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1、刀具自动化,刀具是金属切削加工中不可缺少的工具之一，无论是普通机床，还是先进的数控机床、加工中心机床以及柔性制造系统，都必须通过刀具才能完成切削加工。 所谓刀具自动化，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 自动化刀具的内容,自动化刀具由刀具组装预调站、刀具进出站、刀具输送装置和刀具库组成。,一、自动化刀具的组成,1、刀具室,刀具室工作包括刀具组装和刀具预调，这些工作主要由人来完成，负责对用过的刀具进行重磨，对废弃的刀具进行处理，对新刀具进行刀具与刀柄组装、编码和登记（向计算机输入信息）。 此外，刀具进入系统前要进行预调。实际上，刀具室的工作是按刀具清单准备
2、刀具，并将准备好的刀具放在刀具进出站。,刀具组装包括机夹刀片与刀杆的装配，以及刀具与标准刀柄的组装。,1)、刀具的组装,加工中心和数控机床大量使用的是可转位机夹刀具，在刀具室，工作人员要根据刀具清单的要求，选定所需要的刀杆和刀片类型，刀片装配到相应的刀杆上。 有些刀具还需要与中间接杆相连接，用来转换刀柄与刀具相连接的部分结构，（例如莫氏锥孔、弹簧夹头等），根据需要正确选用和安装。 对于用过的刀具，则需要进行刀片转位或更换刀片。,(1)机夹刀片与刀杆的装配和组装,(2) 切削刀具与标准刀柄的组装,加工中心要实现自动换刀，需使用统一的标准刀柄，标准刀柄与主轴的连接部分为标准结构，因此需要将装配好的
3、刀具与标准刀柄进行组装。,组装好的刀具还需要进行调整工作，将刀具放在刀具预调仪上，按刀具清单列出的参数进行调整。需要调整的参数有：刀具几何参数，刀具角度，刀具尺寸和直径等等。另外，还需要测量出刀具的补偿值。,3)、刀具的编码和识别,2)、刀具的预调,刀具与工件一样，在自动运行的系统中也需要识别，但刀具所需要识别的内容比工件要多，其编码系统比工件编码更为复杂。 (1)刀具识别的条形码技术： 加工中心的自动选刀方式有顺序选刀、刀具编码方式和刀座编码方式。 对于带有中央刀具库的刀具流系统，由于刀具不仅是在机床的刀库上进行换刀加工，而且有机床刀库与中央刀库之间的交换，刀具是靠输送设备自动装入刀座。因此
4、，使用刀具编码方式更容易对刀具进行识别和管理，刀具有了自己的编码，不论在哪里都能找到，不易出错。,过去的刀具编码采用在刀柄上安装编码环，使刀柄结构复杂，而且编码数据不能太多。随着条形码技术的应用，使复杂的刀具编码得以实现。,接触式编码刀柄,刀具识别的条形码技术，是将刀具编码转换成条形码，条码可在组装刀具时现场打印，然后粘贴在刀柄上，再由条码阅读机扫描，直接将信息输入计算机。当刀柄再用于组装新刀时，将原条码撕下，换上新条码即可。,刀具的编码系统采用分类编码的方式反映出刀具的特征信息，分类编码的结构为： 代码（表述刀具的标准结构类型） + 特性表（列出刀具的特殊参数) 例如，切削刀具的代码为8位，
5、数字前6位反应刀具的特性，后2位为指针数，指向特性表中的某一行，这一行里规定了该刀具的其余参数。,第二节 刀具的进出站,刀具经过装配、预调和编码后，首先放到刀具进出站的刀具托架上，托架上装有刀具识别装置，可对刀具进行“有无刀具”和“刀具进出”的识别。,一、有无刀具识别,工作人员将准备好的刀具放在进出站的托架上，刀具流系统的输送装置会自动将刀具取走送入指定的刀具库，还会自动将系统中需要处理的刀具放到进出站的托架上。 因此，在刀具进出站里的托架有无刀具，要能够由系统自动识别。,刀具进出站的托架上设有接近开关或光电开关，采用开关信号发令或光电信号输出，对刀座上有无刀具进行识别。,二、刀具进出识别,使
6、用红绿灯指示来进行刀具进出的识别，需要进入系统的刀具用绿灯显示，需要拿出系统的刀具用红灯显示。,在刀具准备好时，首先用条形码阅读器向控制系统输入刀具信息，然后将刀具放在进出站托架上，当系统判断这把刀具合格，可以进入系统，托架指示灯显示绿灯；如果系统认为此刀具有问题，则显示红灯。,从系统中送出的刀具放在托架上时，指示灯也会显示红灯，要求操作人员将刀具拿到刀具室进行处理。 刀具进出站的信号控制： 刀具进出站的信号由刀具计算机控制，内容包括刀具识别、红绿灯控制和刀具条形码信息管理。,刀具进出站信号控制图,第三节 刀具自动输送装置,刀具从刀具进出站进入自动运行的系统后，由刀具输送装置将刀具送到各机床的
7、刀具库中，或者送入中央刀库。 刀具的自动输送装置主要有： 刀具输送小车、高架机械手、刀具搬运机器人,一、刀具输送小车,输送小车上带有刀具托架，可以同时输送多把刀具，它在刀具进出站靠托架交换来装卸刀具，在进出站将车上的托架卸下，再装上带有系统所需刀具的托架。 小车到达机床后，利用机床上的换刀机械手，将小车上的 刀具与机床刀库的刀具进行交换。小车到达中央刀库，利用刀库的换刀机床械手，将小车上的刀具与刀库的刀具进行交换。 送刀小车可以装载一组刀具，进行成批换刀，但它向机床上送刀时，刀具的交换需要占用机床的加工时间，这种送刀方式适用于加工准备时机床停机状态的成组换刀。,二、高架机械手,在制造系统上方的
8、空中设置高架轨道，一个换刀机械手挂在上面，可沿轨道运送刀具。 机械手从刀具进出站抓住一把刀具，在高架轨道上行走，将刀具送到指定的机床刀库或中央刀库，并且自动将刀具装入刀库，然后从刀库拿下一把需要送出系统的刀具，再送到进出站。 这种方式每次只能运送一把刀具，但它不仅有输送功能，同时有装卸功能，可以自动装卸刀具，因此不占用机床的运行时间，中央刀库也可以不设换刀装置。,三、刀具搬运机器人,用机器人运输刀具与高架机械手类似，不仅能运送刀具，还能自动装卸刀具。并且运刀机器人的运行更为灵活，不需要高架轨道。 在刀具运输车上安装机械手，可将多把刀具依次装到车上的刀具托架上，送到刀库后，再将刀具依次从车上装到
9、刀库中。,第四节 刀具的存储及刀具库,在刀具流系统中，能够存储刀具的地方有三处：刀具进出站，机床刀库，中央刀具库。 刀具进出站：是暂时存放刀具的地方，但存放的时间比较短暂。 机床刀具库：机床的刀库主要是存放机床加工正在使用的刀具，当工件变化需要新刀具时，从刀具进出站或中央刀库送来所需刀具，与机床刀库中暂时不用的刀具进行交换。 中央刀具库： 中央刀库是整个系统刀具的存储区，一般刀具容量比较大，采用链式刀库、鼓式刀库、排架式刀库等等，这些刀库的容量都很大。,中央刀库一般自带换刀机械手，可使运输装置上的刀具与刀库刀具进行自动交换。,链式中央刀库由链条连接各个刀位上的刀座夹，由链轮带动链条转动，实现刀
10、座换位来选刀换刀。,排架式中央刀库采用换刀机器人进行换刀及运送刀具，每个刀座都有位置号，机器人可在刀库中任意位置查找刀具。,刀具在刀库上的放置形式,对刀具室的管理：由人来完成对刀具编码并将信息输入计算机。刀具室根据计算机所反馈的刀具库存量，生产计划的安排等，按冗（rong）余最小的原则准备刀具,使刀具的利用率高。将很少用到的刀具调出来，对易磨损和破损的刀具要多准备一些。 刀具的分配：根据系统的生产计划和工艺过程，合理地对各个加工设备进行刀具分配。例如，某种刀具在A设备上用到的频率很小，只偶尔使用，而在B设备上常用，就应将该刀具分配到B设备的刀库上，A设备要用时可临时调用。 刀具寿命管理：对刀具
11、的磨损和破损情况进行监测，及时更换刀具，对刀具进行重磨，或换新刀具。 刀具信息处理：对刀具编码、刀具补偿值、刀具位置和状态、切削参数等信息进行处理，并及时反馈给刀具室和机床控制系统。,第五节 刀具系统的控制管理,根据数控系统的选择指令，从刀库中将各工序所需的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。自动选刀方式有两种： (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) 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。,第六节 辅助设备,在零件的加工制造过
12、程中，除了切削加工外， (1) 切削后工件上的切屑和冷却润滑油脂等污物、以及工件上的加工毛刺等都必须进行清理； (2) 切削下来的切屑也需要排除送走并回收利用； (3) 冷却液需要进行处理和过滤后再利用。为使这些工作自动化，发展了相应的辅助设备。,一、辅助设备的种类,系统中如果缺少这些辅助设备，这些辅助工作要到系统外由人工完成，然后工件再回到系统继续进行精加工、测量、装配等，这样将使整个制造系统的自动化程度降低，生产效率无法提高，而且产品的制造质量也不容易保证。 将这些设备纳入到加工系统中，用物流系统将它们与加工设备一起连接起来，形成全自动的高生产率和高质量的制造系统。 因此，在FMS的加工系
13、统中，不仅有加工中心、车削中心等切削加工设备，还有清洗设备、光整设备、排屑设备和冷却液处理设备等辅助设备。,二、清洗设备,工件一般在进入检测装置之前，或在装配工序之前需要进行清洗，有时切削加工中有攻丝工艺（用油润滑的工艺）之后也需要清洗，有些是在制造工序都完成的最后进行清洗。 自动化制造系统的工件在自动运行中需要清洗时，由控制系统安排输送装置将工件送到相应的清洗机。 清洗机主要有两种类型：间歇式清洗机和连续通过式清洗机。,1.间歇式清洗机,这类清洗机每次只清洗一个工件，将工件连同夹具和托盘一起送入清洗机清洗，一般是将托盘和工件架起或吊起，四周各方向喷出高压清洗液，然后再通入热风吹干。 间歇式清
14、洗机适用于清洗质量和体积较大的零件，属于中小批量的清洗。,零件依次从清洗机的一端进入通过式清洗机，然后要经过下列几个工位： 1）清洗（浸入配置的清洗液，翻转或摇动）； 2）喷淋（用喷嘴向工件喷出高压清洗液，特别是重要的孔和拐角等）； 3）漂洗（用清水将清洗冲出）； 4）干燥（热风吹干和烘干）；最后从另一端出来。 连续通过式清洗机的工作效率高，连续清洗的速度快，因此它适用于大批量的生产系统。,2.连续通过式清洗机,清洗的主要工序：喷淋和吹干。 清洗机洗净工件后，将大量的油污、切屑等污物留在机内，清洗机本身也需要定期清理，因此清洗机要有对自身的清洗和排污功能，购买设备时参考。 一般间歇式清洗机清洗
15、后的切屑和液体直接排入系统的切屑和冷却液处理系统，而连续通过式有自己的清洗液和切屑回收处理装置。,三、光整设备,光整设备包括去毛刺、倒园角、表面光整等等，这里主要是介绍一下去毛刺机。 去毛刺机是用来将切削加工后工件上尖角处的毛刺去掉。 去毛刺的方法有多种，目前常用的有： 1. 机械法： 机械法是用工业机械手夹持着砂轮，对工件上有毛刺的地方进行打磨。由于机械手的动作灵活性有限，这种方法只适用于对体积较大和形状平整的工件去毛刺。 2. 振动法： 振动法是将工件与粒状的陶瓷介质一起放入一个大容器内，让容器快速往复振动，使工件的各个部位与陶瓷颗粒产生相对运动和摩擦，将工件的尖角磨平，毛刺去掉，并能去掉
16、氧化皮。陶瓷介质的大小因零件类型、尺寸和材料而异。,这种方法适合对形状不规则的小型零件进行处理，不仅能去掉工件尖角处的毛刺，同时还对工件表面有抛光的作用（称为振动式光整机）,3. 热能法,热能法是将工件放入一个充满高压可燃气体的容器中，同时通入氧气并将其密封，然后用火花塞点燃容器内的可燃气，它会产生瞬时高温，使毛刺燃烧氧化成粉末，然后再将这此粉末清理去掉（称为热能式去毛刺机）。 这种方法能够均匀的去除工件的外表面毛刺，而且还能去掉内部结构的毛刺。 这种方法的原理是：对工件来说，毛刺是体积相对很小、而表面积相对很大的东西，它很容易被高温氧化，而且可燃气体能够到达工件内外的各个角落，因此用热能法
17、能够去除工件上各处（包括小孔内）的毛刺。 适用范围广，可适用于黑色金属和有色金属。,4、电化学法,电化学法是通过电化学反应，将工件作为电化学去毛刺机的一个电极（正极）放入电解液中，通上直流电。这时阳极金属（即工件）就会发生电化学反应而逐渐被溶解，那么最先被溶解的就是工件上的毛刺尖角，因此在适当的时候将工件取出，就达到了去毛刺的目的。 这种方法去毛刺的质量较高，而且生产率高，适用于自动化加工系统。在去毛刺的过程中，不象振动法和热能法那样会使工件产生机械应力和工件变形，但其去毛刺过程慢，成本较高。 适合于高硬度材料的去毛刺。,四 切屑和冷却液处理设备,由于加工设备中的切屑和冷却液是混合在一起的，而
18、且一般都是利用冷却液的大流量冲刷将切屑带出加工区域，所以切屑和冷却液的处理往往一起考虑。 许多AMS有切屑排除、集中运输和切削液集中供给及处理系统。 切屑的处理包括三个方面的内容： 把切屑从加工区域清除出去； 把切屑输送到系统以外； 把切屑从冷却液中分离出去。,1、切屑的排除,首先要将切屑从加工区域清除掉，一般是清到机床下面，常用有几种方法： 采用斜面结构，使切屑容易落下；用大流量冷却液冲刷；用压缩空气吹风；或用刮板（刷子）将切屑推下去。 其次要将切屑运到机床和生产区外的集中处理站， 一般是在机床下面有排屑沟，切屑排出加工区就直接落入排屑沟，沟内有切屑输送设备将切屑送到集中处理站；有些是机床自
19、己带有排屑装置，可将机床内的切屑排出机床，然后再由切屑输送带将切屑运走。 切屑输送设备：机械式、流体式、空压式,1）机械式排屑设备,机械式排屑设备是最常用的一种，适合于各类切屑。切屑落到运送带上，靠机械结构将切屑带走。 常见的有带式、平板链式、刮板链式和螺旋式切屑输送机。,平板链式切屑输送机,2、 切屑及冷却液处理装置,切屑及冷却液的处理主要是将切屑从冷却液中分离出来，相对来说，加工铸铁类材料产生的崩碎和粉状切屑，要比钢、铝合金等塑性材料的切屑更难处理。就是说，将粉末状切屑从冷却液中分离出来比较困难。 切屑与冷却液的分离步骤如下： (1) 先将混有切屑的冷却液放入沉淀箱让液体静止，让大部分切屑沉淀在箱的底部。 (2) 然后用排屑装置将箱内底部的切屑从液体中带出来， (3) 对于铸铁类粉末状切屑，可采用磁性排屑装置将切屑吸出来； (4) 对于细碎的铝屑排出较为困难，它即不易沉淀，又无法用磁性带吸出来，一般用纸质或布质的过滤器将切屑和冷却液分开。常用的切削液的处理方法有分离法和过滤法,带刮板式排屑装置的处理装置,负压式纸带过滤装置,
