自动换刀装置

1、数控机床与编程数控机床与编程2022-5-614.4 自动换刀机构数控机床与编程数控机床与编程2022-5-62自动换刀机构自动换刀机构为了提高数控机床的加工效率，除了要提高切削速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

2、选用不同的刀具来完成不同工序的加工。置，以便选用不同的刀具来完成不同工序的加工。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-63 自动换刀装置应具备换刀时间短，刀具重复定自动换刀装置应具备换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具储备量，占地面积小，位精度高，有足够的刀具储备量，占地面积小，安全可靠等特性。安全可靠等特性。 各类数控机床的自动换刀装置的结构和数控机各类数控机床的自动换刀装置的结构和数控机床的类型、工艺范围、使用刀具种类和数量有关。床的类型、工艺范围、使用刀具种类和数量有关。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见表用范围见表1

3、所示。所示。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-64 类型特点适用范围转塔刀架 回转刀架 回转刀架多为顺序换刀换刀时间短，结构简单紧凑，容纳刀具较少 各种数控车床，车削中心机床 转塔头 顺序换刀，换刀时间短，刀具主轴都集中在转塔头上，结构紧凑，但刚性较差，刀具主轴数受限制 数控钻床、镗床 刀库式 刀库与主轴之间直接换刀 换刀运动集中，运动部件少。但刀库运动多。布局不灵活，适应性差 各种类型的自动换刀数控机床，尤其是对使用回转类刀具的数控镗铣，钻镗类立式、卧式加工中心机床，要根据工艺范围和机床特点，确定刀库容量和自动换刀装置类型，用于加工工艺范围的立、卧式车削中心机床 用机械手配合刀库换刀

4、 刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运动，比刀库作换刀运动惯性小，速度快 用机械手、运输装置配合刀库换刀 换刀运动分散，有多个部件实现，运动部件多，但布局灵活，适应性好 有刀库的转塔头换刀装置 弥补转换刀数量不足的缺点，换刀时间短 扩大工艺范围的各类转塔式数控机床 表表1 自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围数控机床与编程数控机床与编程2022-5-65 数控车床的自动转位刀架数控车床的自动转位刀架 刀架是数控车床的重要功能部件，其结构形式刀架是数控车床的重要功能部件，其结构形式很多，下面介绍几种典型刀架结构。很多，下面介绍几种典型刀架结构。 1.数控车床

5、方刀架数控车床方刀架 数控车床方刀架是在普通车床方刀架的基础上数控车床方刀架是在普通车床方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，它有四个刀位，能同发展的一种自动换刀装置，它有四个刀位，能同时装夹四把刀具，刀架回转时装夹四把刀具，刀架回转90，刀具变换一个刀，刀具变换一个刀位，转为信号和刀位号的选择由加工程序指令控位，转为信号和刀位号的选择由加工程序指令控制。图制。图6-1所示为数控车床方刀架结构。所示为数控车床方刀架结构。 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-66 1电动机 2联轴器 3蜗杆轴 4蜗轮丝杠 5刀架底座 6粗定位盘 7刀架体 8球头销9转位套 10电刷座 11发迅体 12螺母

6、 13、14电刷 15粗定位销图图6-1 数控车床数控车床方刀架结构方刀架结构数控机床与编程数控机床与编程2022-5-67 其换刀过程如下：其换刀过程如下：刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，电动机1启动正转，通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮丝杠4转动。刀架体7的内孔加工有内螺纹，与蜗轮丝杠旋合。蜗轮丝杠内孔与刀架中心轴外圆是滑配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝杠绕中心轴空转。当蜗轮丝杠开始转动时，由于刀架体7和刀架体底座5上的端面齿处于啮合状态，且蜗轮丝杠轴向固定，因此刀架体7不能转动只能轴向移动，这是刀架体抬起。 （2）刀架转位 当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开

7、，转位套用销钉与蜗轮丝杠联接，随蜗轮丝杠一起转动，当端面齿完全脱开时，转位套9正好转过160（如图6-1AA剖视图所示），球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽内，转位套通过弹簧销带动刀架体转位。（3）刀架定位 刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指令的刀号时，定位销15在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13、14接触导通，是电动机1反转。由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现精确定位。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-68 （4）夹紧）夹紧 刀架电动机刀架电动机1继续反转，此时蜗轮丝杠停止转动，

8、继续反转，此时蜗轮丝杠停止转动，蜗杆轴蜗杆轴3继续转动，端面齿间夹紧力不断增加，转继续转动，端面齿间夹紧力不断增加，转距不断增大，达到一定值时，在传感器的控制下电距不断增大，达到一定值时，在传感器的控制下电动机动机1停止转动。停止转动。 译码装置由发信体译码装置由发信体11、电刷、电刷13、14组成。组成。 电刷电刷13负责发信，电刷负责发信，电刷14负责位置判断。负责位置判断。当刀架当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母定位出现过位或不到位时，可松开螺母12，调好，调好发信体发信体11与电刷与电刷14的相对位置。的相对位置。这种刀架在经济这种刀架在经济性数控机床及卧式车床的数控化改造中应用

9、广泛。性数控机床及卧式车床的数控化改造中应用广泛。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-69 2.数控车床盘形自动回转刀架数控车床盘形自动回转刀架 图图2所示为所示为CK7815型数控车床采用的型数控车床采用的BA200L刀架的结刀架的结构。构。 该刀架可配置该刀架可配置12位（位（A型或型或B型）、型）、8位（位（C型）刀盘。型）刀盘。 A、B型回转刀盘的外切刀可使用型回转刀盘的外切刀可使用25mm150mm标标准刀具和刀杆截面为准刀具和刀杆截面为25mm25mm的可调刀具，的可调刀具，C型型可用尺寸为可用尺寸为20mm20mm125mm的标准刀具。的标准刀具。 镗刀杆最大直径为镗刀杆最

10、大直径为32mm。刀架转位为机械传动，。刀架转位为机械传动，端面齿盘定位。端面齿盘定位。 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-610 1刀架 2、3端面齿盘 4滑快 5蜗轮 6轴 7蜗杆 8、9、10传动齿轮 11电动机12微动开关 13小轴 14圆环 15压板 16锲铁图图2 回转刀架回转刀架数控机床与编程数控机床与编程2022-5-611 转位过程如下：转位过程如下： （1）回转刀架的松开）回转刀架的松开 转位开始时，电磁制动器断转位开始时，电磁制动器断电，电动机电，电动机11通电转动，通过齿轮通电转动，通过齿轮10、9、8带动蜗带动蜗杆杆7旋转，使蜗轮旋转，使蜗轮5转动。蜗轮内孔有

11、螺纹，与轴转动。蜗轮内孔有螺纹，与轴6上的螺纹配合。端面齿盘上的螺纹配合。端面齿盘3被固定在刀架箱体上，被固定在刀架箱体上，轴轴6和端面齿盘和端面齿盘2固定连接，端面齿盘固定连接，端面齿盘2和和3处于啮合处于啮合状态，因此，蜗轮状态，因此，蜗轮5转动时，轴转动时，轴6不能转动，只能和不能转动，只能和端面齿盘端面齿盘2、刀架体、刀架体1同时向左移动，直到端面齿盘同时向左移动，直到端面齿盘2和和3脱离啮合。脱离啮合。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-612 （2）转位）转位 轴轴6外圆柱面上有两个对称槽，内装滑块外圆柱面上有两个对称槽，内装滑块4。当。当端面齿盘端面齿盘2和和3脱离啮合后，

12、蜗轮脱离啮合后，蜗轮5转到一定角度转到一定角度时，与蜗轮时，与蜗轮5固定在一起的圆环固定在一起的圆环14左侧端面的凸左侧端面的凸块便碰到滑块块便碰到滑块4，蜗轮继续转动，通过，蜗轮继续转动，通过14上的凸上的凸块带动滑块连同轴块带动滑块连同轴6、刀架体、刀架体1一起进行转位。一起进行转位。 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-613 （3）回转刀架的定位）回转刀架的定位 到达要求位置后，电刷选择器发出信号，使电到达要求位置后，电刷选择器发出信号，使电机机11反转，这时蜗轮反转，这时蜗轮5与圆换与圆换14反向旋转，凸块与反向旋转，凸块与滑块滑块4脱离，不再带动轴脱离，不再带动轴6转动。转动

13、。 同时，蜗轮同时，蜗轮5与轴与轴6上的旋和螺纹使轴上的旋和螺纹使轴6右移，端右移，端面齿盘面齿盘2和和3啮合并定位。当齿盘压紧时，轴啮合并定位。当齿盘压紧时，轴6右端右端的小轴的小轴13压下微动开关，发出转位结束信号，电动压下微动开关，发出转位结束信号，电动机断电，电磁制动器通电，维持电动机轴上的反转机断电，电磁制动器通电，维持电动机轴上的反转力矩，以保持端面齿盘之间有一定的压紧力。力矩，以保持端面齿盘之间有一定的压紧力。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-614 刀具在刀盘上由压板刀具在刀盘上由压板15及调节楔铁及调节楔铁16来夹紧，来夹紧，更换和对刀十分方便。更换和对刀十分方便。

14、刀位选择由刷型选择器进行，松开、夹紧位置刀位选择由刷型选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关检测由微动开关12控制。整个刀架控制是一个纯控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。电气系统，结构简单。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-615 3.车削中心动力转塔刀架车削中心动力转塔刀架 图图3(a)为意大利为意大利Baruffaldi公司生产的适用于全功能公司生产的适用于全功能型数控车床及车削中心的动力转塔刀架。刀盘上既型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可以安装各种非动力辅助刀夹(车刀夹、镗刀夹、弹车刀夹、镗刀夹、弹簧夹头、莫氏刀柄簧夹头、莫氏刀

15、柄)，夹持刀具进行加工，还可以安，夹持刀具进行加工，还可以安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、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、高钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。效化。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-616图图3(b)为该转塔刀夹的传动示意图。刀架采用端为该转塔刀夹的传动示意图。刀架采用端面齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电面齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电动机驱动，电动机内部带有制动机构，刀为由二进动机驱动，电动机内部带有制动机构，刀为由二进制绝对编码器识别，并可正反双向转位和任意刀位

16、制绝对编码器识别，并可正反双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流饲服电动机驱动，通过就近选刀。动力刀具由交流饲服电动机驱动，通过同步齿型带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将同步齿型带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传至动力刀夹，在通过刀夹内部的齿轮传动，动力传至动力刀夹，在通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。刀具回转，实现主动切削。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-617 图图3 动力转塔刀架动力转塔刀架数控机床与编程数控机床与编程2022-5-618 转塔头式换刀装置转塔头式换刀装置 带有旋转刀具的数控机床常采用转塔头式自动换带有旋转刀具的数控机床常采用转塔头式

17、自动换刀装置，如数控钻镗床的多轴转塔头等。在转塔头刀装置，如数控钻镗床的多轴转塔头等。在转塔头上装有几个主轴，每个主轴上均装一把刀具，加工上装有几个主轴，每个主轴上均装一把刀具，加工过程中转塔头可自动转位，从而实现自动换刀。主过程中转塔头可自动转位，从而实现自动换刀。主轴转塔头可看作是一个转塔刀库，它的结构简单，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，仅为换刀时间短，仅为2s左右。但由于受到空间位置的左右。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限制，主轴数目不能太多，主轴部件的结构刚度也有所下降，通常只适用与工序较少，精度要求不太有所下降，通常只适用与

18、工序较少，精度要求不太高的机床，如数控钻床、数控铣床等。高的机床，如数控钻床、数控铣床等。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-619 为了弥补转塔换刀数量少的缺点，近年来出现了为了弥补转塔换刀数量少的缺点，近年来出现了一种机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀一种机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置，如图装置，如图6-4所示。它实际上是转塔头换刀装置所示。它实际上是转塔头换刀装置和刀库式换刀装置的结合。它的工作原理如下：转和刀库式换刀装置的结合。它的工作原理如下：转塔头塔头5上安装两个刀具主轴上安装两个刀具主轴3和和4，当用一个刀具主，当用一个刀具主轴上的刀具进行加工时，机械手

19、轴上的刀具进行加工时，机械手2将下一个工序需将下一个工序需要的刀具换至不工作的主轴上，待本工序完成后，要的刀具换至不工作的主轴上，待本工序完成后，转塔头回转转塔头回转180，完成换刀。，完成换刀。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-620 因为它的换刀时间大部分和机械加工时间重合，因为它的换刀时间大部分和机械加工时间重合，只需要转塔头转位的时间，所以换刀时间很短，只需要转塔头转位的时间，所以换刀时间很短，而且转塔头上只有两个主轴，有利于提高主轴的而且转塔头上只有两个主轴，有利于提高主轴的结构刚性，但还未能达到精镗加工所需要的主轴结构刚性，但还未能达到精镗加工所需要的主轴刚度，这种换刀方式

20、主要用于数控钻床，也可用刚度，这种换刀方式主要用于数控钻床，也可用于数控铣镗床和数控组合机床。于数控铣镗床和数控组合机床。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-621 图图4 机械手和转塔头配合刀库换刀的自动换刀装置机械手和转塔头配合刀库换刀的自动换刀装置1-刀库 2-机械手 3.4-刀具主轴 5-转塔头 6-工件 7-工作台数控机床与编程数控机床与编程2022-5-622 刀库式自动换刀装置刀库式自动换刀装置 刀库式自动换刀装置主要应用于加工中心上。刀库式自动换刀装置主要应用于加工中心上。加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工

21、的数控机床。工件经一次装夹件进行多工序加工的数控机床。工件经一次装夹后，数控系统能控制机床连续完成多工步的加工，后，数控系统能控制机床连续完成多工步的加工，工序高度集中。自动换刀装置是加工中心的重要工序高度集中。自动换刀装置是加工中心的重要组成部分，主要包括刀库、刀具交换装置等部分。组成部分，主要包括刀库、刀具交换装置等部分。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-623 1.刀库刀库 刀库是存放加工过程中所使用的全部刀具的装置，刀库是存放加工过程中所使用的全部刀具的装置，它的容量从几把刀到上百把刀。加工中心刀苦的它的容量从几把刀到上百把刀。加工中心刀苦的形式很多，结构也各不相同，形式很多，

22、结构也各不相同，常用的有鼓盘式刀常用的有鼓盘式刀库、链式刀库和格子库式刀库。库、链式刀库和格子库式刀库。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-624 1）鼓盘式刀库 鼓盘式刀库结构简单、紧凑，在钻削中心上应用较多。一般存放刀具数目不超过32把。目前，大部分的刀库安装在机床立柱的顶面和侧面，当刀库容量较大时，为了防止刀库转动造成的振动对加工精度的影响，也有的安装在单独的地基上。图7-5为刀具轴线与鼓盘轴线平行布置的刀库，其中：图(a)为径向取刀式；图(b)为轴向取刀式。图图6-5 鼓盘式刀库鼓盘式刀库 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-625 图6(a)为刀具径向安装在刀库上的结构，

23、图6-6(b)为刀具轴线与鼓盘轴线成一定角度布置的结构。这两种结构占地面积较大。图图6 鼓盘式刀库鼓盘式刀库 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-626 （2）链式刀库）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，如图7（a）,(b)所示。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，如图7（c）所示。 图7 各种链式刀库a）单环链式 （b）多环链式 （c）折叠链式数控机床与编程数控机床与编程2022-5-627 （3）格子盒式刀库）格子盒式刀库 图8所示为固定型格子盒式刀库。刀具分几排

24、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。图图8 固定型固定型格子盒式刀库格子盒式刀库数控机床与编程数控机床与编程2022-5-628 2.刀具的选择刀具的选择 按数控装置的刀具选择指令，从刀库中挑选各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。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和任意选刀：常用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀： （1）顺序选刀）顺序选刀 刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺刀具的顺序选择方式是将刀具按

25、加工工序的顺序，一次放入刀库的每一个刀座内，刀具顺序不序，一次放入刀库的每一个刀座内，刀具顺序不能搞错。能搞错。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-629当加工工件改变时，刀具在刀库上的排列顺序也当加工工件改变时，刀具在刀库上的排列顺序也要改变。这种选刀方式的缺点是同一工件上的相同刀要改变。这种选刀方式的缺点是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，优点是它的控制以及刀库的运动等和刀库的利用率，优点是它的控制以及刀库的运动等比较简单。比较简单。 （2）任意选刀）任意选刀 任意选刀方式是预先把刀库中每把刀

26、具（或刀座）任意选刀方式是预先把刀库中每把刀具（或刀座）都编上代码，按照编码选刀，刀具在刀库中不必按照都编上代码，按照编码选刀，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列。工件的加工顺序排列。 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-630 任意选刀有刀具编码式、刀座编码式、附件编任意选刀有刀具编码式、刀座编码式、附件编码式、计算机记忆式四种方式：码式、计算机记忆式四种方式：刀具编码式刀具编码式 这种选择方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对这种选择方式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

27、需要的道具。据换刀指令代码，在刀库中寻找所需要的道具。 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-631由于每一把刀都有自己的代码，因而刀具可以放由于每一把刀都有自己的代码，因而刀具可以放入刀库的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具入刀库的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下来的可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下来的刀具也不必放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十刀具也不必放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量相应减少，而且可避免由于刀分有利，刀库的容量相应减少，而且可避免由于刀具顺序的差错所发生的事故。但每把刀具上都带有具顺序的差错所发

28、生的事故。但每把刀具上都带有专用的编码系统，刀具长度加长，制造困难，刚度专用的编码系统，刀具长度加长，制造困难，刚度降低，刀库和机械手的结构变复杂。降低，刀库和机械手的结构变复杂。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-632 刀具编码识别有两种方式：接触式识别和非接触刀具编码识别有两种方式：接触式识别和非接触式识别。接触式识别编码的刀柄结构式识别。接触式识别编码的刀柄结构如图如图9所示：所示：图图9 编码刀柄示意图编码刀柄示意图1-编码环 2-锁紧螺母 3-拉紧螺数控机床与编程数控机床与编程2022-5-633 在刀柄尾部的拉紧螺杆在刀柄尾部的拉紧螺杆1上套装着一组等间隔上套装着一组等间隔

29、的编码环的编码环3，并由锁紧螺母，并由锁紧螺母2将它们固定。将它们固定。 编码环的外径有大小两种不同的规格，每个编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表示二进制数的码环的大小分别表示二进制数的“1”和和“0”。 通过对两种圆环的不同排列，可以得到一系列通过对两种圆环的不同排列，可以得到一系列的代码。例如图中的的代码。例如图中的7个编码环，就能够区别出个编码环，就能够区别出127种刀具（种刀具（27-1）。）。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-634 通常全部为零的代码不允许使用，以免和刀座通常全部为零的代码不允许使用，以免和刀座中没有刀具的状况相混淆。中没有刀具的状况

30、相混淆。 当刀具依次通过编码识别装置时，编码环的大当刀具依次通过编码识别装置时，编码环的大小就能使相应的触针读出每一把刀具的代码，从小就能使相应的触针读出每一把刀具的代码，从而选择合适的刀具。而选择合适的刀具。 接触式编码识别装置结构简单，但可靠性较差，接触式编码识别装置结构简单，但可靠性较差，寿命较短，而且不能快速选刀。寿命较短，而且不能快速选刀。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-635 非接触式刀具识别非接触式刀具识别采用磁性或光电识别法。采用磁性或光电识别法。 磁性识别法磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料磁感是利用磁性材料和非磁性材料磁感应的强弱不同，通过感应线圈读取代码。应的

31、强弱不同，通过感应线圈读取代码。编码环编码环分别由软钢和塑料制成，软钢代表分别由软钢和塑料制成，软钢代表“1”，塑料代，塑料代表表“0”，将它们按规定的编码排列。，将它们按规定的编码排列。 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-636 当编码环通过感应线圈时，只有对应软钢圆环当编码环通过感应线圈时，只有对应软钢圆环的那些感应线圈材能感应出电信号的那些感应线圈材能感应出电信号“1”，而对应，而对应于塑料的感应线圈状态保持不变于塑料的感应线圈状态保持不变“0”，从而读出，从而读出每一把刀具的代码。每一把刀具的代码。 磁性识别装置没有机械接触和磨损，因此可以磁性识别装置没有机械接触和磨损，因此可

32、以快速选刀，而且结构简单、工作可靠、寿命长快速选刀，而且结构简单、工作可靠、寿命长。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-637 刀座编码式刀座编码式 刀座编码是对刀库中所有的刀座预先编码，刀座编码是对刀库中所有的刀座预先编码，一把一把刀具只能对应一个刀座，从一个刀座中取出的刀刀具只能对应一个刀座，从一个刀座中取出的刀具必须放回同一刀座中，具必须放回同一刀座中，否则会造成事故。这种否则会造成事故。这种编码方式取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构简编码方式取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构简化，长度变短，刀具在加工过程中可重复使用，化，长度变短，刀具在加工过程中可重复使用，但必须把用过的刀具放回原

33、来的刀座，送取刀具但必须把用过的刀具放回原来的刀座，送取刀具麻烦，换刀时间长。麻烦，换刀时间长。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-638 计算机记忆式计算机记忆式 目前加工中心上大量使用的是计算机记忆式选刀。目前加工中心上大量使用的是计算机记忆式选刀。这这种方式能种方式能将刀具号和刀库中的刀座位置将刀具号和刀库中的刀座位置(地址地址)对应的存对应的存放在计算机的存储器或可编程控制器的存储器中。不论放在计算机的存储器或可编程控制器的存储器中。不论刀具存放在哪个刀座上，新的对应关系重新存放，这样刀具存放在哪个刀座上，新的对应关系重新存放，这样刀具可在任意位置刀具可在任意位置(地址地址)存取

34、，刀具不需设置编码元件，存取，刀具不需设置编码元件，结构大为简化，控制也十分简单。结构大为简化，控制也十分简单。在刀库机构中通常设在刀库机构中通常设有刀库零位，执行自动选刀时，刀库可以正反方向旋转，有刀库零位，执行自动选刀时，刀库可以正反方向旋转，每次选刀式刀库转动不会超过一圈的每次选刀式刀库转动不会超过一圈的1/2。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-639 3.刀具交换装置刀具交换装置 数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间刀具传递和刀具装卸的装置称为刀具交主轴之间刀具传递和刀具装卸的装置称为刀具交换装置。自动换刀的刀具可靠固紧在专用

35、刀夹内，换装置。自动换刀的刀具可靠固紧在专用刀夹内，每次换刀时将刀夹直接装入主轴。刀具的交换方每次换刀时将刀夹直接装入主轴。刀具的交换方式通常分为有机械手换刀和无机械手换刀两大类。式通常分为有机械手换刀和无机械手换刀两大类。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-640 （1）机械手换刀）机械手换刀 采用机械手进行刀具交换的方式应用最为广泛，采用机械手进行刀具交换的方式应用最为广泛，因为机械手换刀具有很大的灵活性，换刀时间也因为机械手换刀具有很大的灵活性，换刀时间也较短。机械手的结构型式多种多样，换刀运动也较短。机械手的结构型式多种多样，换刀运动也有所不同。下面介绍两种最常见的换刀形式。有所

36、不同。下面介绍两种最常见的换刀形式。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-641 180回转刀具交换装置回转刀具交换装置 最简单的刀具交换装置是180回转刀具交换装置，如图10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；同时刀具库运动到适当位置完成选刀，机械手回转并同时与主轴、刀具库的刀具相配合；拉杆从主轴刀具上卸掉，机械手向前运动，将刀具从各自的位置上取下；机械手回转180，交换两把刀具的位置，与此同时刀库重新调整位置，以接受从主轴上取下的刀具；机械手向后运动，将夹换的刀具和卸下的刀具分别插入主轴和刀库；机械手转回原位置待命。至此换刀完成，程序继续。这种刀具交换装置的主

37、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，预侧置后置的刀库相比，切屑及切削液易进入刀夹，刀夹锥面上有切屑会造成换刀误差，甚至损坏刀夹和主轴，因此必须对刀具另加防护。这种刀具交换装置既可用于卧式机床也可用于立式机床。 图图10 180回转刀具交换装置回转刀具交换装置数控机床与编程数控机床与编程2022-5-642 回转插入式刀具交换装置回转插入式刀具交换装置 回转插入式刀具交换装置是最常用的形式之一，回转插入式刀具交换装置是最常用的形式之一，使回转式的改进形式。这种装置刀库位于机床立使回转式的改进形式。这种装置刀库位于机床立柱一侧，避免了切屑造成主轴或刀

38、夹损坏的可能。柱一侧，避免了切屑造成主轴或刀夹损坏的可能。但刀库中存放的刀具的轴线与主轴的轴线垂直，但刀库中存放的刀具的轴线与主轴的轴线垂直，因此机械手需要三个自由度。机械手沿主轴轴线因此机械手需要三个自由度。机械手沿主轴轴线的插拔刀具动作，由液压缸实现；绕竖直轴的插拔刀具动作，由液压缸实现；绕竖直轴90的的摆动进行刀库与主轴间刀具的传送由液压马达实摆动进行刀库与主轴间刀具的传送由液压马达实现；绕水平轴旋转现；绕水平轴旋转180完成刀库与主轴上刀具的完成刀库与主轴上刀具的交换的动作，由液压马达实现。其换刀分解动作交换的动作，由液压马达实现。其换刀分解动作如图如图11所示。所示。数控机床与编程数

39、控机床与编程2022-5-643 图图11 换刀分解动作换刀分解动作数控机床与编程数控机床与编程2022-5-644 图图11(a):抓刀爪伸出，抓住刀库上的待换刀具，刀库抓刀爪伸出，抓住刀库上的待换刀具，刀库刀座上的锁板拉开。刀座上的锁板拉开。 图图11(b)：机械手带着待换刀具绕竖直轴逆时针方向：机械手带着待换刀具绕竖直轴逆时针方向转转90，与主轴轴线平行，另一个抓刀爪抓住主轴上，与主轴轴线平行，另一个抓刀爪抓住主轴上的刀具，主轴将刀具松开。的刀具，主轴将刀具松开。 图图11(c):机械手前移，将刀具从主轴锥孔内拔出。机械手前移，将刀具从主轴锥孔内拔出。 图图11(d)：机械手绕自身水平轴

40、转：机械手绕自身水平轴转180，将两把刀具，将两把刀具交换位置。交换位置。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-645 图图11(e)：机械手后退，将新刀具装入主轴，主轴：机械手后退，将新刀具装入主轴，主轴将刀具锁住。将刀具锁住。 图图11(f)：抓刀爪缩回，松开主轴上的刀具。机械手：抓刀爪缩回，松开主轴上的刀具。机械手绕竖直轴顺时针转绕竖直轴顺时针转90，将刀具放回到库相应的刀，将刀具放回到库相应的刀座上，刀库上的锁板合上。座上，刀库上的锁板合上。 最后，抓刀爪缩回，松开刀库上的刀具，恢复到原最后，抓刀爪缩回，松开刀库上的刀具，恢复到原始位置。始位置。数控机床与编程数控机床与编程2022

41、-5-646 为了防止刀具掉落，各种机械手的刀爪都必须带为了防止刀具掉落，各种机械手的刀爪都必须带有自锁机构，如图有自锁机构，如图12所示。所示。图图12 机械手臂和刀爪机械手臂和刀爪1、3弹簧 2所紧销 4活动销 5刀爪 6销数控机床与编程数控机床与编程2022-5-647 它由两个固定刀爪它由两个固定刀爪5，每个刀爪上还有一个活动销，每个刀爪上还有一个活动销4，它依靠后面的弹簧它依靠后面的弹簧1，在抓刀后顶住刀具。，在抓刀后顶住刀具。 为了保证机械手在运动时刀具不被甩出，有一个锁紧为了保证机械手在运动时刀具不被甩出，有一个锁紧销销2，当活动销，当活动销4顶住刀具时，锁紧销顶住刀具时，锁紧销

42、2就被弹簧就被弹簧3顶顶起，将活动销起，将活动销4锁住不能后退。锁住不能后退。 当机械手处于上升位置要完成拔插刀动作时，销当机械手处于上升位置要完成拔插刀动作时，销6被被挡块压下使销挡块压下使销2也退下，因此可自由的抓放刀具。也退下，因此可自由的抓放刀具。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-648 （2）无机械手换刀）无机械手换刀 无机械手换刀的方式是利用刀库与机床主轴的相对运无机械手换刀的方式是利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换，也叫主轴直接式换刀。动实现刀具交换，也叫主轴直接式换刀。 XH754型卧式加工中心就是采用这类刀具交换装置的型卧式加工中心就是采用这类刀具交换装置的实例

43、。机床外形和换刀过程如图实例。机床外形和换刀过程如图13所示。所示。 图图13(a): 当加工工步结束后执行换刀指令，主轴实现当加工工步结束后执行换刀指令，主轴实现准停，主轴箱沿准停，主轴箱沿Y轴上升。这是机床上方的刀库的空轴上升。这是机床上方的刀库的空档刀为正好处在换刀位置，装夹刀具的卡爪打开。档刀为正好处在换刀位置，装夹刀具的卡爪打开。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-649 图图13 XH754型卧式加工中心机床外形及其换刀过程型卧式加工中心机床外形及其换刀过程1-主轴箱； 2-刀库数控机床与编程数控机床与编程2022-5-650 图图13(b)：主轴箱上升到极限位置，被更换刀具

44、的主轴箱上升到极限位置，被更换刀具的刀杆进入刀库空刀位，被刀具定位卡爪钳住，与刀杆进入刀库空刀位，被刀具定位卡爪钳住，与此同时主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具。此同时主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具。 图图13(c): 刀库伸出，从主轴锥孔内将刀具拔出。刀库伸出，从主轴锥孔内将刀具拔出。 图图13(d)：刀库转位，按照程序指令要求将选好的刀库转位，按照程序指令要求将选好的刀具转到主轴最下面的换刀位置，同时压缩空气刀具转到主轴最下面的换刀位置，同时压缩空气将主轴锥孔吹净。将主轴锥孔吹净。 图图13(e): 刀库退回，同时将新刀具插入主轴锥孔，刀库退回，同时将新刀具插入主轴锥孔，主轴内刀具夹紧装置将刀

45、杆拉紧。主轴内刀具夹紧装置将刀杆拉紧。 图图13(f)：主轴下降到加工位置后起动，开始下一主轴下降到加工位置后起动，开始下一步的加工。步的加工。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-651 无机械手换刀方式特点：无机械手换刀方式特点： 这种换刀机构不需要机械手，结构简单、紧凑。这种换刀机构不需要机械手，结构简单、紧凑。 由于换刀时机床不工作，所与不会影响加工精度，由于换刀时机床不工作，所与不会影响加工精度，但机床加工效率下降。但机床加工效率下降。 刀库结构尺寸受限，装刀数量不能太多。刀库结构尺寸受限，装刀数量不能太多。 这种换刀方式常用于小型加工中心。这种换刀方式，这种换刀方式常用于小型加

46、工中心。这种换刀方式，每把刀具在刀库上的位置是固定的，从哪个刀座上每把刀具在刀库上的位置是固定的，从哪个刀座上取下的刀具，用完后仍然放回刀哪个刀座上。取下的刀具，用完后仍然放回刀哪个刀座上。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-652 分度工作台和回转工作台分度工作台和回转工作台 工作台是数控机床的重要部件，为了提高数控机床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给运动除了沿坐标轴X、Y、Z三个方向的直线进给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。运动之外，

47、还常常需要有分度运动和圆周进给运动。 数控机床中的工作台主要有矩形、回转式以及倾斜数控机床中的工作台主要有矩形、回转式以及倾斜成各种角度的万能工作台三种。成各种角度的万能工作台三种。 本节主要介绍数控机床常用的定位、回转工作台的结构及工作原理。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-653 分度工作台分度工作台 分度工作台的功用是完成分度辅助运动，将工件转分度工作台的功用是完成分度辅助运动，将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的多道工序的加工。安装能完成几个面的多道工序的加工。 分度工作台的分度、转位和定位是按照控制

48、系统的分度工作台的分度、转位和定位是按照控制系统的指令自动进行的，指令自动进行的，每一次转位每一次转位可回转一定的角度可回转一定的角度（45、60、90等）。等）。 分度工作台按其定位机构的不同分为分度工作台按其定位机构的不同分为端面齿盘式和端面齿盘式和定位销式两类。定位销式两类。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-654 1.端面齿盘式分度工作台端面齿盘式分度工作台 端面齿盘式分度工作台是目前用得较多的一种精密的端面齿盘式分度工作台是目前用得较多的一种精密的分度定位机构，它主要由工作台底座、夹紧液压缸、分分度定位机构，它主要由工作台底座、夹紧液压缸、分度液压缸和端面齿盘等零件组成，其结

49、构如图度液压缸和端面齿盘等零件组成，其结构如图14。 端面齿盘式分度工作台的端面齿盘式分度工作台的分度转位分度转位动作过程可分为动作过程可分为三大步骤：三大步骤： （1）工作台的抬起）工作台的抬起 （2）回转分度）回转分度 （3）工作台下降定位夹紧）工作台下降定位夹紧 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-655 1、2、15、16推杆 3下齿盘 4上齿盘 5、13推力轴承 6活塞 7工作台 8齿条活塞 9升降液压缸上腔 10升降液压缸下腔 11齿轮 12齿圈 14、17挡块 18分度液压缸右腔 19分度液压缸左腔 20、21分度液压缸进油管道 22、23分度液压缸回油管道图图14 端面齿

50、盘式工作台端面齿盘式工作台 数控机床与编程数控机床与编程2022-5-656 （1）工作台的抬起）工作台的抬起 当机床需要分度时，数控装置就发出分度指令当机床需要分度时，数控装置就发出分度指令(也可也可用手压按钮进行手动分度用手压按钮进行手动分度)，由电磁铁控制液压阀，由电磁铁控制液压阀(图中未示出图中未示出)，使压力油经管道，使压力油经管道23至分度工作台至分度工作台7中中央的夹紧液压缸的下腔央的夹紧液压缸的下腔10，推动活塞，推动活塞6上移，经推上移，经推力球轴承力球轴承5使工作台使工作台7抬起，上端面齿盘抬起，上端面齿盘4和下端面和下端面齿盘齿盘3脱离啮合。与此同时，在工作台脱离啮合。与

51、此同时，在工作台7向上移动的向上移动的过程中带动内齿圈过程中带动内齿圈12上移并与齿轮上移并与齿轮11啮合，完成了啮合，完成了分度前的准备工作。分度前的准备工作。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-657 （2）回转分度）回转分度 当工作台当工作台7向上抬起时，推杆向上抬起时，推杆2在弹簧的作用下向上在弹簧的作用下向上移动，使推杆移动，使推杆1在弹簧的作用下右移，松开微动开关在弹簧的作用下右移，松开微动开关D的触头，控制电磁阀的触头，控制电磁阀(图为示出图为示出)使压力油经管道使压力油经管道21进入分度液压缸的左腔进入分度液压缸的左腔19内，推动齿条活塞内，推动齿条活塞8右移，右移，与它

52、相啮合的齿轮与它相啮合的齿轮11逆时针转动。根据设计要求，当逆时针转动。根据设计要求，当齿条活塞齿条活塞8移动移动113mm时，齿轮时，齿轮11回转回转90，此时内，此时内齿轮齿轮12与齿轮与齿轮11已经啮合，所以分度工作台也回转已经啮合，所以分度工作台也回转90。回转角度的近似值将由微动开关和挡块。回转角度的近似值将由微动开关和挡块17控控制，开始回转时，挡块制，开始回转时，挡块14离开推杆离开推杆15使微动开关使微动开关C复复位，通过电路互锁，始终保持工作台处于上升位置。位，通过电路互锁，始终保持工作台处于上升位置。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-658 （3）工作台下降定位夹紧

53、）工作台下降定位夹紧 当工作台转到预定位置附近，挡块当工作台转到预定位置附近，挡块17压动推杆压动推杆16，使微动开关使微动开关E被压下，控制电磁铁使夹紧液压缸上腔被压下，控制电磁铁使夹紧液压缸上腔9通入压力油，活塞通入压力油，活塞6下移，工作台下移，工作台7下降。端面齿盘下降。端面齿盘4和和3又重新啮合，定位并夹紧。管道又重新啮合，定位并夹紧。管道23中有节流阀中有节流阀用来限制工作台用来限制工作台7的下降速度，避免产生冲击。当分的下降速度，避免产生冲击。当分度工作台下降时，推杆度工作台下降时，推杆2被压下，推杆被压下，推杆1左移，微动左移，微动开关开关D的触头被压下，通过电磁铁控制液压阀，

54、使压的触头被压下，通过电磁铁控制液压阀，使压力油从管道力油从管道20进入分度液压缸的右腔进入分度液压缸的右腔18，推动活塞，推动活塞齿条齿条8左移，使齿轮左移，使齿轮11顺时针回转并带动挡块顺时针回转并带动挡块17及及14回到原处，为下一次分度最好准备。回到原处，为下一次分度最好准备。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-659 端面齿盘式分度工作台的特点：端面齿盘式分度工作台的特点： 优点：优点：分度和定心精度高，分度精度可达分度和定心精度高，分度精度可达(0.53)，由于采用多齿重复定位，因此重复定位精度，由于采用多齿重复定位，因此重复定位精度稳定，定位刚度高，只要是分度数能除尽端面齿

55、盘稳定，定位刚度高，只要是分度数能除尽端面齿盘齿数，都能分度，适用于多工位分度。齿数，都能分度，适用于多工位分度。 缺点：缺点：是端面齿盘制造较为困难，且不能进行任意是端面齿盘制造较为困难，且不能进行任意角度的分度。角度的分度。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-660 2.定位销式分度工作台定位销式分度工作台 这种工作台的定位元件由定位销和定位套孔组成，这种工作台的定位元件由定位销和定位套孔组成，图图6-15所示为自动换刀卧式数控铣镗床的定位销式所示为自动换刀卧式数控铣镗床的定位销式分度工作台的结构。分度工作台的结构。 分度工作台面分度工作台面1的两侧有长方形工作台的两侧有长方形工作台

56、,在不单独使在不单独使用分度工作台时，它们可以作为整体工作台使用。用分度工作台时，它们可以作为整体工作台使用。 在分度工作台在分度工作台1的下方又八个均布的圆柱定位销的下方又八个均布的圆柱定位销7，在转台座在转台座19上有一个定位套上有一个定位套6和一个供定位销移动和一个供定位销移动的环形槽。其中只有一个定位销的环形槽。其中只有一个定位销7进入定位套中，进入定位套中，其它其它7个定位销都在环形槽中。定位销之间间隔个定位销都在环形槽中。定位销之间间隔45，工作台只能作二、四、八等分的分度运动。，工作台只能作二、四、八等分的分度运动。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-661 图图15 定位

57、销式分度工作台定位销式分度工作台数控机床与编程数控机床与编程2022-5-662 分度过程：分度过程： （1）工作台抬起）工作台抬起 当需要分度时，首先由机床的数控系统发出指令，当需要分度时，首先由机床的数控系统发出指令，使六个均布与固定工作台圆周上的夹紧液压缸使六个均布与固定工作台圆周上的夹紧液压缸8(图图中只画了一个中只画了一个)上腔中的压力油流回油箱，活塞上腔中的压力油流回油箱，活塞10被被弹簧弹簧11顶起，分度工作台处于放松状态。同时消隙顶起，分度工作台处于放松状态。同时消隙液压缸活塞液压缸活塞5也卸荷，液压缸中的压力油经管导流回也卸荷，液压缸中的压力油经管导流回油箱。油箱。数控机床与

58、编程数控机床与编程2022-5-663中央液压缸中央液压缸15由管道由管道16进油，使活塞进油，使活塞14上升，通上升，通过止推螺钉过止推螺钉13、止推轴套、止推轴套4把止推轴承把止推轴承18向上抬起向上抬起15mm，顶在转台座，顶在转台座19上。分度工作台上。分度工作台1用四个螺用四个螺钉与转台轴钉与转台轴2相连，而转台轴相连，而转台轴2用六角螺钉用六角螺钉3固定在固定在轴套轴套4上，所以当轴套上，所以当轴套4上移时，通过转台轴使工作上移时，通过转台轴使工作台台1抬高抬高15mm，固定在工作台面上的定位销，固定在工作台面上的定位销7从定从定位衬套中拔出，完成了分度前的准备工作。位衬套中拔出，

59、完成了分度前的准备工作。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-664 （2）分度）分度当工作台抬起之后发出信号使液压马达驱动减速齿当工作台抬起之后发出信号使液压马达驱动减速齿轮轮(图中未示出图中未示出)，带动固定在工作台，带动固定在工作台1下面的大齿轮下面的大齿轮9转动，进行分度运动。分度工作台的回转速度由液压转动，进行分度运动。分度工作台的回转速度由液压马达和液压系统中的单向节流阀来调节，分度初作快马达和液压系统中的单向节流阀来调节，分度初作快速运动，由于在大齿轮速运动，由于在大齿轮9上沿圆周均布八个挡块，当上沿圆周均布八个挡块，当挡块碰到第一个限位开关时减速，碰到第二个限位开挡块碰到第

60、一个限位开关时减速，碰到第二个限位开关时准停。此时，新的定位销关时准停。此时，新的定位销7正好对准定位套的定正好对准定位套的定位孔，准备定位。位孔，准备定位。数控机床与编程数控机床与编程2022-5-665 （3）定位、消隙与夹紧）定位、消隙与夹紧 分度完毕后，数控系统发出信号使中央液压缸分度完毕后，数控系统发出信号使中央液压缸15卸荷，油液经管道卸荷，油液经管道16流回由箱，分度台流回由箱，分度台1靠自重下靠自重下降，定位销降，定位销7插入定位套孔插入定位套孔6中。中。 定位完毕后，消隙液压缸通入压力油，活塞定位完毕后，消隙液压缸通入压力油，活塞5顶向顶向工作台面工作台面1，以消除径向间隙。