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，20世纪60年代末出现了储有各种类型刀具的刀库、并具有自动换刀功能，使工件一次装夹就能自动顺序完成各种不同工序加工的数控机床，即加工中心机床。

        能够自动地更换加工中所用刀具的装置称为自动换刀装置（Automatic Tool Changer,简称ATC）。

        目前，自动换刀装置已广泛地使用于加工中心及其它一些数控机床。

一、换刀装置的类型和特点

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：图5—13 

 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。

 ——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。

                       图5—13  更换主轴换刀

二、刀库

▲自动换刀系统一般由刀库、自动换刀装置、刀具传送装置、识刀装置等几个部分组成。

▲刀库的功能——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。 

1.刀库类型  

  常用刀库有盘式刀库、链式刀库和格子式刀库。

                                                               图5—14  刀库

                        a)、b)、c)、d)、e)、f)  盘式刀库 g)、h)、i)、j)  链式刀库 k)  格子式刀库

2.刀具的选择方式

▲自动选刀——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。

▲自动选刀方式的种类：

  ——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。

  ——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。

3.刀具运送装置

——后机械手，靠近刀库，完成拔刀和插刀的动作；

——前机械手，靠近主轴，也完成拔刀和插刀的动作。

4.刀具的识别

刀具的识别是指自动换刀装置对刀具的识别，通常可采用刀具编码法和软件记忆法。

 ——刀具编码法 

                                          图5—15  刀具编码法

                    1—刀柄  2—接触式识别装置  3—触针（销）  4—数码环

 ——软件记忆法

 该方法的工作原理是将刀库上的每一个刀座进行编号，得到每一刀座的“地址”。将刀库中的每一个刀具再编一个刀具号，然后在控制系统内部建立一个刀具—刀座数据对应表，通过检测装置进行识别。

三、自动化换刀机构 

1．回转刀架

▲形式——它的一般有立轴式和卧轴式。

▲特点：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。

                                                    a)径向装刀 

                                                     b)轴向装刀

                                             图5—16  圆盘式回转刀架

2.更换主轴头换刀

简单易行，但换刀时间较长，且要占用机床工时。

3.利用机械手换刀

  ——特点：灵活性大、换刀时间短，应用最为广泛。

  ——形式：分为单臂式机械手和双臂式机械手。

                               a)勾手     b)抱手    c）伸缩手   d）叉手

                                           图5—17  双臂式机械手 

几种换刀的方式：

          90度旋转换刀

          伞形刀库主轴换刀

          直线换刀

          换刀机械手

          数控车床换刀

          机械手模拟换刀