刀库说明

第四章 加工中心的编程与加工操作
4.2加工中心刀具的选用方法
4.2.1加工中心对刀具的基本要求
加工中心对刀具的基本要求主要体现在以下几方面：
1）良好的切削性能：能承受高速切削和强力切削并且性能稳定；
2）较高的精度：刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度；
3）配备完善的工具系统：满足多刀连续加工的要求。

加工中心所使用刀具的刀头部分
与数控铣床所使用的刀具基本相同，
如图4.8所示。

加工中心所使用刀具
的刀柄部分与一般数控铣床用刀柄部
分不同，加工中心用刀柄带有夹持槽
供机械手夹持。

4.2.2自动换刀装置
1．自动换刀装置概述
在加工中心加工零件的过程中换刀动作是由自动换刀装置完成的。

自动换刀装置应该
满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具储存数量足够，结构紧凑，便于制造、维修、
调整，应有防屑、防尘装置，布局应合理等要求。

同时也应具有较好的刚性，冲击、振动
及噪声小，运转安全可靠等特点。

自动换刀系统由刀库、选刀机构、刀具交换机构(如机械
手)、刀具在主轴上的自动装卸机构等部分组成。

2．自动换刀方式的分类
自动换刀方式分为两大类：一是由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换。

用这种形式
交换刀具时，主轴上用过的刀具送回刀库和从刀库中取出新刀，
这两个动作不能同时进行，
选刀和换刀由数控定位系统来完成，因此换刀时间长，换刀动作也较多。

二是由机械手进行刀具交换。

由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式，如图4.9所示。

图4.9换刀机械手的形式
3．刀柄的形式
刀具必须装在标准的刀柄内，我国TSG刀具系统规定了刀柄标准，有直柄及7∶24锥度的锥柄两类。

分别用于圆柱形主轴孔及圆锥形主轴孔其结构如下图所示。

图4.10中3为刀柄定位及夹持部位，2为机械手抓取部位，1为键槽，用于传递切削扭矩，4为螺孔，用以安装可调节拉杆，供拉紧刀柄用。

刀具的轴向尺寸和径向尺寸应先在调刀仪上调整好，才可装入刀库中。

丝锥、铰刀要先装在浮动夹具内，再装入标准刀柄内。

圆柱形刀柄在使用时需在轴向和径向夹紧，因而主轴结构复杂，圆柱柄安装精度高，但磨损后不能自动补偿。

而锥柄稍有磨损也不会过分影响刀具的安装精度。

在换刀过程中，由于机械手抓住刀柄要作快速回转，拔、插刀具的动作，还要保证刀柄键槽的角度位置对准主轴上的驱动键。

因此，机械手的夹持部分要十分可靠，并保证有适当的夹紧力，其活动爪要有锁紧装置，以防止刀具在换刀过程中转动或脱落。

图4.10刀柄的形式
4．刀具的夹持形式
机械手对刀具的夹持方式主要有两种：
1）柄式夹持：刀柄前端有V形槽，供机械手夹持用，目前我国数控机床较多采用这种夹持方式。

如图4.11所示为机械手手掌结构示意图。

由固定爪7及活动爪1组成，活动爪1可绕轴2回转，其一端在弹簧柱塞6的作用下，支靠在挡销3上，调整螺栓5以保持手掌适当的夹紧力，锁紧销4使活动爪1牢固夹持刀柄，防止刀具在交换过程中松脱。

锁紧销4要轴向压进，放松活动爪1，以便抓刀或松刀时手爪从刀柄V形槽中退出。

图4.11柄式夹持图4.12法兰盘式夹持2）法兰盘式夹持：也称径向夹持或碟式夹持，如图4.12所示在刀柄的前端有供机械手夹持用的法兰盘，图中所示为采用带洼形肩面的法兰盘供机械手夹持用。

图a）上图为松开状态，下图为夹持状态。

采用法兰盘式夹持的突出优点是：当采用中间搬运装置时，可以很方便地从一个机械手过渡到另一个辅助机械手上去，如图b）所示。

法兰盘式夹持方式、换刀动作较多，不如柄式夹持方式应用广泛。

5.自动换刀的工作原理
下面以EV-810A 立式加工中心为例，来说明
自动换刀系统的工作原理。

该自动换刀系统由盘
式刀库和刀具交换装置组成。

刀库安装在机床立
柱的左侧，刀库容量为24把刀具，换刀机械手
安装在刀库和主轴之间。

机械手将刀具从刀库中
取出送至机床主轴上，然后将用过的刀具送回刀
库。

其自动换刀动作过程简述如下：
1）刀套下转90°：如图所示，刀库位于立
柱左侧，刀具轴线在刀库中的安装方向在换刀前
与主轴垂直，刀库将待换刀具5送到换刀位置，
刀套4连同刀具5向下翻转90°，使刀具轴线
与主轴轴线平行。

2）机械手转75°：下图所示K 向视图为机械手的原始位置，换刀时机械手顺时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。

3）机械手拔刀：待主轴上自动夹紧机构松开刀具后，机械手下降，同时拔出主轴上和
刀库上的刀具。

4）刀具位置交换：机械手顺时针转180°，使主轴刀具与刀库刀具交换位置。

5） 机械手插刀：机械手上升，分别将刀具插入主轴锥孔和刀库刀套中。

6）机械手逆时针转75°：待主轴上自动夹紧机构夹紧刀具后，机械手逆时针转75°，
回到原始位置。

7）刀套上转90°：刀套带着换回的旧刀具向上翻转90°，准备下一次选刀。

该机床使用回转式单臂双手机械手换刀。

在自动换刀过程中，机械手要完成抓刀、拔
刀、交换主轴上和刀库上的刀具、插刀和复位等动作，这些动作由气压系统来控制完成。

这种自动换刀系统结构简单，换刀可靠，换刀动作也少，得到了广泛应用。

4.2.3刀库和刀具管理
1．刀库的形式
加工中心上普遍采用盘式刀库和链式刀库，如图4.14和4.15所示。

密集型的鼓刀库或格子式刀库虽然占地面积小，但由于结构的限制，很少用于单机加工中心。

密集型的固定刀库目前多用于FMS中的集中供刀系统。

盘式刀库一般用于刀具容量较少的刀库，而链式刀库一般刀具数量在30～120把，刀具数量大时多采用链式刀库。

图4.14盘式刀库图4.15链式刀库2．自动换刀的选刀方式
1）顺序选刀：将刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。

用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。

特点是不需要刀具识别装置，驱动控制也较简单，工作可靠。

但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就降低了刀具和刀库的利用率。

此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。

这种方式现在已很少采用。

2）软件选刀方式：特点是刀具在刀库中任意放置，刀具编号可任意设定；刀具表中刀具号与刀套号的对应关系应始终与刀具在刀库中的实际位置对应；计算机通过查刀具表识别刀具；换刀时，通过软件修改刀具表，使相应刀具表中的刀号与交换后的刀号一致。