数控机床(第二单元)(第57章.ppt

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1、第五章 数控机床导轨与工作台,第一节 机械基础知识第二节 数控机床导轨第三节 回转工作台,第一节 机械基础知识,一、润滑与密封为减轻机械运转部位接触表面间的磨损，常在摩擦副间加入润滑剂来将两表面分隔开，这种措施称为润滑。润滑的主要作用有：降低摩擦，减少磨损，防止腐蚀，提高效率，改善机器运转状况，延长机器的使用寿命。1润滑剂种类工业生产实际中最常用的润滑剂有润滑油、润滑脂，此外，还有固体润滑剂(如二硫化钼、石墨等)、气体润滑剂(如空气等)。(1)润滑油润滑油是使用最广泛的润滑剂，可以分为三类：一是有机油，通常是指动植物油；二是矿物油，主要是指石油产品；三是化学合成油。因矿物油来源充足，成本低廉，

2、稳定性好，应用范围广，故多采用矿物油作为润滑油。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第一节 机械基础知识,(2)润滑脂润滑脂是在润滑油中加入稠化剂(如钙、钠、锂等金属皂基)而形成的脂状润滑剂，俗称黄油或干油。加入稠化剂的主要作用是减少油的流动性，提高润滑油与摩擦面的附着力。有时还加入一些添加剂，以增加抗氧化性和油膜厚度。(3)固体润滑剂用具有润滑作用的固体粉末取代润滑油或润滑脂来实现摩擦表面的润滑，称为固体润滑。最常用的固体润滑剂有石墨、二硫化钼、二硫化钨、高分子材料(如聚四氟乙烯、尼龙等)。,第一节 机械基础知识,2常用润滑方式良好的润滑可以提高各相对运动零部件的寿命、保持良好的动态性

3、能和运动精度。在数控机床的运动部件中，既有高速的相对运动，也有低速的相对运动；既有重载的部位，也有轻载的部位，所以在数控机床中通常采用分散润滑与集中润滑、油润滑与脂润滑相结合的综合润滑方式来对数控机床的各个需要润滑部位进行润滑。数控机床中润滑系统主要包括主轴传动部分、轴承、丝杠和导轨等部件的润滑。在数控机床的主轴传动中，由于齿轮和主轴轴承等零件转速高、负载大，所以温升强烈，一般采用润滑油强制循环的方式。要采取必要的过滤措施，来保证这些对主轴系统零部件进行润滑和冷却的润滑油的清洁，以免影响齿轮、轴承等零件的使用寿命，并按规定期限定期更换润滑油。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第一节 机

4、械基础知识,轴承、丝杠和导轨是决定数控机床各个坐标轴运动精度的主要部件。为了维持它们的运动精度并减少摩擦及磨损，必须采用适当的润滑。具体采用何种润滑方式取决于数控机床的工作状况及结构要求。对负载不大、极限转速或移动速度不高的数控机床一般采用脂润滑，采用脂润滑可以减少设置专门的润滑系统，避免润滑油的泄漏污染和废油的处理，而且脂润滑具有一定的密封作用，降低外部灰尘、水气等对轴承、丝杠和导轨副的影响。对一些负载较大、极限转速或移动速度较高的数控机床一般采用油润滑，采用油润滑既能起到对相对运动件之问的润滑作用，又可以起到一定的冷却作用。在数控机床的轴承、丝杠和导轨部位，无论是采用油润滑还是脂润滑，部必

5、须保持润滑介质的洁净无污染，按照相应润滑介质要求和工况定期地清理润滑元件，更换或补充润滑介质。,第一节 机械基础知识,3密封机械设备中的润滑系统都必须设置密封装置，密封的作用是为了防止灰尘、水分及有害介质侵入机器，阻止润滑剂或工作介质的泄漏，有效地利用润滑剂。通过密封还可节约润滑剂，提高机器使用寿命，改善工厂环境卫生和工作条件。密封装置的类型很多，根据被密封构件的运动形式可分为静密封和动密封。两个相对静止的构件之间结合面的密封称为静密封，如减速器的上下箱之间的密封、轴承端盖与箱体轴承座之间的密封等。实现静密封的方法很多，最简单的方法是靠接合面加工平整，在一定的压力下贴紧密封；一般情况下，是在结

6、合面之间加垫片或密封圈，还有在结合面之间涂各类密封胶。两个具有相对运动的构件结合面之间的密封称为动密封，根据其相对运动的形式不同，动密封又可分为旋转密封和移动密封，如减速器中外伸轴与轴承端盖之间的密封就是旋转密封。旋转密封又分为接触式密封和非接触式密封两类。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第一节 机械基础知识,1)接触式密封接触式密封是靠密封元件与接合面的压紧产生接触摩擦而起密封作用的，故此种密封方式不宜用于高速。(1)毡圈密封如图5-1所示，将断面为矩形的毡圈压人轴承端盖的梯形槽中，使之产生对轴的压紧作用而实现密封。毡圈内径略小于轴的直径，尺寸已标准化。毡圈材料为毛毡，安装前，毡圈

7、应先在粘度较高的热矿物油中浸渍饱和。毡圈密封结构简单，安装方便，成本较低，其缺点是容易磨损、寿命短。一般适用于脂润滑和密封处圆周速度v45m/s的场合，工作温度不超过90。(2)唇形密封圈密封,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第一节 机械基础知识,2)非接触式密封非接触式密封方式密封部位转动零件与固定零件之间不接触，留有间隙，因此对轴的转速没有太大的限制。(1)间隙密封如图5-3所示，间隙式密封(亦称防尘节流环式)，在转动件与静止件之间留有很小的间隙(0103mm)，利用节流环间隙的节流效应起到防尘和密封作用。可在轴承端盖内加工出螺旋槽，并在螺旋槽内填充密封润滑脂，密封效果会更好。间隙

8、的宽度越长，密封的效果越好。适用于环境比较干净的脂润滑。图5-4 挡油环密封,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第一节 机械基础知识,图5-1毛毡密封,第一节 机械基础知识,(2)挡油环密封如图5-4所示，在轴承座孔内的轴承内侧与工作零件之间安装一挡油环，挡油环随轴一起转动，利用其离心作用，将箱体内下溅的油及杂质甩走，阻止油进入轴承部位，多用于轴承部位使用脂润滑的场合。3迷宫式密封 如图5-5所示，轴上的旋转密封零件与固定在箱体上的密封零件的接触处做成迷宫间隙，对被密封介质产生节流效应而起密封作用，可分为轴向迷宫、径向迷宫、组合迷宫等，若在间隙中填充密封润滑脂，密封效果更好。迷宫式密封结

9、构简单，使用寿命长，但加工精度要求高，装配较难，适用于脂或油的润滑场合，多用于一般密封不能胜任要求较高的场合。,第一节 机械基础知识,第一节 机械基础知识,二 凸轮机构与蜗轮蜗杆传动1 凸轮机构凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的机件，它通过与从动件的高副接触，使从动件按照设计者的意图获得规律运动。凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构，结构简单，但较易于磨损，多用于传动力量较小的中、低速场合。下面是几个凸轮应用的实例，图5-6所示为凸轮仿形车削机构，工件1回转，凸轮3作为靠模被固定在床身上，刀架2在弹簧作用下始终保持与凸轮轮廓相接触。当拖板4带动刀架2纵向移动的同时，刀架2在靠模

10、凸轮轮廓的推动下做横向移动，从而切削出与靠模板曲线一致的工件。图5-7所示为分度转位机构，蜗杆凸轮1转动时推动从动轮2做间歇转动，从而完成高速、高精度的分度动作。图5-8所示为自动机床的进刀机构，当具有凹槽的圆柱凸轮1回转时，其凹槽的侧面迫使椎杆2绕点C作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。至于进刀和退刀的运动规律如何，则完全决定于凹槽曲线的形状。凸轮的分类方法有很多，按凸轮的形状分有盘形凸轮和圆柱凸轮；按推杆即从动件的形状分有尖端推杆、滚子推杆和平底推杆；按凸轮与从动件保持接触的方法分有力封闭凸轮机构和几何封闭凸轮机构。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第一节 机械基础知识,第一

11、节 机械基础知识,第一节 机械基础知识,2 涡轮蜗杆传动蜗轮蜗杆机构(简称蜗杆机构)，如图5-10所示，是用来传递空间两交错轴之间运动的一种机构，其两轴之间的交错角通常等于90。，一般情况下，蜗杆是主动件。根据蜗杆形状的不同，蜗杆机构可分为圆柱蜗杆机构(如图5-10a所示)和圆弧面蜗杆机构(如图5-10b所示)。按蜗杆螺旋方向不同，蜗杆分左旋和右旋。按蜗杆的线数不同，蜗杆分单头和多头。按加工方法的不同，分阿基米德蜗杆和渐开线蜗杆等。阿基米德蜗杆螺旋面的形成与螺纹的形成相同。如图5-11所示，车削阿基米德蜗杆时，刀具切削刃的平面应通过蜗杆的轴线，两切削刃的夹角2=40，切得的轴面齿廓两侧边为直线

12、。在垂直于蜗杆轴线的截面上，齿廓为阿基米德螺旋线，故称阿基米德蜗杆。阿基米德蜗杆制造简便，应用较广，且其传动的基本知识也适用于其他类型的蜗杆机构。,第一节 机械基础知识,第一节 机械基础知识,蜗轮蜗杆机构具有如下特点：(1)结构紧凑，传动比大。一般传动比1040，最大可达80，在分度机构中可达1000。(2)传动平稳，噪声小。由于蜗杆上的齿是连续不断的螺旋齿，蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合并逐渐退出啮合的，同时啮合的齿数较多，故传动平稳，无噪声。(3)可制成具有自锁性的蜗杆。当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆机构具有自锁性。(4)蜗杆机构的主要缺点是传动效率低，易磨损、发热量大。具

13、有自锁性的蜗杆蜗轮机构效率低于50，一般传动效率为7080。(5)成本高，轴向力较大。为减轻齿面的磨损及防止胶合，蜗轮一般多用青铜制造，因此造价较高。由于蜗杆机构具有上述特点，故常用于传动比较大，且要求结构紧凑的场合；为了安全保护作用，需要机构具有自锁性能的场合。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第二节 数控机床导轨,导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。运动的一方称为动导轨，不动的一方称为支承导轨。动导轨相对于支承导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。一、机床对导轨的要求(1)导向精度高。导向精度主要是指运动导轨沿支承导轨运动时，直线运动导轨的直线性及圆周运动导轨的真圆性，

14、以及导轨同其他运动件之间相互位置的准确性。导轨的几何精度综合反映在静止或低速下的导向精度。直线运动导轨的检验内容为导轨在垂直平面内的直线度、导轨在水平面内的直线度以及两导轨平行度。圆运动导轨几何精度检验内容与主轴回转精度的检验方法类似，用导轨回转时的端面跳动及径向跳动表示。(2)耐磨性。导轨的不均匀磨损，破坏导轨的导向精度从而影响机床的加工精度。导轨的耐磨性与导轨的材料、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况及两导轨相对运一动精度有关。(3)低速运动平稳性。当运动导轨进行低速运动或微量移动时，应保证导轨运动平稳，不产生爬行现象。(4)结构工艺性。设计时应尽量使导轨结构简单，便于制造、调整和维护。对于镶

15、装导轨，应做到更换容易，兼顾工艺性及经济性。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第二节 数控机床导轨,二、滑动导轨数控机床常用直线运动滑动导轨的截面形状如图5-12所示。各个平面所起的作用也各不相同。在矩形和三角形导轨中，M面主要起支承作用，N面是保证直线移动精度的导向面，J面是防止运动部件抬起的压板面；在燕尾形导轨中，M面起导向和压板作用，J面起支承作用。根据支承导轨的凸凹状态，又可分为凸形(上图)和凹形(下图)两类导轨。凸形需要有良好的润滑条件。凹形容易存油，但也容易积存切屑和尘粒，因此适用于具有良好防护的环境。矩形导轨也称为平导轨；而三角形导轨，在凸形时可称为山形导轨；在凹形时，称

16、为V形导轨。,第二节 数控机床导轨,第二节 数控机床导轨,1)矩形导轨。如图5-12a所示，易加工制造，承载能力较大，安装调整方便。M面起支承兼导向作用，起主要导向作用的N面磨损后不能自动补偿间隙，需要有间隙调整装置。它适用于载荷大且导向精度要求不高的机床。2)三角形导轨。如图5-12b所示，三角形导轨有二导向面，同时控制了垂直方向和水平方向的导向精度。这种导轨在载荷的作用下，自行补偿消除间隙，导向精度较其他导轨商。3)燕尾槽导轨。如图5-12c所示，这是闭式导轨中接触面最少的一种结构，磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整。能承受颠覆力矩，摩擦阻力较大，多用于高度小的多层移动部件。4)圆柱形导

17、轨。如图5-12d所示，这种导轨刚度高，易制造，外径可磨削，内孔可珩磨达到精密配合。但磨损后间隙调整困难。它适用于受轴向载荷的场合，如压力机、珩磨机、攻丝机和机械手等。为了提高数控机床的定位精度和运动平稳性，目前在数控机床上已广泛采用塑料导轨。它分为贴塑导轨和注塑导轨两种形式。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第二节 数控机床导轨,A.贴塑导轨。贴塑导轨是一种金属对塑料的摩擦形式，属滑动摩擦导轨，它是在动导轨的摩擦表面上贴上一层由塑料等其他化学材料组成的塑料薄膜软带，以提高导轨的耐磨性，降低摩擦系数，而支承导轨则是淬火钢导轨。塑料软带是以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼和石墨等填

18、充剂混合烧结并做成软带状，国内已生产有牌号为TSF的导轨软带，以及配套用的DJ胶合剂。导轨软带使用的工艺简单，只要将导轨粘贴面做半精加工至表面粗糙度Ra1.63.2 um，清洗粘贴面后，用胶合剂粘合，加压固化后，再经精加工即可。由于这类导轨软带采用了粘结的方法，故称为“贴塑导轨”，如图5-13所示。软带应粘贴在机床导轨副的短导轨面上，圆形导轨软带应粘在下导轨面上。贴塑导轨的优点是：摩擦系数低，在0.030.05范围内，动、静摩擦系数接近，不易产生爬行现象；接合面抗咬合磨损能力强，减振性好；耐磨性高，与铸铁一铸铁摩擦副比可提高l2倍；化学稳定性好(耐水，耐油)；可加工性能好、工艺简单、成本低；当

19、有硬粒落入导轨面上也可挤入塑料内部，避免了磨损和撕伤导轨。,第二节 数控机床导轨,图5-13贴塑导轨结构1-导轨软带 2-粘结材料 3-粘结层,第二节 数控机床导轨,B.注塑导轨。导轨注塑或抗磨涂层的材料是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合为膏状的一组分，固化剂为另一组分的双组分塑料，国内牌号为HNT，称为环氧树脂耐磨涂料。这种涂料附着力强，可用涂敷工艺或压注成形工艺涂到预先加工成锯齿形的导轨上，涂层厚度为1525mm。导轨注塑的工艺简单，在调整好固定导轨和运动导轨间相互位置精度后注入双组分塑料，固化后将定、动导轨分离即成塑料导轨副，这种方法制作的塑料导轨习惯上又称为“注塑导轨”。塑

20、料涂层导轨摩擦系数小，在无润滑油的情况下仍有较好的润滑和防爬行的效果，目前在大型和重型机床上应用较多。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第二节 数控机床导轨,三、滚动导轨滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使两导轨面之间形成滚动摩擦。滚动导轨摩擦系数小，且动、静摩擦系数相近，磨损小，润滑容易，因此，低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。但滚动导轨比滑动导轨抗振性差，结构复杂，对脏物较为敏感，并需要良好的防护。数控机床常用的滚动导轨有如下2种：1)滚动导轨块。这是一种用滚动体进行循环运动的滚动导轨。移动部件运动时，滚动体沿封闭轨道进行循环运动。滚动体为滚珠或滚柱。数控机床上采用的滚柱

21、式单元滚动导轨块如图5-14所示，它多用于中等负荷导轨。滚动导轨块由专业厂家生产，有各种规格、形式供用户选用。使用时，导轨块装在运动部件上，每一导轨应至少用两块或更多块，导轨块的数目取决于导轨的长度和负载的大、小，与之相应的导轨多用镶钢淬火导轨。,第二节 数控机床导轨,2)直线滚动导轨。直线滚动导轨又称为单元直线滚动导轨，它除导向外还能承受颠覆力矩，具有制造精度高，可高速运行，并能长时间保持高精度，通过预加负载可提高刚性，具有自调的能力，安装基面允许误差大。直线滚动导轨的外形和结构如图5-15所示。导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件上。当滑块沿导轨体移动时，滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧

22、直槽内滚动，并通过端盖内的滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动回到工作负荷区，不断循环，从而把滚动体和滑块之间的移动变成了滚珠的滚动。为防止灰尘和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均有塑料密封垫。滑块上还有润滑油注油杯。只要定期将锂基润滑脂放入润滑注油杯即可实现润滑。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第二节 数控机床导轨,第二节 数控机床导轨,图5-15 直线滚动导轨结构1压紧圈 2支承块 3密封板 4承载钢珠列 5反向钢珠列 6加油嘴 7侧板 8导轨 9保持器,第二节 数控机床导轨,四、静压导轨液压导轨在机床上主要是使用静压导轨。静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油，使

23、运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变化自动调节，以平衡外加负载，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。所以静压导轨的摩擦系数极小(约为00005)、功率消耗少、导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载能力大、刚性高、吸振性良好，导轨运行平稳，既无爬行，也不会产生振动。但静压导轨结构复杂，并需要有一套良好过滤效果的液压装置，制造成本较高。目前，静压导轨较多的应用在大型、重型数控机床上。静压导轨按导轨形式，可分为开式和闭式两种，数控机床用闭式的静压导轨。按供油方式，可分为恒压(即定压)供油和恒流(即定量)供油两种。恒压供油方式中以毛

24、细管节流和单面薄膜反馈节流用得较多。闭式静压导轨结构如图5-16所示，原理同静压轴承。,第二节 数控机床导轨,图5-16 闭式静压导轨,第二节 数控机床导轨,5导轨的润滑与防护导轨的润滑与防护是很重要的。(1)滑动导轨的润滑。在数控机床上，滑动导轨的润滑主要采用压力润滑。一般常用压力循环润滑和定时定量润滑两种方式。常用的润滑油为：LANl0 15，32，42，68，精密机床导轨油LHG68，汽轮机油LTSA32，46等。(2)导轨的防护。为了防止切屑、磨粒或切削液散落在导轨面上而引起磨损加快、擦伤和锈蚀，导轨面上要有可靠的防护装置。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第三节 回转工作台,

25、为了扩大数控机床的功能，数控机床的进给运动，除 x、y、z三个坐标轴的直线进给运动之外，还需要有绕 x、y、z三个坐标轴的圆周进给运动，分别称A、B、C轴。数控机床的圆周进给运动一般由数控回转工作台(简称数控转台)来实现。数控转台除了可以实现圆周进给运动之外，还可以完成分度运动，例如加工分度盘的轴向孔，若采用间歇分度转位机构进行分度，由于它的分度数有限，因而带来极大的不便，而若采用数控转台进行加工就比较方便。由于数控转台能实现进给运动，所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有许多共同之处。如图5-17，5-18所示。数控转台分开环和闭环两种。闭环数控转台的结构与开环数控转台大致相同，其区别在于

26、闭环数控转台有转动角度的测量元件(圆光栅或圆感应同步器)。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度精度更高。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第三节 回转工作台,图5-17 开环数控回转工作台1偏心环 2、6齿轮 3电机 4蜗杆 5垫圈 7调整换 8、10微动开关 9、11挡块 12、13-轴承 14液压缸 15蜗轮 16柱塞 17钢球 18、19夹紧瓦 20弹簧 21底座 22轴承 23调整套 24支座,第三节 回转工作台,图5-18 闭环数控回转工作台1工作台 2镶钢滚柱导轨 3、4夹紧瓦 5液压缸 6活塞 7弹簧8钢球 9光栅 10、11轴承 12蜗杆

27、13蜗轮 14、16齿轮 15电机,第六章 数控机床的自动换刀装置,第一节 自动换刀装置的形式第二节 刀库第三节 刀库的容量,第一节 自动换刀装置的形式,自动换刀装置的功能就是储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换。它应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。1回转刀架换刀装置回转刀架换刀是一种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，可设计成四方、六方刀架或八工位圆盘式轴向装刀刀架等多种形式，相应地安装四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。如图6-1是液压六角回转刀架示意图。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

28、用多主轴转塔头换刀装置。通过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6-2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。3带刀库的自动换刀系统这类换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及刀具在主轴上的自动装卸机构等四部分组成，应用最广泛。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第一节 自动换刀装置的形式,图6-1液压六角回转刀架1-压紧活塞 2-刀架 3-缸体 4-压盘 5-端齿离合器 6-转位活塞7-空套齿轮 8-齿条 9-固定插销 10-活动插销 11-推杆 12-触头 13-连接

29、板,图62 转塔式镗铣床,第二节 刀库,1盘式刀库盘式刀库结构简单，应用较多，但由于刀具环行排列，空间利用率低，因此出现将刀具在盘中采用双环或多环排列，以增加空间利用率。但这样一来使刀库的外径过大，转动惯量也很大，选刀时间也较长。因此，盘式刀库一般用于刀具容量较少的刀库。图6-4为盘式刀库的加工中心机床。2链式刀库链式刀库是目前用得最多的一种形式，由一个主动链轮带动装有刀套的链条转动(移动)。此刀库结构紧凑，刀库容量较大，链条的形状可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。图6-5为链式刀库的几种形式。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第二节 刀库,图6-4采用盘式刀库

30、的加工中心机床,第二节 刀库,3刀库的选刀方式常用的刀具选择方法有顺序选刀和任意选刀两种。顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能搞错，加工是按顺序调刀，加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，操作烦琐，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度不稳定。其优点是刀库的驱动和控制都比较简单。因此，这种方式适合加工批量较大，工件品种数量较少的中、小型自动换刀机床。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第三节 刀库的容量,刀库的容量并不是越多越好，太大反而会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀时间增长。决定刀库容量时，应根据广泛的工业统计，依照该机床大多

31、数工件加工时需要的刀具数来确定刀库容量。据资料分析，对于钻削加工用10把刀具就能完成大约80的工件加工：用20把刀具就可以完成90的工件加工。对于铣削加工，只需4把铣刀就可完成90的铣削工艺。对于车削加工只需10把刀具即可完成90o的工艺加工。若是从完成被加工工件的全部工序考虑进行统计，得到的结果是大部分(超过80)的工件完成全部加工只需40把左右刀具就足够了。因此从使用角度出发，刀库的容量一般为1040把，盲目地加大刀库容量，会使刀库的利用率降低，结构过于复杂，造成很大的浪费。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第七章 刀具的自动交换,第一节 刀具交换方式第二节 机械手形式第三节 机械

32、手夹持结构第四节 自动换刀动作顺序,第一节 刀具交换方式,1利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换。（无机械手交换）此装置在换刀时首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换，两个动作不能同时进行，换刀时间较长，效率较低，此种换刀方式适用于小容量刀库（盘式为主）的中小型加工中心机床。2采用机械手进行刀具交换。（有 机械手交换）采用机械手进行刀具交换的方式是目前应用最为广泛的换刀方式，机械手换刀灵活快速，而且结构简单，普遍适用于大容量刀库（链式为主）的大型加工中心机床。由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。从手臂的类型来分，有单臂

33、机械手、双臂机械手。常用的双臂机械手为图7-1所示的几种结构形式。这几种机械手能够完成抓刀拔刀一回转一插刀一返回等一系列动作。为了防止刀具掉落，各机械手的活动爪都带有自锁机构。由于双臂回转机械手的动作比较简单，而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库集中的刀具，因此换刀时间进一步缩短。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第一节 刀具交换方式,图7-1 换刀机械手常用结构a)钩手 b)抱手 c)伸缩手 d)插手,第一节 刀具交换方式,图7-2所示为双刀库机械手换刀装置，其特点是采用两个刀库和两个双臂机械手进行工作，因而机械手的工作行程大为缩短，可有效地节省换刀时间。另外，还由于刀库分两处设立，

34、故使机床整体布局较为合理。,图7-2 双刀库换刀机械手,第二节 机械手形式,在自动换刀数控机床中，机械手的形式也是多种多样的，常见的有图7-3所示的几种形式：a单臂单爪回转式机械手b单臂双爪摆动式机械手c单臂双爪回转式机械手d双机械手e双臂往复交叉式机械手f双臂端面夹紧机械手,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第二节 机械手形式,图7-3 机械手形式,第三节 机械手夹持结构,一、机械手抓爪形式（1）钳形手的杠杆手爪。如图7-4所示，锁销2在弹簧作用下，其大直径外圆顶着止退销3，杠杆手爪6就不能摆动张开，手中的刀具就不会被甩出。当抓刀和换刀时，锁销2被装在刀库主轴端部的撞块压回，止退销3和

35、杠杆抓爪6就能够摆动、放开，刀具就能装入和取出。这种机械手抓爪均为直线运动抓刀。（2）刀库夹爪。刀库夹爪既起着刀套用，又起着手爪的作用。如图7-5所示为刀库夹爪图。,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第三节 机械手夹持结构,第三节 机械手夹持结构,二、机械手夹持结构与驱动机构图7-6所示为常用机械手结构，其工作原理如下：机械手有两对抓刀爪，分别由液压缸1驱动其动作。当液压缸推动机械手抓爪外伸时(图中上面一对抓刀爪)，抓刀爪上的销轴3在支架上的导向槽2内滑动，使抓爪绕销4摆动，抓爪合拢抓住刀具；当液压缸回缩时(图中下面的抓爪)，支架2上的导向槽迫使抓爪张开，放松刀具。由于抓刀动作由机械机构

36、实现，且能自锁，因此工作安全可靠。,图7-6 机械手结构1-液压缸 2-支架导向槽 3-销轴 4-销,第三节 机械手夹持结构,三、机械手夹持驱动机构图7-7为机械手的驱动机构，气缸1通过杆6带动机械手臂升降，当机械手在上边位置时(图示位置)，液压缸4通过齿条2、齿轮3、传动盘5、杆6带动机械手臂回转；当机械手在下边位置时，气缸7通过齿条9、齿轮8、传动盘5和杆6，带动手臂回转。图7-8为机械手臂和抓爪结构图，手臂的两端各有一抓爪，刀具被带弹簧1的活动销4紧靠着固定爪5。锁紧销2被弹簧3弹起，使活动销4被锁位，不能后退，这就保证了在机械手运动过程中，抓爪中的刀具不会被甩出。当手臂在上方位置从初始

37、位置转过75时锁紧锁2被挡块压下，活动锁4就可以活动，使得机械手可以抓住(或放开)主轴和刀套中的刀具。,图7-7 机械手驱动机构1-升降气缸 2、9-齿条 3、8-齿轮 4-液压缸 5-传动盘 6-杆 7-转动气缸,图7-8机械手臂和抓爪结构1-锁紧螺钉 2-锁紧销 3-弹簧 4-活动销 5-固定爪,第四节 自动换刀动作顺序,以THK6380型自动换刀数控卧式镗铣床的换刀系统为例，说明其自动换刀的动作顺序。THK6380数控卧式镗铣床的换刀系统由圆盘刀库和刀具交换装置组成，图7-9表示了它的各部分配置情况。刀库5可以存放40把刀具，并用刀座编码方式进行选择，然后由刀具交换装置将刀具从刀库中取出

38、，搬运到机床主轴1的位置上，然后将用过的刀具送加刀库。刀具交换装置由前机械手(抱手)2，搬运装置3和后机械手(伸缩手)4三个部分组成。当上一工序加工完毕，主轴停止在“准停”位置，并松开刀具的弹簧夹头。前机械手将主轴上的刀具T0l与搬运装置刀座上的刀具T02进行交换。换刀动作顺序过程叙述如下：1上、下抓爪同时合拢抓取刀具T0l及T02；2沿主轴轴线方向同时拨出两把刀具；3顺时针方向旋转180，使刀具T0l及T02交换位置；4沿主轴轴线方向将刀具T02及T01分别插入主轴和搬运装置的刀座；5上下抓爪同时张开；6搬运装置左行，在移动过程中通过靠模作用，使刀座在水平面内作90转位。同时，刀库进行选刀，

39、刀具T03被圆盘带到取刀位置，然后机械手将搬运装置上的刀具T0l与刀库上的刀具T03进行交换；,返回到总目录,返回本章目录,前进,后退,第四节 自动换刀动作顺序,7）上、下臂同时伸出抓取刀具T0l和T03；8）沿刀具轴线方向同时拨出两把刀具；9）上、下臂同时缩回；10）顺时针方向回转180，使刀具T0l和T03交换位置，同时刀库反转，使刀库上的T0l刀座退回到换刀位置；11）上、下臂同时伸出；12）沿刀具轴线方向将刀具T0l及T03分别插入刀库的刀座和搬运装置的刀座；13）上、下臂同时退回；14）最后搬运装置右行，将刀具T03运送到前机械手上方，等待下一次换刀。如图7-10所示，为自动换刀过程的动作顺序图。,第四节 自动换刀动作顺序,图7-9 自动换刀系统1-主轴 2-抱手 3-搬运装置 4-伸缩手 5-刀库,第四节 自动换刀动作顺序,图7-10自动换刀过程的动作顺序,