数控技术(结构2).ppt

第2章 数控机床的结构,主机结构 数控机床的本体，包括床身、主柱、横梁、滑座、工作台、主轴、进给机构等机械部件。CNC装置（详见第三章）数控机床的核心部件，包括计算机、存储器、显示器、键盘、程序输入输出装置及相应的软件。驱动装置数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元，进给驱动单元，主轴电机及进给电机等。辅助装置 数控机床的配套部件，包括液压和气动装置、位置检测装置、自动换刀装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头、刀具及监控检测装置。编程机及辅助设备（如打印机等）,数控机床结构示意图,主轴驱动,主轴驱动由主轴及主轴箱，主传动机构，速度计，还可能有一个齿轮传动机构组成。对于车床，主轴通常具有一个螺纹控制。主轴通常是皮带传动，能减小振动。,主 轴,车床主轴装有装卡装置和工件。铣床和钻床主轴装有刀具。主轴刚性尽可能的好，这样承受沉重的负载时不会发生变形。对于主轴的外形和功能，具有一系列的标准。,主轴驱动,主轴箱,主轴箱通常由铸铁制成，承受主轴的负荷。它必须非常坚固以承受应力。必须消除摩擦热。如果缺少冷却液而使头架内的温度过高，头架将扩张。这将影响加工的精度。这种现象叫作热膨胀。,主轴驱动,主轴,主轴驱动,主传动机构,机床的主传动机构通常是直流电机（DC）或交流电机（AC）。主传动机构的功率能到达160HP（120KW）。如果主传动机构的速率（r/min）不够，则加入齿轮传动机构，通常是从2个齿轮到4个齿轮的传动。,主轴驱动,速 度 计,速度计是一个测量装置，显示CNC系统当前主轴的r/min值。,主轴驱动,螺纹控制,车床的螺纹切削，主轴和丝杆必须同步。因为要同步，螺纹控制需要提供CNC系统所需的数据。,主轴驱动,进给机构,滑板通过进给机构起动。主要组件有具有导轨的滑鞍，滚珠丝杆（在NC机床上），进给传动使用的传动带和滑动离合器。另外，每个轴有它们自己的测量系统。,传动机构,伺服传动机构通常用于机床的进给传动。辅助传动装置包括一台伺服电机和一个电子控制模块。直流和交流电机均被用于进给传动。通过一条齿形带，功率完成从进给驱动装置到滚珠丝杆的传输。,进给机构,滑动离合器,滑动离合器与滚珠丝杆有关。在碰撞时，减小进给驱动的损害。在任何时候滑鞍碰撞到障碍时，可以使进给驱动停止（比如：由于一个程序错误造成的障碍）。2个极限开关被安装在每个滑鞍上，使CNC系统确认移动的终端。,进给机构,滚珠丝杆,通过此装置驱动滑鞍。运动高度精确并且运动平稳。,进给机构,滚珠丝杆原理,在丝杆和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道，并且在滚道内填满滚珠。当丝杆相对于螺母旋转时，丝杆的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋滚道滚动，使丝杆和螺母的滑动摩擦转变为滚珠与丝杆、螺母之间的滚动摩擦。滚珠丝杆具有传动效率高、运动平稳、寿命高、反向时无空程死区以及可以预紧以消除间隙并提高系统刚度等特点，除了大型数控机床因移动距离大而采用齿条或涡轮外，各类中、小型数控机床的直线运动进给系统普遍采用滚珠丝杆。,进给机构,滚珠丝杆的结构示意图,1丝杆 2螺母 3滚珠 4回珠管5反向器,外循环式,内循环式,常用的滚珠循环方式有2种：滚珠在循环过程中有时与丝杆脱离接触的称为外循环；始终与丝杆保持接触的称为内循环。,进给机构,导 轨,导轨是机床的组件（比如工作台），以直线移动。它们必须高度精确能承受小的磨损和摩擦，并且容易润滑和维修。运动通过调整导轨条的方法被调整。,进给机构,数控机床的定位,数控机床根据CNC系统的命令完成相关的轴运动。控制系统因此需要感应滑板实际位置的信息。此信息通过一个位置测量系统提供。,NC机床的定位,数字式测量是以量化后的数字形式表示被测量。得到的测量信号通常是电脉冲形式，它将脉冲个数计数后以数字形式表示位移。具有信号处理简单，抗干扰性强等优点。模拟式测量是以模拟量表示被测量，得到的测量信号是电压或电流，电压或电流的大小反映位移量的大小。它对信号处理的方法相对来说比较复杂，并且需增加滤波器等，来提高抗干扰性。,NC机床的定位,绝对测量 测量值总是参考于特定的零点。相对测量 测量值总是参考于最后被测量的点，此点相当于零点。,常用的检测元件,位置测量方法,相对位置测量绝对位置测量,根据刀架上测量系统的位置直接位置测量间接位置测量,相对位置测量,使用一个透镜量杆,它被分成非常小的距离（1/1000mm）。当一个光源和一个光电元件的传感器沿着此量杆移动，脉冲被送入到光电元件。这些脉冲被计数并且提供信息作为走过距离的值。,位置测量方法,绝对位置测量,使用一个代码量杆，能在任何时候从量杆上读取绝对位置（与机床零点有关）。量杆被分成几个通道，此通道被传感器扫描。一个绝对测量系统不需要参考点的初始数值。,位置测量方法,直接位置测量,位置测量方法,将检测装置直接安放在机床拖板上，直接测量机床坐标的直线位移量，来保证得到高的准确度。作为全闭环伺服系统的位置反馈用。缺点 测量装置要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。,间接位置测量,将检测装置（透镜盘，光源，光电元件）直接安装在驱动电动机轴上或滚珠丝杆，通过检测转动件的角位移来间接测量机床坐标的直线位移。作为半闭环伺服系统的位置反馈用。优点是测量方便可靠，无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响其测量精度。,位置测量方法,自动换刀装置,在数控加工中，一些操作是不改变工件的位置而进行的。因此需要一些不同的刀具。操作者能完成刀具的更换，但是结果是增加了设置的时间。因此应该首选自动更换刀具。对于自动更换刀具，需结合一个换刀装置，使用转塔刀架或刀库。,刀具固定件,铣床刀具固定件末端具有一个固位销或夹紧螺栓，夹紧刀具到主轴上。车床一个圆柱刀具固定件被固定到转塔刀架上，进行使用。,选刀及刀具识别,刀库的选刀方式 顺序选刀任意选刀刀具的识别 刀具编码刀座编码 刀具的识别方法 记忆方式 条形码识别 存储器识别,顺序选刀,刀库中的刀具位置严格按所需加工零件的加工顺序排列，加工时按顺序调刀。优点：刀库的驱动和控制简单，无需刀具识别装置，维护简单。缺点：加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，操作繁琐，降低系统的柔性。加工同一工件时各工序的刀具不能重复使用，增加了刀具数量和刀库存储量，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。为避免加工事故，操作人员必须在加工前仔细检查刀具的排列顺序。这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中小型自动换刀数控机床。,选刀,任意选刀,需预先将刀库中的每把刀具（或每个刀座）进行编码，使之具有可识别的代码。因此刀具在刀库中的位置不必按照零件的加工顺序排列。换刀时，通过刀具或刀座识别装置来识别和选择所需的刀具。优点：刀库中刀具的排列顺序与加工零件的加工顺序无关，增加了系统的柔性。同一工具可供不同工件、不同工步共同使用，减少刀具数量和刀库存储量。缺点：需设置刀具识别装置，使刀库的控制与驱动复杂。需对刀具或刀座编码，增加了辅助工作量。维护比顺序选刀方式要复杂。这种方式适合于多品种小批量的随机生产，并可加工较复杂的零件。,选刀,刀具编码,此方式对每把组装刀具都进行二进制编码，并设法把此编码信息的载体以某种方式固定在刀具上，由于各种刀具的夹头相同而几何形状和尺寸不同，为便于识别，一般都把代码信息载体固定在组装刀具的夹头上。这样刀具可随机存放在任意刀座内，但刀具夹头必须专门设计和制造。由于每把刀具都带有专用的编码，使刀具的长度加长，制造困难，刀具刚度降低，同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。,刀具识别,刀座编码,此方式对刀库的每个刀座进行编码，并将此编码信息的载体以某种方式固定在各相应的刀座上便于识别的地方。此方式只识别刀座不识别刀具。因此各刀具必须“对号入座”，已使用过的刀具也需放回刀库原来的刀座中，否则将发生错误和混乱。,刀具识别,刀具的识别方法,刀具编码的识别方法有接触式和非接触式两类。前者的编码信息载体和识别装置有磨损问题，因而当前主要采用非接触式。通常应用电磁感应或光电原理实现代码的识别。此外，图像识别技术也开始用于刀具识别中。,记忆方式,把刀具号和刀库上存刀位置（地址）对应地记忆在数控系统的计算机存储器或可编程序控制器的存储器内。刀库上安装位置检测装置，刀库上每个存刀位置（地址）都可通过位置检测装置测出。每次换刀的同时改变存储器内容，始终跟踪记忆哪号刀具放于哪个存刀位置（地址）。这样刀具可任意取出并送回，而且刀具本身不必设编码元件，省去编码识别装置，使控制大为简化。刀库上还设有机械原点，使每次选刀时就近选取，如对于盘式来说，每次选刀运动或正转或反转都不会超过180。,刀具识别方法,条形码识别,刀具编码与刀具预调工作相结合。预调时，即对刀具进行编码，并通过与预调装置相连的打印机打印出条形码表，由操作者贴到刀具上，然后将刀具投入系统。选刀时，用条形码阅读器进行精确的刀具识别。编码作业简单，但由于目前大部分机床安装刀具的操作仍然由人工完成，装错的可能性仍然存在。另外，在较脏的环境下，条形码容易从工具上脱落。,刀具识别方法,存储器识别,在刀具上埋入一种以硅片为基本元件的刀具数据载体，用以存储刀具编码及其他特征数据（一般每个载体能够存储64个刀具特征）。这种装置的优点是一旦刀具准备好，就可以用于系统中任意一台机床的任何刀位上，而不需要“对号入座”。缺点是存储次数太多会降低刀具数据载体的寿命。一般在刀具数据载体的寿命期限内，可以进行一万多次存储循环。此方法可存储信息量多，使用也较方便可靠。,刀具识别方法,自动换刀装置类型,回转刀架,回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。根据不同的加工对象，它可以设计成四方刀架、六角刀架等多种形式。回转刀架可在回转轴径向和轴向安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。,自动换刀装置,转塔头,使用旋转刀具的数控机床采用转塔头转位更换主轴头。这种机床的主轴头就是转塔头，在转塔的各主轴头上，根据加工的工序预先安装所用刀具，转塔依次转位，就可以实现自动换刀。主轴头有卧式和立式两种，工作时只有位于加工位置的主轴头才与主运动接通，而其他处于不加工位置的主轴都与主运动脱开。转塔主轴头换刀通常只适用于工序较少，精度要求不太高的零件在数控机床上加工。,自动换刀装置,刀库式自动换刀装置,刀库式自动换刀装置由刀库和刀具交换机构组成，它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。刀库是用来存储加工刀具及辅助工具的地方。加工时调用所需的刀具，一个加工操作完成后调回刀具。刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。刀库存储刀具量在2040把范围的居多，少于10把刀或超过60把刀的不常采用。,自动换刀装置,刀库类型,盘式刀库链式刀库鼓轮弹仓式刀库 格子箱式刀库,刀库,盘式刀库,结构简单，应用较多，但由于刀具环形排列，空间利用率低，因此刀具在盘中多采用双环或多环排列，以增加空间利用率。但这样做会使刀库的外径过大，转动惯量过大，选刀时间过长，因此盘式刀库一般用于刀具较少的刀库。刀具的存储量一般为1540把。,刀库,盘式刀库,以下刀库结构简单紧凑，取刀方便，应用广泛。,刀库,盘式刀库,刀库,链式刀库,结构紧凑，刀库容量较大，链环的形状可以根据机床的布局制成各种形状，也可将换刀位突出以便于换刀。当链式刀库需要增加刀具数量时，只需增加链条的长度即可。在一定范围内，不用改变线速度和惯量。一般当刀具数量在30120把时，多采用链式刀库。,刀库,链式刀库,刀库,鼓轮弹仓式刀库,此刀库结构十分紧凑，在相同的空间内，它的刀库容量最大，但选刀和取刀的动作较复杂。,为刀具呈轴向布置的多层鼓轮式刀库，刀库容量大，需径向装、取刀。,刀库,格子箱式刀库,密集形的鼓轮弹仓式或格子式刀库，虽然占地面积小，结构紧凑，在相同的空间内可容纳的刀具数目较多，但是由于它的选刀和取刀动作复杂，现在已很少用于单机加工中心，多用 于柔性制造系统（FMS）的集中供刀系统。,单面格子箱式刀库,多面格子箱式刀库,刀库,刀具交换装置,刀具交换装置:数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置。刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有着直接的影响。刀具的交换装置通常有：1)利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置 2)采用机械手的刀具交换装置,利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置,此装置在换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这2个动作不可能同时进行，因此换刀时间较长。此刀具交换装置要求把刀库安置在主轴箱可以运动到的位置，或者是整个刀库或某一刀位移动到主轴箱可达到的位置。刀库中刀具指向与主轴上装刀后刀具指向必须一致。优点是结构简单，换刀可靠。缺点是刀库容量不大，换刀时间长。适合于中小型加工中心采用。,采用机械手的刀具交换装置,此装置是由刀库、机械手（有的还有运刀装置）结合共同完成自动刀具交换。因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间，所以应用得最为广泛。由于有机械手的刀具交换装置所涉及到得刀库位置和机械手的换刀动作不同时，其换刀的过程也不尽相同。,常见机械手的形式,常见机械手的形式,数据的输入/输出,手动输入,存储介质,输出装置,数据的传输,直接数控 Direct Numerical Control,用计算机作为一台或多台CNC机床的部分或全部控制装置。DNC计算机必须具备以下条件：能实现双向数据传输。能删除存储程序。如果CNC系统存储性能不足，能 自动更改召集和传送程序的顺序。,刀库,首先要把加工过程中要用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预调整后，插入刀库中。换刀时根据选刀指令在刀库谁选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，然后将新刀具装入主轴，将用过的刀放回刀库。,这种换刀装置和转塔主轴头相比，由于机床主轴箱内只有一根主轴，在结构上可以增加主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工。刀库中刀具的数目可根据工艺要求和机床的结构布局而定，数量可较多以实现复杂零件的多工序加工，从而提高了机床的适应性和加工效率。此外，刀库可布置在远离加工区的地方，从而消除了它与工件相干扰的可能性。采用这种自动换刀系统，需要增加刀具的自动夹紧、放松机构、刀具运动及定位机构，常常还需要有清洁刀柄及刀孔、刀座的装置，因而结构复杂。换刀过程动作多、换刀时间长。同时，影响换刀工作可靠性因素是也较多。,二刀库类型及刀具的选择与识别（一）刀库类型刀库是自动换刀装置中主要部件之一，其容量及具体结构对数控机床的设计有很大影响。根据刀库所需要的容量、选刀及取刀方式，可以将刀库设计成多种形式。图7-42所示为常见的几种刀库形式。1盘形刀库盘形刀库为最常用的一种形式，每一刀座均可存放一把刀具。盘形刀库的储存量一般为1540把。盘形刀库的种类葚多，图7-42AD是单盘式刀库，为适应机床主轴的布局，刀库的刀具轴线可以按不同的方向配置，图7-42D是刀可以作90度翻转的圆盘刀库，采用这种结构能简化取刀动作。单盘式刀库的结构简单，取刀也较方便，因此应用最为广泛。,当需要更多数量的刀具时，可采用图7-42E所示的鼓轮弹仓式（又成刺猬式）刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的刀库容量最大，图7-42G为多层盘形刀库。它们虽然也具有结构紧凑的特点，但选刀和取刀的动作较多，故较少应用。2链式刀库这种刀库是在环形链条上装有许多刀座，如图7-42F所示，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时，可以增加支撑链轮数目，使链条折叠回饶，提高空间利用率。一般刀具数量在30120把。,3格子式刀库这种刀库具有纵横排列十分整齐的很多格子，每个格子中均有一个刀座，可储存一把刀具，如图7-42B所示。这种刀库可将其单独安置于机床外，由机械手进行选刀及换刀。这种刀库选刀及取刀动作复杂，应用最少。（二）选刀方式按数控装置的刀具选择指令，从刀库中挑选各工序所需要的刀具的操作，称为自动换刀。目前，在刀库中选择刀具通常有顺序选择和任意选择两种方式。,1顺序选择方式 刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺序，依次放人刀库的每一个刀座内。每次换刀时，刀库按顺序转动一个刀座的位置，并取出所需要的刀具。已经使用过的刀具可以放回原来的刀座内，也可以按顺序放入下一个刀座内。采用这种方式不需要刀具识别装置，而且驱动控制也较简单，可以直接由刀库的分度来实现。因此，刀具的顺序选择方式具有结构简单，工作可靠等优点。但由于更换不同工件时，必须重新排列刀库中的刀具顺序。刀库中的刀具在不同的工序中不能重复使用，因而必须相应地增加刀具的数量和刀具的容量，这样就降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库，将会造成严重事故。,2任意选择方式采用任意选择方式的自动换刀系统中必须有刀具识别装置。这种方式是根据程序指令的要求来选择所需要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放。每把刀具（或刀座）都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具（或刀座）都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，并将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。任意选择刀具法的优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关，相同的刀具可重复使用。因此，刀具数量比顺序选择法的刀具可少一些，刀库也相应的小一些。,任意选择法必须对刀具编码，以便识别。编码方式主要有三种：（1）刀具编码方式 这种方式是采用特殊的刀柄结构进行编码。由于每把刀具都有自己的代码，因此，可以存放于刀库的任一刀座中。这样刀库中的刀具在不同的工序中也就可重复使用，用过的刀具也不一定放回原刀座中，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可相应地小减小，而且还可避免由于刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故。刀具编码的具体结构如图7-43所示。在刀柄1后端的拉杆4上套装着等间隔的编码环2，由锁紧螺母3固定。编码环既可以是整体的，也可由圆环3组成。编码环直径有大小两种，大直径的为二进制的“1”，小直径为“0”。通过这两种圆环的不同排列，可以得到一系列代码。例如由六个大小直径的圆环便可组成能区别63种刀具。通常全部为0的代码不用，以避免与刀座中没有刀具的状况相混淆。为了便于操作者的记忆和识别，也可采用二一八进制编码来表示，,（2）刀座编码方式 这种编码方式对刀库中每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号码相符合的刀座中。换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库便停止旋转。由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构大为简化。因此，刀具识别装置的位置不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在较适当的位置。另外，在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增加了换刀的动作。与顺序选刀的方式相比，刀座编码的突出移动是刀具在加工过程中可以重复使用。图7-44所示为圆盘刀库的刀座编码装置。在圆盘的圆周上均布若干个刀座，起外侧边缘上装有相应的刀座编码块1，在刀库的下放装有固定不动的刀座识别装置2。刀座编码的识别与上述刀具编码的识别原理完全相同（3）编码附件方式 编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其中应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把个刀具尊放倒戈刀库中时。识别装置可以通过识别刀具上的号码来选取该钥匙旁边的刀具。,编码钥匙的形状如图7-45所示，钥匙的两边最多可带有22个方齿，图中除导向用的两个方外，共有20 个图中可区别9999刀具。图7-46 为编码钥匙孔的剖面图，钥匙沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙孔座，然后顺时针方向旋转90度，处于钥匙代码突起6 的第一弹簧片5被撑起，表示代码“1”，处于代码凹出的第二弹簧片3保持原状，表示代码“0”。由于钥匙上每个凹凸部分的旁边均有相应的炭刷4或1，故可将钥匙各个凸凹部分识别出来，即识别书相应的刀具。这种编码方式称为临时性编码，因为从刀座中取出刀具时，刀座中的编码钥匙也取出，刀库中原来编码随之消失。因此，这种方式具有更大的灵活性。采用这种编码方式用过的刀具不必放回原来的刀座。,（三）刀具识别装置刀具识别装置是可任意选择刀具的自动换刀系统中重要组成部分，常用的有以下几种。1接触式刀具识别装置接触式刀具识别装置的识别原理如图7-47所示。在刀柄上装有两种直径不同的编码环，规定大直径的环表示二进制的“1”，小直径的环为“0”，图中有5个编码环4，在刀库附近固定一刀具识别装置2，从中伸出触针3，触针数量与刀柄上的编码环个数相等。每个探针与应该继电器相联，当蓖麻换是大直径时与触针接触，继电器通电，其数码为“1”。当编码环是小直径时与触针白接触，继电器不通电其数码为“0”。当各继电器读出的数码与所小刀具的编码一致时，由控制装置发出信号，使刀库停转，等待换刀。,接触式刀具识别装置的结构简单，但由于触针有磨损，故寿命较短、可靠性较差，且难于快速换刀。2接触式刀具识别装置非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反应速度快。适应于高速、换刀频繁的工作场合。常用的有磁性识别和光电识别法。非接触式磁性识别法磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料感应强弱不同，通过感应线圈读取代码。编码环的直径相等、分别由导磁材料（如软钢）和非导磁材料（如黄铜、塑料）等制成，规定前者编码为“1”，后者编码为“0”。图7-48所示为一种用于刀具编码的磁性识别装置。图中刀柄1上装有非导磁材料编码环4和导磁材料编码环相对应的有一组检测线圈6组成的非接触式识别装置3。在检测线圈6的一次线圈6的一次线圈5中输入交流电压时，如编码环为导磁材料，则磁感应较强，在二次线圈7中产生较大的感应电压。如编码环为非导磁材料，则磁感应较弱，在二次线圈中线圈感应的电压较弱。利用感应电压的强弱，就能识别刀具的号码。当编码的号码与指令刀号相符时，控制电路发出信号。使刀库停止运转，等待换刀。,2）非接触式光电识别法 非接触式光电识别法是利用光导纤维良好的光传导特性，采用多束光导纤维构成阅读头。用靠近的二束光导纤维来阅读二进制码的一位时，其中一束将电源投到能反光或不能反光（被涂黑）的金属表面另一束光导纤维将反射光送至光电转换元件转换成电信号，以判断销9卡紧，同时缸体3与压盘4的锥面接触刀架在新的位置定位并夹紧，这时端齿离合器与空套齿轮脱开。（4）转位液压缸复位 刀架压紧之后，压力油从D孔进入转位液压缸右腔，活塞6带动齿条复位。由于此时端齿离合已脱开，所以齿条带动齿轮7在轴上空转。如果定位和压紧动作正常，推开11与相应的铢头12接触出信号表示换刀过程已经结束，可以 进行切削加工。,2多主轴转塔头换刀装置在带有旋转刀具的数控镗铣床中，常用多主轴转塔头换刀装置。通个 多主轴转塔头的转位来换刀是一种比较简单的换刀方式。这种机床的主轴转塔头就是一个转塔刀库，转塔头有卧式和立式两种。图738所示是数控转塔式镗铣床的外观图，八方形转塔头上装有八根主轴，每根主轴上装有一把刀具。根据工序的要求按顺序自动换刀，同时接通主传动。不处在工作位置的主轴便与主传动脱开。转塔头的转位（即换刀）由槽轮机构来实现，其结构如图739所示，每次换刀包括下类动作：（1）脱开主轴传动 压缸4卸压，弹簧推动齿轮1向上与主轴上的齿轮12脱开。（2）转塔头抬起 当齿轮1脱开后，固定在其上的支板接通行程开关3，控制电磁阀，使 压油进入 压缸5的左腔，压缸活塞带动转塔头向右移动，直至活塞与 压缸端部相接触。固定在转塔头体上的鼠牙盘10便脱开。,（3）转塔头转位 当鼠牙盘脱开后，行程开关发出信号启动转位电动机，经蜗杆8和蜗轮6带动槽轮机构的主轴曲拐使槽轮11转过45。并由槽轮机构的圆弧来完成主轴头的分度位置粗定位。主轴号的选定是通过行程开关组来实现。若处于加工位的主轴不是所需要的，转位电动机句续回转，带动转塔头间歇地再转45，直至选中主轴为止。主轴选好后，由行程开关7关停转位电动机。（4）转塔头定位压紧 通过电磁阀使压力油进入 压缸5的右腔，转塔头向左返回，由鼠牙盘10精定位。并利用 压缸5右腔的油压作用力，将转塔头可靠地压紧。（5）主轴转动重新接通 由电磁阀控制压力油进入 压缸4，压缩弹簧使齿轮1与主轴上的齿轮12啮合。此时转塔头转位、定位动作全部完成。,为了改善主轴结构的工艺性，整个主轴部件装在套筒内，只要卸去螺钉，就可将整个主轴部件抽出。这种换刀装置存储刀具的数量少，适用于加工较简单的工件，其优点在于省去了自动松、夹，卸刀、装刀以及刀具搬运等一系列的复杂操作，从而缩短了换刀时间，并提高了换刀的可靠性。但是由于空间位置的限制，使主轴部件结构不能设计得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的刚度，必须限制主轴数目，否则将使结构尺寸大大增加。因此，转塔主轴头通常只适应于工序较少，精度要求不太高的机床，例如数控钻床、铣床等。,3.刀库机械手自动换刀系统这类换刀装置由刀库、选刀机构、刀具的自动装卸机构及刀具交换机构（机械手）等四部分组成，应用最广泛。图740所示为刀库装在机床的工作台（或立柱）上的数控机床的外观图。图741所示为刀库装在机床之外，作为一个独立部件的数控机床的外观图，此时，刀库容量大，刀具可以较重，常常要附加运输装置，来完成刀具与主轴之间的刀具运输。刀具机械手自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂，首先要把加工过程中要用的全部刀具分别安装在标准的到宾刀柄上，在机床外进行尺寸 调整后，插入刀库中。,