? 2005 GDGM 机电,数控机床与编程》
模块 六 数控机床的自动换刀装置
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20052
?单元一 自动换刀装置的形式
?单元二 刀库
?单元三 刀具系统及刀具选择
?单元四 刀具交换装置
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20053
单元一 自动换刀装置的形式
一, 回转刀架换刀
二, 更换主轴换刀
三, 更换主轴箱换刀
四, 带刀库的自动换刀系统
Exit
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20054
单元一 自动换刀装置的形式
一, 回转刀架换刀
Exit
n
凸轮
转位
合
开
摆动阀芯 液压缸
拔爪
棘轮
棘爪
电动机
下齿盘
上齿盘
凸轮
刀架
销钉
销钉
刀架
弹簧安全离合器
蜗轮副
螺母
下齿盘
上齿盘
电动机
端齿盘定位
刀架内装信号盘
(e)(d)(c)
(b)(a)
图 6-1 回转刀架的类型及其工作原理
1、图 6-1a) 螺母升降转位刀架
2、图 6-1b)利用十字槽轮来转位及锁紧刀架
3、图 6-1c)凸台棘爪式刀架
4、图 6-1d)电磁式刀架
5、图 6-1e)液压式刀架
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20055
单元一 自动换刀装置的形式
一, 回转刀架换刀
Exit
A A
C-C
C
C
B-B
D
B
A
活塞 刀架体 缸体 压盘 齿轮
活塞杆
固定插销
齿条
活动插销
拉杆
触头
活塞
齿条
活塞杆
A A
CB
B
图 6-2 数控车床的六角回转刀架
1、刀架抬起
2、刀架转位
3、刀架压紧
4、转位液压缸复位
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20056
二, 更换主轴换刀
Exit
图 6-3 换主轴换刀
单元一 自动换刀装置的形式
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20057
单元一 自动换刀装置的形式
三, 更换主轴箱换刀
Exit
Ⅰ
Ⅱ
1
2
109
345
8
67
图 6-4 更换主轴箱换刀
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20058
单元一 自动换刀装置的形式
四, 带刀库的自动换刀系统
Exit
立柱
主轴箱
机械手
刀库
主轴箱
主轴
刀具
工件
刀库
图 6-5 刀库与机床为整体式的
数控机床
图 6-6 刀库与机床为分体式的数
控机床
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20059
单元一 自动换刀装置的形式
四, 带刀库的自动换刀系统
Exit
工件
转塔头
机械手
刀库
图 6-7 双主轴头换刀
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200510
单元二 刀库
一、刀库的功能
二, 刀库的形式
三, 刀库的容量
Exit
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200511
单元二 刀库
二、刀库的形式
Exit
a） 直线刀库
(k)(j)
(g)(f)(e)
A
(d)
(c)
(b)
(a)
A 向
(h) (i)
b/c/de/f/g） 圆盘刀具
h/i） 链式刀库
j/k） 其它刀库
图 6-8 刀库的各种形式
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200512
单元二 刀库
三, 刀库的容量
Exit
5
100
O
80
60
40
20
10 15 20 25 30
铣削
车削
钻削
可加工工件工艺比率(
%)
刀具数
图 6-9 加工工件与刀具数量的关系
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200513
单元三 刀具系统及刀具选择
一、刀具系统
二, 刀具的选择方式
三, 刀具识别装置
Exit
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200514
单元三 刀具系统及刀具选择
Exit
二, 刀具的选择方式
1、顺序选择刀具
2、任意选择刀具
a） 刀具编码方式
b） 刀座编码方式
c） 编码附件方式
刀座识别装置
刀座编码块
拉杆
销紧螺母
编码环
刀柄
图 6-10 刀具编码的结构 图 6-11 刀座编码的结构
代码突起
弹性接触片
钥匙代码凹凸处
弹性接触片
钥匙代码凹凸处
炭刷
炭刷代码突起导向突起
图 6-12 编码钥匙 图 6-13 编码钥匙孔的剖面图
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200515
单元三 刀具系统及刀具选择
三, 刀具识别装置
Exit
1、接触式刀具识别装置
2、非接触式刀具识别装置
a） 非接触式磁性识别法
b） 非接触式光电识别法
编码环
刀具识别装置触针
刀柄
01011
图 6-14 接触式刀具识别装置的原理 次线圈
检测线圈 二次线圈
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
投光射出面
受光入射面
阅读方向
(a) (b)
编码环
刀具识别装置
刀柄
111
图 6-15 非接触式磁性识别原理图 图 6-16 光导纤维刀具识别原理图
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200516
单元四 刀具交换装置
一, 刀具交换方式
二, 机械手形式
三, 机械手夹持结构
四, 自动换刀动作顺序
Exit
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200517
单元四 刀具交换装置
一, 刀具交换方式
Exit
1、无机械手换刀
2、机械手换刀
(a) (b)
(c) (d)
主轴
主轴
刀库
刀库
主轴
刀库
主轴
刀库
图 6-17 双臂机械手常见的结构形式
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200518
单元四 刀具交换装置
二, 机械手形式
Exit
刀库
主轴
(a) (b) (c)
(c) (d) (e)
图 6-18 机械手的形式
1、单臂单爪回转式机械手（ a）
2、单臂双爪回转式机械手（ b）
3、双臂回转式机械手（ c）
4、双机械手（ d）
5、双臂往复交叉式机械手（ e）
6、双臂端面夹紧式机械手（ f）
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200519
单元四 刀具交换装置
三, 机械手夹持结构
Exit
1、柄式夹持
2、法兰盘式夹持
活动爪回转轴挡销锁紧销
调整螺栓 弹性柱塞 固定爪
图掌结构示意图 6-19 机械手手
法兰盘
(d)
弹簧夹紧片
刀柄
夹紧片刀柄
(c)
刀具 夹紧片
刀柄
(a)
(b)
图 6-20 法兰盘夹持原理图
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200520
单元四 刀具交换装置
四, 自动换刀动作顺序
Exit
1、双臂往复交叉式机械手的换刀过程
T46
T08
P09
T10
T11
T47
T46
T45
T44
T07
T06
T05
P05
T04
T05
T04
T09
T05
T09
T05
T09
T05
T09
T05
T09
T05
T07
T06
P05
T05
T09
T04
主轴
卸刀机械手
机械手架
装刀机械手
(l)(k)(j)
(i)(h)(g)
(f)
(d)
(c)(b)
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200521
单元四 刀具交换装置
四, 自动换刀动作顺序
Exit
2、钩刀机械手的换刀过程
90°
180°
90°
(a) (b) (c) (d) (e)
图 6-22 钩刀机械手的换刀过程
[ 1,2 ]
模块 六 数控机床的自动换刀装置
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20052
?单元一 自动换刀装置的形式
?单元二 刀库
?单元三 刀具系统及刀具选择
?单元四 刀具交换装置
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20053
单元一 自动换刀装置的形式
一, 回转刀架换刀
二, 更换主轴换刀
三, 更换主轴箱换刀
四, 带刀库的自动换刀系统
Exit
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20054
单元一 自动换刀装置的形式
一, 回转刀架换刀
Exit
n
凸轮
转位
合
开
摆动阀芯 液压缸
拔爪
棘轮
棘爪
电动机
下齿盘
上齿盘
凸轮
刀架
销钉
销钉
刀架
弹簧安全离合器
蜗轮副
螺母
下齿盘
上齿盘
电动机
端齿盘定位
刀架内装信号盘
(e)(d)(c)
(b)(a)
图 6-1 回转刀架的类型及其工作原理
1、图 6-1a) 螺母升降转位刀架
2、图 6-1b)利用十字槽轮来转位及锁紧刀架
3、图 6-1c)凸台棘爪式刀架
4、图 6-1d)电磁式刀架
5、图 6-1e)液压式刀架
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20055
单元一 自动换刀装置的形式
一, 回转刀架换刀
Exit
A A
C-C
C
C
B-B
D
B
A
活塞 刀架体 缸体 压盘 齿轮
活塞杆
固定插销
齿条
活动插销
拉杆
触头
活塞
齿条
活塞杆
A A
CB
B
图 6-2 数控车床的六角回转刀架
1、刀架抬起
2、刀架转位
3、刀架压紧
4、转位液压缸复位
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20056
二, 更换主轴换刀
Exit
图 6-3 换主轴换刀
单元一 自动换刀装置的形式
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20057
单元一 自动换刀装置的形式
三, 更换主轴箱换刀
Exit
Ⅰ
Ⅱ
1
2
109
345
8
67
图 6-4 更换主轴箱换刀
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20058
单元一 自动换刀装置的形式
四, 带刀库的自动换刀系统
Exit
立柱
主轴箱
机械手
刀库
主轴箱
主轴
刀具
工件
刀库
图 6-5 刀库与机床为整体式的
数控机床
图 6-6 刀库与机床为分体式的数
控机床
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 20059
单元一 自动换刀装置的形式
四, 带刀库的自动换刀系统
Exit
工件
转塔头
机械手
刀库
图 6-7 双主轴头换刀
[ 1,2 ]
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200510
单元二 刀库
一、刀库的功能
二, 刀库的形式
三, 刀库的容量
Exit
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200511
单元二 刀库
二、刀库的形式
Exit
a） 直线刀库
(k)(j)
(g)(f)(e)
A
(d)
(c)
(b)
(a)
A 向
(h) (i)
b/c/de/f/g） 圆盘刀具
h/i） 链式刀库
j/k） 其它刀库
图 6-8 刀库的各种形式
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200512
单元二 刀库
三, 刀库的容量
Exit
5
100
O
80
60
40
20
10 15 20 25 30
铣削
车削
钻削
可加工工件工艺比率(
%)
刀具数
图 6-9 加工工件与刀具数量的关系
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200513
单元三 刀具系统及刀具选择
一、刀具系统
二, 刀具的选择方式
三, 刀具识别装置
Exit
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200514
单元三 刀具系统及刀具选择
Exit
二, 刀具的选择方式
1、顺序选择刀具
2、任意选择刀具
a） 刀具编码方式
b） 刀座编码方式
c） 编码附件方式
刀座识别装置
刀座编码块
拉杆
销紧螺母
编码环
刀柄
图 6-10 刀具编码的结构 图 6-11 刀座编码的结构
代码突起
弹性接触片
钥匙代码凹凸处
弹性接触片
钥匙代码凹凸处
炭刷
炭刷代码突起导向突起
图 6-12 编码钥匙 图 6-13 编码钥匙孔的剖面图
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200515
单元三 刀具系统及刀具选择
三, 刀具识别装置
Exit
1、接触式刀具识别装置
2、非接触式刀具识别装置
a） 非接触式磁性识别法
b） 非接触式光电识别法
编码环
刀具识别装置触针
刀柄
01011
图 6-14 接触式刀具识别装置的原理 次线圈
检测线圈 二次线圈
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
投光射出面
受光入射面
阅读方向
(a) (b)
编码环
刀具识别装置
刀柄
111
图 6-15 非接触式磁性识别原理图 图 6-16 光导纤维刀具识别原理图
模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200516
单元四 刀具交换装置
一, 刀具交换方式
二, 机械手形式
三, 机械手夹持结构
四, 自动换刀动作顺序
Exit
模块 六：数控机床的自动换刀装置
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单元四 刀具交换装置
一, 刀具交换方式
Exit
1、无机械手换刀
2、机械手换刀
(a) (b)
(c) (d)
主轴
主轴
刀库
刀库
主轴
刀库
主轴
刀库
图 6-17 双臂机械手常见的结构形式
模块 六：数控机床的自动换刀装置
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单元四 刀具交换装置
二, 机械手形式
Exit
刀库
主轴
(a) (b) (c)
(c) (d) (e)
图 6-18 机械手的形式
1、单臂单爪回转式机械手（ a）
2、单臂双爪回转式机械手（ b）
3、双臂回转式机械手（ c）
4、双机械手（ d）
5、双臂往复交叉式机械手（ e）
6、双臂端面夹紧式机械手（ f）
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单元四 刀具交换装置
三, 机械手夹持结构
Exit
1、柄式夹持
2、法兰盘式夹持
活动爪回转轴挡销锁紧销
调整螺栓 弹性柱塞 固定爪
图掌结构示意图 6-19 机械手手
法兰盘
(d)
弹簧夹紧片
刀柄
夹紧片刀柄
(c)
刀具 夹紧片
刀柄
(a)
(b)
图 6-20 法兰盘夹持原理图
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? 2005 GDGM 机电GDGM 200520
单元四 刀具交换装置
四, 自动换刀动作顺序
Exit
1、双臂往复交叉式机械手的换刀过程
T46
T08
P09
T10
T11
T47
T46
T45
T44
T07
T06
T05
P05
T04
T05
T04
T09
T05
T09
T05
T09
T05
T09
T05
T09
T05
T07
T06
P05
T05
T09
T04
主轴
卸刀机械手
机械手架
装刀机械手
(l)(k)(j)
(i)(h)(g)
(f)
(d)
(c)(b)
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模块 六：数控机床的自动换刀装置
? 2005 GDGM 机电GDGM 200521
单元四 刀具交换装置
四, 自动换刀动作顺序
Exit
2、钩刀机械手的换刀过程
90°
180°
90°
(a) (b) (c) (d) (e)
图 6-22 钩刀机械手的换刀过程
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