第6章---刀架和自动换刀装置

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加工中心刀库的类型
a)、b)、c)、d）鼓轮式刀库
鼓轮式刀库应用较广，它包括刀具轴线与鼓轮轴线平行（或垂直或成锐 角）。这种刀库结构简单紧凑，但因刀具单环排列、定向利用率低，大 容量刀库的外径将较大，转动惯量大，选刀运动时间长。因此，这种形 式的刀库容量较小，一般不超过32把刀具。
这种刀库形式在刀套“内转”时，不发生刀套之间的干涉，
故刀库空间利用率比悬挂式高。
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SK型悬挂式链条的链式刀库的布局型式
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HP套筒式链条的链式刀库的布局型式
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刀库的准停
如果刀套不能准确地停在换刀位置上，将会使换刀机械手抓刀不 准，以致在换刀时容易发生掉刀现象。因此，刀套必须准确地停 在换刀位置上。 定位盘准停
刀库整体前后移动，不仅刀
具数量少（30把），而且刀
具尺寸也较小，这种刀库旋 转是在工步与工步之间进行 的，即旋转所需的辅助时间 与加工时间不重合。
加工中心无机械手换刀简图
a)原始位置 b)主轴上移将刀具送至换刀位置 c)刀库右移将主轴刀具取出 d)刀 库将待换刀具转至主轴位置 e）刀库左移将刀具送进主轴f)主轴回原位 1一立柱 2一主轴箱 3一刀库
编码钥匙孔剖面图 1、4—碳刷 2—钥匙凹处 3、8—钥匙孔座 5、7—弹簧接触片 6一钥匙凸起处
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刀具（刀套）识别装置
接触式刀具识别装置
非接触式刀具识别装置
非接触式磁性识别法 光学纤维刀具识别装置
利用PC（可编程控制器）实现随机换刀
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接触式刀具识别装置
加工中心刀库的类型
格子箱刀库容量较大，结构紧 凑，空间利用率高，但布局不 灵活，通常将刀库安放于工作 台上。有时甚至在使用一侧的 刀具时，必须更换另一侧之刀 座板。 直线式刀库结构简单，刀库容
f）格子箱式刀库 g）直线式刀库
量较小，一般应用于数控车床、 数控钻床，个别加工中心也有 采用。
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刀具编码方式
拉杆4上套装有等间隔的编码 环2，由螺母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”。 通过这两种圆环的不同排列， 可以得到一系列代码。 例如：由六个大小直径的圆环 便可组成能区别63种刀具(261=63) 。
刀具编码 1一刀柄 2一编码环 3—螺母 4一拉杆
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加工中心刀库的类型
链式刀库容量较大，当采用多环链
式刀库时，刀库外形较紧凑，占用
空间较小，适用于作大容量的刀库。 在增加存储刀具数目时，可增加链 条长度，而不增加链轮直径，因此， 链轮的圆周速度不会增加，且刀库 的运动惯量不像鼓轮式刀库增加得 那样多。
e）链式刀库
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机床刀架和自动换刀装置的类型
按照安装刀具的数目可分:单刀架和多刀架。例
如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。
按结构形式可分:方刀架、转塔刀架、回轮式刀 架等； 按驱动刀架转位的动力可分:手动转位刀架和自 动（电动和液动）转位刀架。
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数控车床的自动换刀装置
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数控车床的自动换刀装置
带鼓轮式刀库的车削中心。
3为回转刀盘，上面装有多 把刀具，4是鼓轮式刀库， 其上可装6～8把刀，5是 机械手，可将刀库中的刀 具换到刀具转轴6上去，6 可由电动机驱动回转进行 铣削加工，7为回转头，可 交换采用回转刀盘3和刀具 转轴6，轮翻进行加工。
鼓轮式刀库数控车床 3一回转刀盘 4-鼓轮式刀库 5一机械手 6一刀具转轴7一回转头
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数控车床的自动换刀装置
c：装有两个刀盘的数控
车床，刀盘1的回转中心
与主轴中心线平线，用于 加工外圆；刀盘2的回转
中心线与主轴中心线垂直，
用以加工内表面。 d:安装有刀库的数控车床，
刀库可以是回转式或链式，
c）双回转刀盘 d)链式刀库的数控车床
通过机械手交换刀具。
1、2一刀盘
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a是一个刀架上的回转盘， 刀具与主轴中心平行安装， 回转刀盘既有回转运动又 有纵向进给运动（S纵） 和横向进给运动（S横） 。

a)、b)回转刀盘 1、2一刀盘
b为刀盘中心线相对于主 轴中心线倾斜的回转刀盘， 刀盘上有6-8个刀位，每 个刀位上可装两把刀具， 分别加工外圆和内孔。
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任意选刀:目前绝大多数数控系统都具有刀具任选功能， 任选刀具的换刀方式有刀套编码、刀具编码和记忆等 方式。
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编码方式
刀具编码方式
刀套编码方式
编码附件方式
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刀具编码方式
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套中。 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套中，避 免了因刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的 事故；同时也缩短了刀库的运转时间，简化了 自动换刀控制线路。
具时，刀套中的编码钥匙也取出，刀套中原来的编码随之消失。
因此，这种方式具有更大的灵活性。采用这种编码方式用过的 刀具必须放回原来的刀套中。
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编码钥匙
编码钥匙的形状如图 所示。图中除导向突
起外，共有16个凸
出或凹下的位置，故 有216-1=65535种 凹凸组合，可区别 65535把刀具。
在刀柄1上装有两种直径大小不同的编 码环，图中有5个编码环4，在刀库附 近固定一刀具识别装置2，从中伸出几 个触针3，触针数量与刀柄上的编码环 个数相同。每个触针与一个继电器相 联，当编码环是大直径时与触针接触， 继电器通电，其数码为“1”。当编码 环是小直径时与触针不接触，继电器 不通电，其数码为“0”。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。 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。
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刀套编码方式
对每个刀套都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号 码相符的刀套中，换刀时刀库旋转，使各个刀套依次经过识 刀器，直至找到规定的刀套，刀库便停止旋转。
由于取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构大为简化。因此， 识刀器的结构不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在较适当的 位置。 在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原来的刀套中，增 加了换刀动作。与顺序选择刀具的方式相比，刀套编码的突 出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。
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自动换刀装置
初期曾采用转塔头式的换刀 方式，它的电动机、变速箱、 转塔头做成一体，结构紧凑： 变速箱工作时的振动和热量 都直接传到转塔上来，而且 每把刀都需要一个主轴，所 以它的刀具数量、尺寸、结 构都受到很多限制。
数控镗铣床的转塔刀架
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自动换刀装置
1一定位插销 2一定位盘
3—链轮 4一手爪 由液压油缸推动的定位销， 插人定位盘的定位槽内，以实
现刀套的准停。
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定位盘准停
为了保证刀套的准停精度和刀套定 位的刚性，链式刀库的换刀位置一 般设在主动链轮上（图a），或者 尽可能设置在靠近主动链轮的刀套 处（图b）。 定位盘上的每个定位槽（或定位 孔），都对应于一个相应的刀套， 而且定位槽（或定位孔）的节距要 一致。 这种准停方式的优点是：a．能有 效地消除传动链反向间隙的影响； b.保护传动链，使其免受换刀撞击 力； c．驱动电动机可不用制动自 锁装置。
带刀库的自动换刀系统（有机械手）
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自动换刀装置的刀库转位机构
刀库由伺服电动机经齿轮、 蜗杆、蜗轮转动刀库。 为了消除齿侧间隙而采用 双片齿轮。 蜗杆、蜗轮采用单头双导 程蜗杆，消除蜗杆蜗轮啮 合间隙。 压盖5和轴承套6之间用螺 纹联接。转动套6就可使 蜗杆轴向移动以调整间隙， 螺母7用于在调整后锁紧。 刀库的最大转角180°， 在控制系统中有一个自动 判别机能，决定刀库正反 转，以使转角最小。


方形链式刀库 1一回零撞块 2一回零开关（左右可移） 3一导向轮（张紧轮） 4一主动链轮 5一刀套 6-链条 7一导向轮
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链式刀库的类型
SK型悬挂式链条组成的链式刀库
这种刀库只能是刀套“外转型”，故当刀库为方形时，就 不能充分利用中间空间。
HP型套筒式链条组成的刀库

链式刀库的换刀位置 a）设在主动链轮上 b)靠近主动链轮的刀套处 1—定位插销 2—定位盘 3—链轮 手爪 5一定位块6一手爪

4一
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识刀装置
顺序选刀:按照工艺要求依次将所用的刀具插人刀库的 刀套中，顺序不能错，加工时按顺序调刀。更换不同 的工件时必须重新排列刀库中的刀具顺序，因而操作 十分繁琐，而且在加工同一工件中各工序的刀具不能 重复使用。这不仅使刀具数量增多，而且在使用同一 种刀具时，由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度 不稳定。其优点是刀库的驱动及控制都比较简单。
金属切削机床
机床刀架和自动换刀装置
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机床刀架和自动换刀装置
机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求；
自动换刀装置的工作原理和构成
识刀装置
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机床刀架和自动换刀装置的功能
机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接 参与切削工作。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与 切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中 的较薄弱环节。 加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大 容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀 具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十 几秒减少到几秒甚至零点几秒。 这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加 工中心的主要特征。
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刀套编码方式
圆盘形刀库的刀套编码装置。
在圆盘的圆周上均布若干个刀
套，其外侧边缘上装有相应的 刀套编码块1，在刀库的下方 装有固定不动的刀套识别装置 2。刀套编码的识别原理与上 述刀具编码的识别原理完全相 同。
刀套编码 1一刀套编码块 2一刀套识别装置
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编码钥匙
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编码钥匙
钥匙沿着水平方向的钥匙缝插 人钥匙孔座，然后顺时针方向 旋转90°，处于钥匙代码凸 起6的第一弹簧接触片5被撑 起，表示代码“1”，处于凹处 2的第二弹簧接触片7保持原 状，表示代码“0”。由于钥匙 上每个凸凹部分的旁边均有相 应的炭刷4或1，故可将钥匙 各个凸凹部分均识别出来，即 识别出相应的刀具。
编码附件方式
编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，
其中应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给各刀具都缚上一
把表示该刀具号的编码钥匙，当把各刀具存放到刀库的刀套中 时，将编码钥匙插进刀套旁边的钥匙孔中。这样就把钥匙的号
码转记到刀套中，给刀套编上了号码。识别装置可以通过识别
钥匙上的号码来选取该钥匙旁边刀套中的刀具。 编码钥匙这种编码方式称为临时性编码，因为从刀套中取出刀
刀库转位机构 1一主动齿轮2一消隙齿轮3—蜗杆4—蜗轮5一压 盖6一轴承套7—螺母
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JCS-013加工中心自动换刀装置
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链式刀库的构成
链式刀库是目前用得最多的一种形式。 由一个主动链轮，带动装有刀套的链 条。 方形链式刀库的典型结构如左图。 主动链轮由直流（交流）伺服电动机 通过蜗杆、蜗轮减速装置驱动（根据 结构需要有时还可加一对齿轮副）。 导向轮一般都作成光轮，圆周表面硬 化处理。兼起张紧轮作用的左侧两个 导向轮，其轮座必须带导向槽（或导 向键），以免松开螺钉时，轮座位置 歪扭，给张紧调节带来麻烦。
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机床刀架自动换刀装置应满足的要求
满足工艺过程所提出的要求。
在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀 具时还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具 时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。以保证 刀具和工件间准确的相对位置。
刀架、刀库、换刀机械手都应具有足够的刚度。 可靠性高。 换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。 操作方便和安全。