机械基础自动技术 2

第五章刀具与排屑自动化刀具自动化就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。第一节刀具的自动装夹一、自动化刀具的特点与结构1.自动化刀具的特点1)切削性能必须稳定可靠，具有高的耐用度和可靠性；2)刀具应能可靠地断屑或卷屑；3)刀具应具有较高的精度；4)具有保证其能快速或自动更换和调整的结构；5)配有工作状态在线检测与报警装置；6)标准化、系列化和通用化。类型--通常分为标准刀具和专用刀具两大类。--在以数控机床、加工中心为主体具有较强柔性的自动化加工系统，尽量少用专用刀具，多选用通用标准刀具、组合刀具或模块式刀具。--在刚性自动线中多使用专用刀具，以提高刀具的专用化程度。一、自动化刀具的特点与结构2.自动化刀具的结构第一节刀具的自动装夹种类--有可转位车刀、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。选用原则1）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。第一节刀具的自动装夹一、自动化刀具的特点与结构2.自动化刀具的结构二、自动化刀具的装夹机构1.工具系统类型主要有镗铣类数控机床用工具系统（简称“TSG”系统）和车床类数控机床用工具系统（简称“BTS”系统）两大类，也有同时适应车镗铣加工的工具系统。提高自动化水平->刀具配备标准的装夹机构->建立标准工具系统->实现快速自动换刀。组成--主要由刀具的柄部（刀柄）、接杆（接柄）和夹头等部分组成。刀具预调

结构形式--整体式和模块式。第一节刀具的自动装夹2.自动化刀具刀柄和机床主轴的连接自动化加工设备的刀具和机床的连接,必须通过与机床主轴孔相适应的工具柄部、与工具柄部相连接的工具装夹部分和各种刀具来实现。在传统数控铣床、加工中心类机床上,一般都采用锥度为7∶24的BT系统圆锥柄工具。考虑到高速切削机床主轴和刀具连接时,为克服传统BT刀柄仅依靠锥面单面定位而导致的不利因素,宜采用双面约束过定位夹持系统实现刀柄在主轴内孔锥面和端面同时定位的连接方法,以保证具有很高的接触刚度和重复定位精度,实现可靠夹紧。第一节刀具的自动装夹二、自动化刀具的装夹机构HSK刀柄是德国亚琛工业大学机床研究所专为高速机床开发的,已被列入德国标准DIN69893,国际标准化组织(ISO)经过多次修订,于2001年颁布了HSK工具系统的正式ISO标准ISO12164。第一节刀具的自动装夹2.自动化刀具刀柄和机床主轴的连接二、自动化刀具的装夹机构BIG-PLUS刀柄是日本大昭和精机公司开发的锥度为7∶24的双面定位工具系统,它可与传统单面定位的7∶24锥度主轴完全兼容。第一节刀具的自动装夹2.自动化刀具刀柄和机床主轴的连接二、自动化刀具的装夹机构第一节刀具的自动装夹2.自动化刀具刀柄和机床主轴的连接二、自动化刀具的装夹机构第一节刀具的自动装夹2.自动化刀具刀柄和机床主轴的连接二、自动化刀具的装夹机构第一节刀具的自动装夹2.自动化刀具刀柄和机床主轴的连接二、自动化刀具的装夹机构第一节刀具的自动装夹2.自动化刀具刀柄和机床主轴的连接二、自动化刀具的装夹机构3．自动化刀具和刀柄的联接传统数控机床和加工中心上主要采用弹簧夹头,高速切削的刀柄和刀具的连接方式主要有高精度弹簧夹头、高精度液压膨胀夹头和热缩夹头等。第一节刀具的自动装夹二、自动化刀具的装夹机构4．应用实例--一种BT刀柄高速切削装置第一节刀具的自动装夹二、自动化刀具的装夹机构第二节自动化换刀系统为了缩短非切削加工时间,进一步提高加工效率,现代数控机床正向着在一台机床上通过一次装夹完成多道工序甚至全部工序的方向发展。这些多工序加工机床在加工时需要使用多种刀具,因此必须具备自动换刀系统(AutomaticToolChanger,ATC)。自动换刀系统主要由刀库和自动换刀装置两大部分组成。此外,还需要刀具本身和配套的控制系统协同工作。一、刀库

刀库储存各种加工工序所需的刀具,并按程序指令快速、准确地将刀库中的空刀位和待用刀具送到预定位置,通过刀具交换装置,空刀位接受主轴换下的刀具,并将待用刀具安装到主轴上。刀库的容量、布局及具体结构对数控机床的总体布局和性能有很大影响。1.刀库形式常用刀库有盘式刀库、链式刀库和格子式刀库。第二节自动化换刀系统一、刀库

2.刀套刀套是刀库中直接承载刀具的部件。每个刀套都有一个唯一的地址号,CNC系统通过这个地址来管理刀具。刀柄(如BT、HSK刀柄)就安装在刀套中。第二节自动化换刀系统3.驱动装置驱动装置用于驱动刀库旋转(分度),以将目标刀具准确地运送到换刀位置。二、自动换刀装置1.主轴与刀库合为一体的自动换刀装置

特点：结构较为简单，换刀时间短，换刀可靠性高。

结构：转塔头，多面体安装带刀具的主轴。第二节自动化换刀系统二、自动换刀装置2.主轴与刀库分离的自动换刀装置

组成：由刀库、刀具交换装置以及主轴等，统一的标准刀柄。

特点：存放的刀具数量多，换刀的部件动作必须准确协调，主轴刚度较高，刀库与加工区分离，消除许多不必要的干扰。第二节自动化换刀系统三、其他关键部件和系统2）任意选择方式

这种方式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。第二节自动化换刀系统

1.主轴系统

主轴系统必须具备准停功能和(拉刀)/松刀机构,如碟簧拉刀、液压或气动松刀机构等。

2.刀具识别系统（1）刀具的选择方式1）顺序选刀方式

将所需刀具严格按工序先后依次插放在刀库中，使用时按加工顺序指令一一取用。

(2)刀具识别1)刀具编码法利用刀柄或刀座上安装编码环，结合接触式识别装置对刀具进行辨别。2)软件记忆法控制系统中建立刀具编号和刀座“地址”之间的对照表。取刀时按对照表索引，存刀时的刀座“地址”为优化后的位置，并更新对照表。第二节自动化换刀系统2.刀具识别系统三、其他关键部件和系统3)二维码识别法

这是一种通过将刀具上的二维码与预先设定的刀具信息进行匹配，从而实现系统自动换刀操作的方法。第二节自动化换刀系统(2)刀具识别

2.刀具识别系统三、其他关键部件和系统第二节自动化换刀系统四、应用实例—一种内藏式刀库第三节排屑自动化一、切屑形成原理切屑是在金属切削过程中切削层受到刀具前刀面的挤压后，产生以剪切滑移为主的塑性变形而形成的。二、排屑装置的类型·确定排屑方法的因素--取决于切屑的形状、工件的安装方法、工件的材质、加工工艺方法、机床类型及其附属装置的布局等。·排屑方法--可采用依靠重力或刀具回转离心力将切屑甩出、用压缩空气吹屑、用真空吸屑等方法。·自动线的集中排屑装置一般设置在机床底座下的地沟中。1.带式排屑装置适用于在铸铁工件上进行孔加工工序，输送切屑量不宜大于25m3/h，不适宜加工钢件或铣削铸铁工件，同时也不宜在采用切削液的条件下使用。第三节排屑自动化二、排屑装置的类型2.刮板式排屑装置这种铺设在地沟里的链条板式排屑装置，不适用于运送加工钢件时获得的带状切屑。第三节排屑自动化二、排屑装置的类型3.螺旋排屑装置设置在机床中间底座内，可用于各种切屑，特别适用于钢屑，输送切屑量小于8m3/h。第三节排屑自动化二、排屑装置的类型第三节排屑自动化二、排屑装置的类型三、切屑及切削液的处理装置为什么要对切削液进行处理？切削液在切削加工中起着不可或缺的作用，但也对环境造成了一定的污染。为了减少它的不良影响，一方面可采用干切削或准干切削等先进加工方法来减少切削液的使用量，另一方面要加强对它的净化处理，以便进行回收利用，减少切削液的排放量。切削液的净化处理--将它在工作中带入的碎屑、砂轮粉末等杂质及时清除。常用的方法--有过滤法和分离法。

过滤法是使用多孔材料制成过滤器。

分离法是应用重力沉淀、惯性分离、磁性分离、涡旋分离等装置，除去污液中的杂质。第三节排屑自动化1.带刮板式排屑装置的处理装置