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1、第四章 刀具自动化,第一节 自动化用刀具和辅具 第二节 排屑自动化,第一节 自动化用刀具和辅具,一、加工刀具的选用 1自动化刀具的特点 2自动化刀具的类型及选用 二、加工设备用辅具,自动化刀具的特点,1)刀具的切削性能必须稳定可靠，应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)刀具结构应保证其能快速或自动更换和调整；5)刀具应配有其工作状态的在线检测与报警装置；6)应尽可能地采用标准化、系列化和通用化的刀具，以便于刀具的自动化管理,通常分为:标准刀具、专用刀具应尽量减少使用专用刀具，而选用通用标准刀具、刀具标准组合件或模块式刀具。模块化的结构有可能使各种
2、带柄的昂贵的专用刀具、消振接头组成不同的专用刀具，用在不同的机床上,2自动化刀具的类型及选用,自动化刀具常用的种类有：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,模块化组合刀具,由钻头、倒角刀和刀体模块组成。,加工连杆孔组合刀具,刀片位置可调组合刀具,扩铣组合刀具,多工序PCD组合刀具,加工螺纹孔的组合刀具,铣螺纹镗孔组合刀具,可径向走刀的组合刀具,刀体标准的组合刀具,一般选用原则如下：,1)为了提高刀具的耐用度和可靠性，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
3、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，,二、加工设备用辅具,自动化加工设备的辅具主要有镗铣类数控机床用工具系统(简称“TSG”系统)车床类数控机床用工具系统(简称“BTS”系统)主要由刀具的柄部(刀柄)、接杆(接柄)和夹头等部分组成，更完善的工具系统还包括自动换刀装置、刀库、刀具识别装置和刀具自动检测装置等,数控工具系统有整体和模块两种不同的结构型式。整体式结构是每把工具的柄部与夹持工具的工作部分联成一体，因此不同品种和规格的工作部分都必须加工出一个能与机床联接的柄部，致使工具的规格、品种繁多，给生产、使用和管理都带来不便。模块式工具系统是把工具的柄部和工作部分分割开来，
4、制成各种系列化的模块，然后经过不同规格的中间模块，可组装成一套套不同规格的工具。这样既便于制造、使用与保管，又能以最少工具库存来满足不同零件的加工要求，因而它代表了工具系统发展的总趋势。,镗铣类数控机床工具系统,http:/,http:/,三面刃铣刀刀柄,弹簧夹头刀杆,可转位面铣刀刀柄,快换工具系统,双头微调镗杆,模块化刀柄刀具生产任务改变时，由于不同的零件的尺寸不同，常常使量规长度改变，这就要求刀柄系统有灵活性。为了维持最高性能，使用可乐满可以获得正确的刀具长度。当刀具用于有不同的锥度或形状的刀具安装装置的机床时。当零件非常复杂，需要使用许多专用刀具时。可以显著地减少刀具库存量，可以做到车床
5、和机械加工中心的各种工序仅需一个标准模块化刀具系统。,铣削,面铣,方肩铣,钻削 U型 前刀面涂层 整体涂层 阶梯钻,铣槽CoroMill 331是多用途三面刃铣刀，轴向可在很大范围内调整，以覆盖大范围的高精度槽铣。可调整性以及不同型号的刀体与不同尺寸刀片和不同槽形结合，形成了通用于大部分机床和各种工序范围的整个多用途概念。,镗削刀具,粗加工镗削刀具1.带镗刀卡和可调整加长滑板的重载粗加工镗刀头2.带一个刀片的单刃镗刀头3.带两个刀片的双刃镗刀头4.深孔减振镗刀头5.带Varilock接口的双刃镗刀头,精加工镗削刀具,车刀,二、刀具准备与储运系统的组成,刀具组装台刀具预调仪刀具进出站中央刀库机床
6、刀库刀具输送装置刀具交换机构刀具计算机管理系统,1刀具组装,数控机床和加工中心上广泛使用模块化结构的组合刀具，刀具组件有刀柄、刀夹、刀杆、刀片、紧固件等，这些组件是标准件。例如刀片有各种形式的不重磨刀片。组合刀具可以提高刀具的柔性，减少刀具组件的数量，充分发挥刀柄、刀夹、刀杆等标准件的作用、降低刀具费用。在一批新的工件加工之前，按照刀具清单组装出一批刀具，刀具组装工作通常由人工进行。整体刀具也有使用，一般是特殊刀具。整体刀具磨损后需要重磨。,2刀具预调,组装好一把完整的刀具后，上刀具预调仪按刀具清单进行调整，使其几何参数与名义值一致，并测量刀具补偿值，如刀具长度、刀具直径、刀尖半径等，测量结果
7、记录在刀具调整卡上。随刀具送到机床操作者手中，以便将刀具补偿值送入数控装置。在FMS系统中，如果对刀具实行计算机集中管理和调度，要对刀具进行编码，测量结果可以自动录入刀具管理计算机，刀具和刀具数据按调度指令同时输送到指定机床。,2刀具预调,(1)测量头(2)测量架(3)刀架刀具预调步骤:(1)把刀具组装好，拉紧到刀架上；(2)以自动方式让测量架和测量头快速抵达刀具的某一恰当位置；(3)以手动方式让测量架和测量头缓慢靠近刀尖；(4)一边让刀具绕轴线摆动、一边微细地调整测量架和测量头的位置；若采用显微投影仪，则让刀尖的横刃与水平线相切、侧刃与垂直线相切(如图所示)；若采用接触式测微仪，则让千分表的
8、测头与刀尖接触指示出预定值；(5)察看显示器上的x、Z数值，若符合要求，则操作计算机记录该数据。,3刀具进出站,刀具经预调、编码后,将刀具送入刀具进出站，以便进入中央刀库。磨损、破损的刀具或在一定生产周期内不使用的刀具，从中央刀库取出，送回进出站。刀具进出站是刀具流外部与内部的界面，刀具进出站多为框架式结构，设有多个刀座位。刀具在进出站上的装卸可以是人工操作，也可以是机器人操作。,4中央刀库,中央刀库用于存储FMS加工工件所需的各种刀具及备用刀具，中央刀库通过刀具自动输送装置与机床刀库连接起来，构成自动刀具供给系统。中央刀库容量对FMS的柔性有很大影响。尤其是混流加工(同时加工多种工件)和有相
9、互替代的机床的中央刀库不但为各机床提供后续零件加工刀具，而且周转和协调各机床刀库的刀具，提高刀具的利用率。当从一个加工任务转换到另一个加工任务时、刀具管理和调度系统可以直接在中央刀库中组织新加工任务所需要的刀具组，并通过输送装置送到各机床刀库中去，数控程序中所需要的刀具数据也及时送到机床数控装置中。,一般情况下，机床刀库用来装载当前工件加工所需要的刀具，刀具来源可以是刀具室、中央刀库或其他机床刀库。采用机械手进行机床上的刀具自动交换方式应用最广。机械手按具有一个或两个刀具夹持器分为单臂式和双臂式两种。双臂机械手又分为钩手、抱手、伸缩手和叉手。这几种机械手能完成抓刀、拔刀、回转、插刀、放刀及返回
10、等全部动作。功能：存放一定数量的刀具，完成刀具的自动交换。,5机床刀库及换刀机械手,(1)刀库类型 功能是贮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，以便接受主轴换下的刀具和便于刀具交换装置进行换刀。盘式刀库装刀容量相对较小，一般在 124 把刀具，主要适用于小型加工中心；链式刀库装刀容量大，一般在 1100 把刀具，主要适用于大中型加工中心。格子式刀库(2)刀具的选择方式 1)顺序选刀方式2)任意选择方式,1）回转刀架,常用于数控车床，可用转塔头各刀座来安装或夹持各种不同用途的刀具，通过转塔头的旋转分度来实现机床的自动换刀动作。它的形式一般有
11、立轴式和卧轴式。立轴式一般为四方或六方刀架，分别可安装四把或六把刀具；卧轴式通常为圆盘式回转刀架，可安装的刀具数量较多，故使用较多。回转刀架定位可靠、重复定位精度高、分度准确、转位速度快、夹紧刚性好，能保证数控车床的高精度和高效率。,车床回转刀架,2）主轴与刀库合为一体的自动换刀装置,若干根主轴(一般为6-12根)安装在一个可以转动的转塔头上，每根主轴对应装有一把可旋转的刀具。根据加工要求可以依次将装有所需刀具的主轴转到加工位置，实现自动换刀，同时接通主运动。-更换主轴换刀特点：刀库与主轴合为一体，机床结构较为简单，且由于省去了刀具在刀库与主轴间的交换等一系列复杂的操作过程，从而缩短了换刀时间
12、，并提高了换刀的可靠性。,镗铣床换刀装置,鼓轮式刀库,3）.主轴与刀库分离的自动换刀装置-带刀库的自动换刀装置,独立的刀库，刀具(2060把)，组成：刀库、刀具交换装置以及主轴等适应复杂零件的多工序加工。由于只有一根主轴，因此全部刀具都应具有统一的标准刀柄，主轴部件上有刀具的自动装卸机构来保证刀具的自动更换。,换刀装置,由高精度滚子凸轮驱动的自动换刀装置快速可靠，换刀时间仅为1.8秒（24把刀选配）,可装20把刀具的斗笠式自动换刀装置是通过齿轮马达和筒形凸轮驱动，其动作简单可靠，换刀时间5.5秒（标准配置）,优点结构紧凑,布局灵活,刀库容量大,可以实现刀具的“预选“,换刀时间短；缺点：占地面积
13、通常较大；刀具轴线和主轴轴线垂直，换刀必须通过机械手进行，机械结构比鼓轮式刀库复杂。,2链式刀库,盘式刀库及换刀机械手,容量较小适合于立式加工中心,4换刀机械手,换刀机械手有单臂式、双臂式、回转式和轨道式,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。优点：驱动控制较为简单，工作可靠，不需要识刀装置。缺点：刀库中的刀具数量不宜太多，且更换工件时，刀具顺序必须重排。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。自动换刀时，刀库旋转，根据程序指令或根据“
14、刀具识别装置”的识别，刀库将所需刀具送到换刀位置，等待换刀。该方法的优点是相同的刀具在工件一次装夹中可重复使用，刀具数量比顺序选择法的刀具可少一些，并且使自动换刀装置通用性增强，应用范围加大。因此得到了广泛应用。,6刀具输送装置和交换机构,刀具输送装置和交换机构的任务是为各种机床刀库及时提供所需要的刀具，将磨损、破损的刀具送出系统。机床刀库与中央刀库，机床刀库与其他机床刀库，中央刀库与刀具进出站之间要进行刀具交换，需要相应的刀具输送装置和刀具交换机构。刀具的自动输送装置主要有：带刀具托架的有轨小车和无轨小车；刀具搬运机器人等。刀具运输小车可装载一组刀具，小车上刀具和机床刀具的交换由专门交换装置
15、进行，也可由手工进行。机器人每次只运载一把刀具，取刀、运刀、放刀等动作均由机器人完成。,三、刀具管理系统,1刀具数据管理(1)刀具识别系统(2)可编程数据载体(3)固定编码的数据载体 2刀具预调 3刀具的计划和组织 4刀具的破损监测,二.刀具的识别,(1)刀具编码法(2)软件记忆法 刀座编号，刀具号（3）标识块识别系统,刀座编码 在刀库的刀座上编有号码，在装刀之前，首先对刀库进行重整设定，设定完后，就变成了刀具号和刀座号一致的情况，此时一号刀座对应的就是一号刀具，经过换刀之后，一号刀具并不一定放到一号刀座中（刀库采用就近放刀原则），此时数控系统自动记忆一号刀具放到了几号刀座中，数控系统采用循环记忆方式。刀柄编码 识别传感器在刀柄上编有号码，将刀具号首先与刀柄号对应起来，把刀具装在刀柄上，再装入刀库，在刀库上有刀柄感应器，当需要的刀具从刀库中转到装有感应器的位置时，被感应到后，从刀库中调出交换到主轴上。,标识块识别系统,1标识块识别原理(1)标识块。(2)读写器。(3)识别控制单元。2标识块刀具识别系统 存储在标识块内的信息可以分为4类：刀具信息，包括刀号、刀具代码、刀具名、刀具直径和长度；刀具补偿信息，包括刀具直径补偿值、长度补偿值；切削用量信息，包括主轴转速、进给速度；刀具管理信息，包括刀具寿命、刀具使用时间、刀具使用次数、刀具开始使用日期、存放地点、替代刀具。,
