第五章自动换刀装置的结构与维护

数控机床结构与维护数控机床结构与维护主讲：韩鸿鸾数控机床结构与维护第五章自动换刀装置的结构与维护为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床和向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展。数控机床结构与维护第一节刀架换刀装置的结构与维护【学习目标】掌握常用刀架的工作原理能看懂常用刀架的装配图能看懂刀架的电气图会对常用刀架进行维护与保养数控机床结构与维护【学习内容】一、经济型方刀架1、刀架的结构经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样：有四个刀位，能装夹四把不同功能的刀具，方刀架回转900时，刀具交换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制。数控机床结构与维护图6—3方刀架工作原理图数控机床结构与维护图6—5四工位立式回转刀架的电路控制图M2—刀架电动机KM3、KM4—刀架电动机正、反转控制交流接触器QF3—刀架电动机带过载保护的电源断路器KA3、KA4—刀架电动机正、反转控制中间继电器RC3—三相灭弧器RC6、RC—单相灭弧器2、刀架的电气控制数控机床结构与维护图6—6四工位立式回转刀架的PMC系统控制的输入及输出回路图PMC输入信号：X1.0～X1.3—1～4号刀到位信号输入X10.6—手动刀位选择按钮信号输入PMC输出信号：Y1.5—刀架正转继电器控制输出Y1.6—刀架反转继电器控制输出SBl2—手动换刀启动按钮SQ1～sQ4—刀位检测霍尔开关数控机床结构与维护3、工作原理(1)刀架抬起该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。数控系统发出换刀指令发出后，PMC控制输出正转信号Y1.5，刀架电动机正转控制继电器KA3吸合，刀架电动机正转控制接触器KM3吸合，小型电动机1起动正转，通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮4转动。蜗轮的上部外圆柱加工有外螺纹，所以该零件称蜗轮丝杠。刀架体7内孔加工有内螺纹，与蜗轮丝杠旋合。蜗轮丝杠内孔与刀架中心轴外圆是滑配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝杠环绕中心轴旋转。当蜗轮开始转动时，由于在刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态，且蜗轮丝杠轴向固定，这时刀架体7抬起。当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开。转位套9用销钉与蜗轮丝杠4联接，随蜗轮丝杠一同转动。数控机床结构与维护(2)刀架转位当端面齿完全脱开，转位套正好转过1600(如图A—A剖示所示)，蜗轮丝杠4前端的转位套9上的销孔正好对准球头销8的位置(图6—3b)。球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位，进行换刀。(3)刀架定位刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，PMC释放正转信号Y1.5，KA3、KM3断电，输出反转信号Y1.6，刀架电动机反转控制继电器KA4吸合，刀架电动机反转控制接触器KM4吸合，刀架电动机反转，定位销15在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合，实现精确定位。数控机床结构与维护(4)刀夹锁紧图6—8霍尔集成元件的应用l—罩壳；2—定轴；3—霍尔集成电路；4—磁钢；5—刀台；6—刀架座数控装置发出换刀信号→刀架电动机正转使锁紧装置松开且刀架旋转→检测刀位信号→刀架电动机反转定位并夹紧→延时→换刀动作结束。数控机床结构与维护二、回转刀架1.刀盘松开液压缸1右腔进油，活塞推动刀架中心轴2将刀盘3左移，使齿盘4、5脱开啮合，松开刀盘。2.刀盘转位齿盘脱开啮合后，液压马达带动转位凸轮6转动。凸轮每转一周拨过一个柱销8，通过回转盘7便带动中心轴及刀盘转1/n周(n为拨销数)，直至刀盘转到指定的位置，液压马达刹车，完成转位。3.刀盘定位与夹紧刀盘转位结束后，液压缸1左腔进油，活塞将刀架中心轴2和刀盘拉回，齿盘重新啮合，液压缸1左腔仍保持一定压力将刀盘夹紧。数控机床结构与维护三、动力刀架其刀盘上安装动力刀夹进行主动切削，可加工工件端面或圆柱面上与工件不同心的表面。动力刀架还可配合主轴完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，扩展车削中心的工艺范围。动力刀架的刀盘上也可安装非动力刀夹，夹持刀具进行一般的车削加工。图6—9液压驱动转塔式回转刀架数控机床结构与维护四、刀架的维护1)每次上下班清扫散落在刀架表面上的灰尘和切屑。2)及时清理刀架体上的异物，防止其进入刀架内部，保证刀架换位的顺畅无阻，3)严禁超负荷使用。4)严禁撞击、挤压通往刀架的连线。5)减少刀架被间断撞击（断续切削）的机会，保持良好操作习惯，严防刀架与卡盘、尾座等部件的碰撞。6)保持刀架的润滑良好，定期检查刀架内部润滑情况数控机床结构与维护7)尽可能减少腐蚀性液体的喷溅，无法避免时，下班后应及时擦拭涂油。8)注意刀架预紧力的大小要调节适度。9)经常检查并紧固连线、传感器元件盘（发信盘）、磁铁，注意发讯盘螺母联接紧固，如松动易引起刀架的越位过冲或转不到位。10)定期检查刀架内部机械配合是否松动，否则容易造成刀架不能正常夹紧故障。11)定期检查刀架内部后靠定位销、弹簧、后靠棘轮等是否起作用，以免造成机械卡死。数控机床结构与维护第二节刀库无机械手换刀的结构与维护【学习目标】掌握加工中心的自动换刀装置的种类掌握斗笠式刀库的结构与电气控制方式会对斗笠式刀库进行维护与保养数控机床结构与维护【学习内容】一、加工中心的自动换刀装置1、转塔式换刀方式转塔由若干与铣床动力头相连接的主轴组成。在运行程序之前将刀具分别装入主轴，需要哪把刀具时，转塔就转到相应的位置。图6—13转塔式换刀装置数控机床结构与维护2、180°回转式换刀装置图6—14180°回转式换刀装置接到换刀指令后，机床控制系统便将主轴控制到指定换刀位置；与此同时，刀具库运动到适当位置，换刀装置回转并同时与主轴、刀具库的刀具相配合；拉杆从主轴刀具上卸掉，换刀装置将刀具从各自的位置上取下；换刀装置回转180°，并将主轴刀具与刀具库刀具带走；换刀装置回转的同时，刀具库重新调整其位置，以接受从主轴取下的刀具；接下来，换刀装置将要换上的刀具与卸下的刀具分别装入主轴和刀具库；最后，换刀装置转回原“待命”位置。至此，换刀完成，程序继续运行。数控机床结构与维护3、回转插入式换刀装置图6—15回转插入式换刀装置当接到换刀指令时，主轴移至换刀点，刀具库转到适当位置，使换刀装置从其槽内取出欲换上的刀具；换刀装置转动并从位于机床一侧的刀具库中取出刀具，换刀装置回转至机床的前方，在该位置将主轴上的刀具取下，回转180°，将欲换上的刀具装入主轴；与此同时，刀具库移至适当位置以接受从主轴取下的刀具；换刀装置转到机床的一侧，并将从主轴取下的刀具放入刀具库的槽内。数控机床结构与维护4、回转插入式换刀装置接到换刀指令，换刀机构从“等待”位置开始运动，夹紧主轴上的刀具并将其取下，转至刀具库，并将刀具放回刀具库；从刀具库中取出欲换上的刀具，转向主轴，并将刀具装入主轴；然后返回“等待”位置，换刀完成。图6—16二轴转动式换刀装置数控机床结构与维护5、回转插入式换刀装置(1)圆盘式刀库换刀图6—17换刀过程换刀时，主轴移动到换刀位置，圆盘式刀具库转至所需刀槽的位置，将刀具从“等待”位置移出至换刀位置，并与装在主轴内的刀夹配合；拉杆从刀夹中退出，刀具库前移，卸下刀具；然后刀具库转到所需刀具对准主轴的位置，向后运动，将刀具插入主轴并固紧；最后，刀具库离开主轴向上移动，回到“等待”位置，换刀完成。数控机床结构与维护(2)斗笠式刀库换刀图6—18刀库移动—主轴升降式换刀过程数控机床结构与维护二、斗笠式刀库的结构图6—19斗笠式刀库传动示意图1—刀柄2—刀柄卡簧3—槽轮套4，5—接近开关6—转位电动机7—碟形弹簧8—电动机支架9—刀库转轴10—马氏槽轮11—刀盘12—杠杆13—支架14—刀库导轨15，20—带轮16—接近开关17—带轮轴18—刀库架19—刀库移动电动机21—传动带数控机床结构与维护图6—20斗笠式刀库示意图1—刀盘2—分度轮3—导轨滑座(和刀盘固定)4—气缸(缸体固定在机架上，活塞与导轨滑座连接)5—刀盘电动机6—机架(固定在机床立柱上)7—圆柱滚动导轨8—刀夹9—主轴箱10—定向键11—弹簧12—销轴数控机床结构与维护表6—2斗笠式刀库各零部件的名称和作用名称图示作用刀库防护罩防护罩起保护转塔和转塔内刀具的作用，防止加工时铁屑直接从侧面飞进刀库，影响转塔转动刀库转塔电动机主要是用于转动刀库转塔数控机床结构与维护名称图示作用刀库导轨由两圆管组成，用于刀库转塔的支承和移动气缸用于推动和拉动刀库，执行换刀刀库转塔用于装夹备用刀具数控机床结构与维护三、斗笠式刀库的电气控制1、控制电路说明图6—21电源配置数控机床结构与维护图6—22刀库转盘电机强电电路数控机床结构与维护图6—23刀库转盘电机正反转控制电路数控机床结构与维护图6—24刀库输入信号数控机床结构与维护图6—25刀库输出信号数控机床结构与维护图6—26换刀控制电路和主电路数控机床结构与维护图6—27圆盘式自动换刀控制中检测开关位置示意图图6—28换刀控制中的输入/输出信号数控机床结构与维护2、换刀过程1)系统首先按最短路径判断刀库旋转方向，然后令I／O输出端YOA或YOB为“1”，即令刀库旋转，将刀盘上接受刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置，同时执行Z轴定位和执行M19主轴准停指令。2)待Z轴定位完毕，行程开关SQl0被压下，且完成“主轴准停”，PLC程序令输出端YOC为“1”，图6—26(a)中的KA5继电器线圈得电，电磁阀YV1线圈得电，从而使刀库进入到主轴下方的换刀位置，夹住主轴中的刀柄。此时，SQ6被压下，刀库进入检测信号有效。数控机床结构与维护3)PLC令输出端YOD为“1”，KA6继电器线圈得电，使电磁阀YV2、YV3线圈通电，从而使汽缸动作，令主轴中刀具放松，同时进行主轴锥孔吹气。此时SQ9被压下，使I／O输入端X36信号有效。4)PLC令主轴上移直至刀具彻底脱离主轴(一般Z轴上移到参考点位置)。5)PLC按最短路径判断出刀库的旋转方向，令输出端YOA或YOB有效，使刀盘中目标刀具转到换刀位置。刀盘每转过一个刀位，SQ5开关被压一次，其信号的上升沿作为刀位计数的信号。6)Z轴下移至换刀位置，压下SQ10，令输入端X37信号有效。数控机床结构与维护8)待SQ8开关被压下后，PLC令I／0输出端Y0C为“0”，KA5线圈失电，电磁阀YV1线圈失电，汽缸活塞回退，使刀库退回至其初始位置，待SQ7被压下，表明整个换刀过程结束。7)PLC令I／O输出端Y0D信号为“0”，使KA6继电器线圈失电，电磁阀YV2、YV3线圈失电，从而使汽缸回退，夹紧刀具。数控机床结构与维护四、斗笠式刀库的调整1、刀厍换刀位置的调整图6—29刀库与主轴箱的相对位置调整1)先将主轴箱升到最高位置，在MDI方式下执行G91G2820，使Z轴回到第一参考点位置(换刀准备位置)；把刀库移动到换刀位置，此时刀库汽缸活塞杆推出到最前位置。松开活塞杆上的背母，旋转活塞杆，此时活塞杆与固定在刀库上的关节轴承之间的相对位置将发生变化，从而改变刀库与主轴箱的相对位置数控机床结构与维护图6—30换刀刀位相对于主轴箱的位置调整在刀库的上部靠前位置，有两个调整螺钉，松开背母，旋转两个调整螺钉，可使刀库的刀盘绕刀库中心旋转，从而可改变换刀刀位相对于主轴箱的位置。数控机床结构与维护2、主轴准停调整1)在MDI状态下，执行M19或者在JOG方式下按主轴定向键。2)把刀柄(无拉钉)装到刀库上，再把刀库摆到换刀位置。3)利用手轮把Z轴摇下，观察主轴端面键是否对正刀柄键槽，如果没有对正，利用手轮把Z轴慢慢升起，图6—32Z轴换刀位置的调整数控机床结构与维护3、Z轴换刀位置调整方法是采用标准刀柄测主轴松刀和抓刀时刀柄的位移量△K，要求△K=O.79土O.04。主轴向下移动，抓住标准刀柄并夹紧后，用量规和塞尺测量主轴下端面与刀环上端面的距离△G，然后来确定主轴箱换刀的位置坐标Ztc。数控机床