第十二章 自动化加工刀具.ppt

1、第十二章自动加工工具，制作：卫生绒，进入1980年代以来，国际生产工程的最大特点之一是电脑控制自动加工技术的高速发展。 工具生产者的业务范围从过去简单的工具生产扩大到了工具系统、工具识别系统、工具状态监视系统和工具管理系统的开发和生产，对数控机床(CNC )、加工中心(MC )、柔性制造单元(FMC )和柔性制造系统(FMS )等的加工要求12.1自动切线工具，12.1.1自动切线工具的要求，1 .要求：自动切线生产率高，辅助时间少，2 .特征：1 .切削性能稳定可靠，2 .可靠，切屑和切屑3 .应有高精度，4 .需要精确快速的调整， 5、快速或自动更换6 .必要的刀具工作状态的测定装置分别高

2、，8 .标准化，系列化和通用化，1、切削性能稳定可靠，要求：具有高硬度，充分的强度和韧性，高耐磨性和热固性。 2 .评价指标：1 )尺寸耐用度指标t，2 )可靠性指标Tp、尺寸耐用度是指刀具在两次调整期间能够加工的符合尺寸精度的合格零件的数量或相应的加工时间，是规定的可靠度P0.9 (即90% )时的刀具的切削时间，如T0.9=1小时，刀具耐用度为1小时表示可靠的切屑和卷屑的2 .方法：不影响工具的寿命，不妨碍自动线的工作循环，不妨碍切削液的浇注，不损伤加工表面，不影响零件的输送和定位等。 (1)采用切屑块和切屑槽；(2)采用特殊形状的切屑槽的切屑；(2)有高压切削液的强制切屑；(3)利用振动

3、和断续切削屑等。 三、应该具有高精度，1 )工具及其安装结构也必须具有高精度，能保证在机床上的安装精度(通常在0.005mm以内)和重复定位精度。 2 )刀具切削部分的几何尺寸变化很小，即使反复装卸刀具和刀片，精度也很稳定。 3 )安装了刀片的杆的加工精度也必须提高。 或者，选择精致的刀具，保证高刀尖位置精度。 四、精密快速调整必须及时调整刀具，以保证工件的尺寸在规定的公差范围内。 为了减少调整时间，这种调整必须简便快捷。 五、快速或自动更换，意义：2 .方法：减少更换刃的停止时间，(1)在机器外调整工具，(2)采用耐用度计数器，在事先调整室调整工具的相对尺寸后，安装到机床上，可迅速、正确地接

4、合和脱离机床，适合机器人和机器人的操作在规定的耐久性定时更换工具(即在自动线的自动循环中更换工具)，3 .因此，工具的刀柄、刀柄、连接拉杆和卡盘的卡盘，已经向工具系统发展。 六、各种必要工具的工作状态检查装置，在生产中经常因偶然的因素，例如工具、刃、工件材料的缺陷，导致工具突然发生刃崩或折断，必须立即发出警报。 意义：2 .原理：必须随时将工具状态(磨损或破损)的监视结果输入计算机，立即发出调整或更换工具的指令，保证作业周期的正常进行和加工质量，该装置的性能稳定可靠，防止事故，避免不必要的损失3 .要求：7，复合度高，意义：2 .方法：减少工具数量，降低工具管理的困难。 提高生产效率，保证加工

5、精度。例如钻头扩张、钻头铰链、钻头钻孔等，八、标准化、系列化和通用化，有利于加工程序和刀具的管理，12.1.2自动加工中的刀具尺寸的修正方法，一、刀具尺寸的修正优点：1)能够将刀具磨损引起的工件径向尺寸的变化通过加快调整速度，大幅度减少循环外的时间损失，提高机床的负荷率3 )提高调整精度，可以大幅度缩小工件径向的尺寸分布区域4 )降低对刀具和刀具的制造精度的要求，降低制造成本5 )将测定装置和补偿装置结合并自动化，就可以实现工具的自动补偿功能。 二、刀具补偿方式的分类：1 .位移和位移两种主要方式(参照表12.1 )，2 .刀具位移方式补偿又有四种：1 )通过刀具的直线运动补偿，常见于镗削和车

6、刀补偿2 )利用刀具的振动，使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿， 3 )利用夹套的弹性变形，使刀具的刀尖产生径向的微量位移来进行修正。 经常用于镗刀的自动修正4 )利用刀尖打开方法的微量修正多用于铰刀的修正。 表12.1刀具修正方式：三，尺寸自动修正系统，在自动加工中，多采用精加工中的尺寸控制系统，尺寸自动误差修正系统，提高加工精度和刀具耐久性。 尺寸误差系统是指，自动地检测和处理加工中的工件的加工完毕表面尺寸，转换为控制信息，控制修正致动器，使工具以规定的数值产生径向微量位移，修正工具磨损等原因引起的工件尺寸的变化，提高加工精度的系统。 尺寸补偿系统由自动测量装置、控制装置和补偿致动器三部分构

7、成，1 .尺寸自动补偿系统，图12.1字节尺寸自动补偿系统图，2 .尺寸自动补偿系统的分类，直接补偿和间接补偿，直接补偿：根据工件的实测误差进行误差补偿，提高加工精度， 间接补偿：仅补偿机床致动器位置坐标误差的大部分是间接补偿，四，尺寸补偿执行装置，因为尺寸补偿系统都用于精加工，补偿量微量，要达到补偿效果，补偿装置的工作性能很重要。 其基本要求是：1 )能保证补偿精度和补偿范围。 2 )具有良好的频率响应特性和良好的线性和稳定性。 3 )有充分的刚性。 4 )装置紧凑、元件尽可能少、占有空间小，有利于装置的合理配置。 5 )防止切削液和切屑的干涉造成的影响。 6 )具有控制简单、成本低的特点。

8、 将工具安装在补偿致动器的动子上，或直接将补偿运动传递给工件，不经由中间连杆实现： 5、补偿致动器的结构，1 .车刀2安装在刀架3上的车床加工用补偿刀架，4是压电结晶补偿元件。 该刀架的补偿原理利用某压电结晶的电伸缩特性，补偿元件4在直流电压(一般为0300V )下伸长，使刀架主体3产生弹性变形，使车刀向左稍微位移，从而实现尺寸补偿的目的。 补偿量由所使用的压电晶体的电压和位移关系决定。12.2补偿刀架、2 .镗杆的压电晶体补偿装置，镗杆7用螺丝10固定到套筒8上，螺丝11用于调整镗杆的位置。 当流过交流电流或脉冲直流电流时，压电晶体管3按交流电流的正半波(或脉冲直流电流的每个脉冲)伸长，克服

9、弹性上升套筒5与按压板6之间的碟形弹簧9的弹力，挤出固定镗杆的套筒，使镗杆在半径方向上微小在各交流的负半波(或脉冲直流的2个脉冲之间)中，压电晶体管3变短。 但是，在圆柱弹簧1的作用下，楔形件2随时间向左移动，压缩短的压电晶体管3，因此镗刀不会后退，补偿作用完成。如果继续通电，镗刀会持续径向微量位移，修正量由持续通电的时间决定。 如果镗杆磨损，必须更换，请恢复所有调整零件并等待。 安装在绝缘外壳4上的弹簧触点14按压在压电晶体管上而被绝缘，另一端用引线与安装在镗杆15的外部的插头12连接，该插头组装在镗杆的绝缘插头13上。 导线、弹簧接触件和压电晶体管的接触必须良好。 这三个为了保证与外部的绝

10、缘，被配置在绝缘盖上。 结构简单成本低，适合精加工。 使用时请避免污染和切削液的影响。 注意，图12.3镗刀的压电晶体补偿装置，12.1.3自动线切割机的更换、强制更换，不同规格的刀具在不同切削使用量下工作，其耐久性大不相同，按其耐久性大小分组，实现定期的强制更换。 各组设置计算刀具实际工作周期的计数器，当达到规定周期数时发出信号，进行强制交换。 强制检查中，各工具的耐久性很大，每组都很难进行强制更换的情况下，必须进行强制检查，调整员在检查工具的同时，更换使用过的迟钝的工具组。 这个能够降低工具破损的危险性。 更换刀具的基本方式：更换刀片，更换刀具，更换支架，更换支架，1 .更换刀片，适用，优

11、点，1 )被更换零件小，装卸轻。 多刃刀片的情况下，在一个切削刃磨损后，旋转刀片，用新的一边的切削刃进行切削，在几个切削刃磨损之前不要更换刀片2 )不更换刀片体，减少了刀片体的旋转量和制造量3 )更换刀片精度通过刀片精度得到保证在这种情况下，没有必要调整。 缺点：1)为了保证刀片的互换性和更换精度，刀片的质量要求很高，必须磨削各自的表面，提高刀片的精度和粗糙度等级，增加制造成本2 )由于自动在线配置拥挤，机床上的工作空间很小， 用于刀片的装卸和刀片支承面的清扫不方便的数控机床和自动线上的个别工序和多刃加工机床，机械卡盘式工具(包括可旋转工具)、2 .工具更换、优点，1 )对刀片的精度和粗糙度的

12、要求不高，降低了刀片的制造成本2 )在机械外更换刀片的预备调整缺点，1 )对刀仪的精度和粗糙度的要求高，刀片必须研磨2 )工具具备调整装置，工具的制造成本高3 )需要有机的外调装置。 3 .夹具的更换、适用、优点；1 )刀片和刀体的精度要求不高；2 )可以在机器外部进行更换预调，更换精度高；3 )有利于自动更换。 缺点，1 )更换的零件体积大，装卸不方便2 )需要专用地设计刀架，要求刀架的制造精度高3 )与更换刀架的方式相比，机外对刀仪更复杂，调整也麻烦4 )对刀架系统的刚性用于数控机床的自动更换装置，也可用于自动生产线。 4 .刀柄的更换、适用、优点，1 )标准工具的采用容易2 )同种机床的

13、刀柄通用，系列化、标准化容易，缺点；1 )工具和刀柄的连接需要莫氏锥柄等中间部分，多影响工具的定位精度和刚性2 )专用的机外预调装置广泛应用于数控机床、自动线上的铣刀、镗削、攻丝、钻孔、铰刀等钻孔工具的更换。图12.4刀具更换的基本方式，a )刀刃更换b )刀刃更换c )刀柄更换，12.1.4自动加工中的刀具系模块式刀具系统，不同品种和规格的刀片安装部分必须加工成可以连接机床的刀柄部，所以刀具规格、品种很多。 分割刀具柄部和工作部分，创建各种系列化的模块，使用不同规格的中间模块，组装不同规格的模块化刀具套，在第12.2中详细描述，表示刀具系统发展的整体流程，图12.5整体结构刀具系统工作机器人

14、夹持槽的锥形刀柄编号为JT，刀柄锥形为7:24，12.2机床的工具，随着机械产品的形状和结构不断更新，使机床设备向通用性和灵活性的方向发展，或者使机床设备具有“灵活性”，以应对生产对象的频繁变化数控机床是满足这个要求的新设备。 数控机床主要用于加工单品、中小批量、形状复杂的零件。 为了加工大量零件，数控机床也相继被采用。 从发展趋势来看，数控机床已经取代专用机床用于自动线生产。 数控机床的工作特点，与自动线生产相比，具有刀具记忆、机床安装和自动更换，以及达到以上目的所具有的刀具柄部标准系统等特殊场所。 12.2.1机床刀具更换，近年来，出现了自动刀具更换的数控机床(即多工序数控机床，或称“加工

15、中心”)，机床上的工件一次被夹住后，数控系统控制机床的自动刀具更换，在工件的各加工表面上进行铣床、镗刀1 .转塔头自动切换装置，2 .工具库自动切换装置，3 .工具库，机器人联动动作的自动切换装置，现在采用最多的自动切换装置，图12.6水平旋转轴自动切换装置，其工序为：1-粗车的外圆，2-钻头，3-精车的外圆，4-博为了实现工具的预备调合和迅速的卡盘，需要专用的卡盘和卡盘与主轴的连接基础。 图12.7刀具库自动更换装置、更换步骤如下： (1)机床工作台迅速向右移动，在工件5从主轴3下打开的同时，刀具库1向主轴下移动，使刀具库内的某个空的刀具架与主轴对准主轴台下降， 将使用完的工具2插入到工具库

16、的空工具架中；主轴台上升，工具库同时旋转，使下一工序的工具对准主轴；主轴台下降，将下一工序所需的工具插入到机床主轴内；主轴箱拿着刀具上升；机床的工作台马上回到左侧，工具库离开图12.8机器人手更换装置，a )更换过程b )机器人手把持工具1-主轴台2-工具3机器人4-工具库，机器人手3将切削过的工具2从主轴中取出并送回，插入刀架4，从工具库将必要的工具放入主轴。 12.2.2机床工具的工具系统，数控机床工具系统除了指数控机床工具本身外，还包括实现工具更换所需的定位机构、夹紧机构、夹持机械及工具保护机构等。 数控机床的刀具系统一般分为镗刀类数控机床用刀具系统和车床类数控机床用刀具系统。 镗刀类数

17、控机床用工具系统有中国的TSG82工具系统、日本的TMT工具系统等。 数控车床用工具系统主要由工具和卡盘两部分组成。 这种工具系统通常可以从刀柄上卸下工具，便于自动更换工具。 工具和卡盘的连接部分的刚性和精度很高。这种模块化刀具，只要辅助刀具测量仪、进给力的监视和自动更换装置，就能实现无人监视、自动加工。 (TMG-10模块式工具系统，各模块结合采用短圆锥定位，中心螺钉拧紧。 属于这种工具系统的有德国Komet公司的ABS工具系统、瑞典的Sandvik公司的Varilock工具系统等。 图12.10，一，刀具系统的例子，图12.10的模块结构的刀具系统，主刀柄，连杆，工作头，(二) TSG刀具系统，19世纪80年代初中国是一体式镗铣刀类数控机床刀具系统的标准(JB/GQ 5010-1983，0 规定了工具柄、连接棒等工具编号、结构、尺寸系统，规定了与机床的连接采用锥形柄形式。 1 .用于加工中心的机床，带机器人把持槽的锥形柄编号