【正文】 直接有關(guān)。自動(dòng)換刀裝置的投資占整機(jī)的 30%50% ，在加工中心使用中， 50%的故障都出自自動(dòng)換刀裝置，因此，用戶應(yīng)盡可能選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好的自動(dòng)好的自動(dòng)換刀裝置。 第二節(jié) 分類 一、按換刀方法分： 加工中心的自動(dòng)換刀形式可分為有機(jī)械手換刀方式和無機(jī)械手換刀方式兩大類。 有機(jī)械手換刀方 式： 加工中心的 ATC 大多采用有刀庫 機(jī)械手換刀方式。它是由機(jī)械手把刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返送到刀庫上。 其特點(diǎn)是刀庫的配置、位置及數(shù)量比較靈活，它可根據(jù)不同的要配置不同形式的機(jī)械手，單臂、雙臂，甚至是一個(gè)主機(jī)械手和一個(gè)輔助機(jī)械手。它能夠配備多至數(shù)百把刀具的刀庫，換刀時(shí)間可縮短到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。 11 二、 按刀庫類型分： 加工中心自動(dòng)換刀裝置的類型主要有轉(zhuǎn)塔式和刀庫式兩種。 （一） 轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置 轉(zhuǎn)塔式分為回轉(zhuǎn)刀架和轉(zhuǎn)塔頭換刀兩種形式?；剞D(zhuǎn)刀架形式的換刀有以下特點(diǎn)：多為順序換 刀，換刀時(shí)間短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，容納刀具較少。適用于成批生產(chǎn)用車床類自動(dòng)換刀機(jī)床。轉(zhuǎn)塔頭換刀有以下特點(diǎn)：順序換刀，換刀時(shí)間短，刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊。但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制。適用于成批生產(chǎn)的鉆、鏜、銑床；帶主軸箱式轉(zhuǎn)塔頭多用于組合機(jī)床。 （二） 刀庫式自動(dòng)換刀裝置 分類與特點(diǎn)： （ 1） 刀庫與刀具主軸之間直接進(jìn)行換刀，特點(diǎn)是換刀運(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)部件少。但刀庫運(yùn)動(dòng)多。布局不靈活，適應(yīng)性差。 （ 2） 刀庫與刀具主軸之間直接進(jìn)行換刀，特點(diǎn)是換刀運(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)部件少。但刀庫運(yùn)動(dòng)多。布局不靈活，適應(yīng)性差。 （ 3） 用機(jī)械手配合刀庫進(jìn)行換刀，特點(diǎn)是刀庫只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，比刀庫作換刀運(yùn)動(dòng)慣性小，速度快，布局較靈活。 （ 4） 用機(jī)械手運(yùn)輸裝置配合刀庫換刀，特點(diǎn)是換刀運(yùn)動(dòng)分散，由多個(gè)部件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)部件多，但布局靈活，適應(yīng)性好。 以上 4 種換刀形式適用于各種類型的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)需要。要根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫容量和自動(dòng)換刀裝置的類型。 （ 5） 有刀庫的轉(zhuǎn)塔式換刀裝置，特點(diǎn)是彌補(bǔ)轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置刀具數(shù)量不足的缺點(diǎn)。換刀時(shí)間可以較短。適用于擴(kuò)大工藝范圍的各類轉(zhuǎn)塔式數(shù)控機(jī)床。 （ 6） 有主軸箱庫的主軸箱更 換裝置，特點(diǎn)是能擴(kuò)大組合機(jī)床的工藝范圍，工序更集中，有利于提高機(jī)床的利用率。適用于能使多工序組合機(jī)床適應(yīng)較多品種工件的加工需要。 （ 7） 有成組刀具刀庫的成組刀具更換裝置，特點(diǎn)是適應(yīng)工序集中的組合機(jī)床的要求，多把刀具成組更換。成組刀具 12 的刀庫比主軸箱庫體積小，但刀具更換裝置比主軸箱更換裝置復(fù)雜。適用于專門化的或?qū)Ｓ玫慕M合機(jī)床。 （ 8） 有刀庫及主軸箱庫的自動(dòng)換刀裝置，特點(diǎn)是有刀庫能自動(dòng)更換刀具，同時(shí)有主軸箱庫，能自動(dòng)更換主軸箱，擴(kuò)大機(jī)床適用范圍。機(jī)床自動(dòng)化程度較高。適用于多適應(yīng)中、小批量，多品種生產(chǎn)的箱體零件。 （ 9） 有成套刀庫系 統(tǒng)的可自動(dòng)更換刀庫的裝置，特點(diǎn)是有刀庫儲(chǔ)存器、刀庫更換裝置組成。采用組合部件，使換刀裝置通用化。擴(kuò)大自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床的工藝范圍，提高機(jī)床的利用率和自動(dòng)化程度。它是自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展，適應(yīng)自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床組成高度自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的需要。 刀庫式換刀裝置有一個(gè)專作存儲(chǔ)刀具用的刀庫，機(jī)床只需一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的刀具主軸（鉆、鏜、銑類機(jī)床）或刀架（車床類機(jī)床）。當(dāng)需用某一刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，將該刀具自動(dòng)地從刀庫移至刀具主軸或刀架中；在切削完畢后，又將用過的刀具自動(dòng)地從刀具主軸或刀架移回刀庫中。由于在換刀過程中刀具 需在各部件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以各部分的動(dòng)作必須準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。 其特點(diǎn)是： ① 刀庫中刀具數(shù)目可根據(jù)工藝要求和機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局而定，數(shù)量可教多。 ② 刀庫可布置在遠(yuǎn)離加工區(qū)的地方，以消除它與工件相互干擾的可能性。 ③ 刀庫不承受切削加工的作用力，它的工作條件比較有利。 ④ 刀庫需要有自動(dòng)夾緊、放松刀具的機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)傳力機(jī)構(gòu)。 ⑤ 自動(dòng)化換刀過程時(shí)間包括 `：一個(gè)工序加工完畢后，刀具快速退離工件，從加工位置退到換刀位置（同時(shí)主軸準(zhǔn)停）；進(jìn)行新舊刀具的交換；然后松開主軸（消除準(zhǔn)停）、變速、主軸起動(dòng)旋轉(zhuǎn)并快速趨近加 工位置，用更換的新刀具開始下一工序的加工。 ⑥ 主軸剛度可以提高，有利于提高加工精度和加工效率，由于有了單獨(dú)存儲(chǔ)刀具的刀庫，使刀具的存儲(chǔ)容量增多，有利于加工復(fù)雜零件。 用機(jī)械手在刀庫與刀具主軸之間換刀的自動(dòng)換刀裝置： 刀庫安置于機(jī)床立柱的側(cè)面，其自動(dòng)換刀過程如下： ① 單臂雙手機(jī)械手的滑板向下移動(dòng)，機(jī)械手下面的一個(gè)手抓住刀庫換刀位置的刀具； ② 機(jī)械手軸向外移，拔出刀庫中選好的刀具；機(jī)械手回轉(zhuǎn) 180176。 ，交換其兩手中刀具的位置；機(jī)械手軸向縮回，把用過的刀具插回刀庫；機(jī) 13 械手滑板向上移動(dòng)，帶著機(jī)械手及選出 的刀具離開刀具交換位置； ③ 機(jī)械手滑座帶著滑板、機(jī)械手等沿導(dǎo)軌轉(zhuǎn) 90176。 ，把機(jī)械手帶到機(jī)床主軸的正上方。機(jī)床主軸在一個(gè)工序完畢后，沿機(jī)床立柱導(dǎo)軌上移至固定的換刀位置； ④ 機(jī)械手滑板下移，機(jī)械手下方空著的手抓住主軸中已用過的刀具； ⑤ 機(jī)械手向外移，拔出主軸中用過的刀具；機(jī)械手轉(zhuǎn) 180176。 ，交換兩手中刀具的位置； ⑥ 機(jī)械手軸向縮回，向主軸插刀； ⑦ 機(jī)械手滑板上移，離開主軸，主軸則帶著新?lián)Q的刀具趨近工件進(jìn)行新工序； ⑧ 機(jī)械手滑座帶著滑板、機(jī)械手和主軸上換下的刀具沿圓弧形導(dǎo)軌轉(zhuǎn)回刀庫換刀位置，同 時(shí)刀庫旋轉(zhuǎn)，選下一工序使用的刀具。 第四章 刀庫 一、 刀庫的功能 刀庫的功能是存儲(chǔ)加工工序所需的各種刀具，并且按程序指令，把即將要用的刀具迅速、準(zhǔn)確地送到換刀位置，并接受從主軸送來的已用刀具。 設(shè)計(jì)刀庫時(shí)，應(yīng)考慮下列因素： ① 存刀數(shù)： 給定 40 把 ② 刀具最大直徑 ③ 刀具最大長(zhǎng)度 ④ 刀具最大重量 ⑤ 刀庫安置空間 ⑥ 刀具最大運(yùn)動(dòng)線速度 ⑦ 刀庫工作的可靠性（即不能掉刀，各刀具能準(zhǔn)確停在換刀位置上） 確定這些因素，沒有現(xiàn)成的模式。一般根據(jù)用戶調(diào)查和國內(nèi)外同類型號(hào)加工 中心的刀具規(guī)格和刀庫容量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，確定刀庫容量和刀具歸格。其中，刀庫容量和刀具最大直徑是影響加工中心的主要因素。 14 各種刀庫的形式及特點(diǎn) 刀庫類型主要包括以下幾種： （一） 鼓輪式刀庫，它包括以下幾種形式： （ 1）單鼓輪式刀庫，它分為：刀具、鼓輪軸線平行，特點(diǎn)是有徑向、軸向取刀形式；刀具、鼓輪軸線垂直，特點(diǎn)是占地面積大，刀庫位置受限制，但將它置于臥式主軸機(jī)床頂部，不但不妨礙操作，而且可以用一單臂雙手機(jī)械手對(duì)主軸直接進(jìn)行刀具交換，換刀時(shí)間可較短，使整個(gè)換刀裝置較簡(jiǎn)單；刀具、鼓輪、軸線成銳角，特點(diǎn)是便于根據(jù)機(jī) 床的總體布局要求安排刀庫的位置，且可以使刀庫中處于換刀位置的刀具軸線平等于主軸軸線，以簡(jiǎn)單的單臂雙手機(jī)械手對(duì)主軸進(jìn)行刀具交換，刀庫容量不宜過大。以上適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，應(yīng)用較多。但因刀具單環(huán)排列，窨利用率低，大容量刀庫的外徑將較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，選刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) ,因此這幾種形式的刀庫比較適用于刀庫容量較小的場(chǎng)合。（一般不多于 32 把） （ 2）雙鼓式刀庫，特點(diǎn)是輕，重型刀具分別安置在各自適當(dāng)?shù)奈恢茫稁斓玫匠浞掷?。適用于重型自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。 （ 3）三鼓式刀庫，特點(diǎn)是傳動(dòng)裝置較復(fù)雜，適用于要求刀庫容量較大的換刀 裝置。 （ 4）行星鼓輪式刀庫，特點(diǎn)是刀庫傳動(dòng)及選刀運(yùn)動(dòng)均較復(fù)雜，刀庫占地面積較小。公轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大。適用于用于刀庫置于機(jī)床立柱頂部，而立柱頂部面積受限制，刀庫容量又較大場(chǎng)合。 (二 ) 鏈?zhǔn)降稁?，它主要以單環(huán)鏈?zhǔn)酱?，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊。刀庫容量可以較大。鏈環(huán)可根據(jù)機(jī)床的布局要求配置在適當(dāng)形式，以利于換刀機(jī)構(gòu)的工作。（如把在換刀位置的刀具單獨(dú)突出來），并充分利用機(jī)慶的占地窨。通常為軸向取刀。位置精度較低。適用于刀庫容量較大的場(chǎng)合（在增加鏈條長(zhǎng)度，而不增加鏈輪直徑，因經(jīng)，鏈輪的圓周速度可不增加，因而刀庫的運(yùn) 動(dòng)慣量不象鼓輪式刀庫嗇得那樣多。容量為質(zhì)數(shù)的小容量刀庫，往往也采有鏈?zhǔn)降稁?。? （三） 鼓輪式刀庫，它主要包括以下幾種： （ 1）單鼓輪式刀庫，它分為在鼓輪端面上呈雙環(huán)排列的，特點(diǎn)是刀庫空間利用率較高，但裝、取刀機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，適用于機(jī)床空間有限制而刀庫容量又較大的場(chǎng)合；在鼓輪端面上呈多環(huán)排列特點(diǎn)是刀庫空間利用率 15 更高。但裝、取刀機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜。刀庫除有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，裝刀庫的滑塊還必須有直線運(yùn)動(dòng)，以便把選中的刀具送至固定的換刀位置，由裝、取刀機(jī)構(gòu)向刀庫裝、取刀。適用于大容量刀庫（一般為 60 把以上的刀庫）。 （ 2）多 鼓輪式刀庫，它分為鼓輪彈夾式特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但結(jié)構(gòu)與控制裝置較復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，換刀運(yùn)動(dòng)復(fù)雜。用于刀庫置于機(jī)床立柱頂部，刀庫容量較大的場(chǎng)合；雙鼓式特點(diǎn)是刀庫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，兩刀庫分別配置在機(jī)床主軸兩側(cè)，使機(jī)床總布局比較緊湊。適用于中小型的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床；重疊多環(huán)鏈?zhǔn)教攸c(diǎn)是刀庫結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。由于在刀庫容量很大時(shí)，對(duì)于同樣容量的刀庫，利用多環(huán)鏈?zhǔn)剑ㄅc單環(huán)鏈?zhǔn)奖容^）可使刀庫外形更緊湊，所占空間小，刀具識(shí)別裝置所用元件少，選刀時(shí)間可較短，軸向取刀，位置精度較低。適用于雙主軸。 （ 3）箱格式子刀庫，它分為單 面格子箱式，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容間利用率高，換刀時(shí)間較長(zhǎng)，小直徑刀具為軸向取刀，大直徑刀具為徑向取刀；多面格子箱式，特點(diǎn)是刀庫容量更大，但輔助裝置較復(fù)雜，這種刀庫可根據(jù)需要在機(jī)床使用刀庫一側(cè)之刀座板時(shí)，更換其另一側(cè)之座板。 （四）直線式刀庫，特點(diǎn)是刀庫容量小，一般在十九把左右，多用于自動(dòng)換刀數(shù)控車床。鉆床上也有采用。 鏈?zhǔn)降稁? 鏈?zhǔn)降稁斓慕Y(jié)構(gòu)形式：采用套筒式鏈條結(jié)構(gòu)刀庫形式。這種刀庫在“內(nèi)轉(zhuǎn)”時(shí)不發(fā)生刀套之間的干涉，故刀庫空間利用率較高。這是目前應(yīng)用最多的一種形式，由一個(gè)主動(dòng)輪帶動(dòng)裝有刀套的鏈條 。刀庫容量可以較大，機(jī)構(gòu)緊湊。鏈環(huán)可根據(jù)機(jī)床布局要求配置成適當(dāng)形式，以利于換刀機(jī)構(gòu)的工作（如把在換刀位置的刀具單獨(dú)突出來），并充分利用機(jī)床的占地空間，通常為軸向取刀，但位置精度較低。適用于刀庫容量較大的場(chǎng)合（在增加儲(chǔ)存刀具數(shù)目時(shí)，可以增加鏈條長(zhǎng)度，而不增加鏈輪直徑，因此鏈輪的圓周速度可不增加）容量為質(zhì)數(shù)的小容量刀庫，往往也采用鏈?zhǔn)降稁臁? ⑴ 換刀位置： 為保證刀套準(zhǔn)停精度和刀套定位剛性，鏈?zhǔn)降稁斓膿Q刀位置一般設(shè)在主動(dòng)鏈輪上或者設(shè)在盡可能靠近主動(dòng)鏈輪的刀套處。 ⑵ 鏈條形式： 16 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用 鏈傳動(dòng) 是屬于具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，它兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的一些特點(diǎn)。與齒輪傳動(dòng)相比。鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度較低，鏈輪齒受力情況較好，承載能力較大，有一定的緩沖和減振性能；中心距可以很大而結(jié)構(gòu)輕便；與磨擦型帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確；傳動(dòng)效率稍高，鏈條對(duì)軸的拉力較??；同樣使用條件下，結(jié)構(gòu)尺寸更為緊湊；此外，鏈條的磨損伸長(zhǎng)比較緩慢，張緊調(diào)節(jié)工作量較小，并且能在惡劣環(huán)境條件下工作。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：不能保持瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定；工作時(shí)有噪聲；磨損后易發(fā)生跳齒；不適用于受空間限制要求中心距小以及急速反向傳動(dòng)的場(chǎng)合 。 鏈傳動(dòng)的應(yīng)用范圍很廣。通常，中心距較大、多軸、平均傳動(dòng)比要求準(zhǔn)確的傳動(dòng)，環(huán)境惡劣的開式傳動(dòng)，低速重載傳動(dòng)，潤(rùn)滑良好的高速傳動(dòng)等可成功地采用鏈傳動(dòng)。 按用途不同，鏈條可分為：傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。在鏈條的生產(chǎn)和應(yīng)用中，傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈（簡(jiǎn)稱滾子鏈）占有最重要的地位。通常滾子鏈的傳動(dòng)功率在 60KW 以下，鏈速在 15m/s 以下?，F(xiàn)代先進(jìn)的鏈傳動(dòng)技術(shù)已能使優(yōu)質(zhì)滾子鏈的傳動(dòng)功率達(dá) 5000kw，速度可達(dá) 35m/s；高速齒形鏈的速度則可達(dá) 40m/s。鏈傳運(yùn)的效率，對(duì)于一般傳動(dòng)，其值約為~；對(duì)于用 循環(huán)壓力供油潤(rùn)滑的高精度傳動(dòng)，其值約為 。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的鏈決定選用滾子鏈，因?yàn)槠鋬r(jià)格較低，重量輕。加工精度要求較低。 HP 型鏈條：這種鏈條是套筒式鏈條，其錕子本身就是刀套。 ① 鏈輪節(jié)圓直徑 Dp Dp=P/sin(180176。/N) ② 鏈輪外徑 Do Do=P[()+cot(180176。/N)] 式中 P鏈條節(jié)距 ⑶ 鏈?zhǔn)降稁斓慕Y(jié)構(gòu)形式 HP 型套筒式鏈條組成的各種形式刀庫在刀套“內(nèi)轉(zhuǎn)”時(shí)不發(fā)生 刀套之間的干涉。故刀庫空間利用率比較高 . 鏈輪齒數(shù)可從 9 個(gè)起使用，但為了增加鏈條的耐用性和運(yùn)行效率，齒數(shù)還是盡可能多為好。鏈輪之間的中心距，以取鏈條節(jié)距整數(shù)倍為宜。 17 2．滾子鏈傳動(dòng) 滾子鏈的基本參數(shù)和尺寸 根據(jù)刀具的最大直徑 100mm 查表 （《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 2），可取28A，如取其節(jié)距 P=，則每三節(jié)鏈裝一刀套。但設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)這種鏈條的外鏈節(jié)寬 b2=，若采用這種鏈節(jié)將增大刀庫的整體寬度，這樣機(jī)械手的長(zhǎng)度將會(huì)增加很多，給機(jī)械手的設(shè)計(jì)帶來很多麻煩。在考察我校的加工中心發(fā) 現(xiàn)它采用非標(biāo)準(zhǔn)鏈條。結(jié)構(gòu)上改善了很多用標(biāo)準(zhǔn)鏈條的不足之