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2020/3/28武汉理工大学机电学院1/81一、刀具自动化的特点、类型及调整二、自动线刀具四、刀具的破损与检测第4章刀具自动化三、数控机床刀具2020/3/28武汉理工大学机电学院2/81一、刀具自动化的特点、类型及调整所谓刀具自动化，就是加工设备在切削过程中自动完成选刀、换刀、对刀、走刀等工作过程。2020/3/28武汉理工大学机电学院3/811、自动化刀具的特点（1）合理选择刀具材料，保证刀具稳定可靠的切削性能；（2）可靠的断(卷)屑措施（3）较高的尺寸耐用度（1）高的硬度。一般情况下，常温硬度要求在HRC60以上（2）足够的强度和韧性（3）较好的耐磨性（4）较好的热硬性（5）良好的工艺性（4）精确而迅速地调整（5）快速(或自动)更换（6）各种必要的刀具工作状态检测装置（7）刀具系列化（8）尽量采用先进的高生产率刀具2020/3/28武汉理工大学机电学院4/812、自动化刀具的类型分为标准刀具和专用刀具两大类。在以自动生产线为代表的刚性自动化生产中，应尽可能提高刀具的专用化程度，以提高生产效率。在以数控机床、加工中心为主体构成的柔性自动化加工系统中，为了适应多品种小批量的要求，一般选用通用标准刀具。2020/3/28武汉理工大学机电学院5/812.1刚性自动化刀具及辅具组合机床及其自动线是大批量生产常用的刚性自动化设备，刀具专用程度高，其工具系统相对简单。为了在组合机床及其自动线上实现切削刀具的快换，常采用各种标准辅具，譬如各种浮动卡头、快换卡头和接杆等。2020/3/28武汉理工大学机电学院6/812.2数控机床工具系统的分类镗铣类数控机床用工具系统（简称“TSG”系统）车床类数控机床用工具系统（简称“BTS”系统）2020/3/28武汉理工大学机电学院7/81自动化刀具的工具系统自动化刀具装夹机构的作用充分发挥自动化加工设备应有的效率，实现快速自动换刀。方法：必须要配备一套标准的装夹机构，建立一套标准的工具系统。工具系统：是针对数控机床要求，与之配套的刀具必须可快换、高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。2020/3/28武汉理工大学机电学院8/81工具系统的组成主要由刀具的柄部（刀柄）、接杆（接柄）和夹头等部分组成。工具系统规定了刀具与装夹工具的结构、尺寸系列及其连接形式。更完善的工具系统还包括自动换刀装置、刀库、刀具识别装置和刀具自动检测装置等。2020/3/28武汉理工大学机电学院9/819机床刀架刀夹基座快换刀夹预调刀头等组成车削加工的工具系统的组成2020/3/28武汉理工大学机电学院10/812020/3/28武汉理工大学机电学院11/81数控镗铣加工工具系统数控镗铣加工工具系统有整体模块两种不同的结构型式。2020/3/28武汉理工大学机电学院12/81镗铣类整体式工具系统特点2020/3/28武汉理工大学机电学院13/81柄杆与刀具的联接2020/3/28武汉理工大学机电学院14/81模块式工具系统的结构特点2020/3/28武汉理工大学机电学院15/81主柄联接杆工作头模块结构的工具系统2020/3/28武汉理工大学机电学院16/813刀具的预调组装好的刀具需要进行几何参数调整，将刀具放在刀具预调仪上，按刀具清单列出的参数进行调整。2020/3/28武汉理工大学机电学院17/813.1刀具室刀具室职责：刀具组装和刀具预调，主要由人工完成，负责对用过的刀具进行重磨，对废弃的刀具进行处理，对新刀具进行刀具与刀柄组装、编码和登记（向计算机输入信息）。此外，刀具进入系统前要进行预调。实际上，刀具室的工作是按刀具清单准备刀具，并将准备好的刀具放在刀具进出站。2020/3/28武汉理工大学机电学院18/813.2刀具的组装刀具组装包括机夹刀片与刀杆的装配，以及刀具与标准刀柄的组装。2020/3/28武汉理工大学机电学院19/81拉钉刀柄连接器刀具2020/3/28武汉理工大学机电学院20/81ISO7388及DIN69871的A型拉钉ISO7388及DIN69871的B型拉钉MASBT拉钉带螺纹的零件，连接在各种工具柄的尾端，作为镗铣主轴拉刀固定用。拉钉2020/3/28武汉理工大学机电学院21/81（1）机夹刀片与刀杆的装配和组装•加工中心和数控机床大量使用的是可转位机夹刀具，在刀具室，工作人员要根据刀具清单的要求，选定所需要的刀杆和刀片类型，刀片装配到相应的刀杆上。•有些刀具还需要与中间接杆相连接，用来转换刀柄与刀具相连接的部分结构，（例如莫氏锥孔、弹簧夹头等），根据需要正确选用和安装。•对于用过的刀具，则需要进行刀片转位或更换刀片。2020/3/28武汉理工大学机电学院22/81•刀具清单是按照零件的加工工艺来确定的刀具类型、刀片型号、刀杆规格、以及标准刀柄的规格等等。2020/3/28武汉理工大学机电学院23/81（2）切削刀具与标准刀柄的组装加工中心要实现自动换刀，需使用统一的标准刀柄，标准刀柄与主轴的连接部分为标准结构，因此需要将装配好的刀具与标准刀柄进行组装。2020/3/28武汉理工大学机电学院24/812020/3/28武汉理工大学机电学院25/813.3刀具的预调预调仪有测量头、坐标测量机构、定位机构等几个部分组成。刀具预调仪示意图2020/3/28武汉理工大学机电学院26/81①测量头有接触式和非接触式。接触式测量头使用百分表或千分表，测量精度2μ～10μ，它可以测量刀具的直径、轴向尺寸等等。例如测量镗刀，先用标准棒将指示表对零，然后将镗刀装入预调仪，调整刀尖尺寸。非接触式测量头使用刀具投影仪，测量精度在5μ左右，将刀具放大10～30倍，在投影光屏观察，光屏上有标准刻线，用来调整刀尖的尺寸。同时，还可看到刀刃的情况，如刀刃是否平直，有无崩刃、缺口等。2020/3/28武汉理工大学机电学院27/81②坐标测量机构•可实现Z方向和X方向的座标测量。•测量头安装在测量架上，测量架在立柱上可沿Z方向移动，立柱在滑板上沿X方向移动，实现两个方向的测量。在立柱和滑板上有刻度尺来确定移动距离，精度高的预调仪用光栅尺等电测方法。2020/3/28武汉理工大学机电学院28/81③定位机构•实现刀具在预调仪上的定位。•在调刀之前已将刀具与标准刀柄装配在一起。因此，预调仪的刀具定位机构与机床主轴的定位方式一致，即刀具的标准刀柄与预调仪主轴连接定位。•预调仪主轴的回转精度很高，它与加工中心的主轴结构一样，靠长锥孔和刀柄拉紧机构使刀具定位于主轴上。主轴轴线与预调仪的Z坐标方向平行，与X坐标垂直，对其平行度和垂直度的精度要求都很高。2020/3/28武汉理工大学机电学院29/81刀具预调装置实例采用图像处理系统可以自动地测量刀具的长度、直径、圆角半径和两个切削刃的角度。而系统软件可以检测切削刃，然后通过安装在光学载体上的摄像机，将刀刃的图像传送到控制系统和屏幕上。2020/3/28武汉理工大学机电学院30/812020/3/28武汉理工大学机电学院31/81二、自动线刀具1、自动线刀具的工作条件（1）自动线同时工作刀具数量众多，只要其中有一把刀具由于设计、选择或使用不合理，造成断(卷)屑不好或过早损坏(磨损、崩刃或折断)而又未能及时被发现，采取有效措施，就会造成事故，或产生大量废品，或被迫长时间停机，甚至损坏机床设备，破坏整条自动线的正常运转。（2）自动线上由于有着大量主轴、刀架、工具及工装，造成刀具工作环境十分拥挤，使断屑、排屑、调整及更换刀具都比较困难。此外，由于自动线上布置十分拥挤，操作者要在生产中观察了解刀具的工作状态也不是一件容易的事。（3）在现代化的机械加工自动线上，已经不仅限于完成车、铣、钻、扩、锪、镗、铰及攻丝等传统工序，珩磨、磨削、滚压加工、深孔加工、齿轮加工以及大平面的拉削等工序也都逐渐被采用。这样，在同一条自动线上不仅刀具数量众多，而且类型、材料、规格尺寸及采取的切削用量也不相同，刀具耐用度有时相差很悬殊。2020/3/28武汉理工大学机电学院32/812、刀具尺寸耐用度尺寸耐用度是指刀具在两次调整之间所能加工出的符合尺寸精度的合格零件数量或相应的加工时间.与尺寸耐用度相应的刀具磨钝标准是沿工件径向的刀具磨损尺寸来表示的，该尺寸即刀具径向磨损量，用NB来表示。占VB的30～40％左右。磨钝标准：刀具后刀面中间区段的平均磨损量允许达到的最大值（用VB值表示）2020/3/28武汉理工大学机电学院33/81意义：方法：减少因换刀而造成的停机时间（1）机外调整刀具（2）采用耐用度计数器在预调室内把刀具的相对尺寸调整好，然后再装到机床上，使之能与机床快速、准确地接合和脱开，并能适应机械手或机器人的操作。按规定耐用度定时更换刀具(即是在自动线的自动循环过程中换刀)因此，联接刀具的刀柄、刀杆、接杆和装夹刀头的刀夹，已发展成工具系统。3、快速或自动更换2020/3/28武汉理工大学机电学院34/81生产过程中往往会由于一些偶然性因素，诸如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成刀具的突然崩刃或折断，这时就必须及时报警。（1）意义：（2）原理：随时将刀具状态（磨损或破损）的监测结果输入计算机，及时发出调整或更换刀具的指令，以保证工作循环的正常进行与加工质量该装置的性能必须稳定可靠，防止意外事故，避免不必要的损失。（3）要求：4、刀具工作状态检测装置2020/3/28武汉理工大学机电学院35/81刀具磨损在线检测方法刀具磨损的在线检测直接检测法间接检测法光导纤维法电视摄像法接触电阻法光电法切削力法扭矩法工件尺寸法2020/3/28武汉理工大学机电学院36/81刀具尺寸补偿的优点：1）能够补偿由于刀具磨损而造成工件径向尺寸的变化，刀具材料可充分利用；2）加快调整速度，大大减少循环外的时间损耗，提高机床负荷率；3）提高调整精度，从而可大大缩小工件径向尺寸分布区；4）对刀具或刀片的制造精度的要求可以降低，从而降低了制造成本；5）如果把测量装置与补偿装置结合起来，并使其自动化，便可实现刀具的自动补偿功能。刀具尺寸的补偿方法2020/3/28武汉理工大学机电学院37/811.位移和变位两种主要方式（见表4.1）2.按刀具位移方式补偿又可分为四类：1）利用刀具直线运动进行补偿，常见于镗刀和车刀的补偿；2）利用刀具摆动，使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿，可用于镗刀的补偿；3）利用刀夹弹性变形，使刀具的刀尖产生径向微量位移来进行补偿。常用于镗刀的自动补偿；4）利用刀头张开的方式进行微量补偿，多用于铰刀的补偿。刀具补偿方式的分类2020/3/28武汉理工大学机电学院38/81表4.1刀具补偿方式刀具补偿方式图示应用刀具移动镗刀车刀摆动镗刀位移刀夹变形常用于镗刀自动补偿装置刀头张开拉刀镗杆变位常用于镗刀自动补偿装置2020/3/28武汉理工大学机电学院39/81在自动化加工中，对于精加工，多采用加工过程中的尺寸控制系统，即尺寸自动误差补偿系统来提高加工精度和刀具耐用度。所谓尺寸误差系统，是对加工过程中的工件已加工表面尺寸进行自动误差检测和处理，使之转化为控制信息，以控制补偿执行装置，使刀具按预定的数值产生径向微量位移，以补偿刀具磨损等原因所造成工件尺寸的变化，从而提高加工精度。尺寸补偿系统由自动测量装置、控制装置和补偿执行装置三部分组成。刀具尺寸自动补偿系统2020/3/28武汉理工大学机电学院40/81图4.1车刀尺寸自动补偿系统图2020/3/28武汉理工大学机电学院41/81工件尺寸法在线检测/实时补偿刀具磨损原理2020/3/28武汉理工大学机电学院42/81直接补偿和间接补偿直接补偿：以工件的实测误差为依据进行误差补偿来提高加工精度间接补偿：仅对机床执行部件的位置坐标误差进行补偿尺寸自动补偿系统的分类2020/3/28武汉理工大学机电学院43/81由于尺寸补偿系统都是用于精加工的，补偿量又是微量的，要达到补偿的效果，关键在于补偿装置的工作性能。它的基本要求有：1）能保证补偿精度与补偿范围。2）具有良好的频率响应特性和良好的线性与稳定性。3）具有足够的刚度。4）装置应结构