1、第四章 刀具自動化刀具是金屬切削加工中不可短少的工具之一，無論是普通機床，還是先進的數(shù)控機床、加工中心機床以及柔性制造系統(tǒng)，都必需經(jīng)過刀具才干完成切削加工。所謂刀具自動化，就是加工設備在切削過程中自動完成選刀、換刀、對刀、走刀等任務過程。.第一節(jié) 刀具的自動裝夾 一、自動化刀具構造 1.自動化刀具的特點 自動化刀具與普通機床用刀沒有太大的區(qū)別，但為了保證加工設備的自動化運轉(zhuǎn)，自動化刀具需具有以下特點：1) 刀具的切削性能必需穩(wěn)定可靠，應具有高的耐用度 和可靠性；2) 刀具應能可靠地斷屑或卷屑； 3刀具應具有較高的精度；4刀具構造應保證其能快速或自動改換和調(diào)整；5刀具應配有其任務形狀的在線檢測與

2、報警安裝；6應盡能夠地采用規(guī)范化、系列化和通用化的刀具， 以便于刀具的自動化管理。.2.自動化刀具的類型及選用自動化用刀具通常分為規(guī)范刀具和公用刀具兩大類。在以自動消費線為代表的剛性自動化消費中，應盡能夠提高刀具的公用化程度，以獲得最正確的總體效益。而在以數(shù)控機床、加工中心為主體構成的柔性自動化加工系統(tǒng)中，為了提高加工的順應性，同時思索到加工設備的刀庫容量有限，應盡量減少運用公用刀具，而選用通用規(guī)范刀具、刀具規(guī)范組合件或模塊式刀具。.自動化常用的刀具種類有：可轉(zhuǎn)位車刀、高速鋼麻花鉆、機夾扁鉆、擴孔鉆、鉸刀、鏜刀、立銑刀、面銑刀、絲錐和各種復合刀具等。刀具的選用與其運用條件、工件資料與尺寸、斷屑

3、情況及刀具和刀片的消費供應等許多要素有關。此外，刀具的構外型式有時對工藝方案的擬定也起著決議性影響，因此必需慎重對待，綜合思索。普通選用原那么如下： 1為了提高刀具的耐用度和可靠性，應盡量選用各種 高性能、高效率、長壽命的刀具資料制成的刀具。 2應選用機夾可轉(zhuǎn)位刀具的構造。 3為了集中工序，提高消費率及保證加工精度，應盡 能夠采用復合刀具。 4應盡量采用各種高效刀具。 . 二、自動化刀具裝夾機構 為了充分發(fā)揚自動化加工設備應有的效率，必需求配備一套規(guī)范的裝夾機構，建立一套規(guī)范的工具系統(tǒng)，以實現(xiàn)快速自動換刀。 在目前自動化加工消費中，比較完善的的工具系統(tǒng)主要有鏜銑類數(shù)控機床用工具系統(tǒng)簡稱TSG系

4、統(tǒng)和車床類數(shù)控機床用工具系統(tǒng)簡稱“BTS系統(tǒng)兩大類，如今也出現(xiàn)了可同時順應數(shù)控車削和數(shù)控鏜銑加工的工具系統(tǒng)。它們主要由刀具的柄部刀柄、接桿接柄和夾頭等部分組成。工具系統(tǒng)中規(guī)定了刀具與裝夾工具的構造、尺寸系列及其銜接方式。更完善的工具系統(tǒng)還包括自動換刀安裝、刀庫、刀具識別安裝和刀具自動檢測安裝等。 . 1.數(shù)控車削加工的刀具裝夾構造 車削加工的工具系統(tǒng)普通由機床刀架、快換刀夾及其基座和預調(diào)刀頭等組成，如圖4-3所示。 2數(shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng) 數(shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng)有整體和模塊兩種不同的構外型式。整體式構造是每把工具的柄部與夾持工具的任務部分連成一體，因此不同種類和規(guī)格的任務部分都必需加工出一個能與

5、機床銜接的柄部，致使工具的規(guī)格、種類繁多，給消費、運用和管理都帶來不便。模塊式工具系統(tǒng)是把工具的柄部和任務部分分割開來，制成各種系列化的模塊，然后經(jīng)過不同規(guī)格的中間模塊，可組裝成一套套不同規(guī)格的工具。這樣既便于制造、運用與保管，又能以最少工具庫存來滿足不同零件的加工要求，因此它代表了工具系統(tǒng)開展的總趨勢。 .第二節(jié)自動化換刀系統(tǒng) 為了縮短非切削加工時間，進一步提高加工效率，20世紀60年代末出現(xiàn)了儲有各種類型刀具的刀庫、并具有自動換刀功能，使工件一次裝夾就能自動順序完成各種不同工序加工的數(shù)控機床，即加工中心機床?？梢宰詣拥馗膿Q加工中所用刀具的安裝稱為自動換刀安裝Automatic Tool C

6、hanger,簡稱ATC。目前，自動換刀安裝已廣泛地運用于加工中心及其它一些數(shù)控機床。.一、換刀安裝的類型和組成： 常用的自動換刀安裝有如下幾種方式： 1.主軸與刀庫合為一體的自動換刀安裝這種自動換刀安裝的刀庫與主軸合為一體，機床構造較為簡單，且由于省去了刀具在刀庫與主軸間的交換等一系列復雜的操作過程，從而縮短了換刀時間，并提高了換刀的可靠性。 2.主軸與刀庫分別的自動換刀安裝這種換刀安裝配備有獨立的刀庫，因此又稱為帶刀庫的自動換刀安裝。它由刀庫、刀具交換安裝以及主軸等組成。 .二、刀庫自動換刀系統(tǒng)普通由刀庫、自動換刀安裝、刀具傳送安裝、識刀安裝等幾個部分組成。刀庫是自動換刀系統(tǒng)中最主要的安裝

7、之一，其功能是儲存各種加工工序所需的刀具，并按程序指令，快速、準確地將刀庫中的空刀位和待用刀具送到預定位置，以便接受主軸換下的刀具和便于刀具交換安裝進展換刀，它的容量、規(guī)劃以及詳細構造對數(shù)控機床的總體規(guī)劃和性能有很大影響。 1.刀庫類型 常用刀庫有盤式刀庫、鏈式刀庫和格子式刀庫，如圖4-8所示。.2.刀具的選擇方式 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的選擇指令，從刀庫中將各工序所需的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動選刀。自動選刀方式有兩種： 1順序選刀方式 將所需刀具嚴厲按工序先后依次插放在刀庫中，運用時按加工順序指令一一取用。 2恣意選擇方式 這種方式根據(jù)程序指令的要求恣意選擇所需求的刀具，刀具在刀庫中可以不按加工順

8、序而恣意存放，利用控制系統(tǒng)來識別、記憶一切的刀具和刀座。.3.刀具運送安裝 當?shù)稁烊萘枯^大，布置得離機床主軸較遠時，就需求安排兩只機械手和刀具運送安裝來完成新舊刀具的交換任務。一只機械手接近刀庫，稱后機械手，完成拔刀和插刀的動作；另一只機械手接近主軸，稱前機械手，也完成拔刀和插刀的動作。 4.刀具的識別 刀具的識別是指自動換刀安裝對刀具的識別，通常可采用刀具編碼法和軟件記憶法。.三、自動化換刀機構 1回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架常用于數(shù)控車床，是用轉(zhuǎn)塔頭各刀座來安裝或夾持各種不同用途的刀具，經(jīng)過轉(zhuǎn)塔頭的旋轉(zhuǎn)分度來實現(xiàn)機床的自動換刀動作。它的方式普通有立軸式和臥軸式。 普通說來，回轉(zhuǎn)刀架定位可靠、反復定位

9、精度高、分度準確、轉(zhuǎn)位速度快、夾緊剛性好，能保證數(shù)控車床的高精度和高效率。.2.經(jīng)過主軸換刀 在如今的小型FMS中，通常利用機床主軸作為過渡安裝，將包容少量刀具5-10把的裝載刀架設計得便于主軸的抓取，先由刀具運載工具將該裝載刀架送到機床任務臺上，然后利用主軸和任務臺的相對挪動，將刀具裝入機床主軸，再經(jīng)過機床本身的自動換刀安裝，將刀具一個個地裝入機床刀庫。這種方法簡單易行，但換刀時間較長，且要占用機床工時。 .3.利用機械手換刀 換刀機械手因具有靈敏性大、換刀時間短的特點，所以運用最為廣泛。換刀機械手按刀具夾持器的數(shù)量，又可分為單臂式機械手和雙臂式機械手。這些機械手可以完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、換

10、刀以及前往等全部動作過程。 .第三節(jié) 排屑自動化 一、切屑構成原理 切屑是在金屬切削過程中切削層遭到刀具前刀面的擠壓后，產(chǎn)生以剪切滑移為主的塑性變形而構成的。以直角自在切削構成延續(xù)型切屑為例，如圖4-12所示。在切削過程中，刀具對切削層作用著正壓力Fn和摩擦力Ff，它們的合力為Fr。切削層內(nèi)的質(zhì)點P 受合力Fr作用后向刀具逼近即刀具向前切削至“1位置時，剪應力到達資料屈服強度，在該位置上產(chǎn)生了塑性變形，點由“1挪動到“1處的同時，還在最大剪應力方向的剪切面上滑移至“2處，之后同理繼續(xù)滑移至“3“4處，分開“4處后成為切屑上一個質(zhì)點沿前刀面滑出。在切削層上其他各點，挪動至OC線均開場滑移，分開O

11、E線終止滑移，這樣源源不斷，就構成了切屑。 . 二、排屑安裝類型 通暢的排屑是自動化加工設備任務可靠的必要條件。要實現(xiàn)排屑自動化，就必需求仔細思索切屑從加工空間及夾具底座的排除，對自動線還要思索把各臺機床的切屑集中排除的問題。 從加工部位排除切屑的方法取決于切屑的外形、工件的安裝方法、工件的材質(zhì)、加工工藝方法、機床類型及其附屬安裝的規(guī)劃等要素，可采用依托重力或刀具回轉(zhuǎn)離心力將切屑甩出、用緊縮空氣吹屑、用真空吸屑等方法。在夾具構造上采取一定的措施可將切屑從夾具底座中排出。 . 自動線的集中排屑安裝普通設置在機床底座下的地溝中。常用的自動排屑安裝有以下幾種類型：帶式排屑安裝、刮板式排屑安裝、螺旋排屑安裝等。 此外，在某些小型工件的加工自動線中，每一個隨行夾具上都附有一個盛屑器，從工件上切下的切屑都落在盛屑器中，隨著隨行夾具一同運轉(zhuǎn)，到達自動線的一定工位時，用翻轉(zhuǎn)安裝將隨行夾具和盛屑器一同翻轉(zhuǎn)180，把切屑倒在線外的固定地點。采用這種方式，自動線上不再需求設置專門的排屑安裝，因此構造簡單。但這時切屑量不宜過大，而且不宜在鐵屑飛濺如銑削的情況下采用。.三、切屑及切削液處置安裝 長期以來，切削液在切削加工中起著不可短少的作用，但它也對環(huán)境呵斥了一定的污染。為了減少它的不良影響，一