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1、自动化制造系统,主要内容,第一节 刀具的自动装夹第二节 自动化换刀系统第三节 排屑自动化练习与思考,第五章 刀具自动化,什么是刀具自动化？就是加工设备在切削过程中自动完成选刀、换刀、对刀、走刀等工作过程。,第一节 刀具的自动装夹一、自动化刀具结构 1.自动化刀具的特点 切削性能必须稳定可靠，具有高的耐用度和可靠性；刀具应能可靠地断屑或卷屑；刀具应具有较高的精度；具有保证其能快速或自动更换和调整的结构。,2.自动化刀具的结构,类型通常分为标准刀具和专用刀具两大类。标准刀具又包含通用标准刀具、刀具标准组合件（图5-1）和模块式刀具等三种形式。种类有可转位车刀、高速钢麻花钻、机夹扁钻、扩孔钻、铰刀、
2、镗刀、立铣刀、面铣刀、丝锥和各种复合刀具等。,刀体,刀柄,夹紧,松开,2.自动化刀具的类型及选用,类型 通常分为标准刀具和专用刀具两大类。,在以数控机床、加工中心为主体具有较强柔性的自动化加工系统，尽量少用专用刀具，多选用通用标准刀具、组合刀具或模块式刀具。,在刚性自动线中多使用专用刀具，以提高刀具的专用化程度。,种类 有可转位车刀、高速钢麻花钻、机夹扁钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、立铣刀、面铣刀、丝锥和各种复合刀具等。,选用原则 1）为了提高刀具的耐用度和可靠性，应尽量选用各种高性能、高效率、长寿命的刀具材料制成的刀具。2）应选用机夹可转位刀具的结构。如图5-2。3）为了集中工序，提高生产率及保证
3、加工精度，应尽可能采用复合刀具。4）应尽量采用各种高效刀具。,a)可转位面铣刀 b)可转位立铣刀图52 可转位刀具结构,图54 侧铣和面铣复合加工刀具,图55 钻镗复合的加工刀具,二、自动化刀具装夹机构,工具系统类型主要有镗铣类数控机床用工具系统（简称“TSG”系统）和车床类数控机床用工具系统（简称“BTS”系统）两大类。组成主要由刀具的柄部（刀柄）、接杆（接柄）和夹头等部分组成。模块式工具系统是把工具的柄部和工作部分分割开来，制成各种系列化的模块，然后经过不同规格的中间模块，可组装成一套套不同规格的工具。,1工具系统的分类,刀具预调,图56 模块式工具系统的结构,2自动化刀具刀柄和机床主轴的
4、联接,自动化加工设备的刀具和机床的联接，必须要由与机床主轴孔相适应的工具柄部、与工具柄部相联接的工具装夹部分和各种刀具部分来实现。,图57 BT刀柄,a)HSK刀柄 b)松刀 c)夹紧图58 HSK刀柄及其内部结构示意图,a)BIGPLUS刀柄 b)结构示意图 图59 BIGPLUS刀柄及其结构示意图,3自动化刀具和刀柄的联接,刀柄对刀具的夹持力的大小和夹持精度的高低，在自动化加工中具有十分重要的地位。,图510 弹簧夹头,图511 热缩夹头,a)夹紧原理 b)Hydrogrip液压夹紧的面铣刀图512 液压夹头,第二节 自动化换刀系统,为了缩短非切削加工时间，进一步提高加工效率，20世纪60
5、年代末出现了储有各种类型刀具的刀库、并具有自动换刀功能，使工件一次装夹就能自动顺序完成各种不同工序加工的数控机床，即加工中心机床。能够自动地更换加工中所用刀具的装置称为自动换刀装置（Automatic Tool Changer，简称ATC）。目前，自动换刀装置已广泛地使用于加工中心及其它一些数控机床。,一、换刀装置的类型和特点,1.主轴与刀库合为一体的自动换刀装置 特点：结构较为简单，换刀时间短，换刀可靠性高。结构：图513 2.主轴与刀库分离的自动换刀装置 组成：由刀库、刀具交换装置以及主轴等。特点：存放的刀具数量多，换刀的部件动作必须准确协调，主轴刚度较高，刀库与加工区分离，消除许多不必要
6、的干扰。,图513 更换主轴换刀,二、刀库,自动换刀系统一般由刀库、自动换刀装置、刀具传送装置、识刀装置等几个部分组成。刀库的功能是贮存 各种加工工序所需的 刀具，并按程序指令，快速、准确地将刀库 中的空刀位和待用刀 具送到预定位置。1.刀库类型 常用刀库有盘式刀库、链式刀库和格子式刀库。,图514 刀库a)、b)、c)、d)、e)、f)盘式刀库 g)、h)、i)、j)链式刀库 k)格子式刀库,2.刀具的选择方式,自动选刀根据数控系统的选择指令，从刀库中将各工序所需的刀具转换到取刀位置。自动选刀方式的种类：顺序选刀方式 将所需刀具严格按工序先后依次插放在刀库中，使用时按加工顺序指令一一取用。任
7、意选择方式 这种方式根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具，刀具在刀库中可以不按加工顺序而任意存放，利用控制系统来识别、记忆所有的刀具和刀座。,3.刀具运送装置,后机械手，靠近刀库，完成拔刀和插刀的动作；前机械手，靠近主轴，也完成拔刀和插刀的动作。4.刀具的识别 刀具的识别是指自动换刀装置对刀具的识别，通常可采用刀具编码法和软件记忆法。,用于刀具在机床主轴和刀库之间的运送,软件记忆法 该方法的工作原理是将刀库上的每一个刀座进行编号，得到每一刀座的“地址”。将刀库中的每一个刀具再编一个刀具号，然后在控制系统内部建立一个刀具刀座数据对应表，通过检测装置进行识别。,刀具编码法,图515 刀具编码法1
8、刀柄 2接触式识别装置 3触针（销）4数码环,三、自动化换刀机构,1回转刀架形式它的一般有立轴式和卧轴式。特点：定位可靠、重复定位精度高、分度准确、转位速度快、夹紧刚性好，能保证数控车床的高精度和高效率。,a)径向装刀 b)轴向装刀图516 圆盘式回转刀架,2.更换主轴头换刀,简单易行，但换刀时间较长，且要占用机床工时。3.利用机械手换刀特点：灵活性大、换刀时间短，应用最为广泛。形式：分为单臂式机械手和双臂式机械手。,a)勾手 b)抱手 c）伸缩手 d）叉手图517 双臂式机械手,主轴换刀,90度旋转换刀,伞形刀库主轴换刀,直线换刀,几种换刀的方式：,换刀机械手,数控车床换刀,机械手模拟换刀,
9、第三节 排屑自动化,一、切屑形成原理切屑是在金属切削过程中切削层受到刀具前刀面的挤压后，产生以剪切滑移为主的塑性变形而形成的。,图518 切屑形成过程,切削变形过程,紫铜切削,二、排屑装置类型,确定排屑方法的因素取决于切屑的形状、工件的安装方法、工件的材质、加工工艺方法、机床类型及其附属装置的布局等 排屑方法可采用依靠重力或刀具回转离心力将切屑甩出、用压缩空气吹屑、用真空吸屑等方法。装置类型：带式排屑装置 刮板式排屑装置 螺旋排屑装置自动线的集中排屑装置一般设置在机床底座下的地沟中。,1.带式排屑装置特点：适用于在铸铁工件上进行孔加工工序，输送切屑量不宜大于25m3/h，不适宜加工钢件或铣削铸
10、铁工件，同时也不宜在采用切削液的条件下使用。,图519 带式排屑装置1皮带 2主动轮 3容屑坑 4上支承滚子 5下支承滚子 6电动机 7减速器,2.刮板式排屑装置特点：这种铺设在地沟里的链条板式排屑装置，不适用于运送加工钢件时获得的带状切屑。,图520 刮板式排屑装置1刮板 2封闭式链条 3支承 4上支承 5、6链轮 7深坑,3.螺旋排屑装置特点：设置在机床中间底座内，可用于各种切屑，特别适用于钢屑，输送切屑量小于8 m3/h。,图521 螺旋排屑装置1减速器 2万向接头 3螺旋器,刮板式排屑机,螺旋式排屑机,三、切屑及切削液处理装置,为什么要对切削液进行处理？切削液在切削加工中起着不可缺少的
11、作用，但也对环境造成了一定的污染。为了减少它的不良影响，一方面可采用干切削或准干切削等先进加工方法来减少切削液的使用量，另一方面要加强对它的净化处理，以便进行回收利用，减少切削液的排放量。,切削液的净化处理将它在工作中带入的碎屑、砂轮粉末等杂质及时清除。常用的方法有过滤法和分离法。过滤法是使用多孔材料制成过滤器，以除去在工作中切削液产生的杂质。分离法是应用重力沉淀、惯性分离、磁性分离、涡旋分离等装置，除去污液中的杂质。,1.带刮板式排屑装置的处理装置特点：适用于用冷却液冲洗切屑而在自动线上不使用任何排屑装置的场合。,图522 带刮板式排屑装置的处理装置1输屑装置 2斜槽 3泵 4吸管 5隔板 6挡板 7、8液室,2.负压式纸带过滤装置特点：不需用专门的真空泵就能自然形成负压，是一种较好的切削液过滤净化装置。,图523 负压式纸带过滤装置1液压泵 2阀 3贮液箱 4传动装置 5集渣箱6真空室（负压室）7过滤箱 8污液入口 9过滤纸,切屑处理,休闲时刻,德国人是怎么铺铁路的？,世界上最小的V12引擎！,
