8-9机械制造及动画技术-刀具自动化

1、刀具自动化12刀具作为为机械工工艺装备备的重要要组成部部分之一一，刀具具的自动动化程度度将影响响整个机机械制造造系统的的先进性性。刀具自动动化：是加工设设备在切切削过程程中自动完成成选刀、换换刀、对对刀、走走刀等工作过过程。第一节刀刀具的的自动装装夹第二节自自动化化换刀系系统第三节排排屑自自动化一、刀具的的自动装装夹3自动化刀具的类型及及选用类型：分为标准刀具具和专用刀具具两大类。标准刀具又包含通用标准准刀具、刀具标准准组合件件（图5-1）和模块式刀刀具等三种形形式。图51 新型组合车刀组合成刀刀具组合车刀刀的优点点a刀体可稳固的固定在刀刀柄底部部的支撑撑面上；b刀头伸出出长度短短，提高其刚刚

2、度；c能和其它它刀具夹夹头相配配、实现现刀具自自动更换换一、刀具的的自动装装夹4自动化刀具的类型及及选用选用：在以自动生产产线为代表的的刚性自动动化生产产中，应尽尽可能提高刀具具的专用用化程度度，以取得得最佳的的效益。在以数控机床床、加工工中心为主体构构成的柔性自动动化加工工系统中中，为了提提高加工工的适应应性，同同时考虑虑到加工设备备的刀库库容量有有限，应尽量减少少使用专专用刀具具，而选用通用用标准刀刀具、刀具标准准组合件件或模块块式刀具具。一、刀具的的自动装装夹5自动化刀具的类型及及选用选用刀具具的原则则：1）为了提高刀具具的耐用用度和可可靠性，应尽量选选用各种种高性能能、高效效率、长长寿

3、命的的刀具材材料制成成的刀具具；2）应选用机机夹可转位刀具具的结构；3）带沉孔、带后角角刀片的刀具可可优先作作为自动动化加工工刀具；4）为了集中中工序，提高生产产率及保保证加工工精度，应尽可能能采用复合刀具具。一、刀具的的自动装装夹6自动化刀具的类型及及选用可转位刀刀具：a)可转位面面铣刀b)可转位立立铣刀图52可转位刀刀具结构构将带有若若干个切切削刃口口及具有有一定几几何参数数的多边边形刀片片，用机机械夹固固方法加加紧在刀刀体上的的一种刀刀具。当当在使用用过程中中一个切切削刃磨磨钝了后后，只要要将刀片片的夹紧紧松开，转位或或更换刀刀片，使使新的切切削刃进进入工作作位置，再经夹夹紧就可可以继续

4、续使用。特点：切切削刃多多，效率率高。一、刀具的的自动装装夹7自动化刀具的类型及及选用带沉孔、带后刀刀角刀片片的刀具具：断屑可靠靠、切屑屑流出不不受阻碍碍。图53 带沉孔带后角刀片的钻头一、刀具的的自动装装夹8自动化刀具的类型及及选用复合刀具具：多个个工序的的刀具（同类或或不同类类）组合合到一把把刀上，可以以同时加加工（一一次成型型）或按按先后顺顺序加工工两个或或两个以以上的表表面，也也可以完完成一个个表面的的多道工工步或多多道工序序加工。图54侧铣和面面铣复合合加工刀刀具图55钻镗复合合的加工工刀具减少换刀刀次数，加工效效率高9自动化刀刀具的装装夹机构构作用：充分发挥挥自动化化加工设设备应有

5、有的效率率，实现现快速自自动换刀刀。方法：必须要配配备一套套标准的的装夹机机构，建建立一套套标准的的工具系统统。工具系统统：是刀具与机机床的接接口，并力求刀刀具的刀柄与接接杆实现标准准化、系系列化、通用化化。实现刀具具与机床床的连接接刀柄：刀刀具与机机床的连连接接杆：刀刀柄与夹夹头的连连接工具系统统由刀柄柄、接杆杆和夹头头组成。10自动化刀刀具的装装夹机构构工具系统统的分类类：镗铣类数控机床床用工具具系统（简称”TSG”系统）车床类数控机床床用工具具系统（简称“BTS”系统）它们都是是由与机床主主轴孔相相适应的的工具柄部部（刀柄）、与工工具柄部部 相联联接的工具装夹夹部分（接杆）和各种种刀具部

6、分组成成（夹头头）11自动化刀刀具的装装夹机构构数控工具具系统的的结构形形式：整整体式、模块式式主要看刀刀柄与工作部分是否分开开的不同品种种和规格格的工作作部分都都必须加加工出一一个能与与机床连连接的柄柄部，使使得工具具品种繁繁多、管管理不便便刀柄与各各种工作作部分组组装成不不同规格格的工具具，以最最少的工工具库满满足不同同零件加加工要求求。12自动化刀刀具的装装夹机构构工具系统统的结构构形式：整体式式、模块块式13刀柄与机机床主轴轴连接自动化加加工设备备的刀具具和机床床的联接接，必须须要由与与机床主主轴孔相相适应的的工具柄柄部、与与工具柄柄部相联联接的工工具装夹夹部分和和各种刀刀具部分分来实

7、现现。刀柄与刀刀具相连连14刀柄与机机床主轴轴连接BT刀柄（日日本标准准）：锥度7:24，仅依靠靠锥面（单单面）定位，通通过拉钉和主轴内内的拉刀装置置固定在主主轴上。优点一，不自锁锁，拆卸卸方便优点二，只需将将锥角加加工到高高精度即即可保证证配合定定心精度度高，成成本较低低，使用用可靠。缺点，在在高速旋旋转时定定位精度度降低，运行不不稳定。实心长刀刀柄，重重量大15刀柄与机机床主轴轴连接为了克服服BT刀柄仅靠靠单面定定位导致致的不利利因素，宜采用用双面约束束过定位位除了刀柄柄锥面定定位，还还增加端端面定位位。HSK刀柄（德德国标准准）BIG-PLUS刀柄（日日本标准准）高速切削削刀柄HSK刀柄

8、采用用了锥度度1:10的空心短短锥柄结结构，在在拉紧力力的作用用下，中空刀柄柄弹性变变形，实现锥锥面（径径向）和和法兰端端面（轴轴向）双双面定位位。BIG-PLUS刀柄是锥锥度为7:24的双面定定位刀柄柄。通过过拉杆与与拉钉，使主轴锥孔孔弹性扩扩张，实现双双面定位位。16刀柄与刀刀具连接接高速切削削的刀柄和和刀具的的连接方方式主要要有高精精度弹簧夹头头、热缩夹头头、高精度度液压膨胀夹头头。图510弹簧夹头头采用具有有一定锥锥度的锥锥套（弹弹簧夹头头）作为为夹紧单单元，利利用拉杆杆或螺母母使套锥锥内径缩缩小而夹夹紧刀具具。17刀柄与刀刀具连接接高速切削削的刀柄和和刀具的的连接方方式主要要有高精精

9、度弹簧夹头头、热缩夹头头、高精度度液压膨胀夹头头。利用夹头头热胀冷冷缩的物物理原理理夹紧刀刀具，结结构简单单，夹紧紧力大，动平衡衡度和回回转精度度高。图511热缩夹头头18刀柄与刀刀具连接接高速切削削的刀柄和和刀具的的连接方方式主要要有高精精度弹簧夹头头、热缩夹头头、高精度度液压膨胀夹头头。液压夹头头1拧活塞夹夹紧螺钉钉3套筒内孔孔收缩夹夹紧刀具具2套筒腔内内压力增增加二、自动化化换刀系系统19一、换刀刀装置（ATC）的类型型和组成成1.主轴与刀刀库合为一体体的自动换换刀装置置2.主轴与刀刀库分离的自动换换刀装置置二、刀库库1.刀库类型型2.刀具的选选择方式式3.刀具运送送装置4.刀具的识识别

10、三、自动动化换刀刀机构1回转刀刀架2.通过主轴轴换刀3.利用机械械手换刀刀自动换刀刀系统一般由刀库、自动换刀刀装置、刀具传送送装置、刀具识别别装置等部分组组成。20自动换刀刀装置的的类型与与特点：1.主轴与刀刀库合为一体体的自动换换刀装置置(多主轴转转塔头式换换刀装置置)若干根主轴（68）安装在一个可可以转动动的转塔塔头上，每根主主轴对应应装有一一把可以以旋转的的刀具。根据加工工要求可可以依次次将装有有所需刀刀具的主主轴转到到加工位位置，实实现自动换刀，接通主运运动，主轴带动动刀具旋旋转。（更换主轴轴换刀）特点：1.机床结构构简单；2.刀具数量量受主轴轴根数的的限制，受空间间位置的的限制，主轴

11、数数目不能能太多；3换刀时省省去了刀刀具在刀刀库与主主轴间的的交换动动作，换换刀时间间短。只适用与与工序较较少，精精度要求求不太高高的数控控机床，如数控钻床床、数控控铣床等。转塔头即即为刀库库转塔头也也可与另另外的刀刀库配合合，为转转塔头提提供更多多种类的的刀具21自动换刀刀装置的的类型与与特点：1.主轴与刀刀库合为一体体的自动换换刀装置置(多主轴转转塔头式换换刀装置置)与转塔车车床中转转塔刀架架的区别别？（刀刀库？主主轴？）22自动换刀刀装置的的类型与与特点：2.主轴与刀刀库分离离的自动动换刀装装置(带刀库的的自动换换刀装置置)组成：刀库、刀刀具交换换装置以及主轴等组成。只有一根根主轴，全部

12、刀具具都应具具有统一的标标准刀柄柄，由主轴上的的刀具自自动装卸卸机构来保证刀具的自自动更换换；配备有独独立的刀刀库，存放较多多的刀具具，以适适应复杂杂零件的的多工序序加工；当需要某一一刀具进行切削削加工时时，将该该刀具自动动从刀库库交换到到主轴上上，切削完完毕后又又将用过过的刀具具自动地地从主轴轴上取下下放回刀刀库23刀库：刀库是自自动换刀刀系统中中最主要要的装置置之一功能：贮存各种加工工工序所所需的刀刀具；按程序指指令，快快速、准准确地将将刀库中的的空刀位位和待用刀具具送到预定定位置；接受主轴轴换下的的刀具和和便于刀刀具交换换装置进进行换刀刀。刀库的容容量、布布局以及及具体结结构对数控机机床

13、的总体布局局和性能有很大影影响。24刀库：刀库的种种类：盘盘式、链链式、格格子式盘式刀库库装刀容量量相对较较小，主主要适用用于小型加工中心心；盘式刀库库结构简单单、紧凑凑，在钻削中心心上应用较较多；有径向取取刀式和和 轴向向取刀式式。轴向径向斜向刀具能翻翻转90，简化取取刀动作作各种链式式刀库a）单环链链式（b）多环链链式（c）折叠链链式25刀库：刀库的种种类：盘盘式、链链式、格格子式链式刀库装刀容量量大，一一般在1100把刀具，主要适适用于大大中型加加工中心心；换刀时时链条将将要换的的刀具传传到指定定位置，由机械械手将刀刀具装到到主轴上上，链式刀库库是在环环形链条条上装有有许多刀刀座，刀刀座

14、的孔孔中装夹夹各种刀刀具，链链条由链链轮驱动动。当链条较较长时，可以增增加支承承链轮的的数目，使链条条折叠回回绕，提提高空间间利用率率。26刀库：刀库的种种类：盘盘式、链链式、格格子式刀具分几几排直线线排列,由纵、横横向移动动的取刀机械械手完成成选刀动动作，将选取取的刀具具送到固固定的换换刀位置置刀座上上，由换刀机械械手交换换刀具。由于刀刀具排列列密集，因此空空间利用用率高，刀库容容量大。固定格子子盒式刀刀库27刀具的选选择方式式：谁来选选刀？如何何选刀？装刀把刀装入入刀库换刀把刀装入入主轴选刀从刀库中中将各工工序所需需要的刀刀具转换换到取刀刀的位置置主轴或换换刀/装刀机械械手完成成由刀库/选

15、刀机械械手完成成28刀具的选选择方式式：谁来选选刀？如何何选刀？顺序选刀方式式是按照工艺要求求依次将所所用的刀刀具插入入刀库的的刀座中中，顺序序不能错错，加工工时按顺顺序选刀刀，已经经使用过过的刀具具回到原来的刀座内。事先根据据加工工工艺顺序序在到库库内安排排好刀具具的顺序序假设机械械手每次次从这里里取刀假设某零零件加工工工艺为为1车，2铣，3钻，4镗1234不需要刀刀具识别别装置；驱动控制制较简单单，工作作可靠。同一把刀刀具不能能重复使使用，若若需重复复使用同同一把刀刀具，需需在刀库库中安装装两把；更换工件件时，刀刀具顺序序要重新新安排。29刀具的选选择方式式：谁来选选刀？如何何选刀？任意选

16、刀方式式刀具在刀刀库中不不按加工工顺序任任意摆放放，选刀刀时，根根据刀具（刀刀座）上上的编码码来进行识识别并选选择。刀具用用完后存存入刀库库中任意意空位即即可。在工件的的一次装装夹中，刀具可可重复使使用，刀刀具数量量可比顺顺序选到到方式的的少一些些；通用性强强，应用用范围更更大。关键：对对刀具（刀座）编码，并利用用控制系系统进行行识别30刀具的识识别：刀具编码码法采用特殊殊的刀柄结构构（有编编码环），用这些编编码换对对刀具进进行编码码。任意选刀方式式的关键：对对刀具（刀座）编码，并利用用控制系系统进行行识别图515刀具编码码法1刀柄2接触式识识别装置置3触针（销销）4数码环选刀时，刀库旋旋转，

17、刀刀具识别别装置通通过触针针（接触触式）或或传感器器（非接接触式）读出每把把经过刀刀具的编编码，并与所所需要的的刀具编编码比较较，当编编码匹配配时，控控制系统统使刀库库停转。盲人探路路，事先先不知道道所需刀刀具在哪哪个位置置31刀具的识识别：软件记忆忆法对刀库中中每个刀座进行行编号（地址），再对每每把刀具编号号（取名名），每把刀刀具在刀刀库中有有一个对对应的地地址，形形成一张张刀具数数据表。任意选刀方式式的关键：对对刀具（刀座）编码，并利用用控制系系统进行行识别张三住在在长征路路23号李四住在在北京路路76号。选刀时，根据数数据表查查找所需需刀具号号对应的的刀座地地址，按按优化原则则转动刀库库

18、。选刀前知知晓刀具具的位置置刀具用完完后，按按优化原则则放入任一一空位，并更新新数据表表即可。优化原则则：执行自动动选刀时时，刀库库可以正正反方向向旋转，每次选选刀式刀刀库转动动不会超超过一圈圈的1/2。这种换刀刀方式最最常用32刀具运送送装置：当刀库容容量较大大、布置置得离机机床主轴轴较远时时，需要要两只机机械手和和刀具运运送装置置完成新新、旧刀刀具的交交换动作作。装刀前机械手手（换刀机机械手，靠近主主轴）从从主轴上上拔下刀刀具，刀具运送送装置将刀具运运回刀库库旁，后机械手手（装刀机机械手，靠近刀刀库）将将刀装入入刀库。换刀后机械手手（靠近近刀库）从刀库上上拔下刀刀具，刀刀具运送送装置将将刀

19、具运运至主轴轴旁，前机械手手（靠近近主轴）将刀插入主主轴。33自动化换换刀机构构：自动换刀刀装置中中，实现刀库库与机床床主轴之之间刀具具传递和和刀具装装卸的装装置称为自动化换换刀机构构(刀具交换换装置)1回转刀架换刀刀2通过主主轴换刀刀转位速度度快，换换刀效率率高；定定位精度高；常用于于数控车车床。利用主轴轴的移动动功能，完成换换刀，主主轴与刀刀库之间间不需要要其它的的换刀机机构。虽简单易易行，但但换刀时间间长，且且占用机机床工时时。34数控车床床回转刀刀架换刀刀35通过主轴轴换刀36通过主轴轴换刀（固定刀刀库）37自动化换换刀机构构：自动换刀刀装置中中，实现刀库库与机床床主轴之之间刀具具传递

20、和和刀具装装卸的装装置称为自动化换换刀机构构(刀具交换换装置)3机械手手换刀灵活性大大、换刀刀速度快快，应用用最广泛泛。根据刀具夹持持器数量量不同，可可分为单单臂机械械手，双双臂机械械手3890旋转换刀刀机械手手（双臂臂机械手手）39换刀机械械手（单单臂机械械手）40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。换刀时间长，且占用机床工时，适应性差

21、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 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 自动换刀装装置的主主要类型型、特点点及适用用范围41刀具的自自动装夹夹自动化换换刀系统统自动化刀刀具的分分类与选选用原则则；工

22、具具系统；刀柄与与机床主主轴连接接；刀柄柄与刀具具连接自动换刀刀装置的的类型与与特点；刀库的的种类、选刀方方式与刀刀具识别别；自动动化换刀刀机构上次课内内容回顾顾三、排屑自自动化42在自动化化机械加加工中，切屑必必须随时时被排除除、运走走并回收收利用；切削液液也必须须被回收收、净化化再利用用，这可可以减少少污染，保护工工作环境境，并保保证加工工的顺利利进行。为了实现现自动排排屑，除除了要研研究切屑屑的类型型及其对对排屑的的影响，从加工工方法、刀具、工件热热处理等等方面采采取措施施，使之之形成不不影响正正常加工工并易于于排除的的切屑形形态，而而且还要要研究自自动化排排屑的有有效方法法。三、排屑自

23、自动化43排屑自动动化包括括以下三三个方面面： 从加加工区域域把切屑屑清除出出去； 从机机床内把把切屑运运输到自自动线外外； 从切切削液中中把切屑屑分离出出去，使使切削液液能继续续回收使使用。44金属切削削的过程程实际上上是一种种挤压变变形的过过程。以塑性材材料的切切屑形成成为例，金属切切削区可可大致划划分为：三个变形形区第一变形区剪切滑移移区第二变形区挤压摩擦擦区第三变形区挤压摩擦擦回弹区区 弹性变形形塑性变形形剪切滑移移形成切屑屑切屑是在在金属切切削过程程中切削削层受到到刀具前刀面的挤压后后，产生生以剪切滑移移为主的的塑性变变形而形成的的。切屑的形形成45切削变形形过程紫铜切削削46确定排

24、屑屑方法的的因素取决于切屑的形形状、工件的的安装方法法、工件的材材质、加工工艺艺方法、机床类类型及其其附属装装置的布局等。形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切

25、削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件47排屑方法可采用依依靠重力或刀具回转转离心力力将切屑屑甩出、用压缩空空气吹屑屑、用真空吸吸屑等方法。在夹具结结构上采采取一定定措施，可将切切屑从夹夹具底座座排除。自动线的集中排排屑装置置一般设设置在机机床底座座下的地地沟中。常见的的类型有有带式排屑装置置、刮板式排屑装置置、螺旋排屑装置置等。481.带式排屑屑装置特点：适用于于在铸铁铁工件上上进行孔孔加工工工序，输输送切屑屑量不宜宜大于25m3/h，不适宜宜加工钢钢件或铣铣削铸铁铁工件，同时也也不宜在在采用切切削液的的条件

26、下下使用。联想：自动线输输送系统统中的带带式输送送系统适用于输输送散状状物料及及单件质质量不大大的单件件。492.刮板式排排屑装置置特点：这种铺设设在地沟沟里的链链条板式式排屑装装置，不不适用于于运送加加工钢件件时获得得的带状状切屑。图520刮板式排排屑装置置1刮板2封闭式链链条3支承4上支承5、6链轮7深坑原理：链条2内侧的刮刮板1将地沟中中的切屑屑刮到深深坑7中，再用用提升装装置将切切屑提起起倒入小小车运走走。502.刮板式排排屑装置置特点：这种铺设设在地沟沟里的链链条板式式排屑装装置，不不适用于于运送加加工钢件件时获得得的带状状切屑。513.螺旋排屑屑装置特点：设置在在机床中中间底座座内

27、，可可用于各种切屑屑，特别适适用于钢钢屑，输输送切屑屑量小于于8 m3/h。图521螺旋排屑屑装置1减速器2万向接头头3螺旋器524.随行夹具具排屑在某些小小型工件件的切削削加工自自动线中中，在每每个随行行夹具上上附有盛盛屑器，从工件件上切削削的切屑屑落入盛盛屑器，并随随随行夹具具一起运运行，到到达自动动线的一一定工位位时，用用翻转装装置将随随行夹具具和盛屑屑器一起起翻转180，把切屑屑倒入指指定位置置。特点：无需专门门设置排排屑机构构，结构构简单；切屑量不不宜过大大；不宜在切切屑飞溅溅（如铣铣削）的的情况下下使用。53切屑及切切屑液的的处理装装置为什么要要对切削削液进行行处理？切削液在在切削加加工中起起着不可可缺少的的作用，但也对对环境造造成了一一定的污染。为了减减少它的的不良影影响，一一方面可可采用干干切削或或准干切切削等先先进加工工方法来来减少切削削液的使使用量，另一方方面要加加强对它它的净化处理理，以便进进行回收收利用，减少切切削液的的排放量量。54切屑及切切屑液的的处理装装置切削液液的净化化处理将它在工工作中带带入的碎碎屑、砂砂轮粉末末等杂质质及时清清除。常用的的方法有过滤法和分离法。过滤法是是使用多多孔材料料制成过过滤器，以除去去在工作作中切削削液产生生的杂质质。分离法是是应用重重力沉