164第九节机床刀架和自动换刀装置设计

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1、第九节机床刀架和自动换刀装置设计本节主要内容有：一、机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求二、机床刀架及其转位、定位机构设计三、自动换刀装置的工作原理和构成四、刀具编码和识别装置1一、机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求（一）机床刀架和自动换刀装置的功能机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电

2、（液）换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量储存刀具和自动交换刀具的功能。2（二）机床刀架和自动换刀装置的类型按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等。按驱动刀架转位的动力可分为手动转位刀架和自动（电动和液动）转位刀架。数控车床的自动换刀装置主要采用回转刀盘，刀盘上安装8-12把刀。有的数控车床采用两个刀盘，实行四坐标控制，少数数控车床也具有刀库形式的自动换刀装置。3图3-119a是一个刀架上的回转

3、盘，刀具与主轴中心平行安装，回转刀盘既有回转运动又有纵向进给运动（s纵）和横向进给运动（S横）。4图3-119b为刀盘中心线相对于主轴中心线倾斜的回转刀盘，刀盘上有6-8个刀位，每个刀位上可装两把刀具，分别加工外圆和内孔。5图3-119c是装有两个刀盘的数控车床，刀盘1的回转中心与主轴中心线平行，用于加工外圆；刀盘2的回转中心线与主轴中心线垂直，用以加工内表面。6图3-119d是安装有刀库的数控车床，刀库可以是回转式或链式，通过机械手交换刀具。7图3-119e是带鼓轮式刀库的车削中心，图中3为回转刀盘

4、，上面装有多把刀具，4是鼓轮式刀库，其上可装6-8把刀，5是机械手，可将刀库中的刀具换到刀具转轴6上去，6可由电动机驱动回转进行铣削加工，7为回转头，可交换采用回转刀盘3和刀具转轴6，轮番进行加工。8因为加工中心有立式、卧式、龙门式等几种，所以这些机床上的刀库和换刀装置也各式各样。加工中心上刀库类型有：鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线刀库等。如下图所示。9鼓轮式刀库10鼓轮式刀库1112换刀机械手分为单臂单手式、单臂双手式和双手式机械手。单臂单手式结构简单，换刀时间较长。适用于刀具主轴与刀库刀

5、座轴线平行、刀库刀座轴线与主轴轴线平行以及刀库刀座轴线与主轴轴线垂直的场合。单臂双手式机械手可同时抓住主轴和刀库中的刀具，并进行拔出、插入，换刀时间短，广泛应用于加工中心上的刀库刀座轴线与主轴轴线相平行的场合。双手式机械手，结构较复杂，换刀时间短，这种机械手除完成拔刀、插刀外，还起运输刀具的作用。13单臂单手式14单臂双手式15双手式机械手16（三）机床刀架自动换刀装置应满足的要求l）满足工艺过程所提出的要求。2）刀具交换前后都能处于正确位置。3）刀架、刀库、换刀机械手都应具有足够的刚度。4）可靠性高

6、。5）刀架和自动换刀装置的换刀时间应尽可能缩短。6）操作方便和安全。17二、机床刀架及其转位、定位机构设计（一）机床上的刀架刀架是机床的重要组成部分，用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构与性能体现了机床的设计制造技术水平。18图3-122是卧式车床的四方刀架。逆时针转动手柄1，通过销子2带动轴套3、4和端面凸轮5回转，抬起定位销7，继续逆时针转动手柄1，销子8带动四方刀架转位。转位后靠弹簧10将钢球9压在刀架座的圆锥孔内，实现方刀架粗定位。然后，

7、顺时针方向转动手柄1，端面凸轮被复位，定位销7在弹簧6的作用下，重新插入另一定位孔内完成精定位。继续转动手柄1，依靠螺纹夹紧刀架。1920卧式车床刀架只能装四把刀，加上尾座也最多装五把刀。而有些零件加工表面很多，需要更多的刀具才能完成。因而出现了将尾座去掉，在此位置上安装能纵向移动的多工位转塔刀具，这样在转塔上可装六把刀具，加上前刀架、后刀架，可使刀具增加到10把以上，形成转塔车床。21半自动转塔车床的转塔刀架装配图22经济型数控车床采用的自动转位刀架231、电动机2、联轴器3、蜗杆轴4、蜗轮丝杠5、

8、刀架底座6、粗定位盘7、刀架体8、球头销9、转位套10、电刷座11、发信体12、螺母13、14电刷15、粗定位销WZD4数控车床方刀架结构241、电动机2、联轴器3、蜗杆轴4、蜗轮丝杠5、刀架底座6、粗定位盘7、刀架体8、球头销9、转位套10、电刷座11、发信体12、螺母13、14电刷15、粗定位销WZD4树控车床方刀架结构25随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新，但大体分为排刀式刀架和转塔式刀架两大类。排刀式刀架一般用于小规格数控车床，以加