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
2、时刀库周向的防护门打开，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
3、号，使电动机19反向转动，刀库移至原位，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5-1 VMC-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,(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
4、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.
5、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54所示。鼠牙盘是保证分度精度的关键
6、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ZHSK630型卧式加工中心为例说明带有交换托盘式分度工
7、作台的原理、结构和应用。,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57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
8、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,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58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
9、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、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
10、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,5.3 刀架换刀装置,表5-1 自动换刀装置,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
11、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
12、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.TIF,5.3 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 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。 (
13、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
14、 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5-15 CK3263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
15、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精定位，并利用液压缸5右腔的油压作用力，
16、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
17、原理,5.4.1 刀库的形式,1.鼓(盘)式刀库,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
18、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、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
19、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 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
20、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,
21、(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
22、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 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.
23、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
24、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
25、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,5.4.3 机械手结构原理,2)机
26、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5-44 JCS-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5-45 JCS-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
27、开关 11滚子 12销轴 13刀套 14刀盘,5.4.3 机械手结构原理,图5-46 MOC200 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
28、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
29、址和刀号表,5.4.3 机械手结构原理,表5-2 刀套地址和刀号表,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,5.4.3 机械手结构原理,表5-3 刀套地址和刀号表,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),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
30、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,5.4.3 机械手结构原理,表5-4 刀套地址和刀号表,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,5.4.3 机械手结构原理,表5-5 刀套地址和刀号表,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,5.4.3 机械手结构原理,表5-6 刀套地址和刀号表,5.4.3 机械手结构原理,3.机械手,图5-53
31、 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 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5-55 FM
32、C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5-59 FMS(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 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
33、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
34、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.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
35、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)要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁
36、。 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)刀套不能
37、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
38、都会导致换刀时掉刀。 (5)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
39、具备这一功能。 (2)在四轴数控加工中，回转工作台的转轴既可平行于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?,
