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1、1,2.5 数控加工自动换刀系统,美、德、日等世界制造业发达的国家无一例外都是刀具工业先进的国家。 先进的刀具及其换刀装置不但是推动制造技术发展进步的重要动力，还是提高产品质量、降低加工成本的重要手段。 刀具与机床是互相制约又相互促进的。 今天先进的刀具与数控机床共同推动了现代加工技术的进步，使制造技术进入了数控加工的新时代。,2,数控加工刀具具有适应CNC高速、高效和高度自动化的特点，一般包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄用以连接刀具并装在机床主轴头上，已标准化和系列化。,2.5.1 数控刀具,目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具,机夹可转位刀具已经得到了广泛的应用，数量上已达到整
2、个数控刀具的30%40%，占金属切除率总数的80%90%。,3,1. 数控刀具的分类及特点,4,整体式 - 钻头、立铣刀等； 镶嵌式 - 焊接式和机夹式； 减振式 - 主要用于镗孔 ； 内冷式 - 深孔加工； 其他特殊形式；,(1) 按结构分：,1）分类,5,(2) 按切削工艺分 车削刀具-外圆、内孔、螺纹、成形车刀等 钻削刀具-钻头、铰刀、丝锥等 镗削刀具-粗镗刀、精镗刀等 铣削刀具-面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等,外圆车刀,常用车刀：,6,螺纹车刀,内孔车刀,7,面铣刀,方肩铣刀,常用铣刀：,8,仿形铣刀,三面刃和 螺纹铣刀,整体硬质 合金铣刀,9,铰刀,钻头,丝锥,钻削刀具：,10,粗镗刀,
3、精镗刀,镗削刀具：,11,(3) 按材料分 高速钢刀具 硬质合金刀具-使用最普遍 陶瓷刀具 立方氮化硼刀具 聚晶金刚石刀具,12,硬质合金刀具,13,模块化工具优点： 减少换刀时间和刀具的安装次数； 促使工具向标准化和系列化发展； 提高工具的管理及柔性加工的水平； 扩大工具的利用率，充分发挥工具的性能，降低工具储备量。,目前的数控工具形成了两大系统，车削工具系统和镗铣类工具系统。,(4) 按工具系统分 整体式工具系统 模块式工具系统,14,2）数控刀具特点：,很高的切削效率； 高的精度和重复定位精度； 很高的可靠性和耐用度； 刀具尺寸的预调和快速换刀； 完善的工具系统和刀具管理系统； 应有刀具
4、在线监控及尺寸补偿系统。,15,2. 机夹可转位刀片,1) 可转位刀片的代码 按国际柄准IS018321985，可转位刀片的代码表示方法是由10位字符串组成的。,2) 可转位刀片的断屑槽槽型 我国标准GB 208087中所表示的槽形为V形断屑槽，槽宽为： V01 mm； V1 = 1mm； V2 = 2mm； V3 = 3mm； V4 = 4mm； 等五种。,16,3)可转位刀片的夹紧方式 刀片夹紧要求： (1)夹紧可靠，不允许松动。 (2)定位准确，确保定位精度和重复精度。 (3)排屑流畅，有足够的排屑空间。 (4)结构简单，操作方便，转位动作快，成本低。,刀片夹紧方式： (1)杠杆式； (
5、2)楔块上压式； (3)螺钉上压式；,17,18,19,数控车床整 体式工具系统,3. 数控刀具工具系统,工具系统： 是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快换、高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。,1）工具系统分类,20,镗式 铣工 类具 模系 块统,(1)模块式刀柄 镗铣类模块式工具系统即TMG工具系统，通过将基本刀柄、接杆和加长杆(如需要)进行组合，能组成很多种类的刀柄。,21,镗铣类模块式工具系统组成,22,TMG21 工具系统,23,镗铣类整体式工具系统(TSG),(2)整体式刀柄 镗铣类整体式工具系统即TSG系统用于刀具装配中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。,24,镗
6、铣类整体式工具系统组成,25,TSG82工具系统,26,2) 工具系统型号表示方法,JT：表示采用国际标准ISO7388号加工中心机床用锥柄柄部； BT：表示采用日本标准MAS403号加工中心机床用锥柄柄部；,其后数字为相应的ISO锥度号：如 50和40分别代表大端直径69.85和44.45的7:24锥度。,(1)柄部型式及尺寸,27,(2)刀柄用途及主参数 XD -装三面铣刀刀柄 MW -无扁尾氏锥柄刀柄 XS -装三面刃铣刀刀柄 M -有扁尾氏锥柄刀柄 Z(J) -装钻夹头刀柄(贾式锥度加J) XP - 装削平柄铣刀刀柄 用途后的数字表示工具的工作特性，其含义随工具不同而异。 (3)工作长
7、度,28,面铣刀刀柄,整体钻夹头刀柄,3) 常用刀柄,29,镗刀柄,30,莫式锥度刀柄,快换式丝锥刀柄,钻夹头刀柄,31,ER弹簧夹头刀柄,侧压式立铣刀柄,KM型卡簧,ER型卡簧,32,拉钉： 带螺纹的零件，连接在各种工具柄的尾端，作为镗铣主轴拉刀固定用。,33,(1)刀具换刀时间短且换刀可靠； (2)刀具重复定位精度高； (3)足够的刀具储存量； (4)刀库占地面积小。,2.5.2 数控刀具自动换刀系统,为完成对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置称为自动换刀装置(Automatic tool changer-ATC) ,自动换刀装置应当满足的基本要求为：,34,根据其组成结构可分为
8、 排式刀架 回转刀架式 转塔式 带刀库式,1、自动换刀装置的形式,1) 排式刀架自动换刀装置 排式刀架一般用于数控车床，结构为夹持各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的X坐标轴方向排列在横向滑板上，换刀方便迅速，生产效率高。,35,排式刀架,36,排式刀架,37,回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀装置，它通过刀架的旋转、分度定位来实现机床的自动换刀； 刀架可设计成四方形、六角形或其他形式； 刀架分立式 (回转中心与主轴垂直) 、卧式2种； 多用于车床或车削中心；,换刀主要包括3个动作： 刀架抬起; 刀架转位分度； 刀架锁紧；,2）回转刀架自动换刀装置,38,12工位卧式回转刀架,4方、6角立式回
9、转刀架,39,电动（或液压）回转刀架,40,换刀动作： 刀架抬起； 刀架转位； 刀架锁紧；,(1) 四方回转刀架,41,换刀动作： 刀架抬起； 刀架转位； 刀架锁紧；,(1) 四方回转刀架,42,(2) 液压控制的六角回转刀架,换刀动作： 刀架抬起； 刀架转位； 刀架锁紧； 油缸复位；,43,换刀动作： 刀架抬起； 刀架转位； 刀架锁紧； 油缸复位；,(2) 液压控制的六角回转刀架,44,换刀动作： 刀架抬起； 刀架转位； 刀架锁紧； 油缸复位；,(2) 液压控制的六角回转刀架,45,3) 转塔式更换主轴头自动换刀装置,更换主轴头换刀通常有卧式和立式两种。换刀时利用转塔的转位来更换主轴头，以实
10、现自动换刀。转塔主轴相当于一个转塔刀库。 在转塔的各主轴头上预先装好所需刀具，换刀时依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具旋转。,优点：省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性。 缺点：主轴部件的刚性差且主轴的数目不可能太多。,46,(1) 多主轴转塔头结构,8轴立式转塔头,10工位车削中心转塔头,47,(2) 八轴卧式转塔头结构及其换刀,转位过程 旋转齿轮615脱开主传动 中心油缸13上腔注压力油 缸体带动转塔刀架体10抬起 鼠齿盘78脱开 转位油缸推动齿轮5带动转塔转位45 中心油缸13下腔注压力油，转塔锁紧 转位油缸复位,48,(3) 带
11、刀库的转塔头换刀,旋转主轴特点： 一个空闲工位； 一个工作工位； 在空闲位换刀； 带刀库和换刀机械手；,刀库,49,4) 带刀库的自动换刀装置,带刀库自动换刀装置的MC机床主轴箱和转塔主轴头相比较，由于只有一根主轴，主轴部件刚度高，能够满足各种复杂精密加工的要求。 另外，由于刀库刀具数量大，解决了复杂零件一次装夹完成多个工序的加工要求，提高了CNC的加工的适应性和加工效率。,由于刀架、转塔头的刀具容量有限，现代MC数控机床都使用刀库ATC装置换刀。 刀库换刀将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由刀具交换装置从刀库和主轴上取刀交换。,50,1) 无机械手交
12、换刀具方式,机械手交换刀具； 无机械手交换刀具，由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换。,这种换刀方式结构简单，成本低，换刀的可靠性较高，刀库因结构所限容量不多，换刀时间长。多用于中、小型加工中心自动换刀。,实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式通常分为两种：,2、刀具交换装置,51,(1)刀库移动式无机械手换刀,1立柱 2底座 3横向工作台 4纵向工作台 5刀库 6主轴箱,52,(2)主轴移动式无机械手换刀,53,无机械手换刀过程 1立柱 2主轴箱 3刀库,54,机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后，把这一工步的刀具送回刀库，并把下一工步所需要的刀具从刀库
13、中取出来装入主轴继续进行加工的功能部件。,2) 带机械手交换刀具方式,MC的自动换刀，大都采用机械手换刀方式。 由机械手把刀库上的刀具送到主轴上。使用一个机械手将加工用毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一个机械手将在刀库待命的刀具中从换刀位置拔出，然后两者交换位置，完成换刀过程。刀库中的刀具可手工或机械手安装。,55,(1) 换刀机械手结构,单臂单爪机械手： 只有一个手臂换刀，因此换刀时间长。 回转式单臂双爪机械手： 它的双爪可同时工作，通过手臂回转交换刀具位置，因此换刀时间短。 双臂机械手： 能同时抓取和装卸机床主轴和刀库集中的刀具，因此换刀进一步时间缩短。 双刀库机械手： 使用两个刀库和两
14、个单臂机械手工作，使机械手行程大为缩短。,56,各种机械手结构,57,各种机械手结构,钩手,伸缩手,抱手,叉手,58,双刀库机械手结构,59,(2)各种机械手换刀过程,刀座轴与主轴平行,两手成180o的回转式单臂双爪机械手,两手不伸缩回转式,刀座轴与主轴垂直,1、9刀库 2、10换刀位置的刀座 3、8机械手 4、5机床主轴 6、7刀具,60,刀座轴与主轴平行单臂双爪换刀过程：,抓刀,拔刀,换刀,插刀,复位,61,两手伸缩回转式,1机床主轴 2主轴中刀具 3刀库中刀具 4刀库 5机械手,62,剪式手爪回转式,刀座轴与主轴平行,刀座轴与主轴垂直,1刀库 2剪式手爪 3机床主轴 4伸缩臂 5伸缩与回
15、转机构 6手臂摆动机构,63,两手互相垂直的回转式单臂双爪机械手,1换刀位置 2、5刀具 3机械手 4机床主轴,64,3、刀库及刀具选择方式,(1) 刀库的类型 按刀库的结构形式可分为： 圆盘式刀库；* 链式刀库；* 箱型式刀库-箱型和线型；,按设置部位的不同可分为: 顶置式，置式，悬挂式，落地式； 按交换刀具还是交换主轴可分为： 普通刀库(简称刀库)； 主轴箱刀库；,1) 刀库,65,盘式刀库,66,盘式刀库,67,链式刀库,68,链式刀库,常见的有单链结构、多链结构、“S”形折叠回绕结构等,69,70,71,(2) 刀库的存储容量,10把车刀可完成工件90左右的车削工艺 4把铣刀可完成工件
16、90左右的铣削工艺 20把孔加工刀具可完成90的钻削工艺,配有1440把刀具的刀库就能够满足70-95工件的加工需要。,72,加工中心刀库使用的选刀方式： 顺序选刀 任意选刀,3) 刀库的选刀方式,顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。 适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。,73,刀柄编码*； 刀座编码*，它又分两种： 永久性编码刀座编码不变； 临时性编码即钥匙编码，钥匙拔出时相应刀座编码消失。,(2) 任选刀具的换刀方式有：,刀柄编码或刀座编码都需要在刀具或刀座上安装用于识别的编码条。,74,识别传感器,识别码块,刀柄编码,75,刀座编码,76,刀座编码,77,MOV36 ATC,78,MOV37 主轴换刀,79,MOV12 装刀检查,