第四章刀具自動化

1第四章刀具自動化

刀具是金屬切削加工中不可缺少的工具之一，無論是普通機床，還是先進的數(shù)控機床、加工中心機床以及柔性制造系統(tǒng)，都必須通過刀具才能完成切削加工。

刀具自動化：是加工設備在切削過程中自動完成選刀、換刀、對刀、走刀等工作過程。22.自動化刀具的類型及選用

類型：分為標準刀具和專用刀具兩大類。在以自動生產(chǎn)線為代表的剛性自動化生產(chǎn)中，應盡可能提高刀具的專用化程度，以取得最佳的效益。在以數(shù)控機床、加工中心為主體構(gòu)成的柔性自動化加工系統(tǒng)中，為了提高加工的適應性，同時考慮到加工設備的刀庫容量有限，應盡量減少使用專用刀具，而選用通用標準刀具、刀具標準組合件或模塊式刀具。3常用的種類： 可轉(zhuǎn)位車刀、高速鋼麻花鉆、機夾扁鉆、擴孔鉆、鉸刀、鏜刀、立銑刀、面銑刀、絲錐和各種復合刀具等4刀具的選用要考慮的因素有：刀具的使用條件；被加工工件材料與尺寸；刀具的斷屑情況；刀具和刀片的生產(chǎn)供應；刀具的結(jié)構(gòu)型式。5刀具的選用原則如下：

1）為了提高刀具的耐用度和可靠性，應盡量選用各種高性能、高效率、長壽命的刀具材料制成的刀具。

2）應選用機夾可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)。

3）為了集中工序，提高生產(chǎn)率及保證加工精度，應盡可能采用復合刀具。

4）應盡量采用各種高效刀具。6二、自動化刀具裝夾機構(gòu)自動化刀具裝夾機構(gòu)的作用：

充分發(fā)揮自動化加工設備應有的效率，實現(xiàn)快速自動換刀。方法：必須要配備一套標準的裝夾機構(gòu)，建立一套標準的工具系統(tǒng)。工具系統(tǒng)：是針對數(shù)控機床要求與之配套的刀具必須可快換、高效切削而發(fā)展起來的，是刀具與機床的接口。7工具系統(tǒng)的分類：鏜銑類數(shù)控機床用工具系統(tǒng)（簡稱”TSG”系統(tǒng)）車床類數(shù)控機床用工具系統(tǒng)（簡稱“BTS”系統(tǒng)）可同時適應數(shù)控車削和數(shù)控鏜銑加工的工具系統(tǒng)。8

數(shù)控銑床、加工中心用刀具工具柄部自動化刀具的組成：由與機床主軸孔相適應的工具柄部、與工具柄部相聯(lián)接的工具裝夾部分和各種刀具部分組成

在數(shù)控銑床、加工中心類機床上一般都采用7:24圓錐柄工具。不自鎖，換刀比較方便，并且與直柄相比有較高的定心精度和較高的剛性。對于有自動換刀裝置的加工中心類機床，在加工工件時主軸上的工具要頻繁地更換，為了達到較高的換刀精度,

工具柄部必須有較高的制造精度9工具系統(tǒng)的組成：主要由刀具的柄部（刀柄）、接桿（接柄）和夾頭等部分組成。工具系統(tǒng)中規(guī)定了刀具與裝夾工具的結(jié)構(gòu)、尺寸系列及其連接形式。更完善的工具系統(tǒng)還包括自動換刀裝置、刀庫、刀具識別裝置和刀具自動檢測裝置等。101.數(shù)控車削加工的刀具裝夾結(jié)構(gòu)車削加工的工具系統(tǒng)的組成：

由機床刀架、刀夾基座及其快換刀夾和預調(diào)刀頭等組成。

111213柄式夾持持(軸向夾持持)1-活動爪2-軸3-擋銷4-鎖緊銷5-調(diào)整螺栓栓6-彈簧柱塞塞7-固定爪2．數(shù)控鏜鏜銑加工工工具系系統(tǒng)刀具的夾夾持141-拉桿，2-刀柄3-法蘭盤4-帶洼形肩肩面法蘭盤式式夾持15ISO7388及DIN69871

的A型拉釘

ISO7388及DIN69871

的B型拉釘

MASBT拉釘拉釘：帶螺紋的的零件，，連接在在各種工工具柄的的尾端，，作為鏜鏜銑主軸軸拉刀固固定用。。162．數(shù)控鏜鏜銑加工工工具系系統(tǒng)數(shù)控鏜銑銑加工工工具系統(tǒng)統(tǒng)有整體和模塊兩種不同同的結(jié)構(gòu)構(gòu)型式。。整體式結(jié)結(jié)構(gòu)的特特點：是工具的柄柄部與夾持工具的工作部分分連成一體體；因此此不同品種種和規(guī)格格的工作部分分都必須加加工出一一個能與機床連連接的柄部；缺點：致使工具具的規(guī)格格、品種種繁多，，給生產(chǎn)產(chǎn)、使用用和管理理都帶來來不便。。用途：用于刀具裝裝配中裝夾不改改變，或不宜使用用模塊式式刀柄的場合。。17鏜銑類整整體式工工具系統(tǒng)統(tǒng)組成18柄桿與刀刀具的聯(lián)聯(lián)接19模塊式工工具系統(tǒng)統(tǒng)的機構(gòu)構(gòu)特點：：把工具的柄柄部和工作部分分分割開來來，制成各各種系列化的的模塊，然后經(jīng)經(jīng)過不同同規(guī)格的的中間模塊塊，可組裝成一套套不不同規(guī)格格的工具。既便于制造造、使用用與保管管，又能以以最少工具庫庫存來滿足不同同零件的加工要要求，因因而它代代表了工工具系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)展的的總趨趨勢。各模塊的的聯(lián)接采采用短圓圓錐定位位，中心心螺釘拉拉緊。屬于這類類工具系系統(tǒng)的還還有德國國的Komet公司的ABS工具系統(tǒng)統(tǒng)，瑞典典Sandvik公司的Varilock工具系統(tǒng)統(tǒng)等。20鏜銑類模模塊式工工具系統(tǒng)統(tǒng)組成21模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)的工具具系統(tǒng)主柄聯(lián)接桿工作頭22通過將基本刀柄柄、接桿和加長桿(如需要)進行組合，能組成成很多種種類的刀刀柄。2324TMG21工具系統(tǒng)統(tǒng)25第二節(jié)自自動化換換刀系統(tǒng)統(tǒng)為了提高高數(shù)控機機床的加加工效率率，除了了要提高高切削速速度，減減少非切切削時間間也非常常重要，，現(xiàn)代數(shù)控控機床正正向著工工件在一一臺機床床上一次次裝夾可可完成多多道工序序或全部部工序加加工的方方向發(fā)展展，這些多工工序加工工的數(shù)控控機床在在加工過過程中需需使用多種刀刀具，因此必須須有自動換刀裝裝置，以便選用不同的的刀具來完成不同同工序的加加工。能夠自動地地更換加工工中所用刀刀具的裝置置稱為自動動換刀裝置置（AutomaticToolChanger,簡稱ATC）。26一、換刀裝裝置的類型型和組成1.主軸與刀庫庫合為一體體的自動換換刀裝置2.主軸與刀庫庫分離的自自動換刀裝裝置二、刀庫1.刀庫類型2.刀具的選擇擇方式3.刀具運送裝裝置4.刀具的識別別三、自動化化換刀機構(gòu)構(gòu)1．回轉(zhuǎn)刀架架2.通過主軸換換刀3.利用機械手手換刀27一、換刀裝裝置的類型型和組成常用的自動動換刀裝置置有如下幾幾種形式：：1.主軸與刀庫庫合為一體體的自動換換刀裝置———(轉(zhuǎn)塔頭式換換刀裝置)若干根主軸軸安裝在一一個可以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)塔塔頭上，每每根主軸對對應裝有一一把可以旋旋轉(zhuǎn)的刀具具。根據(jù)加工要要求可以依依次將裝有有所需刀具具的主軸轉(zhuǎn)28水平轉(zhuǎn)軸自自動換刀裝裝置其工序為：1—粗車外圓，，2—鉆孔，3—精車外圓，，4—鏜孔，5—外圓切槽，，6—內(nèi)孔切槽，，7—車螺紋，8—精鏜孔每道工序所所使用的是是通用刀具具。為實現(xiàn)現(xiàn)刀具的預預調(diào)和快速速裝夾，應應具有專用用刀夾和刀刀夾與主軸軸的連接基29多主軸轉(zhuǎn)塔塔頭結(jié)構(gòu)8軸立式轉(zhuǎn)塔塔頭10工位車削中中心轉(zhuǎn)塔頭頭30特點：主軸轉(zhuǎn)塔頭頭可看作是是一個轉(zhuǎn)塔塔刀庫，它它的結(jié)構(gòu)簡簡單，換刀刀時間短，，僅為2s左右。但由于受到到空間位置置的限制，，主軸數(shù)目目不能太多多，主軸部部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度也有有所下降，，用途：只適用與工工序較少，，精度要求求不太高的的數(shù)控機床床，如數(shù)控控鉆床、數(shù)數(shù)控銑床等等。312.主軸與刀庫庫分離的自自動換刀裝裝置———刀庫式自動動換刀裝置置組成：刀庫、刀具具交換裝置置以及主軸等組成。配備有獨立立的刀庫，，存放較多的的刀具，以以適應復雜雜零件的多多工序加工工；只有一根主主軸，全部刀具都都應具有統(tǒng)一的標準準刀柄，由主軸上的刀刀具自動裝裝卸機構(gòu)來保證刀具的自動動更換；當需要某一刀刀具進行切削加加工時，將將該刀具自動從從刀庫交換換到主軸上上，切削完畢畢后又將用用過的刀具具自動地從從主軸上取取下放回刀刀庫裝夾裝置32刀庫自動換刀裝裝置刀具傳送裝裝置識刀裝置自動換刀系系統(tǒng)的組成成：33刀庫是自動動換刀系統(tǒng)統(tǒng)中最主要要的裝置之之一功能：貯存各種加加工工序所所需的刀具具；按程序指令令，快速、、準確地將將刀庫中的空空刀位和待用刀具送到預定位位置；接受主軸換換下的刀具具和便于刀刀具交換裝裝置進行換換刀。刀庫的容量量、布局以以及具體結(jié)結(jié)構(gòu)對數(shù)控機床床的總體布局和性能有很大影響響。二、刀庫主軸換刀341.刀庫類型常用刀庫有有盤式刀庫鏈式刀庫格子式刀庫庫35盤形刀庫盤式刀庫結(jié)結(jié)構(gòu)簡單、、緊湊，在在鉆削中心心上應用較較多。一般般存放刀具具數(shù)目較少少。有徑向取刀刀式和軸軸向取刀式式36各種鏈式刀刀庫a）單環(huán)鏈式式（b）多環(huán)鏈式式（c）折疊鏈式式鏈式刀庫37鏈式刀庫鏈式刀庫是是在環(huán)形鏈鏈條上裝有有許多刀座座，刀座的的孔中裝夾夾各種刀具具，鏈條由由鏈輪驅(qū)動動。鏈式刀庫有有單環(huán)鏈式式和多環(huán)鏈鏈式等幾種種。當鏈條較長長時，可以以增加支承承鏈輪的數(shù)數(shù)目，使鏈鏈條折疊回回繞，提高高空間利用用率。38格子盒式刀刀庫刀具分幾排排直線排列列，由縱、、橫向移動動的取刀機機械手完成成選刀運動動，將選取取的刀具送送到固定的的換刀位置置刀座上，，有換刀機機械手交換換刀具。這這種形式刀刀具排列密密集，空間間利用率高高，刀庫容容量大。固定型格子盒盒式刀庫392.刀具的選擇方式按數(shù)控裝置的的刀具選擇指指令，從刀庫庫中挑選各工工序所需要的的刀具的操作作稱為自動選刀。常用的選刀方方式：有順序選刀任意選刀40（1）順序選刀—將刀具按加工工工序的順序序，一次放入入刀庫的每一一個刀座內(nèi)，，刀具順序不不能搞錯。使用時按加工工順序指令一一一取用。當加工工件改改變時，刀具具在刀庫上的的排列順序也也要改變。缺點：同一工件上的的相同刀具不能能重復使用，因此刀具的的數(shù)量增加，，降低了刀具具和刀庫的利利用率，優(yōu)點：它的控制以及刀庫庫的運動等比較簡單。。41（2）任意選刀——預先把刀庫中中每把刀具（（或刀座）都都編上代碼，，按照編碼選選刀。加工時，根據(jù)程序指令令的要求任意意選擇所需要要的刀具，刀刀具在刀庫中中可以不按加加工順序而任任意存放，利利用控制系統(tǒng)統(tǒng)來識別、記記憶所有的刀刀具和刀座。。通用性較強，，相同的刀具具在工件一次次裝夾中可重重復使用。。423.刀具運送裝置置當?shù)稁烊萘枯^較大，布置得得離機床主軸軸較遠時，就就需要安排兩兩只機械手和和刀具運送裝裝置來完成新新舊刀具的交交換工作。一一只機械手靠靠近刀庫，稱稱后機械手，，完成拔刀和和插刀的動作作；另一只機機械手靠近主主軸，稱前機機械手，也完完成拔刀和插插刀的動作。。434.刀具的識別刀具的識別是是指自動換刀刀裝置對刀具具的識別，通通?？刹捎玫兜毒呔幋a法和和軟件記憶法法。（1）刀具編碼法法采用了一種特特殊的刀柄結(jié)結(jié)構(gòu)，并對每每把刀具進行行編碼。換刀刀時通過編碼碼識別裝置，，根據(jù)換刀指指令代碼，在在刀庫中尋找找所需要的刀刀具。44在刀柄尾部的的拉緊螺桿1上套裝著一組組等間隔的編編碼環(huán)3，并由鎖緊螺螺母2將它們固定。。編碼環(huán)的外徑有大小兩種不同的規(guī)規(guī)格，每個編碼環(huán)環(huán)的大小分別表示二進制制數(shù)的“1”和“0”。通過對兩種圓圓環(huán)的不同排排列，可以得得到一系列的的代碼。例如如圖中的7個編碼環(huán)，就就能夠區(qū)別出出127種刀具（27-1）。45編碼刀柄示意意圖1-編碼環(huán)2-鎖緊螺母3-拉緊螺每把刀具上都都帶有專用的的編碼系統(tǒng)，，刀具長度度加長，制造造困難，剛度度降低，刀庫庫和機械手的的結(jié)構(gòu)變復雜雜。4647（2）軟件記憶法法由于計算機技技術(shù)的發(fā)展．．可以利用軟軟件選刀．它它代替了傳統(tǒng)統(tǒng)的編碼環(huán)和和識刀器。在這種選刀刀與換刀的的方式中，，刀庫上的刀刀具能與主主軸上的刀刀具任意地地直接交換換，即隨機換換刀。主軸上換來來的新刀號號及還回刀刀庫上的刀刀具號，均均在PLC內(nèi)部相應地地存儲單元元記憶。隨機換刀控控制方式需需要在PLC內(nèi)部設置一一個模擬刀庫的的數(shù)據(jù)表，其長度和和表內(nèi)設置置的數(shù)據(jù)與與刀庫的位位置數(shù)和刀刀具號相對對應。48（2）軟件記憶憶法將刀庫上的的各個刀座編號，得到各個個刀座的地址址；將刀庫中的的各個刀具具再編一個個刀具號；然后在控制制系統(tǒng)內(nèi)部部建立一個個刀具數(shù)據(jù)表表，將原始狀態(tài)態(tài)刀具在刀刀庫中的地地址一一填填入，并不得再再隨意變動動。刀庫上裝有有檢測裝置置，可以讀讀出刀庫在在換刀位置置的地址。。取刀時，控控制系統(tǒng)根根據(jù)刀具號號在刀具數(shù)據(jù)表表中找到該刀具具地址，按優(yōu)化原則轉(zhuǎn)動刀庫，，當?shù)稁斓牡臋z測裝置置讀出地址與取刀刀地址相一一致時，刀具便停停在換刀位位置，等待待換刀；49若欲將換下下的刀具送送回刀庫，，也不必尋尋找刀具原原位，只要要按優(yōu)化原原則送到任任一空位即即可，控制制系統(tǒng)將根根據(jù)此時換換刀位置的的地址更新新刀具數(shù)據(jù)據(jù)庫，并記記住刀具在在刀庫中新新的位置地地址。優(yōu)化原則：：在刀庫機構(gòu)構(gòu)中通常設設有刀庫零零位，執(zhí)行行自動選刀刀時，刀庫庫可以正反反方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，每次選選刀式刀庫庫轉(zhuǎn)動不會會超過一圈圈的1/2。50三、自動化化換刀機構(gòu)構(gòu)(刀具交換裝裝置)數(shù)控機床的的自動換刀刀裝置中，，實現(xiàn)刀庫與與機床主軸軸之間刀具具傳遞和刀刀具裝卸的的裝置稱為自動化換刀刀機構(gòu)(刀具交換裝裝置)。自動換刀的的刀具可固固緊在專用用刀夾內(nèi)，，每次換刀刀時將刀夾夾直接裝入入主軸。刀具的交換換方式通常常分為回轉(zhuǎn)刀架、通過主軸換換刀、利用用機械手換換刀。511．回轉(zhuǎn)刀架架常用于數(shù)控機床，利用轉(zhuǎn)塔頭各刀刀座來安裝裝或夾持各各種不同的的刀具，通過轉(zhuǎn)塔頭的旋旋轉(zhuǎn)分度來實現(xiàn)機床床自動換刀刀動作；可分為立軸式（四方或六六方刀架））和臥軸式（圓盤式回回轉(zhuǎn)刀架））定位可靠、、重復定位位精度高、、分度準確確、轉(zhuǎn)位速速度快、夾夾緊剛性好好，能保證證數(shù)控機床床的高精度度和高效率率。三、自動化化換刀機構(gòu)構(gòu)52回轉(zhuǎn)刀架動動作：根據(jù)數(shù)控指指令進行，，由液壓系系統(tǒng)通過電電磁換向閥閥和順序閥閥進行控制制，其動作作過程分為為如下四個個步驟：(1)刀架抬起(2)刀架轉(zhuǎn)位(3)刀架壓緊(4)轉(zhuǎn)位液壓缸缸復位53在如今的小小型FMS中，通常利利用機床主主軸作為過過渡裝置，，將容納少少量刀具（（5-10把）的裝載載刀架設計計得便于主主軸的抓取取，先由刀刀具運載工工具將該裝裝載刀架送送到機床工工作臺上，，然后利用主主軸和工作作臺的相對對移動，將將刀具裝入入機床主軸軸，再通過機床床自身的自自動換刀裝裝置，將刀刀具一個個個地裝入機機床刀庫。。這種方法簡簡單易行，，但換刀時時間較長，，且要占用用機床工時時。2.通過主軸換換刀主軸裝刀54特點點：：換刀刀機機械械手手因因具具有有靈活活性性大大、換刀刀時時間間短短的的，所所以以應應用用最最為為廣廣泛泛。。換刀刀機機械械手手按按刀刀具具夾夾持持器器的的數(shù)數(shù)量量，，又又可可分分：：為為單臂式機機械手和和雙臂式式機械手手。這些機械械手能夠夠完成抓刀、拔拔刀、回回轉(zhuǎn)、換換刀以及及返回等全部動動作過程程。機械手換換刀3.利用機械械手換刀