数控机床ATC系统课件

1、1 美、德、日等世界制造业发达的国家无一例美、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。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。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。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加工技术的进步，使制造技术进入了数控加工的 新时代。新时代。 2

2、 数控加工刀具具有适应数控加工刀具具有适应CNCCNC高速、高效和高速、高效和 高度自动化的特点，一般包括通用刀具、通用高度自动化的特点，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。并装在机床主轴头上，已标准化和系列化。 2.5.1 2.5.1 数控刀具数控刀具 目前数控刀具主要采用机夹可转位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，机夹可转位刀具已经得到了广泛的应用， 数量上已达到整个数控刀具的数量上已达到整个数控刀具的30%40%30%40%，占金，占金 属

3、切除率总数的属切除率总数的80%90%80%90%。 3 1. 1. 数控刀具的分类及特点数控刀具的分类及特点 4 n整体式整体式 - - 钻头、立铣刀等；钻头、立铣刀等； n镶嵌式镶嵌式 - - 焊接式和机夹式；焊接式和机夹式； n减振式减振式 - - 主要用于镗孔主要用于镗孔 ； n内冷式内冷式 - - 深孔加工；深孔加工； n其他特殊形式；其他特殊形式； (1) (1) 按结构分：按结构分： 1 1）分类）分类 5 (2) (2) 按切削工艺分按切削工艺分 n车削刀具车削刀具-外圆、内孔、螺纹、成形车刀等外圆、内孔、螺纹、成形车刀等 n钻削刀具钻削刀具-钻头、铰刀、丝锥等钻头、铰刀、丝锥

4、等 n镗削刀具镗削刀具-粗镗刀、精镗刀等粗镗刀、精镗刀等 n铣削刀具铣削刀具-面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等 外圆车刀外圆车刀 常用车刀：常用车刀： 6 螺纹车刀螺纹车刀 内孔车刀内孔车刀 7 面铣刀面铣刀 方肩铣刀方肩铣刀 常用铣刀：常用铣刀： 8 仿形铣刀仿形铣刀 三面刃和三面刃和 螺纹铣刀螺纹铣刀 整体硬质整体硬质 合金铣刀合金铣刀 9 铰刀铰刀 钻头钻头 丝锥丝锥 钻削刀具：钻削刀具： 10 粗镗刀粗镗刀精镗刀精镗刀 镗削刀具：镗削刀具： 11 (3) (3) 按材料分按材料分 n高速钢刀具高速钢刀具 n硬质合金刀具硬质合金刀具-使用最普遍使用最普遍 n陶瓷刀具陶

5、瓷刀具 n立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具 n聚晶金刚石刀具聚晶金刚石刀具 12 硬质合金刀具硬质合金刀具 13 模块化工具优点：模块化工具优点： n减少换刀时间和刀具的安装次数；减少换刀时间和刀具的安装次数； n促使工具向标准化和系列化发展；促使工具向标准化和系列化发展； n提高工具的管理及柔性加工的水平；提高工具的管理及柔性加工的水平； n扩大工具的利用率，充分发挥工具的性能，降扩大工具的利用率，充分发挥工具的性能，降 低工具储备量。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。统和镗铣类工具系统。 (4) (4) 按工具

6、系统分按工具系统分 n整体式工具系统整体式工具系统 n模块式工具系统模块式工具系统 14 2 2）数控刀具特点：）数控刀具特点： n很高的切削效率；很高的切削效率； n高的精度和重复定位精度；高的精度和重复定位精度； n很高的可靠性和耐用度；很高的可靠性和耐用度； n刀具尺寸的预调和快速换刀；刀具尺寸的预调和快速换刀； n完善的工具系统和刀具管理系统；完善的工具系统和刀具管理系统； n应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。 15 2. 2. 机夹机夹可转位刀片可转位刀片 1) 1) 可转位刀片的代码可转位刀片的代码 按国际柄准按国际柄准IS018321985IS018

7、321985，可转位刀片的，可转位刀片的 代码表示方法是由代码表示方法是由1010位字符串组成的。位字符串组成的。 2) 2) 可转位刀片的断屑槽槽型可转位刀片的断屑槽槽型 我国标准我国标准GB 2080GB 20808787中所表示的槽形为中所表示的槽形为V V 形断屑槽，槽宽为：形断屑槽，槽宽为： V0V01 mm1 mm；V1 = 1mmV1 = 1mm； V2 = 2mmV2 = 2mm； V3 = 3mmV3 = 3mm； V4 = 4mmV4 = 4mm； 等五种。等五种。 16 3)3)可转位刀片的夹紧方式可转位刀片的夹紧方式 刀片夹紧要求：刀片夹紧要求： (1)(1)夹紧可靠，

8、不允许松动。夹紧可靠，不允许松动。 (2)(2)定位准确，确保定位精度和重复精度。定位准确，确保定位精度和重复精度。 (3)(3)排屑流畅，有足够的排屑空间。排屑流畅，有足够的排屑空间。 (4)(4)结构简单，操作方便，转位动作快，成本低。结构简单，操作方便，转位动作快，成本低。 刀片夹紧方式：刀片夹紧方式： (1)(1)杠杆式；杠杆式； (2)(2)楔块上压式；楔块上压式； (3)(3)螺钉上压式；螺钉上压式； 17 18 19 数控车床整数控车床整 体式工具系统体式工具系统 3. 3. 数控刀具工具系统数控刀具工具系统 工具系统：工具系统： 是针对数控是针对数控 机床要求与之配机床要求与之

9、配 套的刀具必须可套的刀具必须可 快换、高效切削快换、高效切削 而发展起来的，而发展起来的， 是刀具与机床的是刀具与机床的 接口。接口。 1 1）工具系统分类）工具系统分类 20 镗式镗式 铣工铣工 类具类具 模系模系 块统块统 (1)模块式模块式刀柄刀柄 镗铣类模镗铣类模 块式工具系统块式工具系统 即即TMGTMG工具工具系系 统，统，通过将基通过将基 本刀柄、接杆本刀柄、接杆 和加长杆和加长杆(如需如需 要要)进行组合，进行组合， 能组成能组成很多种很多种 类的刀柄。类的刀柄。 21 镗铣类模块式工具系统组成镗铣类模块式工具系统组成 22 TMG21TMG21 工具系统工具系统 23 镗铣

10、类整体式工具镗铣类整体式工具系统系统(TSG) (2)整体式刀柄整体式刀柄 镗铣类整体式工具系统即镗铣类整体式工具系统即TSGTSG系统用于刀具装配系统用于刀具装配 中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。 24 镗铣类整体式工具系统组成镗铣类整体式工具系统组成 25 TSG82TSG82工具系统工具系统 26 JT(BT)40 - XS16 - 75 (1)(2)(3) 2) 2) 工具系统型号表示方法工具系统型号表示方法 JT：表示采用国际标：表示采用国际标 准准ISO7388号加工中号加工中 心机床用锥柄柄部；心机床用锥柄柄部； BT：表示采用

11、日本标：表示采用日本标 准准MAS403号加工中号加工中 心机床用锥柄柄部；心机床用锥柄柄部； 其后数字为相应的其后数字为相应的ISOISO锥度号：如锥度号：如 5050和和4040分别代表分别代表 大端直径和的大端直径和的7:247:24锥度。锥度。 27 JT(BT)40 - XS16 - 75 (1)(2)(3) XD -装三面铣刀刀柄装三面铣刀刀柄 MW -无扁尾氏锥柄刀柄无扁尾氏锥柄刀柄 XS -装三面刃铣刀刀柄装三面刃铣刀刀柄 M -有扁尾氏锥柄刀柄有扁尾氏锥柄刀柄 Z(J) -装钻夹头刀柄装钻夹头刀柄(贾式锥度加贾式锥度加J) XP - 装削平柄铣刀刀柄装削平柄铣刀刀柄 用途后的

12、数字表示工具的工作特性，其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。含义随工具不同而异。 (3)工作长度工作长度 28 面铣刀刀柄面铣刀刀柄整体钻夹头刀柄整体钻夹头刀柄 3)3) 常用刀柄常用刀柄 29 镗刀柄镗刀柄 30 莫式锥莫式锥 度刀柄度刀柄 快换式丝快换式丝 锥刀柄锥刀柄 钻夹头钻夹头 刀柄刀柄 31 ERER弹簧夹头刀柄弹簧夹头刀柄侧压式立铣刀柄侧压式立铣刀柄 KMKM型卡簧型卡簧 ERER型卡簧型卡簧 32 ISO 7388及及 DIN 69871 的的A型拉钉型拉钉 ISO 7388及及 DIN 69871 的的B型拉钉型拉钉 MAS BT 拉钉拉钉 拉钉：拉钉：

13、 带螺纹的零件，带螺纹的零件，连接连接在各种工具柄的尾端，在各种工具柄的尾端， 作为镗铣主轴拉刀固定用。作为镗铣主轴拉刀固定用。 33 n (1)(1)刀具换刀时间短且换刀可靠；刀具换刀时间短且换刀可靠； n (2)(2)刀具重复定位精度高；刀具重复定位精度高； n (3)(3)足够的刀具储存量；足够的刀具储存量； n (4)(4)刀库占地面积小。刀库占地面积小。 2.5.2 2.5.2 数控刀具自动换刀系统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及更换刀具的装置称为自动换刀装置(Automatic (Au

14、tomatic tool changer-ATC) ,tool changer-ATC) ,自动换刀装置应当满足的基自动换刀装置应当满足的基 本要求为：本要求为： 34 根据其组成结构可分为根据其组成结构可分为 n排式刀架排式刀架 n回转刀架式回转刀架式 n转塔式转塔式 n带刀库式带刀库式 1 1、自动换刀装置的形式、自动换刀装置的形式 排式刀架一般用于数控车床，结构为夹持各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种不同用途刀具的刀夹沿着机床的X X坐标轴方向排坐标轴方向排 列在横向滑板上，换刀方便迅速，生产效率高。列在横向滑板上，换刀方便迅速，生产效率高。 35

15、 排式刀架排式刀架 36 排式刀架排式刀架 37 n刀架可设计成四方形、六角形或其他形式；刀架可设计成四方形、六角形或其他形式； n刀架分立式刀架分立式 ( (回转中心与主轴垂直回转中心与主轴垂直) ) 、卧式、卧式2 2种；种； n多用于车床或车削中心；多用于车床或车削中心； 38 1212工位卧式回转刀架工位卧式回转刀架 4 4方、方、6 6角立式回转刀架角立式回转刀架 39 40 (1) (1) 四方回转刀架四方回转刀架 41 (1) (1) 四方回转刀架四方回转刀架 42 (2) (2) 液压控制的六角回转刀架液压控制的六角回转刀架 43 (2) (2) 液压控制的六角回转刀架液压控制

16、的六角回转刀架 44 (2) (2) 液压控制的六角回转刀架液压控制的六角回转刀架 45 3) 3) 转塔式更换主轴头自动换刀装置转塔式更换主轴头自动换刀装置 更换主轴头换刀更换主轴头换刀通常有卧式和立式两种。换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，以实现自动刀时利用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动 换刀。转塔主轴相当于一个转塔刀库。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，带动刀具刀时依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具 旋转。旋转。 优点：省去了自动松夹、装卸刀

17、具、夹紧及优点：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，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。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缺点：主轴部件的刚性差且主轴的数目不可 能太多。能太多。 46 (1) (1) 多主轴转塔头结构多主轴转塔头结构 47 (2) (2) 八轴卧式转塔头结构及其换刀八轴卧式转塔头结构及其换刀 48 (3) (3) 带刀库的转塔头换刀带刀库的转塔头换刀 旋转主轴特点：旋转主轴特点： n 一个空闲工位；一个空闲工位； n 一个工作工位；一个工作工位； n 在空闲位换刀；在空闲位换刀； n 带

18、刀库和换刀带刀库和换刀 机械手；机械手； 刀库刀库 49 4) 4) 带刀库的自动换刀装置带刀库的自动换刀装置 由于刀架、转塔头的刀具容量有限，现代由于刀架、转塔头的刀具容量有限，现代MCMC 数控机床都使用刀库数控机床都使用刀库ATCATC装装置换刀。置换刀。 刀库换刀将加工中所需刀具分别装于标准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。库，由刀具交换装置从刀库和主轴上取刀交换。 50 1) 1) 无机械手交换刀具方式无机械手交换刀具方式 机械手交换刀具；机械手交换

19、刀具； 无机械手交换刀具，由刀库与机床主轴的无机械手交换刀具，由刀库与机床主轴的 相对运动实现刀具交换。相对运动实现刀具交换。 这种换刀方式这种换刀方式 实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的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。装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式通常分刀具的交换方式通常分 为两种：为两种： 2 2、刀具交换装置、刀具交换装置 51 (1)(1)刀库移动式无机械手换刀刀库移动式无机械手换刀 52 (2)(2)主轴移动式无机械手换刀主轴移动式无机械手换刀 53 待换待换 刀具刀具 换下换下 刀具刀具 54 机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后，机械手是当

20、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 需要的刀具从刀库中取出来装入主轴继续进行需要的刀具从刀库中取出来装入主轴继续进行 加工的功能部件。加工的功能部件。 2) 2) 带机械手交换刀具方式带机械手交换刀具方式 MCMC的自动换刀的自动换刀，大都采用机械手换刀方式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由机械手把刀库上的刀具送到主轴上。使用使用 一个机械手将加工用毕的刀具从主轴中拔出一个机械手将加工用毕的刀具从主轴中拔出，与与 此同时此同时，另一个机械手将在刀库待命的刀具中从另一个机械手将在刀库待命的刀具中

21、从 换刀位置拔出换刀位置拔出，然后两者交换位置然后两者交换位置，完成换刀过完成换刀过 程程。刀库中的刀具可手工或机械手安装。刀库中的刀具可手工或机械手安装。 55 (1) (1) 换刀机械手结构换刀机械手结构 单臂单爪机械手单臂单爪机械手： 只有一个手只有一个手臂臂换刀换刀，因此换刀时间长因此换刀时间长。 回转式单臂双回转式单臂双爪爪机械手机械手： 它的双爪可同时工作它的双爪可同时工作，通过手臂回转交换通过手臂回转交换 刀具位置刀具位置，因此换刀时间短。因此换刀时间短。 双臂机械手：双臂机械手： 能能同时同时抓取和装卸机床主轴和刀库集中的抓取和装卸机床主轴和刀库集中的 刀具，刀具，因此换刀因此

22、换刀进一步进一步时间时间缩缩短。短。 双刀库机械手：双刀库机械手： 使用两个刀库和两个单臂机械手工作，使使用两个刀库和两个单臂机械手工作，使 机械手行程大为缩短。机械手行程大为缩短。 56 57 钩手钩手 伸缩手伸缩手 抱手抱手 叉手叉手 58 59 (2)(2)各种机械手换刀过程各种机械手换刀过程 刀刀 座座 轴轴 与与 主主 轴轴 平平 行行 n两手成180o的回转式单臂双爪机械手 两手不伸缩回转式两手不伸缩回转式 刀刀 座座 轴轴 与与 主主 轴轴 垂垂 直直 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 剪式手爪回转式剪式手爪回转式 刀刀 座座 轴轴 与与 主主 轴轴 平平 行行 刀刀 座座 轴轴 与与 主主 轴轴 垂垂