數(shù)控機床全套課件 第4章 數(shù)控機床自動換刀裝置

1、第第4章章 自動換刀裝置自動換刀裝置4.1 ATC4.1 ATC刀具自動換刀刀具自動換刀4.2 4.2 刀庫刀庫4.3 4.3 機械手機械手4.4 4.4 自動換刀裝置自動換刀裝置4.5 4.5 刀庫自動換刀過程與換刀實例刀庫自動換刀過程與換刀實例4.1 ATC刀具自動換刀裝置刀具自動換刀裝置4.1 ATC刀具自動換刀裝置的基本要求刀具自動換刀裝置的基本要求為完成對工件的多工序加工而設置的存儲及更換刀具的裝置為完成對工件的多工序加工而設置的存儲及更換刀具的裝置稱為自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足的基本要求為：稱為自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足的基本要求為：刀具換刀時間短且換刀可靠刀具換刀

2、時間短且換刀可靠刀具重復定位精度高刀具重復定位精度高足夠的刀具儲存量足夠的刀具儲存量刀庫占地面積小刀庫占地面積小下一頁 返回4.1 ATC刀具自動換刀裝置刀具自動換刀裝置4.1.24.1.2刀具的選擇方式刀具的選擇方式按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動選刀。在刀庫中，選擇刀具通常采用到取刀位置，稱為自動選刀。在刀庫中，選擇刀具通常采用兩種方法。兩種方法。1. 1. 順序選刀順序選刀在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求集資插入刀在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求集資插入刀庫的刀套中，順序不能不

3、差錯，加工時按順序調(diào)刀稱為順序庫的刀套中，順序不能不差錯，加工時按順序調(diào)刀稱為順序選刀。加工不同的工件時必須重新調(diào)整刀庫中的刀具順序，選刀。加工不同的工件時必須重新調(diào)整刀庫中的刀具順序，因而操作十分繁瑣，而且加工同一工件中各工序的刀具不能因而操作十分繁瑣，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重復使用。這樣就會增加刀具的數(shù)量，而且由于刀具的尺寸重復使用。這樣就會增加刀具的數(shù)量，而且由于刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度的不穩(wěn)定。其優(yōu)點是刀庫的驅(qū)動和誤差也容易造成加工精度的不穩(wěn)定。其優(yōu)點是刀庫的驅(qū)動和控制都比較簡單。因此這種方式適合加工指較大、工件品種控制都比較簡單。因此這種方式適合加工指較大、工件品

4、種數(shù)量較少的中小型自動換刀數(shù)按機床。數(shù)量較少的中小型自動換刀數(shù)按機床。返回上一頁下一頁4.1 ATC刀具自動換刀裝置刀具自動換刀裝置2. 2. 任選刀具任選刀具這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可以任意存放。每在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可以任意存放。每把刀具都編上代碼，自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每間刀具都經(jīng)把刀具都編上代碼，自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每間刀具都經(jīng)過過“刀具識別裝置刀具識別裝置”接受識別。當某把刀具的代碼與數(shù)控指接受識別。當某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該把刀具被

5、選中，刀庫將刀具送到換刀令的代碼相符合時，該把刀具被選中，刀庫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，相同的刀甚至可重復刀具的排列順序與工件加工順序無關，相同的刀甚至可重復使用。因此，刀具數(shù)量比順序選刀的刀具可以少一些，刀庫使用。因此，刀具數(shù)量比順序選刀的刀具可以少一些，刀庫也相應的小一些。也相應的小一些。返回上一頁4.2 4.2 刀庫刀庫刀庫是自動換刀裝置的主要部件，其容量、布局以及具體結刀庫是自動換刀裝置的主要部件，其容量、布局以及具體結構對數(shù)控機床的設計有很大的影響。刀庫中的刀

6、具的定位機構對數(shù)控機床的設計有很大的影響。刀庫中的刀具的定位機構是用來保證要倒換的每一把刀具或刀套都能準確地停在換構是用來保證要倒換的每一把刀具或刀套都能準確地停在換刀位置上。采用電動機或液壓系統(tǒng)為刀庫轉(zhuǎn)動提供動力。根刀位置上。采用電動機或液壓系統(tǒng)為刀庫轉(zhuǎn)動提供動力。根據(jù)刀庫所需要的容量和取刀的方式，可以將刀庫設計成多種據(jù)刀庫所需要的容量和取刀的方式，可以將刀庫設計成多種形式。形式。4.2.1 刀庫的類型刀庫的類型刀庫的功能是儲存加工工序所需要的各種刀具，并按程序指刀庫的功能是儲存加工工序所需要的各種刀具，并按程序指令把將要用的刀具準確地送到換刀位置，并接受從主軸送來令把將要用的刀具準確地送到

7、換刀位置，并接受從主軸送來的已用刀具。刀庫的儲存量一般在的已用刀具。刀庫的儲存量一般在864把范圍內(nèi)，多的可把范圍內(nèi)，多的可達達100200把。把。1. 鼓（盤）式刀庫鼓（盤）式刀庫在盤式刀庫結構中，刀具可以沿主軸軸向、徑向、斜向安放，在盤式刀庫結構中，刀具可以沿主軸軸向、徑向、斜向安放，刀具軸向安裝的結構最為緊湊。但為了換刀時刀具與主軸同刀具軸向安裝的結構最為緊湊。但為了換刀時刀具與主軸同向，有的刀庫中的刀具需在換刀位置作向，有的刀庫中的刀具需在換刀位置作900翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)。下一頁 返回4.2 4.2 刀庫刀庫在恨庫容量較大時，為在存取方便的同時保持結構緊湊，可在恨庫容量較大時，為在存取方便的

8、同時保持結構緊湊，可采取彈倉式結構，目前大量的刀庫安裝在機床立柱的頂面或采取彈倉式結構，目前大量的刀庫安裝在機床立柱的頂面或側(cè)面。在刀庫容量較大時，也有安裝在單獨的地基上，以隔側(cè)面。在刀庫容量較大時，也有安裝在單獨的地基上，以隔離刀庫轉(zhuǎn)動造成的振動。離刀庫轉(zhuǎn)動造成的振動。盤式刀庫的刀具軸線與鼓軸線平等刀具環(huán)行排列，分徑向、盤式刀庫的刀具軸線與鼓軸線平等刀具環(huán)行排列，分徑向、軸向兩種取刀方式，其刀座結構不同。這種鼓式刀庫結構簡軸向兩種取刀方式，其刀座結構不同。這種鼓式刀庫結構簡單應用較多，適用于刀庫容量較小的情況。為增加刀庫空間單應用較多，適用于刀庫容量較小的情況。為增加刀庫空間利用率，可采用雙

9、環(huán)或多環(huán)排列刀具的形式。但鼓直徑增大，利用率，可采用雙環(huán)或多環(huán)排列刀具的形式。但鼓直徑增大，轉(zhuǎn)動慣量就增加，選刀時間也較長。如轉(zhuǎn)動慣量就增加，選刀時間也較長。如圖圖4-6（a）、（b）所示為鼓式刀庫。所示為鼓式刀庫。返回上一頁 下一頁4.2 4.2 刀庫刀庫2. 鏈式刀庫鏈式刀庫如如圖圖4-7所示為鏈式刀庫，通常刀具容量比盤式的要大，結所示為鏈式刀庫，通常刀具容量比盤式的要大，結構也比較靈活和緊湊，常為軸向換刀。鏈環(huán)可根據(jù)機床的布構也比較靈活和緊湊，常為軸向換刀。鏈環(huán)可根據(jù)機床的布局配置成各種形狀，也可將換刀位置刀座突出以利于換刀。局配置成各種形狀，也可將換刀位置刀座突出以利于換刀。另外還可以

10、采用加長鏈帶方式加大刀庫的容量，也可采用鏈另外還可以采用加長鏈帶方式加大刀庫的容量，也可采用鏈帶折疊加繞的方式提高空間利用率，在要求刀具容量很大時帶折疊加繞的方式提高空間利用率，在要求刀具容量很大時還可以采用多條鏈帶結構。還可以采用多條鏈帶結構。3. 格子盒式刀庫格子盒式刀庫（1）固定型格子盒式刀庫）固定型格子盒式刀庫刀具分幾排直線排列，由縱橫向移動的取刀機械手完成選刀刀具分幾排直線排列，由縱橫向移動的取刀機械手完成選刀運動，將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上，由換刀機運動，將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上，由換刀機械手交換刀具。由于刀具排列密集，空間利用率高，刀庫容械手交換刀具。由于刀

11、具排列密集，空間利用率高，刀庫容量大。量大。返回上一頁 下一頁4.2 4.2 刀庫刀庫（2 2）非固定型格子盒式刀庫）非固定型格子盒式刀庫可換主軸箱的加工中心刀庫由多個刀匣組成，可直線運動，可換主軸箱的加工中心刀庫由多個刀匣組成，可直線運動，刀匣可以從刀庫中垂直提出。刀匣可以從刀庫中垂直提出。 4.2.2 4.2.2 刀庫的容量刀庫的容量刀庫的容量首先要考慮加工工藝的分析的需要。一般情況下，刀庫的容量首先要考慮加工工藝的分析的需要。一般情況下，并不是刀庫中的刀具越多越好，太大的容量會增加刀庫的尺并不是刀庫中的刀具越多越好，太大的容量會增加刀庫的尺寸和占地面積，使選刀過程時間增長。例如，立式加工

12、中心寸和占地面積，使選刀過程時間增長。例如，立式加工中心的主要工藝為鉆、銑。的主要工藝為鉆、銑。下一頁 返回上一頁4.2 4.2 刀庫刀庫統(tǒng)計了統(tǒng)計了1500015000種工件，按成組技術分析，各種加工刀具所必需種工件，按成組技術分析，各種加工刀具所必需的刀具數(shù)的結果是：的刀具數(shù)的結果是：4 4把刀的容量就可以完成把刀的容量就可以完成95%95%左右的銑削左右的銑削工藝，工藝，1010把孔加工刀具可完成把孔加工刀具可完成70%70%的鉆削工藝，因此，的鉆削工藝，因此，1414把刀把刀的容量就可完成的容量就可完成7070以上的工件鉆削工藝。如果從完成工件的以上的工件鉆削工藝。如果從完成工件的全部

13、加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計，所得結果是全部加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計，所得結果是80%80%的工件完成全的工件完成全部加工任務所需的刀具數(shù)在部加工任務所需的刀具數(shù)在4040種以下，所以一般的中小型立種以下，所以一般的中小型立式加工中心配式加工中心配14301430把刀具的刀庫就能夠滿足把刀具的刀庫就能夠滿足70%95%70%95%的工件的工件加工需要。加工需要。上一頁 下一頁 返回4.2 4.2 刀庫刀庫4.2.3 4.2.3 刀庫結構刀庫結構1. 1. 圓盤式刀庫的結構圓盤式刀庫的結構如如圖圖4-94-9（a a）、（）、（b b）所示為圓盤式刀庫的結構圖，可容納所示為圓盤式刀庫的結構圖，可容納40

14、40把刀具，如把刀具，如圖圖4-94-9（a a）為刀庫的驅(qū)動裝置，由液壓馬達驅(qū)動，為刀庫的驅(qū)動裝置，由液壓馬達驅(qū)動，通過蝸桿通過蝸桿4 4蝸輪蝸輪5 5、端齒離合器、端齒離合器2 2和和3 3帶動與圓盤帶動與圓盤1313相連的軸相連的軸1 1轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。如動。如圖圖4-94-9（b b）所示，圓盤所示，圓盤1313上均勻分布上均勻分布4040個刀座個刀座9 9，其外，其外側(cè)邊緣上有相應的側(cè)邊緣上有相應的4040個刀座編碼板個刀座編碼板8 8。在刀庫的下方裝有固定。在刀庫的下方裝有固定不動的刀座號讀取裝置不動的刀座號讀取裝置7 7。當圓盤。當圓盤1313轉(zhuǎn)動時，刀座號板轉(zhuǎn)動時，刀座號板8 8依次依

15、次經(jīng)過刀座號讀取裝置，并讀出各刀座的編號，與輸入指令相經(jīng)過刀座號讀取裝置，并讀出各刀座的編號，與輸入指令相比較，當找到所要求的刀座號時，即發(fā)出信號，液壓缸比較，當找到所要求的刀座號時，即發(fā)出信號，液壓缸6 6右腔右腔進入高壓油，使端齒離合器進入高壓油，使端齒離合器2 2和和3 3脫開，使圓盤脫開，使圓盤1313處于浮動狀處于浮動狀態(tài)。態(tài)。下一頁 返回上一頁4.2 4.2 刀庫刀庫同時液壓缸同時液壓缸12前腔的高壓油通路被切斷，并使其與回油箱連前腔的高壓油通路被切斷，并使其與回油箱連通，在彈簧通，在彈簧10的作用下，液壓缸的作用下，液壓缸12的活塞桿帶著定位的活塞桿帶著定位V形塊形塊14使圓盤使

16、圓盤13定位，以便換刀裝置換刀。這種方法，裝置比定位，以便換刀裝置換刀。這種方法，裝置比較簡單，總體布局比較緊湊，但圓盤直徑較大，轉(zhuǎn)動慣量大，較簡單，總體布局比較緊湊，但圓盤直徑較大，轉(zhuǎn)動慣量大，且由于刀庫離主軸較遠，因此，要采用中間援裝置來換刀。且由于刀庫離主軸較遠，因此，要采用中間援裝置來換刀。2. 鏈式庫的結構鏈式庫的結構如如圖圖4-10所示為方形鏈式刀庫的典型結構示意圖。主動鏈所示為方形鏈式刀庫的典型結構示意圖。主動鏈輪由伺服電動機通過蝸輪減速裝置驅(qū)動。這種傳動方式，不輪由伺服電動機通過蝸輪減速裝置驅(qū)動。這種傳動方式，不僅在鏈式刀庫中采用，其他形式的刀庫傳動中，也多采用。僅在鏈式刀庫中

17、采用，其他形式的刀庫傳動中，也多采用。下一頁上一頁返回4.2 4.2 刀庫刀庫4.2.4 刀庫的轉(zhuǎn)位刀庫的轉(zhuǎn)位刀庫轉(zhuǎn)位機構同伺服電動機通過消隙齒輪刀庫轉(zhuǎn)位機構同伺服電動機通過消隙齒輪1、2帶動蝸輪帶動蝸輪4使使刀庫轉(zhuǎn)動，如刀庫轉(zhuǎn)動，如圖圖4-12所示。蝸桿為右旋以導程式蝸桿，可所示。蝸桿為右旋以導程式蝸桿，可以用軸向移動的方法來調(diào)整蝸輪副的間隙。壓蓋以用軸向移動的方法來調(diào)整蝸輪副的間隙。壓蓋5內(nèi)孔螺紋內(nèi)孔螺紋與套與套6相配合，轉(zhuǎn)動套相配合，轉(zhuǎn)動套6即可調(diào)整蝸桿的軸向位置，也就調(diào)整即可調(diào)整蝸桿的軸向位置，也就調(diào)整了蝸輪副的間隙。調(diào)整好后用螺母了蝸輪副的間隙。調(diào)整好后用螺母7鎖緊。鎖緊。刀庫的最大

18、轉(zhuǎn)角為刀庫的最大轉(zhuǎn)角為1800，根據(jù)所換刀具的位置決定正轉(zhuǎn)或反，根據(jù)所換刀具的位置決定正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)、由控制系統(tǒng)自動判別，以使找刀路徑最短。每次轉(zhuǎn)角大轉(zhuǎn)、由控制系統(tǒng)自動判別，以使找刀路徑最短。每次轉(zhuǎn)角大小由位置控制系統(tǒng)控制，進行粗定位，最后由定位銷精確定小由位置控制系統(tǒng)控制，進行粗定位，最后由定位銷精確定位。位。返回上一頁4.3 機械手機械手4.3.1 4.3.1 機械手的形式與種類機械手的形式與種類1. 1. 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手（單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手（圖圖4-144-14（a a） ）這種機械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度進行自動換刀，手臂這種機械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度進行自動換刀，手臂上只有

19、一個夾爪，不論在刀庫上或在主軸上，均靠這一個夾上只有一個夾爪，不論在刀庫上或在主軸上，均靠這一個夾爪來裝刀及卸刀，因此換刀時間較長。爪來裝刀及卸刀，因此換刀時間較長。2. 2. 單臂雙爪擺動式機械手（單臂雙爪擺動式機械手（圖圖4-144-14（b b） ）這種機械手的手臂上有兩個夾爪，兩上夾爪有所分工，一個這種機械手的手臂上有兩個夾爪，兩上夾爪有所分工，一個夾爪只執(zhí)行從主軸上取下夾爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀舊刀”送回刀庫的任務。另一個送回刀庫的任務。另一個夾爪則執(zhí)行由刀庫取出夾爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀新刀”送到主軸的任務。其換刀時送到主軸的任務。其換刀時間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機械手要少。間較上述單

20、爪回轉(zhuǎn)式機械手要少。下一頁 返回4.3 機械手機械手3. 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手（單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手（圖圖4-14（c） ）這種機械手的手臂兩端各有一個夾爪，兩個夾爪可同時抓取這種機械手的手臂兩端各有一個夾爪，兩個夾爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)刀庫及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)1800后，又同時將刀具放回刀庫后，又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。換刀時間較以上兩種單臂機械手均短，是最常及裝入主軸。換刀時間較以上兩種單臂機械手均短，是最常用的一種形式。圖（用的一種形式。圖（c）右邊的一種機械手在抓取刀具或?qū)⒌叮┯疫叺囊环N機械手在抓取刀具或?qū)⒌毒咚腿氲稁旒爸鬏S時，兩臂可伸縮。具送入刀庫及主軸時，兩臂可

21、伸縮。4. 雙機械手（雙機械手（圖圖4-14（d） ）這種機械手相當于兩個單爪機械手，相互配合起來進行自動這種機械手相當于兩個單爪機械手，相互配合起來進行自動換刀。其中一個機械手從主軸上取下?lián)Q刀。其中一個機械手從主軸上取下“舊刀舊刀”送回刀庫；另送回刀庫；另一個機械手由刀庫里取出一個機械手由刀庫里取出“新刀新刀”裝入機床主軸。裝入機床主軸。下一頁 返回上一頁4.3 機械手機械手5. 5. 雙臂往復交叉機械手（雙臂往復交叉機械手（圖圖4-144-14（e e） ）這種機械手的兩手臂可以往復運動，并交叉成一定的角度。這種機械手的兩手臂可以往復運動，并交叉成一定的角度。一個手臂從主軸上取下一個手臂從

22、主軸上取下“舊刀舊刀”送回刀庫，另一個手臂由刀送回刀庫，另一個手臂由刀庫取出庫取出“新刀新刀”裝入主軸。整個機械手可沿某導軌直線移動裝入主軸。整個機械手可沿某導軌直線移動或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)刀庫與主軸間的運刀運動。或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)刀庫與主軸間的運刀運動。6. 6. 雙臂端兩夾緊機械手（雙臂端兩夾緊機械手（圖圖4-144-14（f f） ）這種機械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機械手這種機械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機械手均靠夾緊刀柄的外圓表面以抓取刀具，這種機械手則夾緊刀均靠夾緊刀柄的外圓表面以抓取刀具，這種機械手則夾緊刀柄的兩個端面。柄的兩個端面。下一頁 返回

23、上一頁4.3 機械手機械手4.3.2 常用換刀機械手常用換刀機械手1. 單臂雙爪式機械手單臂雙爪式機械手單臂雙爪式機械手，也叫扁擔式機械手，它是目前加工中心單臂雙爪式機械手，也叫扁擔式機械手，它是目前加工中心上用得較多的一種。這種機械手的拔刀、插刀動作，大都由上用得較多的一種。這種機械手的拔刀、插刀動作，大都由液壓缸來完成。根據(jù)結構要求，可以采取液壓缸動，活塞固液壓缸來完成。根據(jù)結構要求，可以采取液壓缸動，活塞固定；或活塞動，液壓缸固定的結構形式。而手臂的回轉(zhuǎn)動作，定；或活塞動，液壓缸固定的結構形式。而手臂的回轉(zhuǎn)動作，則通過活塞的運動帶動齒條齒輪傳動來實現(xiàn)。機械手臂的不則通過活塞的運動帶動齒條

24、齒輪傳動來實現(xiàn)。機械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度，由活塞的可調(diào)行程來保證。同回轉(zhuǎn)角度，由活塞的可調(diào)行程來保證。2. 雙臂單爪交叉型機械手雙臂單爪交叉型機械手由北京機床研究所開發(fā)和生產(chǎn)的由北京機床研究所開發(fā)和生產(chǎn)的JCS013臥式加工中心，所臥式加工中心，所用換刀機械手就是雙臂單爪交叉型機械手，如用換刀機械手就是雙臂單爪交叉型機械手，如圖圖4-16所示。所示。下一頁 返回上一頁4.3 機械手機械手3. 3. 單臂雙爪且手臂回轉(zhuǎn)軸與主軸成單臂雙爪且手臂回轉(zhuǎn)軸與主軸成45450 0的機械手的機械手機械手結構如機械手結構如圖圖4-174-17所示。所示。這種機械手換刀動作可靠，換刀時間短。缺點是刀柄精度要這種機

25、械手換刀動作可靠，換刀時間短。缺點是刀柄精度要求高，結構復雜，聯(lián)機調(diào)整的相關精度要求高，機械手離加求高，結構復雜，聯(lián)機調(diào)整的相關精度要求高，機械手離加工區(qū)較近。工區(qū)較近。4.3.3 4.3.3 手爪形式手爪形式1. 1. 鉗形手的杠桿手爪鉗形手的杠桿手爪如如圖圖4-184-18所示。圖中的鎖銷所示。圖中的鎖銷2 2在彈簧作用下，其大直徑外圓頂在彈簧作用下，其大直徑外圓頂著止退銷著止退銷3 3，杠桿手爪，杠桿手爪6 6就能夠擺動、放開，刀具就能裝入和就能夠擺動、放開，刀具就能裝入和取出。這種手爪均為直線運動抓刀。取出。這種手爪均為直線運動抓刀。下一頁 返回上一頁4.3 機械手機械手2. 刀庫夾爪

26、刀庫夾爪刀庫夾爪既起著刀套作用，又起著手爪的作用。如刀庫夾爪既起著刀套作用，又起著手爪的作用。如圖圖4-19所示為刀庫夾爪圖。所示為刀庫夾爪圖。4.3.4 4.3.4 機械手結構原理機械手結構原理如如圖圖4-20所示，機械手結構及工作原理如下。所示，機械手結構及工作原理如下。機械手有兩對抓刀爪，分別由液壓缸機械手有兩對抓刀爪，分別由液壓缸1驅(qū)動其動作。當液壓驅(qū)動其動作。當液壓缸推動機械手抓刀爪外伸時，抓刀爪上的銷軸缸推動機械手抓刀爪外伸時，抓刀爪上的銷軸3在支架上的在支架上的導向槽導向槽2向滑動，使抓刀繞銷向滑動，使抓刀繞銷4擺動，抓刀爪合攏抓住刀具；擺動，抓刀爪合攏抓住刀具；當液壓缸間縮時，

27、支架當液壓缸間縮時，支架2上的導向槽迫使抓刀爪張開，放松上的導向槽迫使抓刀爪張開，放松刀具。由于抓刀動作由機械機構實現(xiàn)，且能自鎖，因此工作刀具。由于抓刀動作由機械機構實現(xiàn)，且能自鎖，因此工作安全可靠安全可靠.下一頁 返回上一頁4.3 機械手機械手4.3.5 4.3.5 機械手的驅(qū)動機構機械手的驅(qū)動機構如如圖圖4-214-21所示為機械手的驅(qū)動機構。汽缸所示為機械手的驅(qū)動機構。汽缸1 1通過桿通過桿6 6帶動機械帶動機械手臂升降。當機械手在上邊位置時，液壓缸手臂升降。當機械手在上邊位置時，液壓缸4 4通過齒條通過齒條2 2、齒、齒輪輪3 3、傳動盤、傳動盤5 5、桿、桿6 6帶動機械手臂回轉(zhuǎn)；當

28、機械手在下邊位置帶動機械手臂回轉(zhuǎn)；當機械手在下邊位置時，汔缸時，汔缸7 7通過齒條通過齒條9 9、齒輪、齒輪8 8、傳動盤、傳動盤5 5和桿和桿6 6，帶動手臂回轉(zhuǎn)。，帶動手臂回轉(zhuǎn)。如如圖圖4-224-22所示為機械手臂和手爪結構圖。手臂的兩端各有一所示為機械手臂和手爪結構圖。手臂的兩端各有一手爪。刀具被帶彈簧手爪。刀具被帶彈簧1 1的活動銷的活動銷4 4緊靠著固定爪緊靠著固定爪5 5。鎖緊銷。鎖緊銷2 2被被彈簧彈簧3 3彈起，使活動銷彈起，使活動銷4 4被鎖位，不能后退，這就保證了在機被鎖位，不能后退，這就保證了在機械手運動過程中，手爪中的刀具不會被甩出。當手臂在上方械手運動過程中，手爪中

29、的刀具不會被甩出。當手臂在上方位置從裙位置轉(zhuǎn)過位置從裙位置轉(zhuǎn)過75750 0時鎖昆鎖時鎖昆鎖2 2被擋塊壓下，活動鎖被擋塊壓下，活動鎖4 4就可以就可以活動，使得機械手可以抓住主軸和刀套中的刀具?；顒?，使得機械手可以抓住主軸和刀套中的刀具。返回上一頁4.4 自動換刀裝置自動換刀裝置4.4.1 4.4.1 數(shù)控車床刀架數(shù)控車床刀架1. 1. 數(shù)控車床四方刀架數(shù)控車床四方刀架數(shù)控車床四方刀架可以安裝四把不同的刀具，轉(zhuǎn)位信號由加工程數(shù)控車床四方刀架可以安裝四把不同的刀具，轉(zhuǎn)位信號由加工程序指定。如序指定。如圖圖4-234-23所示為所示為LD4BLD4B型刀架的外形尺寸。型刀架的外形尺寸。在數(shù)控車床

30、刀架安裝和高度完成后，刀架的工作順序應按照如在數(shù)控車床刀架安裝和高度完成后，刀架的工作順序應按照如圖圖4-244-24所示的步驟完成工作要求，同時需要相應的輔助機構來實現(xiàn)。所示的步驟完成工作要求，同時需要相應的輔助機構來實現(xiàn)。2.2.數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架如如圖圖4-264-26為數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架，它適用于盤類零件的加工。為數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架，它適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時，可以用四方回轉(zhuǎn)刀架。由于兩者底部安裝尺在加工軸類零件時，可以用四方回轉(zhuǎn)刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便。寸相同，更換刀架十分方便。如如圖圖4-264-26所示的數(shù)控車床六角

31、回轉(zhuǎn)刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通所示的數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，它的動作分為以下四個步驟。過電磁換向閥和順序閥進行控制，它的動作分為以下四個步驟。下一頁 返回4.4 自動換刀裝置自動換刀裝置3.3.盤形自動回轉(zhuǎn)刀架盤形自動回轉(zhuǎn)刀架如如圖圖4-274-27（a a）所示為所示為CK7815CK7815型數(shù)控車床采用的型數(shù)控車床采用的BA200LBA200L刀架結刀架結構圖。該刀架可配置構圖。該刀架可配置1212位、位、8 8位刀盤。位刀盤。A A、B B型回轉(zhuǎn)刀盤的外切型回轉(zhuǎn)刀盤的外切刀可使用刀可使用25mm X 150mm25mm X 150mm標準

32、、刀具和刀桿截面為標準、刀具和刀桿截面為25mm X 25mm 25mm X 25mm 的可調(diào)刀具，的可調(diào)刀具，C C型可用尺寸為型可用尺寸為 20mm X 20mm X 125mm 20mm X 20mm X 125mm 的標準的標準刀具。鏜刀桿直徑最大為刀具。鏜刀桿直徑最大為32mm 32mm 。4. 4. 電動機傳動的轉(zhuǎn)塔刀架電動機傳動的轉(zhuǎn)塔刀架如如圖圖4-284-28所示是一咱電動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架的結構圖。定位所示是一咱電動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架的結構圖。定位用的是三齒盤結構，如用的是三齒盤結構，如圖圖4-284-28（a a）所示。定齒盤所示。定齒盤3 3用螺釘及用螺釘及定位銷固定在刀架體

33、定位銷固定在刀架體4 4上。動齒盤上。動齒盤2 2用螺釘及定位銷緊固在中用螺釘及定位銷緊固在中心軸套心軸套1 1上，齒盤上，齒盤2 2、3 3對面有一個可軸向移動的齒盤對面有一個可軸向移動的齒盤5 5，齒長，齒長為以上二者之和。其沿軸向右移動，合齒定位、夾緊；其沿為以上二者之和。其沿軸向右移動，合齒定位、夾緊；其沿軸向右移時，松開脫齒。軸向右移時，松開脫齒。下一頁 返回上一頁4.4 自動換刀裝置自動換刀裝置5. 液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架如如圖圖4-29所示是數(shù)控車床的液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)塔刀架結構示意圖。所示是數(shù)控車床的液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)塔刀架結構示意圖。轉(zhuǎn)塔刀架用液壓缸夾緊，液壓馬達驅(qū)動分度，端齒

34、盤副定位。轉(zhuǎn)塔刀架用液壓缸夾緊，液壓馬達驅(qū)動分度，端齒盤副定位。6.車削中心用動力刀架車削中心用動力刀架如如圖圖4-30所示為意大利公司生產(chǎn)的適用于全功能數(shù)控車床所示為意大利公司生產(chǎn)的適用于全功能數(shù)控車床及車削中心的動力轉(zhuǎn)塔刀架。刀盤上既可以安裝各種非動力及車削中心的動力轉(zhuǎn)塔刀架。刀盤上既可以安裝各種非動力輔助刀夾夾持刀具進行加工，還可安裝動力刀夾進行主動切輔助刀夾夾持刀具進行加工，還可安裝動力刀夾進行主動切削，配合主機完成車、銑、鉆、鏜等各種復雜工序，實現(xiàn)加削，配合主機完成車、銑、鉆、鏜等各種復雜工序，實現(xiàn)加工程序自動化、高效化。工程序自動化、高效化。下一頁 返回上一頁4.4 自動換刀裝置自

35、動換刀裝置4.4.2 4.4.2 加工中心自動換刀裝置加工中心自動換刀裝置加工中心自動換刀裝置的形式通常分為由刀庫與機床主軸的加工中心自動換刀裝置的形式通常分為由刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換和采用機械手交換刀具兩類。自動換相對運動實現(xiàn)刀具交換和采用機械手交換刀具兩類。自動換刀裝置的形式和它們的具體結構對機床的生產(chǎn)率和工作可靠刀裝置的形式和它們的具體結構對機床的生產(chǎn)率和工作可靠性有直接的影響。性有直接的影響。1. 轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置用轉(zhuǎn)塔實現(xiàn)換刀是最早的自動換刀方式，如用轉(zhuǎn)塔實現(xiàn)換刀是最早的自動換刀方式，如圖圖4-32所示，所示，轉(zhuǎn)塔是由若干與銑床動力頭相連接的主軸組成

36、。在運動程序轉(zhuǎn)塔是由若干與銑床動力頭相連接的主軸組成。在運動程序之前將刀具分別裝入主軸，需要哪把刀具時，轉(zhuǎn)塔就軒到相之前將刀具分別裝入主軸，需要哪把刀具時，轉(zhuǎn)塔就軒到相應的位置。應的位置。下一頁 返回上一頁4.4 自動換刀裝置自動換刀裝置2. 1800回轉(zhuǎn)式找刀裝置回轉(zhuǎn)式找刀裝置最簡單的換刀裝置是最簡單的換刀裝置是1800回轉(zhuǎn)式找刀裝置，如回轉(zhuǎn)式找刀裝置，如圖圖4-33所示。所示。接到換刀指令后，機床控制系統(tǒng)便將主軸控制到指定換刀位接到換刀指令后，機床控制系統(tǒng)便將主軸控制到指定換刀位置；與此同時，刀具庫運動到適當位置，換刀裝置回轉(zhuǎn)并同置；與此同時，刀具庫運動到適當位置，換刀裝置回轉(zhuǎn)并同時與主軸

37、、刀具庫的刀具相配合；們桿從主軸刀具上卸掉，時與主軸、刀具庫的刀具相配合；們桿從主軸刀具上卸掉，換刀裝置將刀具從各自的位置上取下；換刀裝置回轉(zhuǎn)換刀裝置將刀具從各自的位置上取下；換刀裝置回轉(zhuǎn)1800并并將主軸刀具與刀具庫刀具帶走；換刀裝置回轉(zhuǎn)的同時，刀具將主軸刀具與刀具庫刀具帶走；換刀裝置回轉(zhuǎn)的同時，刀具庫重新調(diào)整其位置，以接受從主軸取下的刀具；接下來，換庫重新調(diào)整其位置，以接受從主軸取下的刀具；接下來，換刀裝置將要換上的妯具與卸下的刀具分別裝入主軸和刀辦庫；刀裝置將要換上的妯具與卸下的刀具分別裝入主軸和刀辦庫；最后，換刀裝置轉(zhuǎn)回原最后，換刀裝置轉(zhuǎn)回原“待命待命”位置。至此，換刀完成，程位置。至

38、此，換刀完成，程序繼續(xù)運行。這種換刀裝置的主要優(yōu)點是結構簡單、涉及的序繼續(xù)運行。這種換刀裝置的主要優(yōu)點是結構簡單、涉及的運動少、換刀快。主要缺點是刀具必須存入在與主軸平等的運動少、換刀快。主要缺點是刀具必須存入在與主軸平等的頰內(nèi)，與側(cè)置后置刀具庫相比之下，切屑及切削液易進入切頰內(nèi)，與側(cè)置后置刀具庫相比之下，切屑及切削液易進入切夾，因此必須對刀具另加防護。夾，因此必須對刀具另加防護。下一頁 返回上一頁4.4 自動換刀裝置自動換刀裝置3.3.回轉(zhuǎn)插入或換刀裝置回轉(zhuǎn)插入或換刀裝置回轉(zhuǎn)插入式找刀裝置，是回轉(zhuǎn)式換刀裝置的改進形式?；剞D(zhuǎn)回轉(zhuǎn)插入式找刀裝置，是回轉(zhuǎn)式換刀裝置的改進形式?；剞D(zhuǎn)插入機構是換刀裝置

39、與傳遞桿的組合。如插入機構是換刀裝置與傳遞桿的組合。如圖圖4-344-34為回轉(zhuǎn)插入為回轉(zhuǎn)插入式找刀裝置的工作原理，其應用在臥式加工中心上。這種換式找刀裝置的工作原理，其應用在臥式加工中心上。這種換刀裝置的結構設計與刀裝置的結構設計與1801800 0回轉(zhuǎn)式找刀裝置基本相同。回轉(zhuǎn)式找刀裝置基本相同。4. 4. 二軸轉(zhuǎn)動式換刀裝置二軸轉(zhuǎn)動式換刀裝置如如圖圖4-354-35所示是二軸轉(zhuǎn)動式換刀裝置的工作原理。這種換刀所示是二軸轉(zhuǎn)動式換刀裝置的工作原理。這種換刀裝置可用于側(cè)置或后置式刀具庫，共結構特點最適用于立式裝置可用于側(cè)置或后置式刀具庫，共結構特點最適用于立式加工中心。加工中心。下一頁 返回上一

40、頁4.4 自動換刀裝置自動換刀裝置5. 無機械手交換刀具方式無機械手交換刀具方式 無機械手交換刀具方式是利用刀庫與機床主軸的相對運動來無機械手交換刀具方式是利用刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換，要么刀具庫直接移到主軸位置，要么主軸直實現(xiàn)刀具交換，要么刀具庫直接移到主軸位置，要么主軸直接移至刀具庫。這種換刀方式結構簡單，成本低，換刀的可接移至刀具庫。這種換刀方式結構簡單，成本低，換刀的可靠性較高。這種換刀系統(tǒng)多為中、小型加工中心采用?？啃暂^高。這種換刀系統(tǒng)多為中、小型加工中心采用。XH754型臥式加工中心就是采用這種換刀方式。如型臥式加工中心就是采用這種換刀方式。如圖圖4-36所示為所示為

41、XH754型臥式加工中心換刀過程。型臥式加工中心換刀過程。6.機械手換刀機械手換刀采用機械手進行刀具交換方式在加工中心中應用最為廣泛。采用機械手進行刀具交換方式在加工中心中應用最為廣泛。機械手是當主軸上的民具完成一個工步后，把這一工步的刀機械手是當主軸上的民具完成一個工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一工步所需要的刀具從刀庫中取出來裝具送回刀庫，并把下一工步所需要的刀具從刀庫中取出來裝入主軸繼續(xù)進行加工的功能部件。入主軸繼續(xù)進行加工的功能部件。下一頁 返回上一頁4.4 自動換刀裝置自動換刀裝置對機械手的具體要求是迅速可靠，準確協(xié)調(diào)。由于不同的加對機械手的具體要求是迅速可靠，準確協(xié)調(diào)。由于

42、不同的加工中心的刀庫與主軸的相對位置不同，所以各種加工中心所工中心的刀庫與主軸的相對位置不同，所以各種加工中心所使用的換刀機械手也不盡相同。從手臂的類型來看，有單臂、使用的換刀機械手也不盡相同。從手臂的類型來看，有單臂、雙臂機械手，最常用的有如雙臂機械手，最常用的有如圖圖4-14所示的幾種結構形式。所示的幾種結構形式。對于立式加工中心，小型加工中心一般是刀庫移動實現(xiàn)換刀；對于立式加工中心，小型加工中心一般是刀庫移動實現(xiàn)換刀；一些大型的加工中心，換刀過程與上述有所不同，由于大型一些大型的加工中心，換刀過程與上述有所不同，由于大型機床的刀具庫太大，移動不方便，所以是主軸移動實現(xiàn)卸、機床的刀具庫太大

43、，移動不方便，所以是主軸移動實現(xiàn)卸、裝刀具，或使用機械手實現(xiàn)換刀。如裝刀具，或使用機械手實現(xiàn)換刀。如圖圖4-15所示為機械手所示為機械手臂和手爪的結構，如臂和手爪的結構，如圖圖4-37所示為機械手換刀的工作過程。所示為機械手換刀的工作過程。返回上一頁4.5 刀庫自動換發(fā)過程與換刀實例刀庫自動換發(fā)過程與換刀實例4.5.1 刀庫自動換刀過程刀庫自動換刀過程如如圖圖4-38所示為所示為VMC-15加工中心刀庫結構示意圖。加工中心刀庫結構示意圖。1. 刀具自動換刀的動作過程刀具自動換刀的動作過程如果把主軸上的如果把主軸上的6號刀換成號刀換成8號刀，其過程如下：號刀，其過程如下：（1）主軸上的）主軸上的

44、6號九裝入刀庫中的號九裝入刀庫中的6號刀位號刀位主軸箱回零，即位于換刀位置。主軸箱回零，即位于換刀位置。主軸停止轉(zhuǎn)動，且軸向定位停止。主軸停止轉(zhuǎn)動，且軸向定位停止。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，電動機數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，電動機6轉(zhuǎn)動，通過槽輪套轉(zhuǎn)動，通過槽輪套3帶動帶動馬氏槽輪馬氏槽輪10間歇轉(zhuǎn)位，直至間歇轉(zhuǎn)位，直至6號空刀位對準主軸方向，接近號空刀位對準主軸方向，接近開關開關5發(fā)出的位信號，電動機發(fā)出的位信號，電動機6停止轉(zhuǎn)動。停止轉(zhuǎn)動。下一頁 返回4.5 刀庫自動換發(fā)過程與換刀實例刀庫自動換發(fā)過程與換刀實例得到接近開關的得到接近開關的5的信號同時，電動機的信號同時，電動機19啟動，通過帶輪啟動，

45、通過帶輪20，15及傳動帶及傳動帶21，帶動杠桿，帶動杠桿12轉(zhuǎn)動。由于杠桿轉(zhuǎn)動。由于杠桿12前的前的銷子插入支架銷子插入支架13的長槽中，而支架的長槽中，而支架13又與電動機又與電動機6的支架的支架8由螺釘固定為一體，為此杠桿由螺釘固定為一體，為此杠桿12的轉(zhuǎn)動使刀盤的轉(zhuǎn)動使刀盤11的的6號刀位號刀位裝刀槽中，此時接近開關裝刀槽中，此時接近開關16發(fā)出信號，表示裝刀完畢。發(fā)出信號，表示裝刀完畢。主軸中的松刀汽缸作用，放松主軸中的松刀汽缸作用，放松6號刀具，主軸箱上移至特號刀具，主軸箱上移至特定位置。這樣完成了主軸上的定位置。這樣完成了主軸上的6號刀裝入刀庫的全部動作。號刀裝入刀庫的全部動作。

46、（2）將刀庫中的）將刀庫中的8號刀具裝入主軸號刀具裝入主軸主軸箱上移后發(fā)出信號，電動機主軸箱上移后發(fā)出信號，電動機6轉(zhuǎn)動，馬氏槽輪轉(zhuǎn)動，馬氏槽輪10轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位，由于數(shù)控系統(tǒng)設置刀號為順時針排序，因此這時馬氏槽輪由于數(shù)控系統(tǒng)設置刀號為順時針排序，因此這時馬氏槽輪10逆時針轉(zhuǎn)至逆時針轉(zhuǎn)至8號刀位，即號刀位，即8號刀具位于主軸下端，接近開關號刀具位于主軸下端，接近開關5發(fā)出到位信號，電動機發(fā)出到位信號，電動機6停止轉(zhuǎn)動。停止轉(zhuǎn)動。下一頁 返回上一頁4.5 刀庫自動換發(fā)過程與換刀實例刀庫自動換發(fā)過程與換刀實例主軸箱下移，使主軸箱下移，使8號刀具的刀柄插入主軸孔內(nèi)，放松汽缸，號刀具的刀柄插入主軸孔內(nèi)，放松汽缸，則刀具靠碟彈簧的恢復力夾緊于主軸