加工中心四刀换刀装置设计

1. 加工中心自动换刀详细过程，谢谢

回转刀架抄换刀工作原理类似分度袭工作台，通过刀架定角度回转实现新旧刀具的交换。

更换主轴头换刀方式时首先将刀具放置于各个主轴头上。通过转塔的转动更换主轴头从而达到更换刀具的目的。这两种方式设计简单，换刀时间短，可靠性高。

其缺点是储备刀具数量有限，尤其是更换主轴头换刀方式的主轴系统的刚度较差，所以仅仅适应于工序较少、精度要求不太高的机床。

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自动换刀系统特别适用于加工中心。

自动换刀系统应当满足的基本要求包括：

(1)换刀时间短；

(2)刀具重复定位精度高；

(3)足够的刀具储存量；

(4)刀库占用空间少。

2. 加工中心机械手换刀的工作原理

下面是以在螺栓数控铣床的自动换刀装置中采用这种上机械手换刀的工作原理。

该机械手安装在主轴的左侧面，随同主轴箱一起运动。机械手由机械手臂与45°的斜壳体组成。机械手臂1形状对称。固定在回转轴4上，回转轴与主轴成45°角，安装在壳体3上，5为手臂托，可由气压缸带动（图中未标出），机械手有伸缩、回转、抓刀、松刀等动作。

伸缩动作：气压缸（图中未标出）带动手臂托架5沿主轴轴向移动。

回转动作：气压缸2中的齿条轮通过齿轮带动回转轴4转动。从而实现手臂正向和反向180°的旋转运动。

抓刀、松刀动作：机械手对刀具的夹紧和松开是通过气压缸6。碟形弹簧7及拉杆8、杠杆9、活动爪10来实现。碟形弹簧实现夹紧，气压缸实现松开。在活动爪中有两个销子11，当夹紧刀具时，插入刀柄凸缘的孔内，确保安全、可靠。

2)

机械手的自动换刀过程的动作顺序

（a） （b） （c） （d）

图4-6 换刀机械手的换刀过程

自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。

选刀即刀库按照选刀命令（或信息）自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备，换刀即是机械手把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴之上。

换刀动作的大致过程为：

1)主轴箱回到最高处（z坐标零点），同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。

2)机械手抓住主轴和刀库上的刀具。

3)把卡紧在主轴和发库上的刀具松开

4)活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具

5)机械手回转180°，交换刀具位置，

6)将更换后的刀具装入主轴和刀库

7)分别夹紧主轴和刀库上的刀具

8)机械手松开主轴和刀库上的刀具

9)当机械手松开具后，限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其他程序动作。

3. cnc数控机床怎么换刀 数控机床对刀方法有哪些

cnc数控机床在加工过程中，当需要使用不同的刀具时，就需要进行刀具的更换。cnc数控机床的换刀方式主要有回转刀架换刀、更换主轴头换刀和带刀库的自动换刀装置。

回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置，常用于数控自动化机床。它可以通过设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式，安装四把、六把或更多的刀具，并按照数控装置的指令进行换刀。回转刀架必须具备良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。为了保证每次转位后的高重复定位精度，需要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。

更换主轴头换刀是带有旋转刀具的数控自动化机床的一种简单换刀方式。这种主轴头实际上就是一个转塔刀库，通常用转塔的转位来更换主轴头，实现自动换刀。转塔上的主轴预先安装有各工序所需的旋转刀具，当发出换刀指令时，主轴依次地转到加工位置，并接通主运动，使相应的主轴带动刀具旋转。

带刀库的自动换刀装置则通过刀库和换刀机构实现复杂零件的加工。这种装置具有较大的容量，可以安装在主轴箱的侧面或上方。自动换刀数控机床的主轴箱内只有一根主轴，主轴部件的刚度要高，以满足精密加工要求。

数控机床的对刀方法包括试切法、对刀仪对刀、ATC对刀和自动对刀。试切法根据位置检测装置不同分为相对式和绝对式。相对式试切法对刀中，可以采用直接测量、刀位点与定位块对齐后移开刀具至对刀尺寸、先光一刀测出工件尺寸等方法。绝对式试切法则需采用基准刀，通过直接或间接方法测出其他刀具的刀位点与基准刀之间的偏差，作为设定刀补值。

对刀仪对刀分为机内对刀仪对刀和机外对刀仪对刀。机内对刀仪对刀较多用于车削类数控机床，而机外对刀仪对刀则适用于镗铣类数控机床。对刀仪对刀需添置辅助设备，成本较高，但可以提高对刀精度和效率。

ATC对刀是在机床上利用对刀显微镜自动计算出刀具长度的方法。自动对刀则利用CNC装置的刀具检测功能，自动精确地测出刀具各个坐标方向的长度，并自动修正刀具补偿值，提高对刀精度和效率。

自动对刀亦称刀尖检口功能，是在加工中心上一次安装工件后，利用刀库中的多把刀具加工工件的多个表面。采用机外对刀仪对刀、ATC对刀和自动对刀等方法，可以提高对刀精度和效率。

4. 数控机床电动四方刀架自动换刀时的动作过程

自动换刀装置的形式

自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。

1．回转刀架换刀

数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。

图1为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。
回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：

(1)刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。

(2)刀架转位 当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60º。活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。

(3)刀架压紧 刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈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5脱开。

(4)转位液压缸复位 刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。

如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。
回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。

2．更换主轴头换刀

在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种简单换刀方式。主轴头通常有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具。当发出换刀指令时，各主轴头依次地转到加工位置，并接通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。

图2为卧式八轴转塔头。转塔头上径向分布着八根结构完全相同的主轴7，主轴的回转运动由齿轮12输入。当数控装置发出换刀指令时，先通过液压拨叉将移动齿轮3与齿轮12脱离啮合，同时在中心液压缸14的上腔通压力油。由于活塞杆和活塞15固定在底座上，因此中心液压缸14带着由两个推力轴承17和16支承的转塔刀架体18抬起，离合器2和1脱离啮合。然后压力油进入转位液压缸，推动活塞齿条，再经过中间齿轮使大齿轮4与转塔刀架体18一起回转45º，将下一工序的主轴转到工作位置。转位结束后，压力油进入中心液压缸14的下腔，使转塔头下降，离合器2和1重新啮合，实现了精确的定位。在压力油的作用下，转塔头被压紧，转位液压缸退回原位。最后，通过液压拨叉移动齿轮3，使它与新换上的主轴齿轮12相啮合。为了改善主轴结构的装配工艺性，整个主轴部件装在套筒5内，只要卸去螺钉10，就可以将整个部件抽出。主轴前轴承9采用锥孔双列圆柱滚子轴承，调整时，先卸下端盖6，然后拧紧螺母8，使内环做轴向移动，以便消除轴承的径向间隙。

图2 卧式八轴转塔头
1、2一离合器 3、4、12一齿轮 5一套筒 6一端盖 7一主轴 8一螺母
9、16、17一轴承 10一螺钉 1l一推动杆 13一操纵杆 14一液压缸 15一活塞 18一转塔刀架体
为了便于卸出主轴锥孔内的刀具，每根主轴都有操纵杆13，只要按压操纵杆，就能通过斜面推动杆11，顶出刀具。

转塔主轴头的转位、定位和压紧方式与鼠齿盘式分度工作台极为相似，但因为在转塔上分布着许多回转主轴部件，使结构更为复杂。

由于空间位置的限制，主轴部件的结构不可能设计得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的刚度，主轴数目必须加以限制，否则将会使结构尺寸大为增加。

转塔主轴头换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作。从而提高了换刀的可靠性，并显著地缩短了换刀时间。但由于上述结构上的原因，转塔主轴头通常只是用于工序较少、精度要求不太高的机床，例如数控钻床等。

3．带刀库的自动换刀系统

带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成。首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调整后，按一定的方式放入刀库中去。换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，在进行交换刀具之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外，并由搬运装置运送刀具。

与转塔主轴头相比较，由于带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分增强它的刚度，因而能满足精密加工的要求。另外，刀库可以存放数量很大的刀具，因而能够进行复杂零件的多工序加工，这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻床、数控铣床和数控镗床。

5. 数控加工中心刀库的形式有哪两种

一.盘式刀库
盘式刀库为最常用的一种形式，每一刀座均可放一把刀具。盘式刀库结构紧凑，简单。取刀也较为方便，因此应用范围广泛。由于圆盘尺寸受限制，刀库的容量较小。（通常装15-30把刀）
二链式刀
链式刀库结构比较灵活，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀的动作较为简单。当链条较长时，可以增加支承链轮的数目。使链条折叠回绕，提高了空间利用率。
在环形链条上装有许多刀座，刀座的孔中装夹各种刀具，链条由链轮驱动。链接式刀库适用于刀库容量较大的场合，且为多轴向取刀。
三、固定型格子盒式刀库。刀具分为直线排列，由纵横多向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换到位置刀座上，由于换刀机械手交换刀具。由于刀具排雷密集。因此空间利用率高、刀库容量大。
除了上述的三种刀库形式之外。还有直线式刀库、多盘式刀库。
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