第四章数控机床的自动换刀装置.ppt

第四章自动换刀装置,为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如车削加工中心、镗铣加工中心、钻削加工中心等。这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同的刀具，完成不同工序的加工工艺。,4.1ATC刀具自动换刀4.2刀库4.3机械手4.4自动换刀装置4.5刀库自动换刀过程与换刀实例,4.1ATC刀具自动换刀,4.1.1ATC刀具自动换刀装置的基本要求ATC（AutomaticToolChanger）自动换刀装置:为实现对工件的多工序加工而设置的能自动存储及更换刀具的装置。ATC应满足如下基本要求：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。,按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。在刀库中，选择刀具通常采用两种方法。1.顺序选刀2.任选刀具,返回,上一页,下一页,4.1.2刀具的选择方式,1.顺序选刀在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求集中插入刀库的刀套中，顺序不能有差错，加工时按顺序调刀称为顺序选刀。加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。这样就会增加刀具的数量，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。其优点是刀库的驱动和控制都比较简单。因此这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中小型自动换刀数控机床。,2.任选刀具这种方法根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可以任意存放。每把刀具都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，刀库将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。,返回,上一页,任意选择刀具法的优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关，相同的刀具可重复使用。因此，刀具数量比顺序选择法的刀具可少一些，刀库也相应的小一些。目前大多数的数控系统都采用任选刀具功能，任意选择法主要有三种编码方式：刀具编码方式刀座编码方式编码附件方式,1）、刀具编码方式这种方式是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座中。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座中，避免了因刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故；缩短了刀库的运转时间；简化了自动换刀控制线路。,刀具编码的具体结构如右图所示。在刀柄1后端的拉杆4上套装着等间距的编码环2，由锁紧螺母3固定。,图刀具编码结构图1-刀柄；2-编码环；3-压紧螺母；4-拉杆,编码环既可以是整体的，也可由圆环组装而成。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”。通过着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（26-1=63）种刀具。通常全部为0的代码不许使用，以免与刀座中没有刀具的状况相混淆。,图刀具编码结构图1-刀柄；2-编码环；3-压紧螺母；4-拉杆,为了便于操作者的记忆和识别，也可采用二-八进制编码来表示。THK6370自动换刀数控镗铣床的刀具编码采用了二-八进制，六个编码环相当八进制的二位。这种编码环中，若所有的编码环都是凸的，其号码二进制是（111111）二，相当于二-八进制数（77）八，也就是十进制的（63）十。,2）刀座编码方式这种编码方式对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号码相符的刀座中，换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库便停止旋转。这种编码方式由于取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构大为简化。,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使用过的刀具放回原来的刀座中，增加了换刀动作。与顺序选择刀具的方式相比，刀座编码的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。,上图所示为圆盘形刀库的刀座编码形式。在圆盘的圆周上均布若干个刀座，其外侧边缘上装有相应的刀座编码块1，在刀库的下方装有固定不动的刀座识别装置2。刀座编码的识别原理与上述刀具编码的识别原理完全相同。,图刀座编码示意图1-编码装置；2-读码装置,3）、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。编码钥匙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座中时，将编码钥匙插进刀座旁边的钥匙孔中。这样就把钥匙的号码转记到刀座中，给刀座编上了号码。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座中的刀具。,编码钥匙的形状如上图所示。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。,上右图为编码钥匙孔的剖面图，钥匙沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙孔座，然后顺时针方向旋转90，处于钥匙代码突起6的对应弹簧接触片5被撑起，表示代码“1”，处于代码凹处的对应弹簧接触片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。,这种编码方式称为临时性编码，因为从刀座中取出刀具时，刀座中的编码钥匙也取出，刀座中原来编码随之消失。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座中。,刀具（刀座）识别装置,刀具（刀座）识别装置是自动换刀系统中重要组成部分，常用的有下列几种：（1）接触式刀具识别装置（2）非接触式刀具识别装置,（1）接触式刀具识别装置,接触式刀具识别装置应用较广，特别适应于空间位置较小的刀具编码，其识别原理如上图所示。在刀柄1上装有两种直径不同的编码环，规定大直径的环表示二进制的“1”，小直径的环为“0”，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等。每个触针与一个继电器相连，当编码环是大直径时与触针接触，继电器通电，其数码为“1”。,接触式刀具识别原理图1-刀柄；2-刀具识别装置；3-触针；4-编码环,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。,（2）非接触式刀具识别装置,非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反应速度快，适应于高速、换刀频繁的工作场合。常用的有：磁性识别光电识别法,非接触式磁性识别法,磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料的磁感应强弱不同，通过感应线圈读取代码。编码环的直径相等，材料分别为导磁材料（如软钢）和非导磁材料（如黄铜、塑料等）制成，规定前者编码为“1”，后者编码为“0”。,右上图所示为一种用于刀具编码的磁性识别装置。图中刀柄1上装有非导磁材料编码环4和导磁材料编码环2，与编码环相对应的有一组检测线圈6组成非接触式识别装置3。,在检测线圈6的一次线圈5中输入交流电压时，如编码环为导磁材料，则磁感应较强，在二次线圈7中产生较大的感应电压。如编码环为非导磁材料，则磁感应较弱，在二次线圈中感应的电压较弱。利用感应电压的强弱，就能识别刀具的号码。当编码环的号码与指令刀号相符时，控制电路便发出信号，使刀库停止运转，等待换刀。,当尺寸受到限制时，不能采用由标准无触点开关组成的识刀器。为此，华中理工大学研制了一种小型的磁性识刀器，六组磁芯叠合在一起的宽度只有30mm。,其选刀控制方框图如上图所示。当数控装置发出选刀指令T后，选刀控制电路使刀库快速旋转，刀柄上的编码环依次经过识刀器。在识刀器上感应出每把刀具的不同信号，经“刀号读出电路”将编码环所需要的号码读出，并经输入控制门存入“刀号寄存器”内，然后送入“符号电路”与数控装置的T代码比较。如读出的刀具号码与给定的T代码不一致时，刀库继续旋转，进行识别比较。直至识刀器读出的刀具号码与给定的T代码一致时，则发出选刀符合信号，选刀控制电路使刀库减速慢转，由刀库定位销定位，等待换刀。,光学纤维刀具识别装置,这种装置利用光导纤维良好的光传导特性，采用多束光导纤维构成阅读头来获取刀具上的二进制信号。,用靠近的二束光导纤维来阅读二进制码的一位时，其中一束将光源投射到能反光或不能反光（被涂黑）的金属表面，另一束光导纤维将反射光送至光电转换元件转换成电信号，以判断正对着这二束光导纤维的金属表面有无反射光。有反射时为“1”，无反射时为“0”。如图（b)所示。,在刀具的某个磨光部位按二进制规律涂黑或不涂黑，就可给刀具编上号码。正当中的一小块反光部分用来发出同步信号。阅读头端部结构如图（a）所示，共用的投光射出面为一矩形框，中间嵌进一排共9个圆形受光入射面。,在光导纤维中传播的光信号比在导体中传播的电信号具有更高的抗干扰能力。光导纤维可任意弯曲，这给机械设计、光源及光电转换元件的安装都带来了很大的方便。因此，这种方法很有发展前途。,近年来，“图象识别”技术也开始用于刀具识别，刀具不必编码，而在刀具识别位置上利用光学系统将刀具的形状投影到许多光电元件组成的屏板上，从而将刀具的形状变为光电信号，经信号处理后存入记忆装置中。选刀时，数控指令T所指的刀具在刀具识别装置出现图形时，并与记忆装置中的图形进行比较，选中时发出选刀符号信号，刀具便停在换刀位置上。这种识别方法虽然有很多的优点，但由于该系统价格昂贵，而限制了它的使用。,3、利用PC实现随机换刀,利用可编程控制器（PC）记忆的方式将刀具和刀库的刀座位置分别编号，列出刀号数据表存储在PC内，刀号数据表应与刀具在刀库中的实际位置相对应。换刀时，主轴上新装的刀具号及还回刀库的刀具号均在PC内部相应地存储记忆，使刀号数据表与刀库中的位置始终保持一致。这种方法由于不需要编码环和识刀装置，结构大为简化，同时也增加了可靠性，已被广泛应用于加工中心。JCS018加工中心也采用了这种方式实现了任意选刀。,4.2刀库,刀库是自动换刀装置的主要部件，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大的影响。刀库中的刀具的定位机构是用来保证要更换的每一把刀或刀套都能准确地停在换刀位置上。采用电动机或液压系统为刀库转动提供动力。根据刀库所需的容量和取刀方式，可将刀库设计成多种形式。,4.2.1刀库的类型刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按程序指令把将要换上的刀具准确地送到换刀位置，并接受从主轴换下送来的已用刀具。刀库的储存量一般在864把范围内，多的可达100200把。刀库的类型分为：1、鼓（盘）式刀库2、链式刀库3、格子盒式刀库,1、盘式刀库：刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安装。轴向安装的结构最为紧凑。,为了换刀时刀具与主轴同向，有的刀库中的刀具需在换刀位置作90翻转。在刀库容量较大时，为在存取方便的同时保持结构紧凑，可采取弹仓式结构。目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面。在刀库容量较大时，也有安装在单独的地基上，以隔离刀库转动造成的振动。,返回,上一页,下一页,盘式刀库的刀具轴线与鼓轴线平行，刀具环行排列，分径向、轴向两种取刀方式，其刀座结构不同。这种鼓式刀库结构简单应用较多，适用于刀库容量较小的情况。为增加刀库空间利用率，可采用双环或多环排列刀具的形式。但鼓直径增大，转动惯量就增加，选刀时间也较长。如图4-6（a）、（b）所示为鼓式刀库。,盘式刀库GF、ISO40-24、30DV,盘式刀库在数控机床上的应用,2.链式刀库如图4-7所示为链式刀库，通常其刀具容量比盘式的要大，结构也比较灵活和紧凑，常为轴向换刀。链环可根据机床的布局配置成各种形状，也可将换刀位置刀座突出以利于换刀。另外还可以采用加长链带方式加大刀库的容量，也可采用链带折叠加绕的方式提高空间利用率，在要求刀具容量很大时还可以采用多条链带结构。,链式刀库GF-BTISO50-60CH,换刀机械手,链式刀库结构,链式刀库结构,链式刀库结构,链式刀库安装在龙门加工中心上,链式刀库GF-BT、ISO50-40、60CH,换刀机构,链式刀库GF-BT、ISO50-32CH,换刀机械手,链式刀库,链式刀库在加工中心上,（1）固定型格子盒式刀库刀具分几排直线排列，由纵横向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具。由于刀具排列密集，空间利用率高，刀库容量大。,返回,上一页,下一页,3.格子盒式刀库,（2）非固定型格子盒式刀库可换主轴箱的加工中心刀库由多个刀匣组成，可直线运动，刀匣可以从刀库中垂直提出。,下一页,返回,上一页,4.2.2刀库的容量,刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。一般情况下，并不是刀库中的刀具越多越好，太大的容量会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀过程时间增长。例如，立式加工中心的主要工艺为钻、铣。,统计了15000种工件，按成组技术分析，各种加工刀具所必需的刀具数的结果是：4把刀的容量就可以完成95%左右的铣削工艺。10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺。因此，14把刀的容量就可完成70%以上的工件的铣、钻削工艺。,上一页,下一页,返回,如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成全部加工任务所需的刀具数在40种以下。所以一般的中小型立式加工中心配1430把刀具的刀库就能够满足70%95%的工件加工需要。,1.圆盘式刀库的结构如图4-9（a）、（b）所示为圆盘式刀库的结构图，可容纳40把刀具。,下一页,返回,上一页,4.2.3刀库结构,如图4-9（a）为刀库的驱动装置，由液压马达驱动，通过蜗杆4蜗轮5、端齿离合器2和3带动与圆盘13相连的轴1转动。,如图4-9（b）所示，圆盘13上均匀分布40个刀座9，其外侧边缘上有相应的40个刀座编码板8。在刀库的下方装有固定不动的刀座号读取装置7。当圆盘13转动时，刀座号板8依次经过刀座号读取装置，并读出各刀座的编号，与输入指令相比较，当找到所要求的刀座号时，即发出信号，液压缸6右腔进入高压油，使端齿离合器2和3脱开，使圆盘13处于浮动状态。,同时液压缸12前腔的高压油通路被切断，并使其与回油箱连通，在弹簧10的作用下，液压缸12的活塞杆带着定位V形块14使圆盘13定位，以便换刀装置换刀。这种方法，装置比较简单，总体布局比较紧凑，但圆盘直径较大，转动惯量大，且由于刀库离主轴较远，因此，要采用中间搬运装置来换刀。,2.链式库的结构如图4-10所示为方形链式刀库的典型结构示意图。主动链轮由伺服电动机通过蜗轮减速装置驱动。这种传动方式，不仅在链式刀库中采用，其他形式的刀库传动中，也多采用。,下一页,上一页,返回,导向轮一般做成光轮，圆周表面应淬硬。左侧的两只导向轮兼起张紧轮的作用。链轮应装回零撞块，回零开关装在便于调整处。调整回零开关位置，可使刀具准确停在换刀位置上。刀库回零时，只能从一个方向回零。,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，以致在换刀时容易出现掉刀现象。刀套的准停问题，将是影响换刀动作可靠性的重要因素之一。为了确保刀套准确地停在换刀位置上，常需采用如下措施。,1）用定位盘准停由气缸或油缸推动定位销，插入定位盘的定位槽内，以实现刀套的准停。,2）由气缸或油缸推动定位块直接对刀套定位。,3）设计制造时应保证定位上定位槽的分度应准确一致。上述的准停方式的优点是能有效地消除传动链反向间隙的影响；能保护传动链，使其免受换刀撞击力；驱动电动机可不用制动自锁装置。4）链式刀库设计制造时要选用链节矩精度较高的套筒滚子链和链轮。安装时用专用夹具保证各刀套的节距一致。5）传动时要消除传动间隙。,4.2.4刀库的转位,刀库转位机构用伺服电动机通过消隙齿轮1、2带动蜗轮4使刀库转动，如图4-12所示。蜗杆为右旋双导程蜗杆，可以用轴向移动的方法来调整蜗轮副的间隙。压盖5内孔螺纹与套6相配合，转动套6即可调整蜗杆的轴向位置，也就调整了蜗轮副的间隙。调整好后用螺母7锁紧。,返回,上一页,刀库的最大转角为1800，根据所换刀具的位置决定正转或反转、由控制系统自动判别，以使找刀路径最短。每次转角大小由位置控制系统控制，进行粗定位，最后由定位销精确定位。,刀库及转位机构在同一箱体内，由液压缸实现其移动。如图4-13为刀库液压缸结构图。图中1是刀库和转位机构，2是液压缸，3是立柱顶部平面。,4.3.1机械手的形式与种类,1.单臂单爪回转式机械手（图4-14（a）这种机械手的手臂可以回转不同的角度进行自动换刀，手臂上只有一个夹爪，不论在刀库上或在主轴上，均靠这一个夹爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长。,下一页,返回,2.单臂双爪摆动式机械手（图4-14（b）这种机械手的手臂上有两个夹爪，两上夹爪有所分工，一个夹爪只执行从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务。另一个夹爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务。其换刀时间较上述单爪回转式机械手要少。,3.单臂双爪回转式机械手（图4-14（c）这种机械手的手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转1800后，又同时将刀具放回刀库及装入主轴。换刀时间较以上两种单臂机械手均短，是最常用的一种形式。图（c）右边的一种机械手在抓取刀具或将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸缩。,4.双机械手（图4-14（d）这种机械手相当于两个单爪机械手，相互配合起来进行自动换刀。其中一个机械手从主轴上取下“旧刀”送回刀库；另一个机械手由刀库里取出“新刀”装入机床主轴。,下一页,返回,上一页,5.双臂往复交叉机械手（图）这种机械手的两手臂可以往复运动，并交叉成一定的角度。一个手臂从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个手臂由刀库取出“新刀”装入主轴。整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的运刀运动。,下一页,返回,上一页,6.双臂端面夹紧机械手（图4-14（f）这种机械手只是在夹紧部位上与前几种不同。前几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面以抓取刀具，这种机械手则夹紧刀柄的两个端面。,4.3.2常用换刀机械手,1.单臂双爪式机械手单臂双爪式机械手，也叫扁担式机械手，它是目前加工中心上用得较多的一种。,下一页,返回,上一页,这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由液压缸来完成。根据结构要求，可以采取液压缸动，活塞固定；或活塞动，液压缸固定的结构形式。而手臂的回转动作，则通过活塞的运动带动齿条齿轮传动来实现。机械手臂的不同回转角度，由活塞的可调行程来保证。,图9-23的结构是其中一种，它使用气压驱动，结构简单，动作可靠，是目前在数控加工中心上常见的结构形式之一。,1、4、6-汽缸；2-手臂主轴；3、5-轴；7-手爪；8、9、11、12、16、17-行程开关；10、15-齿轮；13-柱销；14-圆盘图9-23单臂双爪机械手的结构示意图,图中手爪7固定在手臂主轴2的端部，同时固定在轴2上的还有圆盘14，齿轮15，齿轮10空套在手臂主轴2上。换刀开始时，气缸4向左运动，推动齿轮15逆时针转动。由于此时气缸1位于上方，圆盘14的的端面销插在齿轮15的槽孔内，故齿轮15带动手臂主轴2和手爪转动到抓刀位置，同时行程开关17发出抓刀结束和拔刀开始的信号。然后气缸1向下推动手臂主轴2拔刀，轴2上的圆盘14随之下移，端面销和齿轮15脱开，和齿轮10接合。,拔刀结束时，行程开关8发出信号使气缸6左移，通过齿轮10带动手臂主轴2继续逆时针旋转180度，实现手爪7的换位。换位结束后，行程开关12发出信号，气缸1向上完成插刀动作，齿轮10脱开，齿轮15接合。在行程开关9发出插刀完毕信号后，气缸4右移使手爪回到原始位置。在气缸6复位后，等待下一个换刀指令。,这种机械手采用气、液压装置，设计制造时应有良好的密封，以保证不漏油；同时应使机械手动作灵活、为了保证换刀快速省时并无冲击，各换刀动作结束前应有缓冲机构实现缓冲。由于换刀动作要缓冲、控制换刀动作的电磁阀动作响应有一定的时间常数等因素使液压换刀机械手换刀速度较慢。近年来国内外先后研制了凸轮联动式单臂双爪机械手。,由电机驱动、结构简单、工作可靠。由于机械手的手臂的回转和插刀、拔刀的分解动作是联动的，部分时间可重叠，从而大大缩短了换刀时间。,2.双臂单爪交叉型机械手由北京机床研究所开发和生产的JCS013卧式加工中心，所用换刀机械手就是双臂单爪交叉型机械手，如图4-16所示。,3.单臂双爪且手臂回转轴与主轴成450的机械手机械手结构如图4-17所示。,下一页,返回,上一页,这种机械手换刀动作可靠，换刀时间短。缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。,4.3.3手爪形式,1.钳形手的杠杆手爪如图4-18所示。图中的锁销2在弹簧作用下，其大直径外圆顶着止退销3，杠杆手爪6就能够摆动、放开，刀具就能装入和取出。这种手爪均为直线运动抓刀。,2.刀库夹爪刀库夹爪既起着刀套作用，又起着手爪的作用。如图4-19所示为刀库夹爪图。,4.3.4机械手结构原理如图4-20所示，机械手结构及工作原理如下。机械手有两对抓刀爪，分别由液压缸1驱动其动作。当液压缸推动机械手抓刀爪外伸时，抓刀爪上的销轴3在支架上的导向槽2上滑动，使抓刀爪绕销4摆动，抓刀爪合拢抓住刀具；当液压缸间缩时，支架2上的导向槽迫使抓刀爪张开，放松刀具。由于抓刀动作由机械机构实现，且能自锁，因此工作安全可靠.,下一页,返回,上一页,4.3.5机械手的驱动机构,如图所示为机械手的驱动机构。1为升降汽缸2-齿条3-齿轮4-液压缸5-传动盘6-杆7-转位气缸8-齿轮9-齿条,返回,上一页,如图4-21所示为机械手的驱动机构。汽缸1通过杆6带动机械手臂升降。当机械手在上边位置时，液压缸4通过齿条2、齿轮3、传动盘5、杆6带动机械手臂回转；当机械手在下边位置时，汔缸7通过齿条9、齿轮8、传动盘5和杆6，带动手臂回转。,返回,上一页,如图4-22所示为机械手臂和手爪结构图。手臂的两端各有一手爪。刀具被带弹簧1的活动销4紧靠着固定爪5。锁紧销2被弹簧3弹起，使活动销4被锁位，不能后退，这就保证了在机械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。当手臂在上方位置从初始位置转过750时锁紧锁2被挡块压下，活动锁4就可以活动，使得机械手可以抓住主轴和刀套中的刀具。,4.4自动换刀装置,数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，缩短辅助时间，减少多次装夹所引起的误差，必须带有自动换刀装置。各种数控机床的自动换刀装置的结构取决于数控机床的类型、工艺范围、使用刀具种类和数量等。,在数控机床中自动换刀装置应当满足的基本要求如下：1、换刀时间短2、刀具安装重复定位精度高3、足够的刀具储存量4、刀库占地面积小,4.4.1数控车床刀架,1.数控车床四方刀架数控车床四方刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。如图4-23所示为LD4B型刀架的外形尺寸。,下一页,返回,在数控车床刀架安装和调试完成后，刀架的工作顺序应按照如图4-24所示的步骤完成工作要求，同时需要相应的辅助机构来实现。,图4-25为LD4B型刀架结构，为立式电动刀架，采用蜗轮蜗杆传动，三齿盘啮合锁紧的工作原理。,工作程序：发转位信号电机转蜗杆11转蜗轮7转螺杆转夹紧轮14抬起从而使三齿轮（内齿圈、外齿圈和夹紧齿圈）都松开。这时离合器销进入离合盘16的槽内，反靠销26同时脱离反靠盘10槽子，上刀体15开始转动15到位磁钢对准发讯开关发讯。,工作程序：发讯后电机反转上刀体稍反转反靠销26进入反靠盘10的槽子实现初定位离合器销脱离离合盘16的槽子，夹紧轮14往下压紧内外齿圈直至锁紧，延时结束。,2.数控车床六角回转刀架如图4-26为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。,如图4-26所示的数控车床六角回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为以下四个步骤。,回转机构,1）刀架抬起2）刀架转位3）刀架压紧4）转位油缸复位具体动作见下面的动画。,3.盘形自动回转刀架如图4-27（a）所示为CK7815型数控车床采用的BA200L刀架结构图。,该刀架可配置12位、8位刀盘。A、B型回转刀盘的外切刀可使用25mm150mm标准、刀具和刀杆截面为25mm25mm的可调刀具，C型可用尺寸为20mm20mm125mm的标准刀具。镗刀杆直径最大为32mm。,8位卧式回转刀架,4.电动机传动的转塔刀架如图4-28所示是一组电动机驱动的转塔刀架的结构图。定位用的是三齿盘结构，如图4-28（a）所示。定齿盘3用螺钉及定位销固定在刀架体4上。动齿盘2用螺钉及定位销紧固在中心轴套1上，齿盘2、3对面有一个可轴向移动的齿盘5，齿长为以上二者之和。其沿轴向右移动，合齿定位、夹紧；其沿轴向右移时，松开脱齿。,下一页,返回,上一页,5.液压驱动的转塔刀架如图4-29所示是数控车床的液压驱动转塔刀架结构示意图。转塔刀架用液压缸夹紧，液压马达驱动分度，端齿盘副定位。,下一页,返回,上一页,6.车削中心用动力刀架如图4-30所示为意大利公司生产的适用于全功能数控车床及车削中心的动力转塔刀架。刀盘上既可以安装各种非动力辅助刀夹夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。,带动力的回转刀架,加工中心自动换刀装置的形式通常分为：由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换和采用机械手交换刀具两类。自动换刀装置的形式和它们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有直接的影响。,下一页,返回,上一页,4.4.2加工中心自动换刀装置,由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置，在换刀时必须先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不能同时进行，因此换刀时间长。,加工中心的自动换刀装置可分为五种基本形式：转塔式180回转式回转插入式二轴转动式主轴直接式自动换刀的刀具可牢靠紧固在专用刀夹内，每次换刀时将刀夹直接装入主轴。,1.转塔式自动换刀装置用转塔实现换刀是最早的自动换刀方式，如图4-32所示，转塔是由若干与铣床动力头相连接的主轴组成。在运行程序之前将刀具分别装入主轴，需要哪把刀具时，转塔就转到相应的位置。,这种装置的缺点是主轴的数量受到限制。,2.1800回转式换刀装置最简单的换刀装置是1800回转式换刀装置，如图4-33所示。接到换刀指令后，机床控制系统便将主轴控制到指定换刀位置；与此同时，刀具库运动到适当位置，换刀装置回转并同时与主轴、刀具库的刀具相配合；拉杆从主轴刀具上卸掉，换刀装置将刀具从各自的位置上取下；,下一页,返回,上一页,换刀装置回转1800并将主轴刀具与刀具库刀具带走；换刀装置回转的同时，刀具库重新调整其位置，以接受从主轴取下的刀具；接下来，换刀装置将要换上的刀具与卸下的刀具分别装入主轴和刀具库；最后，换刀装置转回原“待命”位置。至此，换刀完成，程序继续运行。,这种换刀装置的主要优点是结构简单、涉及的运动少、换刀快。主要缺点是刀具必须存放在与主轴平行的平面内，与侧置后置刀具库相比，切屑及切削液易进入刀夹，因此必须对刀具另加防护。,3.回转插入式换刀装置回转插入式换刀装置，是回转式换刀装置的改进形式。回转插入机构是换刀装置与传递杆的组合。如图4-34为回转插入式换刀装置的工作原理，其应用在卧式加工中心上。这种换刀装置的结构设计与1800回转式换刀装置基本相同。,下一页,返回,上一页,4.二轴转动式换刀装置如图4-35所示是二轴转动式换刀装置的工作原理。这种换刀装置可用于侧置或后置式刀具库，共结构特点最适用于立式加工中心。,5.无机械手交换刀具方式无机械手交换刀具方式是利用刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换，要么刀具库直接移到主轴位置，要么主轴直接移至刀具库。这种换刀方式结构简单，成本低，换刀的可靠性较高。这种换刀系统多为中、小型加工中心采用。XH754型卧式加工中心就是采用这种换刀方式。如图4-36所示为XH754型卧式加工中心换刀过程。,下一页,返回,上一页,6.机械手换刀采用机械手进行刀具交换方式在加工中心中应