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1、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 林利紅 副教授 重 慶 大 學(xué) 第九節(jié) 機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì) 一 .概述 1.機(jī)床刀具的安裝及自動(dòng)換刀方式 刀具安裝方式： 安裝在刀架上（車床等）。刀架功能：固 定刀具，參與切削。 安裝在主軸上（無刀架），如銑、鏜、鉆 （回轉(zhuǎn)性刀具） 自動(dòng)換刀方式： 有刀架時(shí)：主要采用刀架轉(zhuǎn)位或移動(dòng) （ 排刀架 、 多刀架 ） 來 換刀； 無刀架時(shí)：采用刀庫和換刀機(jī)械手換刀 。 機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件 ， 許多刀架還直接 參與切削工作 ， 隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展 ， 刀架發(fā)生許多變化 ， 特別是數(shù)控機(jī)床上采用電 （ 液 ） 換位的自動(dòng)刀架 。 加工中心 則采用刀庫和換刀機(jī)械手
2、， 實(shí)現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交 換刀具的功能 。 2.數(shù)控車床的自動(dòng)換刀裝置 1） 采用回轉(zhuǎn)刀盤式機(jī)床， 圖 3-122（ a,b,c圖） 2）刀庫式車床。刀庫是回轉(zhuǎn)式或鏈?zhǔn)?，通過機(jī)械手 交換刀具（ d） 3） 回轉(zhuǎn)刀盤刀庫式車床 (e圖 ) 3.加工中心的自動(dòng)換刀裝置 刀庫換刀機(jī)械手（可?。?1） 刀庫類型 鼓輪式刀庫 刀庫軸線與鼓輪軸線平行 （ 垂直或銳角 ） 。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 ， 進(jìn)刀 運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) ， 刀庫容量較小 ， 一般不超過 32把刀具 。 鏈?zhǔn)降稁?刀庫容量大 ， 結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜 。 當(dāng)增加存儲(chǔ)刀具數(shù)目時(shí) ， 可增加鏈條 長(zhǎng)度 ， 而不增加鏈輪直徑 。 格子箱刀庫 刀庫容量大，結(jié)構(gòu)
3、緊湊，空間利用率高，布局不靈活。主要用在 柔性制造系統(tǒng)集中供刀系統(tǒng)上。 直線式刀庫 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，容量最小。一般應(yīng)用于數(shù)控車床，數(shù)控鉆床，個(gè)別 加工中心采用。 2）換刀機(jī)械手 類型： 單臂單手式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間較長(zhǎng)，適用于刀具主軸與刀庫刀套軸線平 行（垂直）的場(chǎng)合。 單臂雙手式 適用于刀庫刀套軸線與主軸軸線相平行的場(chǎng)合。可同時(shí)抓住刀 庫和主軸的刀具。換刀時(shí)間短，應(yīng)用廣泛。 雙手式 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，換刀時(shí)間短，還起到運(yùn)輸?shù)毒叩淖饔谩?單臂單手式：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。 單臂雙手式：換刀時(shí)間短，應(yīng)用廣泛。 雙手式：換刀時(shí)間短，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 單臂單手式：卸下主軸舊刀 裝回刀庫 取新刀 插入主軸。
4、單臂雙手式：同時(shí)取出新刀，卸下舊刀 刀具交換 放回舊刀， 插入新刀（整個(gè)過程，主軸必須停） 雙手式：從刀庫取新刀 前進(jìn) 卸舊刀 ，裝新刀（只有這個(gè) 過程，主軸停） 后退 放回舊刀 4.機(jī)床刀具自動(dòng)換刀裝置應(yīng)滿足的要求 P162 二、數(shù)控機(jī)床的刀架結(jié)構(gòu)及工作原理 1、 排刀式刀架 2、 轉(zhuǎn)位式刀架 三 、 刀庫型自動(dòng)換刀裝置 P172 1.無機(jī)械手換刀方式 （ 圖 3-136） 2.有機(jī)械手換刀方式 編碼選刀方式 （ 圖 3-141） 新刀 T09 ， 舊刀 T05 ， 預(yù)用刀 T46 隨機(jī) 選刀方式 （ 用得很普遍 ） （ 圖 3-152） 四、識(shí)刀（選刀）裝置 刀具交換過程： 1選刀：把新刀
5、轉(zhuǎn) T指令 刀庫動(dòng)作 到換刀位 置 2換刀：把新刀到裝進(jìn)主軸，把舊刀放回刀庫 （機(jī)械手動(dòng)作） 選刀方式 順序選刀 任意選刀 編碼方式選刀 隨機(jī)方式選刀 刀 具 編 碼 方 式 刀 座 編 碼 方 式 編 碼 附 件 方 式 （一 ） 順序選刀 P187 概念：按照工藝要求依次將所用的刀具插入 刀庫的刀套中 ， 順序不能錯(cuò) ， 加工時(shí)按順 序調(diào)刀 。 特點(diǎn)：更換不同的工件時(shí)必須重新排列刀庫 中的刀具順序 ， 因而操作十分繁瑣 ， 而且 在加工同一工件中各工序的刀具不能重復(fù) 使用 。 結(jié)論：現(xiàn)在不使用 。 （二）任意選刀（常用） 1.刀具編碼方式選刀（圖 3-157） 刀庫中的刀具可以任意選擇，每
6、把刀具都有自己的編碼，通過刀具識(shí)別 裝置選刀。接觸式：凸為 1，凹為 0。有 6個(gè)大小直徑不同的圓環(huán)組成， 因此有 26-1 63種刀具，全為 0的不準(zhǔn)使用。 2 刀套編碼方式 概念：對(duì)每個(gè)刀套進(jìn)行編碼， 刀具也編號(hào) ，并將刀具放到與其號(hào)碼相符 的刀套中。換刀時(shí)刀庫旋轉(zhuǎn)，使各個(gè)刀套依次經(jīng)過識(shí)刀器，直到找到 規(guī)定的刀套。 特點(diǎn)： 1）取消了刀柄中的編碼環(huán)，簡(jiǎn)化了刀柄結(jié)構(gòu)。 2）在自動(dòng)換刀過程中 必須將用過的刀具放回原來的刀套中 ，增加 了換刀動(dòng)作。 3）刀具在加工過程中可以重復(fù)使用。 如圖 3-158刀套編碼塊刀套識(shí)別裝置。 3.編碼附件方式 分為編碼鑰匙，編碼卡片，編碼桿和編碼盤等。應(yīng) 用最多
7、的是編碼鑰匙，各刀具都有編碼鑰匙。用 過的刀具必須放回原來的刀套中。 (五 )刀具（刀套）識(shí)別裝置 1.接觸式刀具識(shí)別裝置 大直徑的環(huán)用 1表示， 小直徑的環(huán)用 0表示。 每個(gè)觸針與一個(gè)繼電器 相聯(lián)系，通電為 1， 否則為 0 2.非 接觸式刀具識(shí)別裝置 1） 非 接觸式磁性識(shí)別法 利用磁性材料和非磁性材料感應(yīng)強(qiáng)弱不同 ， 通過感應(yīng)線圈讀 取代碼 。 規(guī)定導(dǎo)磁材料的編碼為 1， 非導(dǎo)磁材料的編碼為 0。 2） 光學(xué)纖維刀具識(shí)別裝置 金屬表面有反射光時(shí)為 1， 無反射時(shí)為 0。 3.利用 PC實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀 特點(diǎn)：采用刀座編號(hào)方式 。 用完的舊刀具不必放回原來的刀 座 （ 對(duì)號(hào)入座 ） 原理： P
8、C內(nèi)建有一個(gè)與實(shí)際刀庫相對(duì)應(yīng)的刀座刀號(hào)數(shù)據(jù)表 。 隨機(jī)換刀號(hào) ， 軟件及時(shí)修改數(shù)據(jù)表中的刀號(hào) ， 使其始終與 實(shí)際刀座中刀號(hào)對(duì)應(yīng) 。 1）刀座編號(hào)及識(shí)別方法 刀座編號(hào)：用刀庫回零 （ 回零撞擋塊 ） 刀座號(hào)識(shí)別： 當(dāng)前刀座號(hào)寄存器表 （ TAB+9） 存靜態(tài)當(dāng)前刀座號(hào) 實(shí)際位置：刀庫位置計(jì)算器 始終動(dòng)態(tài)跟蹤刀座號(hào) 2） 選刀過程及隨機(jī)換刀過程 過程： 由數(shù)據(jù)指令獲取新刀號(hào) 查表，獲取目標(biāo)刀座號(hào) 刀庫轉(zhuǎn)位，把目標(biāo)刀座號(hào)轉(zhuǎn)至換刀位置 存儲(chǔ)單元 存儲(chǔ)內(nèi)容 TAB 主軸刀號(hào) TAB+1 刀庫中的刀具號(hào) TAB+9 靜態(tài)“當(dāng)前刀座號(hào)” 計(jì)數(shù)器 動(dòng)態(tài)跟蹤“當(dāng)前刀座號(hào)” 刀具交換及刀具號(hào)數(shù)據(jù)表修改 主軸刀號(hào)及 TAB+9(TAB） (（ TAB+9） )
【重慶大學(xué)機(jī)械裝備制造】第三章第9節(jié)
