数控机床原理、结构与维修第5章 回转工作台与自动换刀系统.ppt

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1、数控机床原理、结构与维修 主编张平亮 第5章回转工作台与自动换刀系统1)主轴上的1号刀装入刀库中的1号刀位。主轴箱回零(Z轴)，即位于换刀位置。主轴停止转动，且周向定位停止。数控系统发出换刀信号，电动机6转动，通过槽轮套3带动马氏槽轮10间歇转位，直至1号空刀位对准主轴方向，接近开关5发出到位信号，电动机6停止转动。第5章回转工作台与自动换刀系统得到接近开关5的信号同时，电动机19起动，通过带轮20，15及传动带21，带动杠杆12转动。由于杠杆12前的销子插入支架13的长槽中，而支架13又与电动机6的支架8由螺钉固定为一体，为此杠杆12的转动使刀库沿滑移导轨14移至主轴下端，同时刀库周向的防护

2、门打开，主轴上的1号刀插入刀盘11的1号刀位装刀槽中，此时接近开关16发出信号，表示装刀完毕。主轴中的松刀气缸作用，放松1号刀具，主轴箱上移至特定位置。这样完成了主轴上的1号刀装入刀库的全部动作。2)刀库中的5号刀具装入主轴第5章回转工作台与自动换刀系统主轴箱上移后发出信号，电动机6移动，马氏槽轮10转位，由于数控系统设置刀号为顺时针(从下往上看)排序，因此这时马氏槽轮10逆时针转至5号刀位，即5号刀具位于主轴下端，接近开关5发出到位信号，电动机6停止转动。主轴箱下移，使5号刀具的刀柄插入主轴孔内，放松气缸，则刀具靠碟形弹簧的恢复力夹紧于主轴中。由气缸的放松发出信号，使电动机19反向转动，刀库

3、移至原位，同时刀库周向防护门关闭，接近开关16发出刀库归位信号，整个换刀过程结束。5.1分度工作台5.2数控回转工作台5.3刀架换刀装置第5章回转工作台与自动换刀系统图5-1VMC-15加工中心的刀库结构示意图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21一传动带5.1分度工作台5.1.1定位销式分度工作台图5 2所示为卧式镗铣床加工中心的定位销式分度工作台。这种工作台的定位分度主要靠定位销、定位孔来实现，分度工作台1嵌在长方形工作台10之中。

4、在不单独使用分度工作台时，两个工作台可以作为一个整体使用。回转分度时，工作台需经过松开、回转、分度定位、夹紧四个过程。在分度工作台1的底部均匀分布着八个圆柱定位销7，在底座21上有一个定位孔衬套6及供定位销移动的环形槽。其中只有一个定位销7进入定位孔衬套6中，其他7个定位销则都在环形槽中。因为定位销之间的分布角度为45，因此工作台只能作2、4、8等分的分度运动。5.1分度工作台图5-2定位销式分度工作台的结构l分度工作台2锥套3螺钉4支座5消隙液压缸6定位孔衬套7定位销8锁紧液压缸9大齿轮10长方形工作台11活塞12弹簧13油槽14、19、20轴承15螺栓16活塞17中央液压缸18油管21底座

5、22挡块5.1分度工作台(1) 松开分度时机床的数控系统发出指令，由电器控制的液压缸使六个均布的锁紧油缸8中的压力油，经环形油槽13流回油箱，活塞11被弹簧12顶起，工作台1处于松开状态。(2) 回转工作台抬起之后发出信号，使液压马达驱动减速齿轮(图5-2中未示出)，带动固定在工作台1下面的大齿轮9转动，进行分度运动。(3) 定位分度工作台的回转速度由液压马达和液压系统中的单向节流阀来调节，分度初期作快速转动，在将要到达规定位置前减速，减速信号由固定在大齿轮9上的挡块22(共八个周向均布)碰撞限位开关发出。5.1分度工作台(4) 夹紧分度定位完毕后，数控系统发出信号使中央液压缸17卸荷，油液经

6、油管18流回油箱，分度工作台1靠自重下降，定位销7插入定位孔衬套6中。5.1.2齿盘定位式分度工作台1.齿盘定位式分度工作台工作原理2.多齿盘的特点1)定位精度高。2)承载能力强，定位刚度好。3)齿面的磨损对定位精度的影响不大，随着不断的磨合，定位精度不仅不会下降，而且有可能提高,因而使用寿命也较长。4)适用于多工位分度。5.1分度工作台图5-3齿盘定位分度工作台1螺旋弹簧2、10、11轴承3蜗杆4蜗轮5、6减速齿轮7管道8活塞9分度工作台12液压缸13、 14分度齿盘5.1分度工作台5.1.3鼠牙盘分度工作台 鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面、底座、分度液压缸及鼠牙盘等零件组成，如图5 4所

7、示。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，每个齿盘的端面带有数目相同的三角形齿，当两个齿盘啮合时，能够自动确定轴向和径向的相对位置。图5-4鼠牙盘式分度工作台l、2、15、16推杆3下鼠牙盘4上鼠牙盘5、13推力轴承6活塞7工作台8齿条活塞9升降液压缸上腔10升降液压缸下腔11齿轮12齿圈14、17挡块18分度液压缸右腔19分度液压缸左腔20、21分度液压缸进回油管道22、23升降液压缸进回油管道5.1分度工作台1)分度工作台抬起。2)工作台回转分度。3)分度工作台下降，并定位夹紧。5.1.4带有交换托盘的分度工作台下面以ZHS K630型卧式加工中心为例说明带有交换托盘式分度工作台的原理、结构和应

8、用。图5-5带有托盘交换的分度工作台1活塞体2、5液压阀3、4、8、9液压腔6、7鼠齿盘10托板11液压缸12定位销13工作台体14齿圈15齿轮5.1分度工作台图5-6托盘交换装置5.2数控回转工作台5.2.1开环数控回转工作台图5 7所示为自动换刀数控立式镗铣床数控回转工作台的结构图。步进电动机3的输出轴上的齿轮2与齿轮6啮合，啮合间隙由偏心环1来消除。齿轮6与蜗杆4用花键结合，花图5-7开环数控回转工作台1偏心环2、6齿轮3电动机4蜗杆5垫圈7调整环8、10微动开关9、11挡块12、13轴承14液压缸15蜗轮16柱塞17钢球18、19夹紧瓦20弹簧21底座22圆锥滚子轴承23调整套24支座

9、5.2数控回转工作台5.2.2闭环数控回转工作台闭环数控回转台的结构和开环数控回转台大致相同，其区别在于闭环数控回转台有转动角度的测量元件(圆光栅或圆感应同步器),测量结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度精度更高。5.2.3双蜗杆回转工作台5.2数控回转工作台如图5 8所示为双蜗杆传动结构，用两个蜗杆分别实现对蜗轮的正、反向传动。蜗杆2可作轴向调整(通过旋转安装在轴上的螺母，迫使其左侧的调整套作轴向移动)，使两个蜗杆分别与蜗轮的左右齿面接触，尽量消除正反传动间隙。调整垫3、5用于调整锥齿轮的啮合间隙。双蜗杆传动虽然较双导程蜗杆及平面圆柱齿轮包络蜗杆传动结构复杂，但普通蜗轮

10、蜗杆制造工艺简单，承载能力比双导程蜗杆大。图5-8双蜗杆传动结构1轴向固定蜗杆2轴向调整蜗杆3、5调整垫4锁紧螺母5.2数控回转工作台图5-9数控回转工作台1电液脉冲马达2、4齿轮3偏心环5楔形拉紧销6压块7螺母8锁紧螺钉9蜗杆10蜗轮11调整套12、13夹紧瓦14夹紧液压缸15活塞16弹簧17钢球18光栅19撞块20感应块5.3刀架换刀装置5.3.1自动换刀装置的形式动换刀装置的功能就是储备一定数量的工具并完成刀具的自动交换。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用工具

11、种类和数量。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见表5-1。5.3刀架换刀装置表5-1自动换刀装置类型特点适 用 范 围转塔式回转刀架多为顺序换刀，换刀时间短，结构简单紧凑，可容纳的刀具较少各种数控车床，车削加工中心转塔头顺序换刀，换刀时间短，刀具主轴都集中在转塔头上，结构紧凑。但刚性较差，刀具主轴数受限制数控钻、镗、铣床5.3刀架换刀装置表5-1自动换刀装置刀库式刀具与主轴之间直接换刀换刀运动集中，运动部件少。但刀库容量受限用于各种类型的自动换刀数控机床上，尤其是对使用回转类刀具的数控镗铣床类的立式、卧式加工心。要根据工艺范围和机床特点，确定刀库容量和自动换刀装置形式用机械手配合

12、刀库进行换刀刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运动，刀库容量大5.3刀架换刀装置5.3.2刀具的选择方式按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。在刀库中，选择刀具通常采用两种方法。1.顺序选择刀具2.任意选择刀具(1) 刀具编码方式这种方式是对每把刀具进行编码，由于每把刀具都有自己的代码，因此，可以存放于刀库的任一刀座中。(2) 刀座编码方式这种编码方式对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号码相符的刀座中，换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库便停止旋转。5.3刀架换刀装置图5-10刀具编码方式1刀柄2编码环3锁紧螺

13、母4拉杆5.3刀架换刀装置图5-11刀座编码方式1刀座2刀座识别装置5.3刀架换刀装置(3) 编码附件方式编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其中应用最多的是编码钥匙。5.3.3回转刀架换刀装置回转刀架换刀装置是一种简单的自动换刀装置，常用于数控车床。根据不同的加工对象，可设计成四方、六方刀架或八工位圆盘式轴向装刀刀架等多种形式，相应地安装4把、6把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。1.四方刀架换刀装置5M12A.TIF5.3刀架换刀装置图5-12数控车床方刀架结构1电动机2联轴器3蜗杆轴4蜗轮螺杆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

14、13、14电刷15定位销5.3刀架换刀装置2.六角回转刀架(1) 刀架抬起当数控装置发出指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，使活塞1上升，刀架2抬起使定位用活动插销10与固定插销9脱开。(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13带动齿条8移动，使空套齿轮7连同端齿离合器5作逆时针旋转60，实现刀架转位。(3) 刀架压紧刀架转位后，压力油从b孔进入压紧液压缸的上腔，活塞1带动刀架体2下降。(4) 转位液压缸复位刀架压紧后，压力油从d孔进入转位液压缸右腔，活塞6带动齿条复位。5.3刀架换刀装置图5-13液压式六角回转刀架6转位液压缸活塞7空套

15、齿轮8齿条9固定插销10活动插销11推杆12触头13联接板5.3刀架换刀装置图5-13液压式六角回转刀架(续)1压紧液压缸活塞2刀架3缸体4压盘5端齿离合器6转位液压缸活塞5.3刀架换刀装置3.双排回转刀架图5-14双排回转刀架外形图1刀类安装孔2转塔头3驱动电动机4底座5外圆刀具6内孔刀具5.3刀架换刀装置图5-15CK3263系列数控车床回转刀架结构简图1液压缸2刀架中心轴3刀盘4、5端齿盘6转位凸轮7回转盘8分度柱销ST1计数行程开关ST2啮合状态行程开关5.3.4多主轴转塔头换刀装置5.3.5排刀式刀架5.4刀库自动换刀系统5.5辅助机构5.6自动换刀装置的常见故障与维修图5-16圆柱

16、凸轮步进传动机构工作原理1凸轮2分度柱销3回转盘5.3.4多主轴转塔头换刀装置(1)脱开主轴传动液压缸4卸压，弹簧推动齿轮1向上与主轴上的齿轮12脱开。(2)转塔头抬起当齿轮1脱开后，固定在其上的支板接通行程开关3控制电磁阀，使液压油进入液压缸5的左腔，液压缸活塞带动转塔头向右移动，直至活塞与液压缸端部相接触。(3)转塔头转位当鼠牙盘脱开后，行程开关发出信号起动转位电动机，经蜗杆8和蜗轮6带动槽轮机构的主轴曲拐使槽轮11转过45，并由槽轮机构的圆弧来完成主轴头的分度位置粗定位。5.3.4多主轴转塔头换刀装置(4)转塔头定位压紧通过电磁阀使压力油进入液压缸5的右腔，转塔头向左返回，由鼠牙盘10精

17、定位，并利用液压缸5右腔的油压作用力，将转塔头可靠地压紧。(5)主轴传动重新接通由电磁阀控制压力油进入液压缸4，压缩弹簧使齿轮1与主轴上齿轮12啮合。5.3.4多主轴转塔头换刀装置图5-17数控转塔式镗铣床的外观图图5-18转塔头换刀装置结构图1、12齿轮2、3、7行程开关4、5液压缸6蜗轮8蜗杆9支架10鼠牙盘11槽轮5.3.4多主轴转塔头换刀装置5.3.5排刀式刀架图5-19排刀式刀架布置图1附加主轴头2工件3去毛刺和背面加工刀具4切向刀架5棒料送进装置6卡盘7切断刀架5.4刀库自动换刀系统5.4.1刀库的形式5.4.2刀具交换机构5.4.3机械手结构原理5.4.1刀库的形式1.鼓(盘)式

18、刀库图5-20鼓(盘)式刀库2.链式刀库(1)刀库结构图5-22是方形链式刀库的典型结构示意图。5.4.1刀库的形式图5-21链式刀库1刀库2滚轮3主动链轮5.4.1刀库的形式图5-22方形链式刀库示意图1)定位盘准停方式，由液压缸推动的定位销，5.4.1刀库的形式插入定位盘的定位槽内，以实现刀套的准停，或采用定位块进行刀套定位。2)链式刀库要选用节距精度较高的套筒滚子链和链轮，而且在把套筒装在链条上时，要用专用夹具来定位，以保证刀套节距一致。3)传动时要消除传动间隙。图5-23刀套的准停1定位插销2定位盘3链轮4手爪5.4.1刀库的形式(2)刀库的转位刀库转位机构由伺服电动机通过消隙齿轮1、

19、2带动蜗杆3，通过蜗轮4使刀库转动，如图5-24所示。图5-24转位机构1、2齿轮3蜗杆4蜗轮5压盖6套7螺母5.4.1刀库的形式图5-25刀库液压缸结构图1刀库2液压缸3立柱顶面5.4.1刀库的形式3.格子盒式刀库1)固定型格子盒式刀库如图5-26所示，刀具分几排直线排列，由纵、横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刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具。2)非固定型格子盒式刀库如图5-27所示，刀库由多个刀匣组成，可直线运动，刀匣可以从刀库中垂直提出。图5-26固定型格子盒式刀库1刀座2刀具固定板架3取刀机械手横向导轨4取刀机械手纵向导轨5换刀位置刀座6换刀机械手5.4.1

20、刀库的形式图5-27非固定型格子盒式刀库1导向柱2刀匣提升机构3机械手4格子盒式刀库5.4.2刀具交换机构1.利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换图5-28刀库与机床为整体式数控机床1主轴箱2主轴3刀具4刀库5工件5.4.2刀具交换机构按照指令，机床工作台快速向右移动，将工件从主轴下面移开，同时将刀库移到主轴下面，使刀库的某个空刀座恰好对准主轴。主轴箱下降，将主轴上用过的刀具放回刀库的刀座中。主轴箱上升，接着刀库回转，将下一工步需用的刀具对准主轴。主轴箱下降，将下一工步所需的刀具插入机床主轴。主轴箱及主轴带着刀具上升。机床工作台快速向左返回，将刀库从主轴下面移开，同时将工件移至主轴下面，使

21、主轴上的刀具对准工件的加工面。2.采用机械手进行刀具交换5.4.2刀具交换机构图5-29标准刀柄及夹持机构(1)单臂单爪回转式机械手如图5-30a所示，这种机械手的手臂可以回转不同的角度进行自动换刀，手臂上只有一个夹爪，不论在刀库上或在主轴上，均靠这一个夹爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长。5.4.2刀具交换机构图5-30机械手的形式5.4.2刀具交换机构(2)单臂双爪摆动式机械手如图5-30b所示，这种机械手的手臂上有两个夹爪，两个夹爪有所分工，一个夹爪只执行从主轴上取出“旧刀”送回刀库的任务，另一个爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务。(3)单臂双爪回转式机械手如图5-30c所示，这种机

22、械手的手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转180后，又同时将刀具放回刀库及装入主轴。(4)双机械手如图5-30d所示，这种机械手相当两个单爪机械手，相互配合起来进行自动换刀。(5)双臂往复交叉式机械手如图5-30e所示，这种机械手的两手臂可以往复运动，并交叉成一定的角度。(6)双臂端面夹紧机械手如图6-28f所示，这种机械手只是在夹紧部位上与前几种不同。5.4.3机械手结构原理1.机械手的形式1)双臂单爪交叉型机械手：由北京机床研究所开发和生产的JCS013卧式加工中心，所用换刀机械手就是双臂单爪交叉型机械手，如图5-31所示。图5-31双臂单爪交叉机械手5.4.3

23、机械手结构原理2)单臂双爪式机械手，也叫扁担式机械手，它是目前加工中心上用的较多的一种。3)单臂双爪且手臂回转轴与主轴成45的机械手，机械手结构如图5-33所示。图5-32凸轮式抉刀机械手1刀套2十字轴3电动机4圆柱槽凸轮(手臂上下)5杠杆6锥齿轮7凸轮滚子(平臂旋转)8主轴9换刀手臂5.4.3机械手结构原理图5-33斜45机械手1刀库2刀库轴线3齿条4齿轮5抓刀活塞6机械手托架7主轴8抓刀定块9抓刀动块抓刀拔刀换位(旋转180)插刀松刀返回原位(旋转90)5.4.3机械手结构原理2.手爪形式(1)钳形手的杠杆手爪如图5-35所示，锁销2在弹簧(图5-35中未画出此弹簧)作用下，其大直径外圆顶

24、着止退销3，杠杆手爪6就不能摆动张开，手中的刀具就不会被甩出。(2)刀库夹爪刀库夹爪既起着刀套用，又起着手爪的作用。5.4.3机械手结构原理图5-34双臂单爪交叉机械手换刀过程5.4.3机械手结构原理图5-35钳形机械手手爪1手臂2锁销3止退销4弹簧5支点轴6手爪7键8螺钉5.4.3机械手结构原理图5-36刀库夹爪1锁销2顶销3弹簧4支点轴5手爪6挡销5.4.3机械手结构原理图5-37机械手结构原理图1液压缸2支架导向槽3销轴4销3.机械手结构原理5.4.3机械手结构原理4.机械手的驱动机构图5-38机械手的驱动机构1升降气缸2齿条3齿轮4液压缸5传动盘6杆7转动气缸8齿轮9齿条5.4.3机械

25、手结构原理图5-40刀具主轴驱动机构1AC主轴电动机2多楔带轮3刀具主轴4刀具主轴箱5刀夹体6同步齿形带轮5.4.3机械手结构原理图5-41刀具分度机构1、2齿轮3摆线马达4、7、13、14接近开关5编码凸轮6齿轮8齿轮9平面凸轮10凸轮分度盘11滑轮12链轮5.4.3机械手结构原理图5-42换刀和刀具夹紧机构1刀具主轴2刀具主轴箱3刀夹体4同步带轮5接近开关6花键块7弹簧8花键传动轴9密封圈10刀柄套11刀夹体定位销12活塞13夹紧定位块14碟形弹簧5.4.3机械手结构原理1.自动换刀工作过程1)刀套转90。5.4.3机械手结构原理图5-43自动换刀过程示意图1机械手2刀库3主轴4刀套5刀具

26、5.4.3机械手结构原理2)机械手转75。3)刀具松开。4)机械手拔刀。5)交换两刀具位置。6)机械手插刀。7)刀具夹紧。8)液压缸复位。9)机械手反转75。10)刀套上转90。2.机械手传动过程3.刀库结构5.4.3机械手结构原理图5-44JCS-018A机械手传动结构示意图1、3、7、9、13、14位置开关2、6、12挡环4、11齿轮5联接盘8销钉10传动盘15、18、20液压缸16手臂轴17、19齿条21机械手5.4.3机械手结构原理图5-45JCS-018A刀库结构简图1电动机2联轴器3蜗轮4蜗杆5气缸6活塞杆7拨叉8螺杆9位置开关10定位开关11滚子12销轴13刀套14刀盘5.4.3

27、机械手结构原理图5-46MOC200 MS3车削柔性加工单元换刀系统构成图1转塔刀架2刀具机械手3轮鼓形刀库4刀具机械手操纵台5排屑器6主轴卡盘5.4.3机械手结构原理1.刀库图5-47刀库部分传动结构1刀套2联接板3链条4链条张紧装置5伺服电动机6联轴器7蜗杆8蜗轮9、10齿轮11链轮5.4.3机械手结构原理(1)刀具锁紧装置在弹簧力作用下，刀套下部两夹紧块处于闭合状态，夹住刀具尾部拉紧螺钉使刀具固定。(2)刀库回零刀库回零时，刀套沿顺时针转动，当刀套压上回零开关时，刀套开始减速，超过回零开关后实现准确停机，此时0号刀套停在换刀位置上。(3)手动换刀装置新的刀具装入刀库中以及在加工过程中磨损

28、报废的刀具需由刀库中清除，在更换加工零件时，也需更换刀具，这些都需人工取下旧刀，装上新刀。5.4.3机械手结构原理2.刀具的选择方式1)编刀号钻头为00、镗刀为05、铣刀为15、铰刀为45。2)装刀具00号刀装上主轴，05、15、45号分别装入刀库0、29、28三个位置，如图5-48所示。图5-48刀具在刀库和主轴上的位置(钻孔)5.4.3机械手结构原理3)将刀号输入刀套地址和主轴上的刀号地址，见表5-2。5.4.3机械手结构原理表5-2刀套地址和刀号表地址输入二位BCD数据说明0号刀套000001010号刀套上已装入05号刀29号刀套0001010129号刀套上已装入15号刀28号刀套010

29、0010128号刀套上已装入45号刀5.4.3机械手结构原理表5-2刀套地址和刀号表主轴00000000主轴上的刀具是00号刀5.4.3机械手结构原理4)起动机床进行加工，机床执行钻孔程序后接到M06指令，便进行换刀。5.4.3机械手结构原理表5-3刀套地址和刀号表地址输入二位BCD数据说明0号刀套000000000号刀套上已装入00号刀29号刀套0001010129号刀套上已装入15号刀28号刀套0100010128号刀套上已装入45号刀5.4.3机械手结构原理表5-3刀套地址和刀号表主轴00000101主轴上的刀具是05号刀5.4.3机械手结构原理图5-49刀具在刀库和主轴上的位置(镗孔)

30、5.4.3机械手结构原理5)机床在执行镗孔程序后接到T15指令，刀库便将装有15号刀的29号刀套旋转到换刀位置，再接到M06指令，便进行换刀。6)机床在执行铣削加工程序后接到T45指令，刀库便将有45号刀的刀套28旋转到换刀位置，再接到M06指令，便进行换刀。图5-50刀具在刀库和主轴上的位置(铣削)5.4.3机械手结构原理表5-4刀套地址和刀号表地址输入二位BCD数据说明0号刀套000000000号刀套上已装入00号刀29号刀套0000010129号刀套上已装入5号刀28号刀套0100010128号刀套上已装入45号刀5.4.3机械手结构原理表5-4刀套地址和刀号表主轴00010101主轴上

31、的刀具是15号刀5.4.3机械手结构原理图5-51刀具在刀库和主轴上的位置(铰孔)5.4.3机械手结构原理表5-5刀套地址和刀号表地址输入二位BCD数据说明0号刀套000000000号刀套上已装入00号刀29号刀套0000010129号刀套上已装入5号刀28号刀套0001010128号刀套上已装入15号刀5.4.3机械手结构原理表5-5刀套地址和刀号表主轴01000101主轴上的刀具是45号刀5.4.3机械手结构原理图5-52刀具在刀库和主轴上的位置(钻孔)5.4.3机械手结构原理表5-6刀套地址和刀号表地址输入二位BCD数据说明0号刀套010101010号刀套上已装入00号刀29号刀套000

32、0010129号刀套上已装入5号刀28号刀套0001010128号刀套上已装入15号刀5.4.3机械手结构原理表5-6刀套地址和刀号表主轴00000000主轴上的刀具是00号刀5.4.3机械手结构原理3.机械手图5-53机械手手臂5.4.3机械手结构原理(1)机械手手臂的回转利用四位双层液压缸中的活塞带动齿条、齿轮副带动手臂回转。(2)机械手座的转向刀库放置在床身左侧，而刀库上的刀套中心和主轴中心成90。5.5辅助机构5.5.1工件交换系统和FMC的工件交换装置5.5.2排屑装置5.5.3过载保护、超程限位和回机床参考点装置5.5.1工件交换系统和FMC的工件交换装置1.工件交换系统图5-54

33、H400教学型加工中心工作台交换系统1转塔刀架2刀具机械手3鼓形刀库4刀具机械操纵台5排屑台6主轴卡盘5.5.1工件交换系统和FMC的工件交换装置图5-55FMC示意图2.柔性制造单元(FMC)的工件交换装置5.5.1工件交换系统和FMC的工件交换装置图5-56随行夹紧与托盘5.5.1工件交换系统和FMC的工件交换装置图5-57工件装、卸工位和工作台垂直5.5.1工件交换系统和FMC的工件交换装置图5-58摆动工作台5.5.1工件交换系统和FMC的工件交换装置图5-59FMS(柔性制造系统)1机床2可交换托板3托板运输4托板站5.5.2排屑装置1.平板链式排屑装置图5-60排屑装置a)平板链式

34、b)刮板式c)螺旋式5.5.2排屑装置2.刮板式排屑装置3.螺旋式排屑装置5.5.3过载保护、超程限位和回机床参考点装置床进给电动机与丝杠联接之间装有过载离合器。当机床发生碰撞过载时，它能自动脱开并切断伺服驱动电源。数控机床的超程限位保护一般有硬限位和软限位两种双重保护。硬限位靠行程开关碰撞机械撞块后，自动切断进给驱动电源，为可靠起见，通常在硬限位前又设定了软限位。其尺寸距离可通过修改系统参数来设定，软限位需要在机床回参考点后才起作用。数控机床开机工作前首先必须回机床参考点，以建立机床坐标系。为此，数控机床上的行程开关分为超程限位开关与回参考点开关两类。机床回参考点的目的是建立机床坐标系绝对零

35、点，所以要求有较高的重复定位精度。但由于行程开关的定位精度不可能很高，为此机床回参考点时需通过三级降速定位的方式来实现。其工作原理和过程是在进行手动或自动回机床参考点时，进给坐标轴首先快速趋近到机床某一固定位置，使撞块碰上行程开关，根据开关信号进行降速，实现机械粗定位，即系统接收到回参考点开关的常开触点接通信号时，开始降速，等到走完一小段机械撞块这段行程，回参考点开关的常开触点又脱开时，系统再进一步降速，当走到伺服系统位置检测装置中的绝对零点时才控制电动机停止，即实现电气检测精定位。5.6自动换刀装置的常见故障与维修1.刀库及换刀机械手的维护2.刀库的故障3.换刀机械手故障1.实验目的与要求2

36、实验仪器与设备3.实验内容4.实验报告5.拓展训练1.实验目的与要求2.实验仪器与设备3.实验内容5.6自动换刀装置的常见故障与维修4.实验报告5.拓展训练1.单项选择题(只有1个选项是正确的，请将正确答案的代号填入括号)2.判断题(正确的打“”，错误的打“”)3.简答题1.刀库及换刀机械手的维护1)严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。2)顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确。3)用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。4)经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作。5

37、)要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。6)开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。2.刀库的故障(1)刀库不能转动或转动不到位1)刀库不能转动的可能原因有：联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动。变频器故障，应查变频器的输入输出电压正常与否。PLC无控制输出，可能是接口板中的继电器失效。机械联接过紧或黄油黏涩。电网电压过低(不应低于370V)。2)刀库转动不到位的可能原因有：电动机转动故障，传动机构误差。(2)刀套不能夹紧刀具可能原因是刀套上的调整螺母松动，或弹簧太松，造成卡紧力“不足”；或刀具超重。(3)刀套上下不到位。2.刀库的故障(4)刀套不

38、能拆卸或停留一段时间才能拆卸应检查操纵刀套90上下的气缸、气阀是否松动，气压是否足，刀套的转动轴是否锈蚀等。3.换刀机械手故障(1)刀具夹不紧可能原因有风泵气压不足，增压漏气，刀具卡紧气压漏气，刀具松开弹簧上的螺母松动。主轴拉刀碟簧变形或损坏。拉刀液压缸动作不到位。拉钉与刀柄夹头间的螺纹联接松动。(2)刀具夹紧后松不开可能原因有松锁刀的弹簧压合过紧，应调节松锁刀弹簧上的螺钉，使最大载荷不超过额定数值。(3)刀具从机械手中脱落应检查刀具是否超重，机械手卡紧锁是否损坏或没有弹出来。(4)刀具交换时掉刀换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀等都会导致换刀时掉刀。(5

39、)机械手换刀速度过快或过慢。1.单项选择题(只有1个选项是正确的，请将正确答案的代号填入括号)(1)()内设有自动松拉刀装置，能在短时间内完成装刀、卸刀，使换刀较方便。(2)回转刀架的工位数最多可达()多个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。(3)加工中心上的数控回转工作台不是机床的一个旋转坐标轴，()与其他坐标轴联动。(4)齿盘定位式分度工作台能达到很高的分度定位精度，一般为3，最高可达()。(5)一般当刀具数量在()把时，多采用链式刀库。2.判断题(正确的打“”，错误的打“”)(1)只有加工中心机床能实现自动换刀，其他数控机床都不具备这一功能。(2)在四轴数控加工中，回转工作台的转

40、轴既可平行于X轴，也可以平行于Y轴和Z轴。(3)数控回转工作台的主要作用是按照控制装置的信号或指令做回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床完成指定的加工工序。(4)单臂双爪式机械手的拔刀、插刀动作，不是由液压缸来完成。(5)更换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换刀位置上。3.简答题(1)简述数控回转工作台的工作原理。(2)试述定位销式分度工作台的工作原理。(3)简述鼠牙盘式分度工作台的工作原理。(4)试述开环数控转台的工作原理。(5)简述回转刀架换刀装置的换刀过程。(6)简述转塔头换刀装置的换刀过程。(7)带刀库的自动换刀系统由哪几部分组成?(8)试述圆盘式刀库的工作原理。(9)简述JCS018A型立式加工中心自动换刀装置的结构、功能及特点。(10)简述JCS018A型立式加工中心自动换刀的过程。(11)数控机床对自动换刀装置的基本要求是什么?3.简答题(12)简述常见刀具的选择方式。(13)简述刀库的类型。(14)简述机械手换刀的形式与种类。(15)在数控机床中，自动换刀装置应当满足的基本要求是什么?