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实训项目4数控车床加工刀具以及装夹训练

一实训目的与要求

对照实物了解自动换刀机构的组成与其工作原理，并建立数控刀具在数控机床上使用的感性认识。

二实验仪器与设备：

1.配置SIEMENS数控系统（或FUNAC数控系统）的数控车床一台。

2.配置SIEMENS数控系统（或FUNAC数控系统）的数控铣床（或加工中心）一台。

三相关知识概述

1.数控车床自动转位刀架

转位刀架是一种刀具存储装置，可同时安装4、6、8、12把刀具不等，是一种数控车床专用的自

动化装置。图4-1、图4-2、图4-3表示的是三种不同形式的换位刀架，分别可装4把刀、6把刀、8

把刀。转位刀架不但可以存储刀具，而且在切削时要连同刀具一起承受切削力，，在加工过程中要完成

刀具交换转位、定位夹紧等动作。通过实际加工演示，认真分析在数控车削加工中转位刀架的转位、

定位和夹紧机构的工作原理。

图4-1四刀位转位刀架

图4-2六刀位转位刀架

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图4-3八刀位转位刀架

图4-4表示的是数控车床的转位式圆盘刀架，它是在机床用六工位转位刀架的基础上的一种刀库。

从这一结构中也可以看出，自动换位刀架和自动换刀刀库就其刀

具的存储功能来讲是一致的。

2.刀库是加工中心的关键部件之一，它用来储存和运送刀

具。它的结构形式很多，主要有盘式和链式两种，参见图2-1、

图2-2。盘式刀库存储容量较小（30把刀以下），链式刀库存储量

较大。在加工过程中需要换刀时，控制系统选定刀具后，刀库把

选定的刀具运行到特定的位置，准备让机械手取刀具（或由机床

的主轴直接取刀）。有些大型的加工中心还装有特殊的刀具运输装

置，可从刀库上取出刀具送到换刀位置。就机械运动来讲，刀库

的结构主要由刀具的运送和定位机构组成，运动速度要快，定位

要准。由于刀具在刀库中的装夹方法不同，刀库结构也会不同。

同时要求各个刀具的刀柄在刀库中的安装位置必须一致，还要求

固定可靠和便于新旧刀具的交换（取下和装上）。图4-4转位式圆盘刀架

3.机械手是加工中心换刀机构的核心部件。换刀时，机械手在机床主轴（或刀架）与刀库之间执

行交换新、旧刀具的任务。在一个换刀程序中要完成抓刀、拔刀、交换（新旧刀对调）、装刀、复位等

动作。由于不同结构的加工中心的刀库形式、刀库与主轴的相对位置、距离的不同，机械手的结构形

式和运动过程也不尽相同。目前使用最多的是回转式单臂双爪机械手。机械手通常有三个自由度：抓

刀和复位是一个自由度，拔刀和装刀是一个自由度，新、旧刀具位置交换是一个自由度。换刀动作在

加工过程中是一个辅助动作，要求换刀时间尽量短。目前多数机械手的换刀时间为5～8s，少数可达

0.7s。一般要求机械手动作迅速、平稳、可靠，特别是在高速旋转中交换刀具时，刀具不能从机械手

中甩出来，因此机械手必须具有相应的锁紧机构。机械手完成各个动作是靠位置控制的。一个动作结

束后，必须发出一个信号给PLC，以便启动下一个动作。拆装时要着重分析它的锁紧机构和各行程开

关的安装位置。

加工中心机床（以下简称加工中心）可以对工件完成多工序加工，在加工过程中需要自动更换刀

具。加工中心完成自动更换刀具的系统称为自动换刀系统。自动换刀系统的主要指标是刀库容量、换

刀可能性和换刀时间。这些指标直接影响到加工中心的工艺性能和工作效率。

无机械手换刀系统的优点是结构简单，换刀可靠性较高，成本较低。其缺点是布局结构受到了限

制，刀库容量小，换刀时间较长（10～20s），因此多用于中小型加工中心。在有机械手的自动换刀系

统中，刀库的容量、形式、布局等都比较灵活。机械手的配置形式有多种，可以是单臂的，也可以是

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双臂的，甚至可以有主、辅机械手，这样换刀时间可以缩短到几秒，甚至零点几秒。