1、第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 一一 自动换刀装置概述自动换刀装置概述 在数控机床上，实现刀具自动变换的装置在数控机床上，实现刀具自动变换的装置称为自动换刀装置。并不是所有的数控机床称为自动换刀装置。并不是所有的数控机床都具有自动换刀装置，如数控铣床等。无自都具有自动换刀装置，如数控铣床等。无自动换刀功能的数控机床只能完成单工序的加动换刀功能的数控机床只能完成单工序的加工，在节省辅助时间，提高加工效率上只要工，在节省辅助时间，提高加工效率上只要体现在两方面：一方面，通过刀具的快速自体现在两方面：一方面，通过刀具的快速自动定位，提高了空程速度和省去了划线工艺动定位，提
2、高了空程速度和省去了划线工艺和时间；另一方面，由于批量加工一致性好，和时间；另一方面，由于批量加工一致性好，可以减少工作检查时间可以减少工作检查时间。第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 1自动换刀装置的基本要求自动换刀装置的基本要求 刀具存放数量多刀具存放数量多(刀库有一定的容量刀库有一定的容量),),换刀时间短、刀具重复定位精度高、结构简换刀时间短、刀具重复定位精度高、结构简单、制造成本低、可靠性高是对数控机床自单、制造成本低、可靠性高是对数控机床自动换刀装置的基本要求。其中，特别是自动动换刀装置的基本要求。其中，特别是自动换刀装置的可靠性，对于自动换刀机床来说换刀装置的可靠
3、性，对于自动换刀机床来说显得尤其重要显得尤其重要。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 2 2自动换刀装置的常见形式自动换刀装置的常见形式 自动换刀装置的形式与机床种类、机床的自动换刀装置的形式与机床种类、机床的总体结构布局、需要交换的刀具数量、数控总体结构布局、需要交换的刀具数量、数控系统等因数密切相关。系统等因数密切相关。在数控车床上，换刀装置节构简单、形式在数控车床上，换刀装置节构简单、形式比较单一，通常都使用回旋刀架进行换刀。比较单一，通常都使用回旋刀架进行换刀。在加工中心上，须设计专门的自动换刀装置在加工中心上
4、，须设计专门的自动换刀装置的刀库，其刀具的交换方式通常可以分为无的刀库，其刀具的交换方式通常可以分为无机械手换刀和带机械手换刀两大类。机械手换刀和带机械手换刀两大类。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 无机械手换刀方式是通过刀库与机床主轴无机械手换刀方式是通过刀库与机床主轴的相对运动，结合刀库的回转运动，实现刀具的相对运动，结合刀库的回转运动，实现刀具自动交换的方法。这种换刀方式的特点是结构自动交换的方法。这种换刀方式的特点是结构简单，动作可靠，不需要专门的换刀机械手。简单，动作可靠，不需要专门的换刀机械手。但其缺点是
5、刀具交换的时间长，刀具数量不宜但其缺点是刀具交换的时间长，刀具数量不宜过多，刀库的布局也收到局限，通常在小型加过多，刀库的布局也收到局限，通常在小型加工中心上使用较多。工中心上使用较多。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 机械手换刀是利用机械手实现主轴和刀库机械手换刀是利用机械手实现主轴和刀库间刀具交换的方式。它可以克服无机械手换刀间刀具交换的方式。它可以克服无机械手换刀的缺点，刀具交换速度快，刀具数量多，刀库的缺点，刀具交换速度快，刀具数量多，刀库布局灵活，使用范围广。但其结构通常较复杂，布局灵活，使用范围广。但其结
6、构通常较复杂，制造成本高。制造成本高。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 二、二、回转刀架回转刀架 回转刀架回转刀架换刀是一种换刀是一种简单的自动简单的自动换刀装置。换刀装置。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 在图在图2-28a中，驱动电机中，驱动电机11应带有制动器。应带有制动器。换刀动作步骤如下：换刀动作步骤如下：刀架松开刀架松开 刀架转位刀架转位 刀架定位刀架定位 刀架夹紧刀架夹紧三、三、加工中心刀库的类型与布局加工中心刀库的类型与布局
7、 加工中心目前最常见的刀库形式主要有鼓式加工中心目前最常见的刀库形式主要有鼓式刀库、链式刀库等几种刀库、链式刀库等几种。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 1 1鼓轮式刀库鼓轮式刀库 鼓轮式刀库又称圆盘刀库，其中最常见的鼓轮式刀库又称圆盘刀库，其中最常见的形式有刀具轴线与鼓轮轴线平行式、布局和形式有刀具轴线与鼓轮轴线平行式、布局和刀具轴线与鼓轮轴线倾斜式，如图刀具轴线与鼓轮轴线倾斜式，如图2-29所示。所示。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构
8、图图 2-29图图2-30倾斜式鼓轮式刀库布局图倾斜式鼓轮式刀库布局图 第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 2链式刀链式刀库库 如图如图2-31所示，是链式刀库。刀库一般都所示，是链式刀库。刀库一般都需要独立安装于机床侧面，如图需要独立安装于机床侧面，如图2-31c所示；或所示；或安装于顶部，如图安装于顶部，如图2-31b所示。刀库链环可采所示。刀库链环可采用用U形布置，如图形布置，如图2-31d、e所示。所示。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结
9、构 四、四、无机械手换刀无机械手换刀 无机械手无机械手换刀一般是利换刀一般是利用刀库与机床用刀库与机床主轴的相对运主轴的相对运动，实现刀具动，实现刀具交换。如图交换。如图2-32所示。所示。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 动作步骤如下：动作步骤如下：1主轴定向准停主轴定向准停 2刀库向右运动刀库向右运动 3主轴箱上升主轴箱上升 4刀库旋转，将下一步需要的刀具转到主轴下刀库旋转，将下一步需要的刀具转到主轴下 5主轴箱下降，将刀具插入机床的主轴主轴箱下降，将刀具插入机床的主轴 6刀库快速向左返回，将刀库从主轴下面移开刀
10、库快速向左返回，将刀库从主轴下面移开 图图2-33 换刀动作图换刀动作图 第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 图图2-33 换刀动换刀动作作图图第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 五、机械手换刀五、机械手换刀 机械手的形式和结构根据不同的机床，机械手的形式和结构根据不同的机床，种类繁多，有钩手、抱手、伸缩手、擦手等种类繁多，有钩手、抱手、伸缩手、擦手等等。等。机械手的运动控制可以通过气动、液压、机械手的运动控制可以通过气动、液压、机械凸轮联机构
11、等方式实现。机械凸轮联机构等方式实现。如图如图2-342-34所示，是一种在加工中心上广所示，是一种在加工中心上广泛使用的机械凸轮联动换刀机构原理图泛使用的机械凸轮联动换刀机构原理图 第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 图图2-342-34所示所示在加工中心在加工中心上广泛使用上广泛使用的机械凸轮的机械凸轮联动换刀机联动换刀机构原理图构原理图六、凸轮机械手换刀装置六、凸轮机械手换刀装置 凸轮机械手换刀装置是目
12、前加工中心中常凸轮机械手换刀装置是目前加工中心中常用的机构之一，与传统的气动、液压换刀机构用的机构之一，与传统的气动、液压换刀机构相比，它具有换刀速度快、换刀可靠、运动平相比，它具有换刀速度快、换刀可靠、运动平稳等优点稳等优点。凸轮机械手换刀装置通常由两个凸轮以及凸轮机械手换刀装置通常由两个凸轮以及相应的机构组成，一个平面凸轮通过连杆机构，相应的机构组成，一个平面凸轮通过连杆机构，用来完成用来完成“装刀装刀”与与“换刀换刀”动作动作。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 图图2-35所所示，是典示，是典型的凸轮型的凸轮换
13、刀装置换刀装置的机构原的机构原理理 第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 七、七、自动换刀机床的主轴结构自动换刀机床的主轴结构 为了适应自动换刀的需要，主轴部件为了适应自动换刀的需要，主轴部件必须具有换刀相应的结构。如图必须具有换刀相应的结构。如图2-36所示，所示，是一种立式加工中心用主轴部件结构图。是一种立式加工中心用主轴部件结构图。其中其中1是端面键，是端面键，2是主轴，是主轴，3是拉钉，是拉钉，4是是钢球，钢球，5是蝶行弹簧是蝶行弹簧，6是拉杆，是拉杆，7是活塞，是活塞，8、9是行程开关，是行程开关，10是弹簧卡
14、爪，是弹簧卡爪，11是卡是卡套。套。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 图图2-36立立式加工中式加工中心用主轴心用主轴部件结构部件结构图图八、八、机械手手爪结构机械手手爪结构 在用机械手换刀的加工中心上，机械手的在用机械手换刀的加工中心上，机械手的运动速度与可靠直接影响到整机的效率和可靠运动速度与可靠直接影响到整机的效率和可靠性，在机械手性，在机械手“抓刀抓刀”（爪的夹紧（爪的夹紧/松开）装松开）装置上，通
15、常采用气动或液压控制的松、夹机构，置上，通常采用气动或液压控制的松、夹机构，其气动阀或液压阀的动作需要一定的时间，而其气动阀或液压阀的动作需要一定的时间，而且刀具的夹持力受气源或工作压力，电气控制且刀具的夹持力受气源或工作压力，电气控制系统、检测元件的可靠性等诸多因素影响。如系统、检测元件的可靠性等诸多因素影响。如图图2-37所示所示。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 图图2-37 机械机械联动式手爪联动式手爪松、夹机构松、夹机构的原理示意的原理示意图图 第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第
16、二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 思考练习题思考练习题 2.12.1数控机床机械结构的主要特点是什么？数控机床机械结构的主要特点是什么？2.22.2数控机床对机械结构的基本要求是什么？数控机床对机械结构的基本要求是什么？提高数控机床机械结构性能的措施有哪些？提高数控机床机械结构性能的措施有哪些？2.32.3数控机床对导轨有哪些基本要求？数控机床对导轨有哪些基本要求？2.42.4滑动导轨按截面形状分有哪几种？各自的滑动导轨按截面形状分有哪几种？各自的结构特点和使用场合是什么？结构特点和使用场合是什么？2.52.5导轨的组合形式有哪些？各自的结构特点导轨的组合形式有哪些？各自的结构
17、特点和使用场合是什么？和使用场合是什么？第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 2.62.6何谓滚动导轨，包括的种类以及特点、适何谓滚动导轨，包括的种类以及特点、适用场合是什么？用场合是什么？2.72.7对滚动导轨预紧的目的和方法是什么？对滚动导轨预紧的目的和方法是什么？2.82.8数控机床对主传动系统的基本要求是什么？数控机床对主传动系统的基本要求是什么？2.92.9数控机床对进给传动系统的基本要求是什数控机床对进给传动系统的基本要求是什么？么？2.102.10伺服电机与滚珠丝杠的联接方式有哪些？伺服电机与滚珠丝杠的联接
18、方式有哪些？优缺点是什么？优缺点是什么？2.112.11挠性联轴节的工作原理是什么？挠性联轴节的工作原理是什么？第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 2.122.12安全联轴器的结构原理和工作原理是什么？安全联轴器的结构原理和工作原理是什么？2.132.13滚珠丝杠螺母副的工作原理是什么？滚珠丝杠螺母副的工作原理是什么？2.142.14滚珠丝杠螺母副的支承形式有哪几种？它滚珠丝杠螺母副的支承形式有哪几种？它们分别适用于什么情况？们分别适用于什么情况？2.152.15滚珠丝杠螺副的主要参数有哪些？解释滚珠丝杠螺副的主要参数
19、有哪些？解释“WCh3012WCh30121 13/J3/J130013001500”1500”的含义？的含义？2.162.16滚珠丝杠副的选择原则是什么滚珠丝杠副的选择原则是什么？第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 2.172.17试述静压丝杠螺母副的工作原理？试述静压丝杠螺母副的工作原理？2.182.18数控机床常用的回转工作台有哪几种？它数控机床常用的回转工作台有哪几种？它们各有什么特点？试举例说明。们各有什么特点？试举例说明。2.192.19采用直线电动机的驱动机构的特点？采用直线电动机的驱动机构的特点？2.2
20、0 2.20 简述数控机床对自动换刀装置的基本要简述数控机床对自动换刀装置的基本要求。求。2.21 简述数控机床常用的换刀装置的结构形式简述数控机床常用的换刀装置的结构形式。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构 2.22 2.22 简述立式加工中心无机械手换刀的主要简述立式加工中心无机械手换刀的主要动作过程。动作过程。2.23 简述立式加工中心凸轮机械手换刀的动作简述立式加工中心凸轮机械手换刀的动作过程。过程。第五节第五节 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 第二章第二章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构
