加工中心刀具的识别与自动换刀

实验一：加工中心刀具的识别与自动换刀

实验目的：通过观察机床自动换刀操作，分析换刀的基本,掌握相关刀具自动识别技术等。

实验报告要求：列出刀具自动识别技术，自动换刀方式最新研究进展，并绘制相关运动组件简图。准确描述自动换刀过程

自动换刀系统由刀库和刀具交换装置组成。带刀库和自动换刀装置的数控机床，其主轴箱和转塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，主轴部件具有足够的刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。此外，刀库可以存放数量很多的刀具，以进行复杂零件的多工步加工，可明显提高数控机床的适应性和加工效率。自动换刀系统特别适用于加工中心。

自动换刀装置的主要组成：

自动换刀装置是加工中心的重要组成部分，主要由刀库、机械手和驱动装置等组成。刀库的功能，是存贮加工中心所要用的各种刀具，并在数控系统的控制下，把即将要用的刀具准确地送到换刀位置。加工中心换刀机械手，是自动换刀装置中的核心组成部分，主要完成将主轴上的工作刀具与刀库中的待用刀具两者位置交换的任务，其应具有换刀时间短、工作平稳、定位准确等特点。驱动装置，则是使刀库和机械手实现其功能的机构。此机构一般由电机、液压、气液机构或凸轮机构组成，它们在数控系统控制下，驱动刀库和机械手，实现刀具的选择与交换

加工中心自动换刀功能是通过机械手(自动换刀机构)和数控系统的有关控制指令来完成的。换刀过程：装刀，选刀，换刀

换刀过程：

(1)装刀：刀具装入刀库

(2)选刀

从刀库中选出指定刀具的操作。

1)顺序选刀：选刀方式要求按工艺过程的顺序(即刀具使用顺序)将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。

2)随意选刀：

①刀座编码选刀：对刀库各刀座编码，把与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中，编程时用地址T指出刀具所在刀座编码。

②计算机记忆选刀

刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器内，刀具存放地址改变，计算机记忆也随之改变。在刀库装有位置检测装置，刀具可以任意取出，任意送回。

(3)换刀

1)主轴上的刀具和刀库中的待换刀具都是任选刀座。

刀库→选刀→到换刀位→机械手取出刀具→装入主轴，同时将主轴取下的刀具装入待换刀具的刀座。

2)主轴上的刀具放在固定的刀座中，待换刀具是任选刀座或固定刀座。

选刀过程同上，换刀时从主轴取下刀具送回刀库时，刀库应事先转动到接收主轴刀具的位置。

3)主轴上的刀具是任选刀座，待换刀具是固定刀座。

选刀同上，从主轴取下的刀具送到最近的一个空刀位。

2.自动换刀程序的编制

(1)换刀动作(指令)：选刀(T××)；换刀(M06)

(2)选刀和换刀通常分开进行。

(3)为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。

(4)换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。

(5)换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点(Z0)，要求在换刀前用准备功能指令(G28)使主轴自动返回Z0点。

(6)换刀过程:接到T××指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。

目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。在这种模式中，机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放松刀柄的动作。利用这种机构夹持刀具进行数控加工的最大问题是，它不能同时获得高的夹持刚度和刀具振摆精度，而且主轴结构复杂，主轴轴向尺寸过大，加上它的液压驱动装置及刀具辅具锥柄的制造成本，使得自动换刀系统的造价在机床整机中占有较大的比重。在

加工中心上使用的刀库主要有两种，一种盘式刀库，一种是链式刀库。盘式刀库容量相对较小，一般在1-24把刀具，主要适应小型加工中心；链式刀库装刀容量大，一般在1--100把刀具，主要适用于大中型加工中心。加工中心对自动换刀装置有刀库容量适当，换刀时间短，换刀空间小，动作可靠，使用稳定，刀具重复定位精度高，刀具识别准确等具体要求。