第四章刀具自动化

第一节自动化用刀具和辅具 一 加工刀具的选用1 自动化刀具的特点2 自动化刀具的类型及选用二 加工设备用辅具 自动化刀具的特点 1 刀具的切削性能必须稳定可靠 应具有高的耐用度和可靠性 2 刀具应能可靠地断屑或卷屑 3 刀具应具有较高的精度 4 刀具结构应保证其能快速或自动更换和调整 5 刀具应配有其工作状态的在线检测与报警装置 6 应尽可能地采用标准化 系列化和通用化的刀具 以便于刀具的自动化管理 通常分为 标准刀具 专用刀具应尽量减少使用专用刀具 而选用通用标准刀具 刀具标准组合件或模块式刀具 模块化的结构有可能使各种带柄的昂贵的专用刀具 消振接头组成不同的专用刀具 用在不同的机床上 2 自动化刀具的类型及选用 自动化刀具常用的种类有 可转位车刀 高速钢麻花钻 机夹扁钻 扩孔钻 铰刀 镗刀 立铣刀 面铣刀 丝锥和各种复合刀具等 模块化组合刀具 由钻头 倒角刀和刀体模块组成 加工连杆孔组合刀具 刀片位置可调组合刀具 扩 铣组合刀具 多工序PCD组合刀具 加工螺纹孔的组合刀具 铣螺纹 镗孔组合刀具 可径向走刀的组合刀具 刀体标准的组合刀具 一般选用原则如下 1 为了提高刀具的耐用度和可靠性 应尽量选用各种高性能 高效率 长寿命的刀具材料制成的刀具 2 应选用机夹可转位刀具的结构 3 为了集中工序 提高生产率及保证加工精度 应尽可能采用复合刀具 4 应尽量采用各种高效刀具 二 加工设备用辅具 自动化加工设备的辅具主要有镗铣类数控机床用工具系统 简称 TSG 系统 车床类数控机床用工具系统 简称 BTS 系统 主要由刀具的柄部 刀柄 接杆 接柄 和夹头等部分组成 更完善的工具系统还包括自动换刀装置 刀库 刀具识别装置和刀具自动检测装置等 数控工具系统有整体和模块两种不同的结构型式 整体式结构是每把工具的柄部与夹持工具的工作部分联成一体 因此不同品种和规格的工作部分都必须加工出一个能与机床联接的柄部 致使工具的规格 品种繁多 给生产 使用和管理都带来不便 模块式工具系统是把工具的柄部和工作部分分割开来 制成各种系列化的模块 然后经过不同规格的中间模块 可组装成一套套不同规格的工具 这样既便于制造 使用与保管 又能以最少工具库存来满足不同零件的加工要求 因而它代表了工具系统发展的总趋势 镗铣类数控机床工具系统 三面刃铣刀刀柄 弹簧夹头刀杆 可转位面铣刀刀柄 快换工具系统 双头微调镗杆 第二节排屑自动化 一 切屑形成原理二 排屑装置类型1 带式排屑装置2 刮板式排屑装置3 螺旋排屑装置三 切屑及切削液处理装置1 带刮板式排屑装置的处理装置2 负压式纸带过滤装置 一 切屑形成原理 二 排屑装置类型 切屑排除问题1 切屑从加工空间取决于切屑的形状 工件的安装方法 工件的材质 加工工艺方法 机床类型及其附属装置的布局 2 夹具底座的排除采取一定的措施可将切屑从夹具底座中排出3 对自动线把各台机床的切屑集中排除一般设置在机床底座下的地沟中 1 带式排屑装置 铸铁工件上进行孔加工工序 输送切屑量不宜大于25m3 h 不适宜加工钢件或铣削铸铁工件 同时也不宜在采用切削液的条件下使用 2 刮板式排屑装置 不适用于运送加工钢件时获得的带状切屑 3 螺旋排屑装置 可用于各种切屑 特别适用于钢屑 输送切屑量小于8m h 链钣式除屑输送机 刮板式排屑装置 切削液的处理 一方面可采用干切削或准干切削另一方面要加强对它的净化处理切削液的净化处理就是将它在工作中带人的碎屑 砂轮粉末等杂质及时清除 常用的方法有过滤法和分离法 过滤法是使用多孔材料制成过滤器 以除去在工作中切削液产生的杂质 分离法是应用重力沉淀 惯性分离 磁性分离 涡旋分离等装置 除去污液中的杂质 1 带刮板式排屑装置的处理装置 适用于用切削液冲洗切屑而在自动线上不使用任何排屑装置的场合 2 负压式纸带过滤装置 不需用专门的真空泵就能自然形成负压 是一种较好的切削液过滤净化装置 第三节换刀自动化装置AutomaticToolChanger 简称ATC 一 换刀装置的类型和特点常用的自动换刀装置有如下几种形式 1 回转刀架2 主轴与刀库合为一体的自动换刀装置3 主轴与刀库分离的自动换刀装置二 自动化换刀系统自动换刀系统一般由刀库 自动换刀装置 刀具传送装置 识刀装置等几个部分组成 三 刀具管理系统 回转刀架 常用于数控车床 可用转塔头各刀座来安装或夹持各种不同用途的刀具 通过转塔头的旋转分度来实现机床的自动换刀动作 它的形式一般有立轴式和卧轴式 立轴式一般为四方或六方刀架 分别可安装四把或六把刀具 卧轴式通常为圆盘式回转刀架 可安装的刀具数量较多 故使用较多 回转刀架定位可靠 重复定位精度高 分度准确 转位速度快 夹紧刚性好 能保证数控车床的高精度和高效率 回转刀架 主轴与刀库合为一体的自动换刀装置 若干根主轴 一般为6 12根 安装在一个可以转动的转塔头上 每根主轴对应装有一把可旋转的刀具 根据加工要求可以依次将装有所需刀具的主轴转到加工位置 实现自动换刀 同时接通主运动 更换主轴换刀特点 刀库与主轴合为一体 机床结构较为简单 且由于省去了刀具在刀库与主轴间的交换等一系列复杂的操作过程 从而缩短了换刀时间 并提高了换刀的可靠性 3 主轴与刀库分离的自动换刀装置 带刀库的自动换刀装置 独立的刀库 刀具 20 60把 组成 刀库 刀具交换装置以及主轴等适应复杂零件的多工序加工 由于只有一根主轴 因此全部刀具都应具有统一的标准刀柄 主轴部件上有刀具的自动装卸机构来保证刀具的自动更换 换刀装置 由高精度滚子凸轮驱动的自动换刀装置快速可靠 换刀时间仅为1 8秒 24把刀选配 可装20把刀具的斗笠式自动换刀装置是通过齿轮马达和筒形凸轮驱动 其动作简单可靠 换刀时间5 5秒 标准配置 1 刀库 1 刀库类型功能是贮存各种加工工序所需的刀具 并按程序指令 快速 准确地将刀库中的空刀位和待用刀具送到预定位置 以便接受主轴换下的刀具和便于刀具交换装置进行换刀 盘式刀库装刀容量相对较小 一般在1 24把刀具 主要适用于小型加工中心 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 格子式刀库 2 刀具的选择方式1 顺序选刀方式2 任意选择方式 1 顺序选刀方式将所需刀具严格按工序先后依次插放在刀库中 使用时按加工顺序指令一一取用 优点 驱动控制较为简单 工作可靠 不需要识刀装置 缺点 刀库中的刀具数量不宜太多 且更换工件时 刀具顺序必须重排 2 任意选择方式这种方式根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具 刀具在刀库中可以不按加工顺序而任意存放 利用控制系统来识别 记忆所有的刀具和刀座 自动换刀时 刀库旋转 根据程序指令或根据 刀具识别装置 的识别 刀库将所需刀具送到换刀位置 等待换刀 该方法的优点是相同的刀具在工件一次装夹中可重复使用 刀具数量比顺序选择法的刀具可少一些 并且使自动换刀装置通用性增强 应用范围加大 因此得到了广泛应用 2 刀具运送装置 当刀库容量较大 布置得离机床主轴较远时 就需要安排两只机械手和刀具运送装置来完成新旧刀具的交换工作 一只机械手靠近刀库 称后机械手 完成拔刀和插刀的动作 另一只机械手靠近主轴 称前机械手 也完成拔刀和插刀的动作 安排在前后机械手之间的刀具运送装置一方面将前机械手从主轴上拔出的刀具运回刀库旁 以便后机械手将该刀具拔出 再插回刀库 另一方面则将后机械手从刀库中拔出的刀具运到主轴旁 以便前机械手将该刀具拔出后再插进主轴 换刀机械手 换刀机械手有单臂式 双臂式 回转式和轨道式 3 刀具的识别 1 刀具编码法 2 软件记忆法刀座编号 刀具号 3 标识块识别系统 刀座编码在刀库的刀座上编有号码 在装刀之前 首先对刀库进行重整设定 设定完后 就变成了刀具号和刀座号一致的情况 此时一号刀座对应的就是一号刀具 经过换刀之后 一号刀具并不一定放到一号刀座中 刀库采用就近放刀原则 此时数控系统自动记忆一号刀具放到了几号刀座中 数控系统采用循环记忆方式 刀柄编码识别传感器在刀柄上编有号码 将刀具号首先与刀柄号对应起来 把刀具装在刀柄上 再装入刀库 在刀库上有刀柄感应器 当需要的刀具从刀库中转到装有感应器的位置时 被感应到后 从刀库中调出交换到主轴上 标识块识别系统 1 标识块识别原理 1 标识块 2 读写器 3 识别控制单元 2 标识块刀具识别系统存储在标识块内的信息可以分为4类 刀具信息 包括刀号 刀具代码 刀具名 刀具直径和长度 刀具补偿信息 包括刀具直径补偿值 长度补偿值 切削用量信息 包括主轴转速 进给速度 刀具管理信息 包括刀具寿命 刀具使用时间 刀具使用次数 刀具开始使用日期 存放地点 替代刀具 三 刀具管理系统 1 刀具数据管理 1 刀具识别系统 2 可编程数据载体 3 固定编码的数据载体2 刀具预调3 刀具的计划和组织4 刀具的破损监测 2 刀具预调 1 测量头 2 测量架 3 刀架刀具预调步骤 1 把刀具组装好 拉紧到刀架上 2 以自动方式让测量架和测量头快速抵达刀具的某一恰当位置 3 以手动方式让测量架和测量头缓慢靠近刀尖 4 一边让刀具绕轴线摆动 一边微细地调整测量架和测量头的位置 若采用显微投影仪 则让