数控机床的刀具

1、 第九章 数控机床的刀具与工 件交换装置 引言: (1) 单功能数控机床的缺点； (2) 自动换刀装置的起源和优点；19.1 自动换刀装置的形式 自动换刀装置的功能就是储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换。它应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求其基本形式有以下几种。 2 一、 回转刀架换刀 回转刀架换刀常用于数控车床。根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架，井相应地安装四把、六把或更多的刀具。图9-1为数控车床六角回转刀架（即六方刀架），它的动作根据数控指令进行，由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，回转刀架还可采用电机-马氏机

2、构转位，鼠齿盘定位，以及其他转位和定位机构其工作原理如下： (1)刀架抬起； (2)刀架转位； (3)刀架压紧； (4)转位油缸复位；3 二、更换主轴换刀 这种机床的主轴头就是个转塔刀库，主轴头有卧式和立式两种如图92所示是TK-5525型数控转塔式镗铣床的外观图，八方形主轴头（转塔头）上装有八根主轴，每根主轴上装有一把刀具。根据工序的要求按顺序自动地将装有所需要的刀具的主轴转到工作位置，实现自动换刀，同时接通主传动。不处在工作位置的主轴便与主传动脱开。转塔头的转位由槽轮机构来实现，其结构如图93所示，每次转位包括下列动作。 (1)脱开主轴传动； (2)转塔头抬起；4 (3)转塔头转位； (4

3、)转塔头定位压紧； (5)主轴传动重新接通； 优点：省去了自动松、夹，卸刀、装刀，以及刀具搬运等一系列的复杂操作，从而缩短了换刀时间，并提高了换刀的可靠性； 缺点：由于空间位置的限制，使主轴部件结构不能设计得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度为了保证主轴的刚度，必须限制主轴数目，因此转塔主轴头通常只适应于工序较少，精度要求不太高的机床，例如数控钻床、铣床等5 三、更换主轴箱换刀 这种机床象组合机床一样，采用多主轴的主轴箱，利用更换这种主轴箱来达到换刀的目的，如图9-4所示。 工作原理如下： (1)选好所需的主轴箱，待两小车运行至该主轴箱处，将它推上小车I上，小车I 沿导轨载着它与空车同时运行到

4、机床动力头两侧的更换位置。 (2)动力头带着主轴箱1上升到更换位置，动力头上的夹紧机构将主轴箱松开，定位销也从定位孔中拔出，推杆机构将用过的主轴箱1从动力头上推到小车上同时又将待用主轴箱从小车I推到机床动力头上，并进行定位夹紧。 (3)然后动力头沿立柱导轨下降开始新的加工。与此同时，两小车返回主轴箱库，停在待换的主轴箱旁。由推杆机构将下次待换的主轴箱推上小车I，并把用过的主轴箱从小车I推入主轴箱库中的空位。6 四、带刀库的自动换刀系统 这类换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及刀具在主轴上的自动装卸机构等四部分组成，应用最广泛。如图9-5和9-6所示,刀库分别装在机床的立柱上，主轴箱上或工作

5、台上如图9-7所示，刀装在机床之外。如图9-8所示，刀库远离主轴。7工作原理如下： 首先要把加工过程中要用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸预调整后，插入刀库中。换刀时，根据选刀指令先在刀库上选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，然后将新刀具装入主轴，将用过的刀具放回刀库。 为了缩短换刀时间，可采用带刀库的双主轴或多主轴换刀系统，如图9-9所示。该机床转塔头上待更换刀具的主轴与转塔刀库回转轴线成450 ，当水平方向的主轴在加工位置时，待更换刀具的主轴处于换刀位置，由刀具交换装置预先换刀，待本工序加工完毕后，转塔头回转并交换主轴(即换刀)。8 9.2 刀库 刀库

6、用于存放刀具，它是自动换刀装置中主要部件之一。其容量、布局和具体结构对数控机床的设计有很大影响9 一、刀库的形式 根据刀库存放的数目和取刀方式，刀库可以设计成多种形式。图9-10所示为常见的几种刀库形式单盘式刀库图(a)图(d) .存放的刀具数目一般为15-40把，为适应机床主轴的布局，刀库上刀具轴线可以按不同方向配置，如轴向、径向或斜向。图(d)是刀具可作900翻转的圆盘刀库；如图(e)为鼓轮弹仑式(又称刺猬式)刀库。图9-11为链式刀库，图(a)为我国THK6370自动换刀数控镗铣床所采用的单排链式刀库简图，为了增加链式刀库的储存量，可采用图(b)所示的多排链式刀库；图(c)为加长链条的链

7、式刀库，此外，还有多盘式和格子式刀库，如图9-10(g)、(h)所示，这种刀库虽然储存量大，但结构复杂，选刀和取刀动作多，故较少采用。10 刀库除了储存刀具之外，还要能根据要求将各工序所用的刀具运送到取刀位置刀库常采用单独驱动装置，如图9-12(a)、(b)所示为圆盘式刀库的结构图，可容纳40把刀具，图(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(b)所示，圆盘13上均布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的刀座号读取装置7当圆盘13转动时，刀座号码板8依次经过刀座号读取装置，并读出各刀座的

8、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，油缸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。同时油缸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，油缸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。 11 为了增加刀库容量，实现任意位置换刀， THK6370自动换刀数控卧式镗铣床采用链式刀库其结构示意图如图9-13所示。刀库由45个刀座组成，刀座就是链传动的链节，刀座的运动由ZM-40液压马达通过减速箱传到下链轮轴上，下链轮带动刀座运动。刀库运动的速度通过调节ZM40的转速来实现刀座的定位用正靠的办法将所要的刀具准确地

9、定位在取刀(还刀)位置上在刀具进入取刀位燕尾导轨内移动，以保持刀具编码环与选刀器的位置关系的一致性。12 二、设计刀库时应考虑的主要问题 (1)合理确定刀库储存量 (图9-14 刀具数量和完成 工作量关系）； (2)尽量缩短选刀时间 ； (3)刀库运动速度应适宜 ； (4)要求刀库运行平稳 ； (5)刀座在刀库中的排列 ； (6)其他应注意的问题 如刀具在刀座中应夹持可靠， 刀库防尘、防屑及安全防护等问题都必须考虑。13 9.3 刀具的选择方式 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。14 一、顺序选择刀具 刀具按预定工序

10、的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内该法不需要刀具识别装置，驱动控制也较简单，工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能重复使用，这就降低了刀具和刀库的利用率此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。 15 二、任意选择刀具 这种方法根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具，刀具在可以任意存放。每把刀具（或刀座）都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具(或刀座)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

11、来抓取任意选择刀具法的优点是刀库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。 16 任意选择法主要有三种编码方式： (一)刀具编码方式 这种方式是对每把刀具进行编码，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；同时也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图9-15所示。在刀柄1后端的拉杆4上套装着等间隔的编码环2，由锁紧螺母3固定。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

12、大小两种，大直径的为二进制的“1”，小直径17 的为“0”通过这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。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)=，相当于二-八进制数(77)八，也就是十进制的(63)+. 18(二)刀座编码方式 这种编码方式对每个刀座进行编码，刀具也编号， 并将刀具放到与其号码

13、相符刀座中，换刀时刀库旋转，便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。另外，在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增加了换刀动作。刀座编码的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。 图916所示为圆盘形刀库的刀座编码装置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19(三) 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

14、，其中应用最多的是编码钥匙这种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。 编码钥匙的形状如图9-17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 图9-18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900，处于钥匙代码突起6的第一弹簧接触片5被撑起，表示代20 码“1”，处于代码凹处的第二弹簧接触片7保持原状，表

15、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需放回原来的刀座中。21 三、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，常用的有接触式刀具识别装置 、非接触式刀具识别装置 、利用PC(可编程控制器)实现随机换刀几种。22(一)接触式刀具识别装置 适用于空间位置较小的刀具编码，其识别原理如图9-19所示在刀柄1上装有两种直径不同的编码环，

16、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联，当编码环是大直径时与触针接触，继电器通电，其数码为“1”。当编码环是小直径时与触针不接触，继电器不通电，其数码为“0”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，故寿命短，可靠性较差，且难于快速选刀。23(二)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，适用于高速、换

17、刀频繁的场合。常用的有磁性识别和光电识别法 1. 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，分别由导磁材料(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”。图9-20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， 24 则磁感应较弱，在二次线圈中感应的电压较

18、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图9-2l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”将编码环所表示的号码读出，并经输入控制门存入“刀号寄存器”内，然后送入“符合电路”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

19、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 25 2. 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。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，以判断正对这二束光导纤维的金属表面有无反射光，有反射时(表面光亮)为“1”，无反射时(表面涂黑)为“0”，如图9-22(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

20、来发出同步信号。阅读头端面如图9-22(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。当阅读头端面正对刀具编码部分，沿箭头方向相对运动时，在同步信号的作用下，可将刀具编码读入，并与给定的刀具号进行比较而选刀。26 在光导纤维中传播的光信号有很高的抗干扰能力，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很大的方便。 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由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，经信息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位置出

21、现图形时，并与记忆装置中的图形进行比较，选中时发出选刀符合信号，刀具便停在换刀位置上这种识别方法虽然有很多优点，但该系统价格昂贵。27 (三)利用PC(可编程控制器)实现随机换刀 由于计算机技术的发展，可以利用软件选刀，它代替了传统的编码环和识刀器。在这种选刀与换刀的方式中，刀库上的刀具能与主轴上的刀具任意地直接交换，即随机换刀。主轴上换来的新刀号及还回刀库上的刀具号，均在PC内部相应地存储单元记忆。随机换刀控制方式需要在PC内部设置一个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的位置数和刀具号相对应这种方法主要由软件完成选刀，从而消除由于识刀装置的稳定性、可靠性所带来的选刀失误。28 1

22、ATC(自动换刀)控制和刀号数据表 如图9-23所示，刀库有8个刀座，可存放8把刀具。刀座固定位置编号为方框内18号，为轴刀位置号，由于刀具本身不附带编码环，所以刀具编号可任意设定，如图中(10)(18)的刀号。一旦给某刀编号后，这个编号不应随意改变。为了使用方便，刀号也采用BCD码编写。 在PC内部建立一个摸拟刀库的刀号数据表，如图9-24所示。数据表的表序号与刀库刀座编号相对应，每个表序号中的内容就是对应刀座中所插入的刀具号。图中刀号表首地址TAB单元固定存放主轴上刀具的号数，TAB+1TAB+8存放刀库上的刀具号。由于刀号数据表是实际上是刀库中存放刀具位置的一种映象，所以刀号表与刀库中的

23、刀具的位置应始终保持一致。 29 2刀具的识别 虽然刀具不附带任何编码装置，而且采取任意换刀方式，但由于在PC内部设置的刀号数据表始终与刀具在刀库中的实际位置相对应，所以对刀具的识别实质上转变为对刀库位置的识别当刀库旋转，每个刀座通过换刀位置(基准位置)时，产生一个脉冲信号送至PC，作为计数脉冲同时，在PC内部设置一个刀库位置计数器，当刀库正转(CW)时，每发一个计数脉冲，使该计数器递增计数；当刀库反转(CCW)时，每发一个计数脉冲，则计数器递减计数。于是计数器的计数值始终在1-8之间循环，而通过换刀位置时的计数值(当前值)总是指示刀库的现在位置。 30 当PC接到寻找新刀具的指令(TXX)后

24、，在模拟刀库的刀号数据表中进行数据检索，检索到T代码给定的刀具号，将该刀具号所在数据表中的表序号数存放在一个缓冲存储单元中这个表序号数就是新刀具在刀库中的目标位置刀库旋转后，测得刀库的实际位置与要求得的刀库目标位置一致时，即识别了所要寻找的新刀具刀库停转并定位，等待换刀。 识别刀具的PC程序流程图如图9-25所示。31 3. 刀具的交换及刀号数据表的修改 当前一工序加工结束后需要更换新刀加工时，NC系统发出自动换刀指令M06，控制机床主轴准停，机械手执行换刀动作，将主轴上用过的旧刀和刀库上选好的新刀进行交换。与此同时，应通过软件修改PC内部的刀号数据表，使相应刀号表单元中的刀号与交换后的刀号相

25、对应，修改刀号表的流程如图9-26所示。32 94刀具交换装置 实现刀库与机床主轴之间装卸与传递刀具的装置称为刀具交换装置。交换装的形式和具体结构对数控机床的总体布局、生产率和工作可靠性都有直接影响33 一、交换装置的形式 交换装置的形式很多，一般可分为两大类：由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换 和由机械手进行刀具交换。34 (一)由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换 用这种形式交换刀具时，必须将主轴上用过的刀具送回刀库，再从刀库取出新刀，但两个动作不能同时进行。如图9-6所示，选刀和换刀全由三坐标轴的数控定位系统来完成。因此，换刀时间较长，换刀动作也较多 35 (二)由机械手进行刀具交换 由于

26、刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。图9-27所示为常用的几种形式。图中(a)、(b)，(c)为双臂回转机械手，能同时抓取和装卸刀库和主轴(或中间搬运装置)上的刀具，动作简单，换刀时间少图(d)虽然不是同时抓取刀库和主轴上的刀具，但换刀准备时间及将刀具还回刀库的时间与机加工时间重复，因而换刀时间也很短 抓刀运动可以是旋转运动，也可是直线运动图中(a)为钩手，抓刀运动为旋转运动；图(b)为抱手，抓刀运动为两个手指旋转；图(c)和(d)为扠手，抓刀运动为直线运动由于抓刀运动的轨迹不同，各种机械手的应用场合也不同，抓刀运动为直线时，在抓刀过程中可以避免与相邻的刀具相碰，所以当刀库中刀具

27、排列较密时，常用扠刀手。钩刀手和抱刀手抓刀运动的轨迹为圆弧，容易和相邻的刀具相碰，要适当增加刀库 36 中刀具间的距离，合理设计机械手的形状及其安装位置。 图9-28所示为钩刀机械手换刀一次所需的基本动作。 (1)抓刀 手臂旋转900 ，同时抓住刀库和主轴上的刀具； (2)拔刀 主轴夹头松开刀具，机械手同时将刀库和主轴上的刀具拔出； (3)换刀 手臂旋转1800 ，新旧刀具交换； (4)插刀 机械手同时将新旧刀具分别插入主轴和刀库，然后主轴夹头夹紧刀具； (5)复位 转动手臂，回到原始位置 由于这种机械手换刀动作少，节省了换刀时间，结构也简单，因而，国内外广泛采用。37 二、刀具的夹持 刀具必

28、须装在标准的刀柄内，我国提出了TSG工具系统，并制定了刀柄标准，标准中有直柄及7:24锥度的锥柄两类分别用于圆柱形主轴孔及圆锥形主轴孔，其结构如图9-29，图9-30所示。图中3为刀柄定位及夹持部位，2为机械手抓取部位，1为键槽用于传递切削扭矩，4为螺孔用以安装可调节拉杆，供拉紧刀柄用。刀具的轴向尺寸和径向尺寸应先在调刀仪上调整好，才可装入刀库中。丝锥、饺刀要先装在浮动夹具内再装入标准刀柄内。圆柱形刀柄在使用时需在轴向和径向夹紧，因而主轴结构复杂，柱柄安装精度高，但磨损后不能自动补偿。而锥柄稍有磨损也不会过分影响刀具的安装精度在换刀过程中，由于机械手抓住刀柄要作快速回转，作拔、插刀具的动作，还

29、要保证刀柄键槽的角度位置对准主轴上的驱动键。因此， 38 机械手的夹持部分要十分可靠，并保证有适当的夹紧力，其活动爪要有锁紧装置，以防止刀具在换刀过程中转动或脱落。机械手夹持刀具的方法有以下两类。 (一)柄式夹持(轴向夹持) 刀柄前端有v形槽，供机械手夹持用，目前我国数控机床较多采用这种夹持方式如图9-31所示为机械手手掌结构示意田由固定爪7及活动爪l组成，活动爪1可绕轴2回转，其一端在弹簧柱塞6的作用下，支靠在挡销3上，调整螺栓5以保持手掌适当的夹紧力，锁紧销4使活动爪1牢固夹持刀柄，防止刀具在交换过程中松脱。锁紧销4还可轴向移动，放松活动爪1，以便扠刀或从刀柄V形槽中退出。39（二）法兰盘

30、式夹持 法兰盘式夹持，也称径向夹持或碟式夹持，如图9-32所示1为拉杆，在刀柄2的前端有供机械手夹持用的法兰盘3，图(b)所示的法兰盘采用带洼形肩面4。图9-33所示为机械手夹持原理图，上图为松开状态，下图为夹紧状态采用法兰盘式夹持的突出优点是当采用中间搬运装置时，可以很方便地从一个机械手过渡到另一个辅助机械手上去，如图9-34所示法兰盘式夹持方式，换刀动作较多，不如柄式夹持方式应用广泛 40 9.5 带刀库的自动换刀装置实例 华中理工大学研制的THK6370型自动换刀数控卧式镗铣床的自动换刀装置由链式刀库和刀具交换装置组成，并用微型计算机管理刀库。各部分的配置情况见前图9-7。链式刀库置于机

31、床的左侧，刀库容量为45把刀具机械手安装在主轴箱的前端面上，可随主轴箱沿立柱导轨上下移动，实现任意位置换刀；机械手将刀具从刀库中取出送至机床主轴上，然后将用过的旧刀送回刀库。其动作过程简述如下41 一、自动换刀过程的动作顺序 图9-35所示为自动换刀过程的整个动作顺序。图中用T及其后面的两位数字表示刀具号，I、II为机械手手臂，K为刀座，现将换刀动作分述如下； 1）如图中1表示。在加工过程中机械手总是停靠在刀库一侧，等待进行换刀若主轴上正在使用T03刀具进行某一工序加工，此时，刀库按指令进行选刀，将下一工序所需的T17刀具选好，并准确定位于抓刀位置当T03加工完毕，工作台快速退出至原始位置主轴

32、定向准停，机械手接收换刀信号； 2)上手掌伸出抓住刀库上的刀具T17； 3)手臂I伸出将T17，从刀座中拔出； 4)整个机械手水平回转900，从刀库一侧转到主轴一侧；42 5)下手掌伸向主轴抓住刀具T03，当T03抓住后便发出信号，主轴内弹簧夹头松开T03； 6)手臂II伸出，从主轴内拔出T03； 7)手臂I、II一起旋转1800进行刀具交换，即T03和T17 相互易位； 8)手臂I缩回将新刀T17插入主轴孔内，弹簧夹头将T17 拉紧； 9)下手掌缩回； 10)机械手回转900刀库一侧； 11)手臂1缩回将用过的刀 T03插入刀库的刀座中； 11) 手臂II缩回将用过的刀T03插入刀库的刀做中

33、； 12)上手掌缩回，等待下一次换刀 43 二、刀库 如前图9-13所示，该机床的链式刀库由联接成链条的刀座、传动装置、链轮及刀库立柱组成。由ZM-40型液压马达通过齿轮(z117，Z2=40)，单头蜗杆与蜗轮(Z=68)驱动链轮带动刀座链条旋转油马达转1转，链轮的转数为： 刀座只能朝一个方向移动，实现正靠定位，在刀库立柱选刀定位的一侧，设有燕尾形导轨，刀座上的燕尾与导轨相配，使刀座在燕尾形导轨内移动，以保持刀具的正确位置。 44 三、刀具交换装置 该机床只用了一个双臂机械手能完成新旧刀具的运输及交换。其结构原理如图9-36所示。整个部件由轴承座21、29固定在主轴箱的前端面上，本体1为机械手

34、的主要支承件，整个部件可绕轴承的轴线作900的水平回转运动。活塞缸体20支承在本体1的前后滑动轴承内转动，缸体在全长上有四个平行深孔，其中两个为直线油缸孔，另两个为支承杆导向孔。机械手上下两抓刀手掌14和10分别固定在拖板12和17上，该拖板可分别在燕尾导板13、16上作水平移动(抓刀运动)。而导板13与活塞杆6、支承杆7联接为一体，活塞杆6的后端与活塞3相联，它能在缸体20的油缸孔中作往复运动，通过件6、7带动件13、12使手掌14实现伸、缩(即拔、插刀具)运动。同理，件16与8、9联结为一体，与活塞杆8 相联的活塞2在缸体20的另一油缸孔中作往复运动，通过件8、9带动件16、17使手掌l0

35、也得到伸缩运动，并与手掌14相互配合实现拔、插刀具动作 45 当两手掌均后缩贴近缸体20端面时，固定在件12上的齿条u与由旋转油缸4驱动的齿轮5相啮，带动件12、u在导板13上作水平移动。同理，齿条15与齿轮18啮合，带动件17、10在导板16上水平移动，并与另一手掌14相互配合实现抓刀或松刀动作。 上、下轴承座29、2l之间设有油缸27、23及活塞26、22可交替推动柱塞齿条25上下移动，推动齿轮24转动，带动本体1连同两个手掌一起转动1800，以实现新旧刀具的交换在轴承座29的上部同心安装一双叶片旋转油缸28，用以驱动整个机械手部件在刀库与主轴间水平旋转90，以实现刀具的运输 46 特点是：能实现任意位置换刀，换刀时主轴箱不需要在换刀位置和加工位置之间来回移动节约了空程时间，同时也减少了导轨副的磨损及重复定位误差，从而提高了镗阶梯孔的同心度；只用了一个机械手，完成了交换新旧刀具的全过程，换刀一次只要11个动作；控制抓刀，拔、插刀油缸的四个电磁阀放在机械手本体上，并尽量采用构件内部配油，大大减少了油管数量，而且不用软管，因而外观、布局较为匀称紧凑其缺点是结构较复杂，制造工艺要求