作用力，將轉(zhuǎn)塔頭可靠地壓緊。 5主軸轉(zhuǎn)動重新接通 由電磁閥控制壓力油進入 壓缸4，壓縮彈簧使齒輪1與主軸上的齒輪12嚙合。此時轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位、定位動作全部完成。v為了改善主軸結(jié)構(gòu)的工藝性，整個主軸部件裝在套筒內(nèi)，只要卸去螺釘，就可將整個主軸部件抽出。v 這種換刀裝置存儲刀具的數(shù)量少，適用于加工較簡單的工件，其優(yōu)點在于省去了自動松、夾，卸刀、裝刀以及刀具搬運等一系列的復(fù)雜操作，從而縮短了換刀時間，并提高了換刀的可靠性。但是由于空間位置的限制，使主軸部件結(jié)構(gòu)不能設(shè)計得十分堅實，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度。為了保證主軸的剛度，必須限制主軸數(shù)目，否那么將使結(jié)構(gòu)尺寸大大增加。因此，轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只適應(yīng)于工序較少，精度要求不太高的機床，例如數(shù)控鉆床