刀具自動化12刀具作為機械工藝裝備的重要組成部分之一,刀具的自動化程度將影響整個機械制造系統的先進性。。刀具自動化:是加工設備在切削過程中自動完成選刀、換刀、對刀、走刀等工作過程。。第一節刀具的自動裝夾第二節自動化換刀系統第三節排屑自動化一、刀具的自動裝夾3自動化刀具的類型及選用類型:分為標準刀具和專用刀具兩大類。標準刀具—又包含通用標準刀具、刀具標準組合件（圖5-1）和模塊式刀具等三種形式。。圖5—1新型組合車刀組合成刀具組合車刀的優點a刀體可穩固的固定在刀柄底部的支撐面上；b刀頭伸出長度短,提高其剛度；c能和其它刀具夾頭相配、實現刀具自動更換一、刀具的自動裝夾4自動化刀具的類型及選用選用:在以自動生產線為代表的剛性自動化生產中,應盡可能提高刀具的專用化程度,以取得最佳的效益。在以數控機床、加工中心為主體構成的柔性自動化加工系統中,為了提高加工的適應性,同時考慮到加工設備的刀庫容量有限,應盡量減少使用專用刀具,而選用通用標準刀具、刀具標準組合件或模塊式刀具。一、刀具的自動裝夾5自動化刀具的類型及選用選用刀具的原則:1）為了提高刀具的耐用度和可靠性,應盡量選用各種高性能、高效率、長壽命的刀具材料制成的刀具； 2）應選用機夾可轉位刀具的結構；3）帶沉孔、帶后角刀片的刀具可優先作為自動化加工刀具； 4）為了集中工序,提高生產率及保證加工精度,應盡可能采用復合刀具。一、刀具的自動裝夾6自動化刀具的類型及選用可轉位刀具:a)可轉位面銑刀b)可轉位立銑刀圖5—2可轉位刀具結構將帶有若干個切削刃口及具有一定幾何參數的多邊形刀片,用機械夾固方法加緊在刀體上的一種刀具。當在使用過程中一個切削刃磨鈍了后,只要將刀片的夾緊松開,轉位或更換刀片,使新的切削刃進入工作位置,再經夾緊就可以繼續使用。。特點:切削刃多，效率高。。一、刀具的自動裝夾7自動化刀具的類型及選用帶沉孔、帶后刀角刀片的刀具:斷屑可靠、切屑流出不受阻礙。圖5—3帶沉孔帶后角刀片的鉆頭9、要學生做的事，教職員躬親共做；要學生學的知識，教職員躬親共學；要學生守的規則，教職員躬親共守。24.7.724.7.7Sunday,July07,202410、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。2:35:072:35:072:357/7/20242:35:07AM11、一個好的教師，是一個懂得心理學和教育學的人。24.7.72:35:072:35Jul-247-Jul-2412、要記住，你不僅是教課的教師，也是學生的教育者，生活的導師和道德的引路人。2:35:072:35:072:35Sunday,July07,202413、Hewhoseizetherightmoment,istherightman.誰把握機遇，誰就心想事成。24.7.724.7.72:35:072:35:07July7,202414、誰要是自己還沒有發展培養和教育好，他就不能發展培養和教育別人。2024年7月7日星期日上午2時35分7秒2:35:0724.7.715、一年之計，莫如樹谷；十年之計，莫如樹木；終身之計，莫如樹人。2024年7月上午2時35分24.7.72:35July7,202416.提出一個問題往往比解決一個更重要。因為解決問題也許僅是一個數學上或實驗上的技能而已，而提出新的問題，卻需要有創造性的想像力，而且標志著科學的真正進步。2024年7月7日星期日2時35分7秒2:35:077July202417、兒童是中心，教育的措施便圍繞他們而組織起來。上午2時35分7秒上午2時35分2:35:0724.7.71、Geniusonlymeanshard-workingallone'slife.(Mendeleyer,RussianChemist)

天才只意味著終身不懈的努力。21.5.265.26.202108:3008:30:57May-2108:302、Ourdestinyoffersnotonlythecupofdespair,butthechaliceofopportunity.(RichardNixon,AmericanPresident)命運給予我們的不是失望之酒，而是機會之杯。二〇二一年五月二十六日2021年5月26日星期三3、Patienceisbitter,butitsfruitissweet.(JeanJacquesRousseau,Frenchthinker)忍耐是痛苦的，但它的果實是甜蜜的。08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.20214、Allthatyoudo,dowithyourmight;thingsdonebyhalvesareneverdoneright.----R.H.Stoddard,Americanpoet做一切事都應盡力而為，半途而廢永遠不行5.26.20215.26.202108:3008:3008:30:5708:30:575、Youhavetobelieveinyourself.That'sthesecretofsuccess.----CharlesChaplin人必須相信自己，這是成功的秘訣。-Wednesday,May26,2021May21Wednesday,May26,20215/26/2021

一、刀具的自動裝夾9自動化刀具的類型及選用復合刀具:多個工序的刀具（同類或不同類）組合到一把刀上，可以同時加工（一次成型）或按先后順序加工兩個或兩個以上的表面，也可以完成一個表面的多道工步或多道工序加工。。圖5—4側銑和面銑復合加工刀具

圖5—5鉆鏜復合的加工刀具

減少換刀次數,加工效率高10自動化刀具的裝夾機構作用:充分發揮自動化加工設備應有的效率，實現快速自動換刀。方法:必須要配備一套標準的裝夾機構，建立一套標準的工具系統。工具系統:是刀具與機床的接口，并力求刀具的刀柄與接桿實現標準化、系列化、通用化。

實現刀具與機床的連接刀柄:刀具與機床的連接接桿:刀柄與夾頭的連接工具系統由刀柄、接桿和夾頭組成。11自動化刀具的裝夾機構工具系統的分類:鏜銑類數控機床用工具系統（簡稱”TSG”系統）車床類數控機床用工具系統（簡稱“BTS”系統）它們都是由與機床主軸孔相適應的工具柄部（刀柄）、與工具柄部相聯接的工具裝夾部分（接桿）和各種刀具部分組成（夾頭）12自動化刀具的裝夾機構數控工具系統的結構形式:整體式、模塊式主要看刀柄與工作部分是否分開的不同品種和規格的工作部分都必須加工出一個能與機床連接的柄部,使得工具品種繁多、管理不便刀柄與各種工作部分組裝成不同規格的工具,以最少的工具庫滿足不同零件加工要求。。13自動化刀具的裝夾機構工具系統的結構形式:整體式、模塊式14刀柄與機床主軸連接自動化加工設備的刀具和機床的聯接,必須要由與機床主軸孔相適應的工具柄部、與工具柄部相聯接的工具裝夾部分和各種刀具部分來實現。刀柄與刀具相連15刀柄與機床主軸連接BT刀柄（日本標準）:錐度7:24，僅依靠錐面（單面）定位，通過拉釘和主軸內的拉刀裝置固定在主軸上。。優點一,不自鎖,拆卸方便優點二,只需將錐角加工到高精度即可保證配合定心精度高,成本較低,使用可靠。。缺點,在高速旋轉時定位精度降低,運行不穩定。。實心長刀柄,重量大16刀柄與機床主軸連接為了克服BT刀柄僅靠單面定位導致的不利因素,宜采用雙面約束過定位——除了刀柄錐面定位,還增加端面定位。。HSK刀柄（德國標準）BIG-PLUS刀柄（日本標準）高速切削刀柄HSK刀柄采用了錐度1:10的空心短錐柄結構,在拉緊力的作用下,中空刀柄彈性變形,實現錐面（徑向）和法蘭端面（軸向）雙面定位。。BIG-PLUS刀柄是錐度為7:24的雙面定位刀柄。通過拉桿與拉釘,使主軸錐孔彈性擴張,實現雙面定位。。17刀柄與刀具連接高速切削的刀柄和刀具的連接方式主要有高精度彈簧夾頭、熱縮夾頭、高精度液壓膨脹夾頭。圖5—10彈簧夾頭采用具有一定錐度的錐套（彈簧夾頭）作為夾緊單元,利用拉桿或螺母使套錐內徑縮小而夾緊刀具。。18刀柄與刀具連接高速切削的刀柄和刀具的連接方式主要有高精度彈簧夾頭、熱縮夾頭、高精度液壓膨脹夾頭。利用夾頭熱脹冷縮的物理原理夾緊刀具,結構簡單,夾緊力大,動平衡度和回轉精度高。。圖5—11熱縮夾頭19刀柄與刀具連接高速切削的刀柄和刀具的連接方式主要有高精度彈簧夾頭、熱縮夾頭、高精度液壓膨脹夾頭。液壓夾頭1擰活塞夾緊螺釘3套筒內孔收縮夾緊刀具2套筒腔內壓力增加二、自動化換刀系統20一、換刀裝置（ATC）的類型和組成1.主軸與刀庫合為一體的自動換刀裝置2.主軸與刀庫分離的自動換刀裝置二、刀庫 1.刀庫類型2.刀具的選擇方式3.刀具運送裝置4.刀具的識別三、自動化換刀機構1.回轉刀架 2.通過主軸換刀 3.利用機械手換刀

自動換刀系統一般由刀庫、自動換刀裝置、刀具傳送裝置、刀具識別裝置等部分組成。21自動換刀裝置的類型與特點:1.主軸與刀庫合為一體的自動換刀裝置 ———(多主軸轉塔頭式換刀裝置)若干根主軸（6~8）安裝在一個可以轉動的轉塔頭上,每根主軸對應裝有一把可以旋轉的刀具。根據加工要求可以依次將裝有所需刀具的主軸轉到加工位置,實現自動換刀,接通主運動,主軸帶動刀具旋轉。（更換主軸換刀）特點:1.機床結構簡單；2.刀具數量受主軸根數的限制，受空間位置的限制，主軸數目不能太多；3換刀時省去了刀具在刀庫與主軸間的交換動作，換刀時間短。只適用與工序較少，精度要求不太高的數控機床，如數控鉆床、數控銑床等。。轉塔頭即為刀庫轉塔頭也可與另外的刀庫配合,為轉塔頭提供更多種類的刀具22自動換刀裝置的類型與特點:1.主軸與刀庫合為一體的自動換刀裝置 ———(多主軸轉塔頭式換刀裝置)與轉塔車床中轉塔刀架的區別？（刀庫？主軸？）23自動換刀裝置的類型與特點:2.主軸與刀庫分離的自動換刀裝置 ———(帶刀庫的自動換刀裝置)組成:刀庫、刀具交換裝置以及主軸等組成。只有一根主軸，全部刀具都應具有統一的標準刀柄，由主軸上的刀具自動裝卸機構來保證刀具的自動更換；配備有獨立的刀庫，存放較多的刀具，以適應復雜零件的多工序加工；當需要某一刀具進行切削加工時，將該刀具自動從刀庫交換到主軸上，切削完畢后又將用過的刀具自動地從主軸上取下放回刀庫24刀庫:

刀庫是自動換刀系統中最主要的裝置之一功能:貯存各種加工工序所需的刀具；按程序指令，快速、準確地將刀庫中的空刀位和待用刀具送到預定位置；接受主軸換下的刀具和便于刀具交換裝置進行換刀。刀庫的容量、布局以及具體結構對數控機床的總體布局和性能有很大影響。25刀庫:

刀庫的種類:盤式、鏈式、格子式盤式刀庫裝刀容量相對較小,主要適用于小型加工中心；盤式刀庫結構簡單、緊湊,在鉆削中心上應用較多；有徑向取刀式和軸向取刀式。。軸向徑向斜向刀具能翻轉90°,簡化取刀動作

各種鏈式刀庫a）單環鏈式（b）多環鏈式（c）折疊鏈式26刀庫:

刀庫的種類:盤式、鏈式、格子式鏈式刀庫裝刀容量大,一般在1～100把刀具,主要適用于大中型加工中心；換刀時鏈條將要換的刀具傳到指定位置,由機械手將刀具裝到主軸上,鏈式刀庫是在環形鏈條上裝有許多刀座,刀座的孔中裝夾各種刀具,鏈條由鏈輪驅動。。當鏈條較長時,可以增加支承鏈輪的數目,使鏈條折疊回繞,提高空間利用率。。27刀庫:

刀庫的種類:盤式、鏈式、格子式刀具分幾排直線排列,由縱、橫向移動的取刀機械手完成選刀動作,將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上,由換刀機械手交換刀具。由于刀具排列密集,因此空間利用率高,刀庫容量大。。固定格子盒式刀庫28刀具的選擇方式：誰來選刀？如何選刀？

裝刀——把刀裝入刀庫換刀——把刀裝入主軸選刀——從刀庫中將各工序所需要的刀具轉換到取刀的位置主軸或換刀/裝刀機械手完成由刀庫/選刀機械手完成29刀具的選擇方式：誰來選刀？如何選刀？

順序選刀方式——是按照工藝要求依次將所用的刀具插入刀庫的刀座中,順序不能錯,加工時按順序選刀,已經使用過的刀具回到原來的刀座內。。事先根據加工工藝順序在到庫內安排好刀具的順序假設機械手每次從這里取刀假設某零件加工工藝為1車,2銑,3鉆,4鏜1234不需要刀具識別裝置；驅動控制較簡單,工作可靠。。同一把刀具不能重復使用,若需重復使用同一把刀具,需在刀庫中安裝兩把；更換工件時,刀具順序要重新安排。。30刀具的選擇方式：誰來選刀？如何選刀？

任意選刀方式——刀具在刀庫中不按加工順序任意擺放,選刀時,根據刀具（刀座）上的編碼來進行識別并選擇。刀具用完后存入刀庫中任意空位即可。。在工件的一次裝夾中,刀具可重復使用,刀具數量可比順序選到方式的少一些；通用性強,應用范圍更大。。關鍵:對刀具（刀座）編碼，并利用控制系統進行識別31刀具的識別:

刀具編碼法——采用特殊的刀柄結構（有編碼環）,用這些編碼換對刀具進行編碼。。任意選刀方式的關鍵:對刀具（刀座）編碼，并利用控制系統進行識別圖5—15刀具編碼法1—刀柄2—接觸式識別裝置3—觸針（銷）4—數碼環選刀時,刀庫旋轉,刀具識別裝置通過觸針（接觸式）或傳感器（非接觸式）讀出每把經過刀具的編碼,并與所需要的刀具編碼比較,當編碼匹配時,控制系統使刀庫停轉。。盲人探路,事先不知道所需刀具在哪個位置32刀具的識別:

軟件記憶法——對刀庫中每個刀座進行編號（地址）,再對每把刀具編號（取名）,每把刀具在刀庫中有一個對應的地址,形成一張刀具數據表。。任意選刀方式的關鍵:對刀具（刀座）編碼，并利用控制系統進行識別張三住在長征路23號李四住在北京路76號。。。。。。選刀時,根據數據表查找所需刀具號對應的刀座地址,按優化原則轉動刀庫。。選刀前知曉刀具的位置刀具用完后,按優化原則放入任一空位,并更新數據表即可。。優化原則:執行自動選刀時，刀庫可以正反方向旋轉，每次選刀式刀庫轉動不會超過一圈的1/2。。這種換刀方式最常用33刀具運送裝置:

當刀庫容量較大、布置得離機床主軸較遠時,需要兩只機械手和刀具運送裝置完成新、舊刀具的交換動作。。裝刀——前機械手（換刀機械手,靠近主軸）從主軸上拔下刀具,刀具運送裝置將刀具運回刀庫旁,后機械手（裝刀機械手,靠近刀庫）將刀裝入刀庫。換刀——后機械手（靠近刀庫）從刀庫上拔下刀具,刀具運送裝置將刀具運至主軸旁,前機械手（靠近主軸）將刀插入主軸。。34自動化換刀機構:

自動換刀裝置中,實現刀庫與機床主軸之間刀具傳遞和刀具裝卸的裝置稱為自動化換刀機構(刀具交換裝置)1.回轉刀架換刀2.通過主軸換刀轉位速度快,換刀效率高；定位精度高；常用于數控車床。。利用主軸的移動功能,完成換刀,主軸與刀庫之間不需要其它的換刀機構。。雖簡單易行,但換刀時間長,且占用機床工時。。35數控車床回轉刀架換刀36通過主軸換刀37通過主軸換刀（固定刀庫）38自動化換刀機構:

自動換刀裝置中,實現刀庫與機床主軸之間刀具傳遞和刀具裝卸的裝置稱為自動化換刀機構(刀具交換裝置)3.機械手換刀靈活性大、換刀速度快,應用最廣泛。根據刀具夾持器數量不同,可分為單臂機械手,雙臂機械手3990°旋轉換刀機械手（雙臂機械手）40換刀機械手（單臂機械手）41類型特點適用范圍轉塔刀架回轉刀架回轉刀架多為順序換刀換刀時間短，結構簡單緊湊，容納刀具較少各種數控車床，車削中心機床轉塔頭順序換刀，換刀時間短，刀具主軸都集中在轉塔頭上，結構緊湊，但剛性較差，刀具主軸數受限制數控鉆床、鏜床

刀庫式刀庫與主軸之間直接換刀換刀運動集中，運動部件少。換刀時間長，且占用機床工時，適應性差各種類型的自動換刀數控機床，尤其是對使用回轉類刀具的數控鏜銑，鉆鏜類立式、臥式加工中心機床，要根據工藝范圍和機床特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置類型，用于加工工藝范圍的立、臥式車削中心機床用機械手配合刀庫換刀刀庫只有選刀運動，機械手進行換刀運動，比刀庫作換刀運動慣性小，速度快用機械手、運輸裝置配合刀庫換刀換刀運動分散，有多個部件實現，運動部件多，但布局靈活，適應性好有刀庫的轉塔頭換刀裝置彌補轉換刀數量不足的缺點，換刀時間短擴大工藝范圍的各類轉塔式數控機床自動換刀裝置的主要類型、特點及適用范圍42刀具的自動裝夾自動化換刀系統自動化刀具的分類與選用原則；工具系統；刀柄與機床主軸連接；刀柄與刀具連接自動換刀裝置的類型與特點；刀庫的種類、選刀方式與刀具識別；自動化換刀機構上次課內容回顧三、排屑自動化43在自動化機械加工中,切屑必須隨時被排除、運走并回收利用；切削液也必須被回收、凈化再利用,這可以減少污染,保護工作環境,并保證加工的順利進行。。為了實現自動排屑,除了要研究切屑的類型及其對排屑的影響,從加工方法、刀具、工件熱處理等方面采取措施,使之形成不影響正常加工并易于排除的切屑形態,而且還要研究自動化排屑的有效方法。。三、排屑自動化44排屑自動化包括以下三個方面:①從加工區域把切屑清除出去；②從機床內把切屑運輸到自動線外；③從切削液中把切屑分離出去，使切削液能繼續回收使用。。45金屬切削的過程實際上是一種擠壓變形的過程。以塑性材料的切屑形成為例，金屬切削區可大致劃分為:三個變形區第一變形區剪切滑移區第二變形區擠壓摩擦區第三變形區擠壓摩擦回彈區

彈性變形塑性變形剪切滑移形成切屑▲切屑是在金屬切削過程中切削層受到刀具前刀面的擠壓后,產生以剪切滑移為主的塑性變形而形成的。。切屑的形成

46切削變形過程紫銅切削47▲確定排屑方法的因素——取決于切屑的形狀、工件的安裝方法、工件的材質、加工工藝方法、機床類型及其附屬裝置的布局等。形成條件影響名稱簡圖形態變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規則塊狀顆粒剪切滑移尚未達到斷裂程度局部剪切應力達到斷裂強度剪切應力完全達到斷裂強度未經塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應設法斷屑切削過程欠平穩，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑節狀切屑粒狀切屑崩碎切屑切屑類型及形成條件48▲排屑方法可采用依靠重力或刀具回轉離心力將切屑甩出、用壓縮空氣吹屑、用真空吸屑等方法。在夾具結構上采取一定措施,可將切屑從夾具底座排除。。自動線的集中排屑裝置一般設置在機床底座下的地溝中。常見的類型有帶式排屑裝置、刮板式排屑裝置、螺旋排屑裝置等。491.帶式排屑裝置▲特點:適用于在鑄鐵工件上進行孔加工工序，輸送切屑量不宜大于25m3/h，不適宜加工鋼件或銑削鑄鐵工件，同時也不宜在采用切削液的條件下使用。聯想:自動線輸送系統中的帶式輸送系統——適用于輸送散狀物料及單件質量不大的單件。。502.刮板式排屑裝置▲特點:這種鋪設在地溝里的鏈條板式排屑裝置，不適用于運送加工鋼件時獲得的帶狀切屑。。圖5—20刮板式排屑裝置1—刮板2—封閉式鏈條3—支承4—上支承5.6—鏈輪7—深坑原理:鏈條2內側的刮板1將地溝中的切屑刮到深坑7中，再用提升裝置將切屑提起倒入小車運走。。512.刮板式排屑裝置▲特點:這種鋪設在地溝里的鏈條板式排屑裝置，不適用于運送加工鋼件時獲得的帶狀切屑。。523.螺旋排屑裝置▲特點:設置在機床中間底座內，可用于各種切屑，特別適用于鋼屑，輸送切屑量小于8m3/h。。圖5—21螺旋排屑裝置1—減速器2—萬向接頭3—螺旋器534.隨行夾具排屑在某些小型工件的切削加工自動線中,在每個隨行夾具上附有盛屑器,從工件上切削的切屑落入盛屑器,并隨隨行夾具一起運行,到達自動線的一定工位時,用翻轉裝置將隨行夾具和盛屑器一起翻轉180°,把切屑倒入指定位置。。特點:無需專門設置排屑機構，結構簡單；切屑量不宜過大；不宜在切屑飛濺（如銑削）的情況下使用。。54切屑及切屑液的處理裝置

▲為什么要對切削液進行處理？切削液在切削加工中起著不可缺少的作用，但也對環境造成了一定的污染。為了減少它的不良影響，一方面可采用干切削或準干切削等先進加工方法來減少切削液的使用量，另一方面要加強對它的凈化處理，以便進行回收利用，減少切削液的排放量。。55切屑及切屑液的處理裝置

▲切削液的凈化處理——將它在工作中帶入的碎屑、砂輪粉末等雜質及時清除。▲常用的方法——有過濾法和分離法。——過濾法是使用多孔材料制成過濾器,以除去在工作中切削液產生的雜質。——分離法是應用重力沉淀、慣