机械制造系统自动化培训课件(.ppt

1,机械制造自动化技术MechanicalManufacturingAutomationTechnology,沈阳工业大学机械学院,杨赫然,E-mail：283969974,2,本课程的主要内容,第一章机械制造自动化技术概述第二章机械制造系统自动化第三章制造过程自动化控制系统第四章物料传输自动化第五章自动化检测与监控系统第六章装配自动化第七章轿车换挡器半自动装配系统的设计实例,3,机械制造设备自动化概述切削加工自动化金属板材成形加工自动化机械制造自动线,第二章机械制造系统自动化,4,2.1制造设备自动化意义、方法与分类,制造设备自动化的概念：是指在加工过程中所用的加工设备能够高效、精密、可靠地自动进行加工，此外还应能进一步集中工序和具有一定的柔性。高效：生产率要达到一定高的水平；精密：加工精度高（精度稳定性高），成品可以达到完全互装配，不必再分组选配；可靠：设备故障率低，除班间休息之外可以达到常年不停生产，利用班间休息时间计划换刀；集中工序：在一台设备或一个自动化加工系统中完成一个工件由毛坯到总装前的全部工序；柔性：适应产品的更换。,5,2.1制造设备自动化意义与分类,制造设备的加工过程自动化辅助时间生产率改善工人的劳动条件减轻工人的劳动强度。,1、制造设备自动化的意义,6,制造设备的自动化是零件整个机械加工工艺过程自动化的基本问题之一，是机械制造厂实现零件加工自动化的基础。单台制造设备的自动化能较好地满足零件加工过程中某个或几个工序的加工半自动化和自动化的需要，为多机床管理创造了条件，是建立自动生产线和过渡到全盘自动化的必要前提，是机械制造业更进一步向前发展的基础。,7,2-意义、方法和分类,2、制造设备自动化的方法,8,实现制造设备自动化的途径主要有：,对于现有设备（通用）进行自动化改装，以实现单机自动化条件：被改造的机床必须具有足够的精度和刚度自动化机构和控制系统必须稳定可靠改装工作量小设计、制造、采用专用或专门的自动化加工设备采用数控加工设备,9,2-意义、方法和分类,全（半）自动单机组合机床自动线CNC（计算机数控机床）FMC（柔性制造单元）,3、自动化加工设备分类,10,2-2单机工作自动化实现单机自动化的方法采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化采用组合机床实现单机自动化采用通用机床进行自动化改装实现单机自动化,11,普通机床的工作行程运动是由机床来完成的，但空行程运动的全部或大部分则必须由工人来操作，此外工人还需根据工件加工工艺的要求，发出相应的操作指令，加工出所需形状和尺寸的工件，这类机床必须在工人看管操作下才能完成加工过程。,12,如机床能自动完成所有工作行程和空行程运动，并能根据加工工艺要求，自动地控制各运动的先后顺序，以及控制各运动部件的位移量或运动轨迹，即在没有工人直接参与的情况下，自动地按规定的程序进行动作，完成整个加工循环，这样的机床，称为自动化机床。,flash,13,2.2.1实现单机自动化的方法,采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化采用组合机床实现单机自动化采用专用机床实现单机自动化采用通用机床进行自动化改装实现单机自动化,14,自动化机床有自动和半自动之分。两者的区别在于：自动机床在一个工作循环结束后，能自动卸下加工完的工件，装上待加工的坯件，并继续进行同样的工作循环，直至装在机床上的一批坯件加工完为止；半自动机床能自动地完成除上料和卸工件以外的一切切削和辅助运动的机床。需人工装卸自动循环的实现；,2.2.2采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化,15,特点：提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，而且还可保证工件质量稳定，精度一致性好。此外，机床自动化还能减少设备数量，缩减生产面积，减少在制品数量。自动化机床所需机构：它具有能代替手工操作的各种自动化空行程机构；它具有能代替工人控制机床工作过程的自动控制系统。,16,自动化单机的控制方式及适用范围,凸轮式特点：用专门设计制造的凸轮或靠模控制刀具的运动轨迹，并利用凸轮轴使多个不同运动能协同动作。适用范围：少品种，大批量应用机床：单轴纵切自动车床、仿形车床品种变换程度：每月一次到数次,17,自动化单机的控制方式及适用范围,非凸轮式特点：用电气、电气伺服、液压、丝杠副等非凸轮机构控制刀具的运动轨迹及多个不同运动的协同动作。适用范围：多品种，中批量应用机床：卧式多轴自动车床、单轴转塔自动车床、立式多轴半自动车床、多刀半自动车床品种变换程度：一日一次,18,自动化单机的控制方式及适用范围,数字控制式特点：用数字形式控制刀具或机构的运动轨迹及多个数控坐标轴之间的必要联动。适用范围：多品种，中小批量应用机床：各种数控机床品种变换程度：一日数次,19,车削自动化设备分类,自动化程度：自动加工棒料毛坯半自动加工件料毛坯主轴数目：多轴多个主轴同时夹持多个工件旋转，多把刀具同时加工，生产效率高，但主轴转位时存在定位误差单轴单根主轴,20,车削自动化设备分类,主轴放置形式：卧式加工棒料毛坯立式加工直径大而重的件料毛坯工艺方法：横切刀具只作横向进给，加工形状简单、尺寸较小的销轴类零件纵切加工盘套类和细长的阶梯轴类零件,21,车削自动化设备分类,加工方式：平行多把刀具同时加工，加工表面形状比较简单的零件顺序加工形状复杂、需要多把刀具轮流进行加工的零件（大多具有内孔或螺纹）,22,(1)机床的用途、总布局与工作循环）用途：主要用于大批大量生产中，加工形状比较复杂、需用多把刀具顺序地进行加工的工件。可进行车削工作，钻、扩、铰孔，攻、套内外螺纹以及切断等。还可通过安装各种特殊附件，以进行车螺纹、铣槽和钻横孔等工作。一般只能加工冷拨棒料。,2、单轴转塔自动车床,23,）总布局：前刀架：用于成形车削和滚花等；后刀架：用于切槽、倒角等；上刀架：用于切断等；转塔刀架：用于完成档料、车内外圆、钻孔、扩孔、铰孔、攻内螺纹、套外螺丝等。,24,）工作循环：送料和夹料各刀架顺序工作，按加工工艺要求依次加工工件各表面。转塔刀架的运动循环：快速趋近工件（快进）工作进给（工进）快速退回（快退）转塔转位；其在一个自动工作循环中，转塔刀架可完成六次工作循环。前、后、上刀架的工作循环：快进工进快退；加工一个工件，它们只能完成一次工作循环。切断和接料,25,）所需运动工作行程运动主轴旋转主运动，前、后、上刀架横向进给运动，转塔刀架纵向进给运动；空行程运动前、后、上刀架横向快进和快退运动，转塔刀架纵向快进、快退运动，送料和夹料运动，接料运动，以及操纵控制运动等。,26,2.2.3采用组合机床实现单机自动化,组合机床是以已经系列化、标准化的通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床既保留专用机床的结构简单、生产效率高等优点，又像通用机床那样具有部件通用化、可调整改装以适应不同结构尺寸的工件加工等特点。,27,组合机床的组成,组合机床的通用部件按其所起作用的不同一般分为下面五类：（1）动力部件是用于传递动力实现工作运动、为刀具提供主运动和进给运动。如各种类型的切削头、滑台和动力箱等。（2）支承部件如底座、立柱等。（3）输送部件如多工位的工作台、回转工作台和回转鼓轮等。（4）控制部件如液压元件、控制挡铁、行程开关、操纵台等。（5）辅助部件如冷却润滑装置、排屑装置、机械板手等。,28,根据加工零件形状及工艺要求，组合机床还需采用少量的专用部件，如根据工件孔位、孔距、孔数不同而设计制造的多轴箱，以及根据工件的具体结构和定位基准不同而设计制造的夹具等。,29,组合机床的组成,30,组合机床加工方式,组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。,31,组合机床的配置型式,1.单工位组合机床这类组合机床的特点是工件仅在一个工作位置上加工。2.多工位组合机床这类组合机床的特点是工件能在几个工位上进行加工。,32,组合机床的特点及应用范围,1.组合机床的特点组合机床与通用机床或一般专用机床相比，主要有如下优点：1)设计和制造的周期短。2)对产品变化或更新有较强的适应性。3)具有较高的工作可靠性。4)工序集中，生产效率高。5)机床的维护和修理都比较方便。,33,组合机床的缺点：1）在机床改装时，少量专用部件和零件不能重复利用，因此有一定的损失。2）在组成各种类型的组合机床时，所选用的通用部件不一定完全适用。2.组合机床的应用范围组合机床最适于箱体类零件（如各种变速箱的箱体、气缸体、电机座、仪器仪表壳体等）的加工。近年来，轴类、盘套类、叉类等零件也越来越多地采用组合机床加工。,34,组合机床未来的发展：采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和可换主轴箱或转塔式主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；纳入柔性制造系统等。,35,主要用来带动各种主轴部件进给，也可以带动夹具和工件，作移动工作台用。,1滑台2动力箱3多轴箱4铣削头5镗车头6钻削头,组合机床的几种通用部件,（一）动力滑台1.动力滑台的功用,36,2.滑台的典型工作循环,SQ快进SW工进SR快退,a)一次工作进给循环,b)二次工作进给循环,37,2.滑台的典型工作循环,c)超越工作进给循环,d)双向工作进给循环,38,2.滑台的典型工作循环,e)分级工作进给循环,39,组合机床动力滑台液压系统,液压动力滑台由液压缸驱动，在电气和机械装置的配合下可以完成各种自动工作循环。组合机床液压动力滑台可以实现多种不同的工作循环，其中一种比较典型的工作循环是：快进一工进二工进死挡铁停留快退停止。,40,（二）动力箱,齿轮传动动力箱的结构1动力箱箱体2驱动轴3齿轮,动力箱是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置,与动力滑台和主轴箱配套使用由动力滑台实现进给运动。,41,（三）单轴头,顶置式主运动传动装置与各种单轴头头体配套的情况钻削头b)攻螺纹头c)镗削头d)镗车头e)铣削头f)多轴可调头1主运动传动装置2单轴头头体,42,（四）回转工作台回转工作台是组合机床的一种输送部件，用于多工位组合机床。,齿盘定位式液压回转工作台的结构原理结构示意b)液压传动原理1台面2上齿盘3下齿盘4底座5压紧液压缸6牙嵌离合器7齿轮8齿条液压缸9、10电磁阀,43,组合机床自动线某一组合机床自动线的组成示意图。,图19-12组合机床自动线1中央操纵台2工件输送装置3转位台4翻转台5液压站6排屑装置,44,数控机床运动系统：,主运动系统实现机床主轴运动；进给运动系统实现机床工作台的直线运动与转动；换刀运动实现加工中心更换刀具连续加工所需的运动。,2.3数控机床及加工中心,45,2.3.1数控机床主运动系统,功用：传递动力：传递切削加工所需要的动力传递运动：传递切削加工所需要的运动运动控制：控制主运动的大小方向开停组成：动力源：电机传动系统：定比传动机构、变速装置运动控制装置:离合器、制动器等执行件：主轴,46,主轴转速更高；变速范围更宽；10010000提供的动力更强。一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kw250kw之间。,1.数控机床的主运动系统性能要求：,主运动的自动变速、准停；C轴控制；同步速度控制。,2.数控机床的主运动系统功能：,2.3.1数控机床主运动系统,47,与普通机床相比较，数控机床的主传动系统具有如下特点：(1)采用直流或交流主轴电动机现代数控机床的主传动电动机一般采用直流或交流主轴电动机。这种电动机调速范围广，可实现无级调速，因此主轴箱结构简化。（2）转速高、功率大、变速范围广数控机床适应性强，适合加工单件、小批量和形状复杂工件，为了适应各种不同材料的加工以及各种不同的加工方法，数控机床的主传动系统要有较宽的转速范围及相应的输出力矩，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。（3）主轴变速迅速可靠数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于数控机床主传动系统采用了可实现无级调速的电动机，机械变档一般又采用液压缸推动滑移齿轮实现，因此变速稳定可靠。（4）主轴部件性能好主轴部件直接装夹刀具对工件进行切削加工，对加工质量及刀具寿命有很大影响，并且在加工过程中不进行人工调整，因此主轴部件必须具有良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性。,3、数控机床主传动系统的特点,48,1)带有变速齿轮的主传动系统（分段无级变速）数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。一般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，即解决电机驱动和主轴传动功率的匹配问题，使之成为分段无级变速。,2.3.1.1主传动系统的配置方式,根据数控机床的类型与大小，其主传动主要有以下四种形式。,49,4、主传动系统的配置方式,这种传动主要应用在大、中型数控机床通过使用双联滑移齿轮实现二级变速。,常用的变速操纵方式：液压拨叉电磁离合器,50,例：TND360型数控车床作用：慢速对刀和手动调整机床,51,电磁离合器变速,电磁离合器能简化变速机构，便于实现自动化操作，它是通过安装在传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴变速的。,52,电磁离合器种类：摩擦片式牙嵌式两种无滑环摩擦片式电磁离合器特点：可在运转中变速、具有过载保护功能，但尺寸大、摩擦发热大。,53,牙嵌式电磁离合器特点：传递扭矩大、尺寸小，传动比准确，可用于内联系传动链中。,54,2)带有定比传动的主传动系统,主轴电动机经过定比传动传递给主轴。定比传动多采用带（同步齿形带和三角带）传动，也有采用齿轮传动的。适用于高速、低转距特性的主轴，电动机本身的调速就能够满足要求，且带传动平稳，可避免齿轮传动时引起的振动与噪声。这种传动主要应用在转速高、变速范围不大的数控车床和中、小型加工中心。,55,56,57,用两个电动机分别驱动的主传动系统高速时电动机通过带传动使主轴旋转，传动平稳。低速时，另一个电动机通过二级齿轮降速，扩大变速范围，使恒功率区增大，克服了低速时转距不够且电动机功率不能充分利用的缺陷，但结构较为复杂。,58,59,3)调速电机直接驱动主轴传动,数控机床采用直流或交流主轴伺服电动机直接驱动主轴实现无级变速。电动机与主轴通过联轴器连接。交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交流电动机配置矢量变换变频调速系统），由于没有电刷不产生火花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低。因此，目前应用较为广泛。,60,精密联轴器连接：结构紧凑、传动效率高，但主轴的转速和扭矩与电机完全一致，低速性能的改善是其广泛应用的关键。,61,4)、电主轴,主轴与电机制成一体，电动机转子轴即为机床主轴。电主轴组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。,62,63,机床主轴的几种结构形式,机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。目前，主轴端部的结构形状都已标准化。,64,机床主轴的几种结构形式,（a）数控车床主轴端部（b）铣、镗类机床主轴端部（c）外圆磨床砂轮主轴端部（d）内圆磨床砂轮主轴端部（e）钻床与普通镗床锤杆端部（f）数控镗床主轴端部,65,当主轴停止时，控制其停于固定位置（定位于圆周上特定角度）称为“主轴准停”、“主轴定位”、“主轴定向”准停指令：M19或M06主轴定向的用途加工中心自动换刀精镗后退刀背镗车床上工件定位,2.3.1.2主轴典型控制功能,1.主轴准停装置,66,在自动换刀的数控加工中心上，由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，通常是通过刀杆的端面键来传递的，因此在主轴前端设置一个端面键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与端面键对准，才能顺利换刀；这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能。,1）、为什么加工中心要有主轴准停？,主轴准停是实现ATC(Autotoolchanging)过程的重要环节,67,2）加工精密坐标孔,在加工精密的坐标孔时，由于每次都能在主轴的固定圆周位置换刀，故能保证刀尖与主轴相对位置的一致性，从而减少被加工孔的尺寸分散度（提高刀具重复定位精度），这是主轴定向准停装置带来的好处之一。,68,3）、精镗孔后退刀(Fineboring),当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，为防止刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必须先让刀，再退刀。采用主轴准停控制，使刀尖停在一个固定位置（X轴或Y轴上），以便主轴偏移一定尺寸后，使刀尖离开工件表面进行退刀。,69,4）、背镗（Counterboring）,通过小孔镗大孔，主轴准停控制，使刀尖停在一个固定位置（X轴或Y轴上），以便主轴偏移一定尺寸后，使刀尖能通过前壁小孔进入箱体内对大孔进行镗削。,70,5)、车床上工件定位,当在车削中心上加工工件规定部位上的槽、孔或要求主轴定向停止后以便装卸、检测工件时，必须具有主轴定向停止或C轴功能，即通过位置控制使主轴在不同角度上定位。,71,主轴准停控制的实现方式,机械式准停装置：,1-无触点开关2-感应块3-凸轮定位盘（主轴）4-定位液压缸5-定向滚轮6-定位活塞,M19主轴减速无触点开关发信号主电机停转，惯性空转延时继电器延时0.20.4秒后活塞在电磁阀作用下，将滚轮推入V型槽，同时行程开关LS2发出应答信号准停结束可以进行换刀等动作。,72,电气式准停装置：,1-主轴2-同步带3-主轴电动机4-永久磁铁5-磁传感器,磁力传感器准停装置,1）利用磁力传感器检产生准停信号。2）利用主轴上光电脉冲产生准停信号。,73,当主轴转动或停止时，接收到数控装置发来的准停开关信号量主轴立即减速或加速至某一准停速度。主轴到达准停速度且准停位置到达时(即磁发体与磁传感器对准)主轴立即减速至某一爬行速度。然后当磁传感器信号出现时，主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈元件的位置闭环控制目标位置为准停位置。准停完成后，主轴驱动装置输出准停完成信号给数控装置从而可进行自动换刀(ATC)或其他动作。,磁传感器准停步骤为：,74,编码器准停装置（Electronicorientation）,利用装在主轴上的编码器作为检测元件，通过它们输出的反馈信号，使主轴准确地停在规定的位置上。,75,76,例M03S1000/主轴以1000rmin正转M19/主轴准停于缺省位置M19S100/主轴准停转至100处S1000/主轴再次以1000rmin正转M19S200/主轴准停至200处,77,2.C轴控制与同步速度控制,对应Z轴的回转轴（即绕主轴回转）为C轴。,车削中心的主传动系统与数控车床基本相同，只是增加了控制主轴回转角度的C轴坐标功能、以实现主轴定向停车和圆周进给，并在数控装置控制下实现C轴与进给轴（Z轴或X轴）联动进行插补控制，可以实现任意曲线的加工。如：实现圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻丝及非圆柱或圆锥的异形回转表面等加工。,C轴控制与同步速度控制的功能：,78,a）在圆柱面或端面上铣槽b)在圆柱面上铣螺旋槽c）在端面上铣螺旋槽d)铣直线或平面,加工这些表面需要哪些轴运动？联动？,79,由进给伺服电机控制主轴的回转位置（转角）；由主轴电机实现，此时主轴的位置（角度)由装于主轴上（不是主轴电机）上的高分辨率编码器检测，主轴作为进给伺服轴工作。,C轴的控制方式：,80,C轴回转或分度：采用可啮合和脱开的精密蜗轮副结构，由伺服电机8驱动蜗杆4及主轴上的蜗轮9实现分度。当机床处于铣削和钻削状态时，即主轴需通过C轴回转或分度时，蜗杆与蜗轮啮合。该蜗杆蜗轮副由液压缸驱动完成。C轴的分度精度由一个脉冲编码器来保证，分度精度为0.01度。,81,工作台是数控机床的重要部件，为了提高数控机床的生产效率，扩大其工艺范围，对于数控机床的进给运动除了沿坐标轴X、Y、Z三个方向的直线进给运动之外，还常常需要有分度运动和圆周进给运动。回转工作台作用:回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种曲面和曲线等复杂的形状。回转工作台对于自动换刀多工序的加工中心是必备的部件。,2.3.1数控机床的回转工作台,82,2.4刀具自动化,刀具是金属切削加工中不可缺少的工具之一，无论是普通机床，还是先进的数控机床、加工中心机床以及柔性制造系统，都必须通过刀具才能完成切削加工。刀具自动化：是加工设备在切削过程中自动完成选刀、换刀、对刀、走刀等工作过程。,83,2.自动化刀具的类型及选用类型：分为标准刀具和专用刀具两大类。在以自动生产线为代表的刚性自动化生产中，应尽可能提高刀具的专用化程度，以取得最佳的效益。在以数控机床、加工中心为主体构成的柔性自动化加工系统中，为了提高加工的适应性，同时考虑到加工设备的刀库容量有限，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。,84,常用的种类：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,85,刀具的选用要考虑的因素有：刀具的使用条件；被加工工件材料与尺寸；刀具的断屑情况；刀具和刀片的生产供应；刀具的结构型式。,86,刀具的选用原则如下：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。,87,二、自动化刀具装夹机构,自动化刀具装夹机构的作用：充分发挥自动化加工设备应有的效率，实现快速自动换刀。方法：必须要配备一套标准的装夹机构，建立一套标准的工具系统。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。,88,工具系统的分类：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）可同时适应数控车削和数控镗铣加工的工具系统。,89,数控铣床、加工中心用刀具,工具柄部,自动化刀具的组成：由与机床主轴孔相适应的工具柄部、与工具柄部相联接的工具装夹部分和各种刀具部分组成,在数控铣床、加工中心类机床上一般都采用7:24圆锥柄工具。不自锁，换刀比较方便，并且与直柄相比有较高的定心精度和较高的刚性。对于有自动换刀装置的加工中心类机床，在加工工件时主轴上的工具要频繁地更换，为了达到较高的换刀精度,工具柄部必须有较高的制造精度,90,工具系统的组成：主要由刀具的柄部（刀柄）、接杆（接柄）和夹头等部分组成。工具系统中规定了刀具与装夹工具的结构、尺寸系列及其连接形式。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。,91,1.数控车削加工的刀具装夹结构车削加工的工具系统的组成：由机床刀架、刀夹基座及其快换刀夹和预调刀头等组成。,92,柄式夹持(轴向夹持),1-活动爪2-轴3-挡销4-锁紧销5-调整螺栓6-弹簧柱塞7-固定爪,2数控镗铣加工工具系统,刀具的夹持,93,1-拉杆，2-刀柄3-法兰盘4-带洼形肩面,法兰盘式夹持,94,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。,95,2数控镗铣加工工具系统,数控镗铣加工工具系统有整体和模块两种不同的结构型式。整体式结构的特点：是工具的柄部与夹持工具的工作部分连成一体；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连接的柄部；缺点：致使工具的规格、品种繁多，给生产、使用和管理都带来不便。用途：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。,96,镗铣类整体式工具系统组成,97,柄杆与刀具的联接,98,模块式工具系统的机构特点：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。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。,各模块的联接采用短圆锥定位，中心螺钉拉紧。,属于这类工具系统的还有德国的Komet公司的ABS工具系统，瑞典Sandvik公司的Varilock工具系统等。,99,镗铣类模块式工具系统组成,100,模块结构的工具系统,主柄,联接杆,工作头,101,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。,102,103,TMG21工具系统,104,第二节自动化换刀系统,为了提高数控机床的加工效率，除了要提高切削速度，减少非切削时间也非常重要，现代数控机床正向着工件在一台机床上一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，这些多工序加工的数控机床在加工过程中需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同的刀具来完成不同工序的加工。能够自动地更换加工中所用刀具的装置称为自动换刀装置（AutomaticToolChanger,简称ATC）。,105,一、换刀装置的类型和组成1.主轴与刀库合为一体的自动换刀装置2.主轴与刀库分离的自动换刀装置二、刀库1.刀库类型2.刀具的选择方式3.刀具运送装置4.刀具的识别三、自动化换刀机构1回转刀架2.通过主轴换刀3.利用机械手换刀,106,一、换刀装置的类型和组成,常用的自动换刀装置有如下几种形式：1.主轴与刀库合为一体的自动换刀装置(转塔头式换刀装置),若干根主轴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以旋转的刀具。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，接通主运动，主轴带动刀具旋转。,107,水平转轴自动换刀装置,其工序为：1粗车外圆，2钻孔，3精车外圆，4镗孔，5外圆切槽，6内孔切槽，7车螺纹，8精镗孔,每道工序所使用的是通用刀具。为实现刀具的预调和快速装夹，应具有专用刀夹和刀夹与主轴的连接基础。,108,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,109,特点：主轴转塔头可看作是一个转塔刀库，它的结构简单，换刀时间短，仅为2s左右。但由于受到空间位置的限制，主轴数目不能太多，主轴部件的结构刚度也有所下降，用途：只适用与工序较少，精度要求不太高的数控机床，如数控钻床、数控铣床等。,110,2.主轴与刀库分离的自动换刀装置刀库式自动换刀装置组成：刀库、刀具交换装置以及主轴等组成。配备有独立的刀库，存放较多的刀具，以适应复杂零件的多工序加工；只有一根主轴，全部刀具都应具有统一的标准刀柄，由主轴上的刀具自动装卸机构来保证刀具的自动更换；当需要某一刀具进行切削加工时，将该刀具自动从刀库交换到主轴上，切削完毕后又将用过的刀具自动地从主轴上取下放回刀库,装夹装置,111,刀库自动换刀装置刀具传送装置识刀装置,自动换刀系统的组成：,112,刀库是自动换刀系统中最主要的装置之一功能：贮存各种加工工序所需的刀具；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；接受主轴换下的刀具和便于刀具交换装置进行换刀。刀库的容量、布局以及具体结构对数控机床的总体布局和性能有很大影响。,二、刀库,主轴换刀,113,1.刀库类型常用刀库有盘式刀库链式刀库格子式刀库,114,盘形刀库,盘式刀库结构简单、紧凑，在钻削中心上应用较多。一般存放刀具数目较少。有径向取刀式和轴向取刀式,115,各种链式刀库a）单环链式（b）多环链式（c）折叠链式,链式刀库,116,链式刀库,链式刀库是在环形链条上装有许多刀座，刀座的孔中装夹各种刀具，链条由链轮驱动。链式刀库有单环链式和多环链式等几种。当链条较长时，可以增加支承链轮的数目，使链条折叠回绕，提高空间利用率。,117,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，有换刀机械手交换刀具。这种形式刀具排列密集，空间利用率高，刀库容量大。,固定型格子盒式刀库,118,2.刀具的选择方式按数控装置的刀具选择指令，从刀库中挑选各工序所需要的刀具的操作称为自动选刀。常用的选刀方式：有顺序选刀任意选刀,119,（1）顺序选刀将刀具按加工工序的顺序，一次放入刀库的每一个刀座内，刀具顺序不能搞错。使用时按加工顺序指令一一取用。当加工工件改变时，刀具在刀库上的排列顺序也要改变。缺点：同一工件上的相同刀具不能重复使用，因此刀具的数量增加，降低了刀具和刀库的利用率，优点：它的控制以及刀库的运动等比较简单。,120,（2）任意选刀预先把刀库中每把刀具（或刀座）都编上代码，按照编码选刀。加工时，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。通用性较强，相同的刀具在工件一次装夹中可重复使用。,121,3.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。,122,4.刀具的识别刀具的识别是指自动换刀装置对刀具的识别，通常可采用刀具编码法和软件记忆法。（1）刀具编码法采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具进行编码。换刀时通过编码识别装置，根据换刀指令代码，在刀库中寻找所需要的刀具。,123,在刀柄尾部的拉紧螺杆1上套装着一组等间隔的编码环3，并由锁紧螺母2将它们固定。编码环的外径有大小两种不同的规格，每个编码环的大小分别