1、刀具自動(dòng)化,刀具是金屬切削加工中不可缺少的工具之一，無(wú)論是 普通機(jī)床，還是先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床、加工中心機(jī)床以及柔性 制造系統(tǒng)，都必須通過(guò)刀具才能完成切削加工。 所謂刀具自動(dòng)化，就是加工設(shè)備在切削過(guò)程中自動(dòng)完 成選刀、換刀、對(duì)刀、走刀等工作過(guò)程。,第一節(jié) 自動(dòng)化刀具的內(nèi)容,自動(dòng)化刀具由刀具組裝預(yù)調(diào)站、刀具進(jìn)出站、刀具輸 送裝置和刀具庫(kù)組成。,一、自動(dòng)化刀具的組成,1、刀具室,刀具室工作包括刀具組裝和刀具預(yù)調(diào)，這些工作主要 由人來(lái)完成，負(fù)責(zé)對(duì)用過(guò)的刀具進(jìn)行重磨，對(duì)廢棄的刀具 進(jìn)行處理，對(duì)新刀具進(jìn)行刀具與刀柄組裝、編碼和登記 （向計(jì)算機(jī)輸入信息）。 此外，刀具進(jìn)入系統(tǒng)前要進(jìn)行預(yù)調(diào)。實(shí)際上，刀具室 的工作

2、是按刀具清單準(zhǔn)備刀具，并將準(zhǔn)備好的刀具放在刀 具進(jìn)出站。,刀具組裝包括機(jī)夾刀片與刀桿的裝配，以及刀具與 標(biāo)準(zhǔn)刀柄的組裝。,1)、刀具的組裝,加工中心和數(shù)控機(jī)床大量使用的是可轉(zhuǎn)位機(jī)夾刀具，在刀具室，工作人員要根據(jù)刀具清單的要求，選定所需要的刀桿和刀片類型，刀片裝配到相應(yīng)的刀桿上。 有些刀具還需要與中間接桿相連接，用來(lái)轉(zhuǎn)換刀柄與刀具相連接的部分結(jié)構(gòu)，（例如莫氏錐孔、彈簧夾頭等），根據(jù)需要正確選用和安裝。 對(duì)于用過(guò)的刀具，則需要進(jìn)行刀片轉(zhuǎn)位或更換刀片。,(1)機(jī)夾刀片與刀桿的裝配和組裝,(2) 切削刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀柄的組裝,加工中心要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，需使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)刀 柄，標(biāo)準(zhǔn)刀柄與主軸的連接部分為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)

3、構(gòu)，因此需要 將裝配好的刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀柄進(jìn)行組裝。,組裝好的刀具還需要進(jìn)行調(diào)整工作，將刀具放在刀具預(yù)調(diào)儀上，按刀具清單列出的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。需要調(diào)整的參數(shù)有：刀具幾何參數(shù)，刀具角度，刀具尺寸和直徑等等。另外，還需要測(cè)量出刀具的補(bǔ)償值。,3)、刀具的編碼和識(shí)別,2)、刀具的預(yù)調(diào),刀具與工件一樣，在自動(dòng)運(yùn)行的系統(tǒng)中也需要識(shí)別，但刀具所需要識(shí)別的內(nèi)容比工件要多，其編碼系統(tǒng)比工件編碼更為復(fù)雜。 (1)刀具識(shí)別的條形碼技術(shù)： 加工中心的自動(dòng)選刀方式有順序選刀、刀具編碼方式和刀座編碼方式。 對(duì)于帶有中央刀具庫(kù)的刀具流系統(tǒng)，由于刀具不僅是在機(jī)床的刀庫(kù)上進(jìn)行換刀加工，而且有機(jī)床刀庫(kù)與中央刀庫(kù)之間的交換，刀具是靠輸

4、送設(shè)備自動(dòng)裝入刀座。因此，使用刀具編碼方式更容易對(duì)刀具進(jìn)行識(shí)別和管理，刀具有了自己的編碼，不論在哪里都能找到，不易出錯(cuò)。,過(guò)去的刀具編碼采用在刀柄上安裝編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且編碼數(shù)據(jù)不能太多。隨著條形碼技術(shù)的應(yīng)用，使復(fù)雜的刀具編碼得以實(shí)現(xiàn)。,接觸式編碼刀柄,刀具識(shí)別的條形碼技術(shù)，是將刀具編碼轉(zhuǎn)換成條形碼，條碼可在組裝刀具時(shí)現(xiàn)場(chǎng)打印，然后粘貼在刀柄上，再由條碼閱讀機(jī)掃描，直接將信息輸入計(jì)算機(jī)。當(dāng)?shù)侗儆糜诮M裝新刀時(shí)，將原條碼撕下，換上新條碼即可。,刀具的編碼系統(tǒng)采用分類編碼的方式反映出刀具的特 征信息，分類編碼的結(jié)構(gòu)為： 代碼（表述刀具的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)類型） + 特性表（列出 刀具的特殊參數(shù))

5、例如，切削刀具的代碼為8位，數(shù)字前6位反應(yīng)刀具的 特性，后2位為指針數(shù)，指向特性表中的某一行，這一行 里規(guī)定了該刀具的其余參數(shù)。,第二節(jié) 刀具的進(jìn)出站,刀具經(jīng)過(guò)裝配、預(yù)調(diào)和編碼后，首先放到刀具進(jìn)出站的刀具托架上，托架上裝有刀具識(shí)別裝置，可對(duì)刀具進(jìn)行“有無(wú)刀具”和“刀具進(jìn)出”的識(shí)別。,一、有無(wú)刀具識(shí)別,工作人員將準(zhǔn)備好的刀具放在進(jìn)出站的托架上，刀具流系統(tǒng)的輸送裝置會(huì)自動(dòng)將刀具取走送入指定的刀具庫(kù)，還會(huì)自動(dòng)將系統(tǒng)中需要處理的刀具放到進(jìn)出站的托架上。 因此，在刀具進(jìn)出站里的托架有無(wú)刀具，要能夠由系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別。,刀具進(jìn)出站的托架上設(shè)有接近開(kāi)關(guān)或光電開(kāi)關(guān)，采用開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)令或光電信號(hào)輸出，對(duì)刀座上有無(wú)刀具

6、進(jìn)行識(shí)別。,二、刀具進(jìn)出識(shí)別,使用紅綠燈指示來(lái)進(jìn)行刀具進(jìn)出的識(shí)別，需要進(jìn)入 系統(tǒng)的刀具用綠燈顯示，需要拿出系統(tǒng)的刀具用紅燈顯 示。,在刀具準(zhǔn)備好時(shí)，首先用條形碼閱讀器向控制系統(tǒng)輸入刀具信息，然后將刀具放在進(jìn)出站托架上，當(dāng)系統(tǒng)判斷這把刀具合格，可以進(jìn)入系統(tǒng)，托架指示燈顯示綠燈；如果系統(tǒng)認(rèn)為此刀具有問(wèn)題，則顯示紅燈。,從系統(tǒng)中送出的刀具放在托架上時(shí)，指示燈也會(huì)顯 示紅燈，要求操作人員將刀具拿到刀具室進(jìn)行處理。 刀具進(jìn)出站的信號(hào)控制： 刀具進(jìn)出站的信號(hào)由刀具計(jì)算機(jī)控制，內(nèi)容包括刀 具識(shí)別、紅綠燈控制和刀具條形碼信息管理。,刀具進(jìn)出站信號(hào)控制圖,第三節(jié) 刀具自動(dòng)輸送裝置,刀具從刀具進(jìn)出站進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行的

7、系統(tǒng)后，由刀具 輸送裝置將刀具送到各機(jī)床的刀具庫(kù)中，或者送入中央刀 庫(kù)。 刀具的自動(dòng)輸送裝置主要有： 刀具輸送小車(chē)、高架機(jī)械手、刀具搬運(yùn)機(jī)器人,一、刀具輸送小車(chē),輸送小車(chē)上帶有刀具托架，可以同時(shí)輸送多把刀具， 它在刀具進(jìn)出站靠托架交換來(lái)裝卸刀具，在進(jìn)出站將車(chē)上 的托架卸下，再裝上帶有系統(tǒng)所需刀具的托架。 小車(chē)到達(dá)機(jī)床后，利用機(jī)床上的換刀機(jī)械手，將小車(chē)上的 刀具與機(jī)床刀庫(kù)的刀具進(jìn)行交換。小車(chē)到達(dá)中央 刀庫(kù)，利用刀庫(kù)的換刀機(jī)床械手，將小車(chē)上的刀具與刀庫(kù) 的刀具進(jìn)行交換。 送刀小車(chē)可以裝載一組刀具，進(jìn)行成批換刀，但它 向機(jī)床上送刀時(shí)，刀具的交換需要占用機(jī)床的加工時(shí)間， 這種送刀方式適用于加工準(zhǔn)備時(shí)機(jī)

8、床停機(jī)狀態(tài)的成組換刀。,二、高架機(jī)械手,在制造系統(tǒng)上方的空中設(shè)置高架軌道，一個(gè)換刀機(jī)械 手掛在上面，可沿軌道運(yùn)送刀具。 機(jī)械手從刀具進(jìn)出站抓住一把刀具，在高架軌道上行 走，將刀具送到指定的機(jī)床刀庫(kù)或中央刀庫(kù)，并且自動(dòng)將 刀具裝入刀庫(kù)，然后從刀庫(kù)拿下一把需要送出系統(tǒng)的刀 具，再送到進(jìn)出站。 這種方式每次只能運(yùn)送一把刀具，但它不僅有輸送功 能，同時(shí)有裝卸功能，可以自動(dòng)裝卸刀具，因此不占用機(jī) 床的運(yùn)行時(shí)間，中央刀庫(kù)也可以不設(shè)換刀裝置。,三、 刀具搬運(yùn)機(jī)器人,用機(jī)器人運(yùn)輸?shù)毒吲c高架機(jī)械手類似，不僅能運(yùn)送 刀具，還能自動(dòng)裝卸刀具。并且運(yùn)刀機(jī)器人的運(yùn)行更為靈 活，不需要高架軌道。 在刀具運(yùn)輸車(chē)上安裝機(jī)械手

9、，可將多把刀具依次裝 到車(chē)上的刀具托架上，送到刀庫(kù)后，再將刀具依次從車(chē)上 裝到刀庫(kù)中。,第四節(jié) 刀具的存儲(chǔ)及刀具庫(kù),在刀具流系統(tǒng)中，能夠存儲(chǔ)刀具的地方有三處：刀 具進(jìn)出站，機(jī)床刀庫(kù)，中央刀具庫(kù)。 刀具進(jìn)出站：是暫 時(shí)存放刀具的地方，但存放的時(shí)間比較短暫。 機(jī)床刀具庫(kù)：機(jī)床的刀庫(kù)主要是存放機(jī)床加工正在使 用的刀具，當(dāng)工件變化需要新刀具時(shí)，從刀具進(jìn)出站或中 央刀庫(kù)送來(lái)所需刀具，與機(jī)床刀庫(kù)中暫時(shí)不用的刀具進(jìn)行 交換。 中央刀具庫(kù)： 中央刀庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)刀具的存儲(chǔ)區(qū)，一般刀具容量比 較大，采用鏈?zhǔn)降稁?kù)、鼓式刀庫(kù)、排架式刀庫(kù)等等，這些 刀庫(kù)的容量都很大。,中央刀庫(kù)一般自帶換刀機(jī)械手，可使運(yùn)輸裝置上 的刀具

10、與刀庫(kù)刀具進(jìn)行自動(dòng)交換。,鏈?zhǔn)街醒氲稁?kù)由鏈條連接各個(gè)刀位上的刀座夾， 由鏈輪帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀座換位來(lái)選刀換刀。,排架式中央刀庫(kù)采用換刀機(jī)器人進(jìn)行換刀及運(yùn)送 刀具，每個(gè)刀座都有位置號(hào)，機(jī)器人可在刀庫(kù)中任意 位置查找刀具。,刀具在刀庫(kù)上的放置形式,對(duì)刀具室的管理：由人來(lái)完成對(duì)刀具編碼并將信息輸 入計(jì)算機(jī)。刀具室根據(jù)計(jì)算機(jī)所反饋的刀具庫(kù)存量，生產(chǎn) 計(jì)劃的安排等，按冗（rong）余最小的原則準(zhǔn)備刀具,使 刀具的利用率高。將很少用到的刀具調(diào)出來(lái)，對(duì)易磨損和 破損的刀具要多準(zhǔn)備一些。 刀具的分配：根據(jù)系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃和工藝過(guò)程，合理 地對(duì)各個(gè)加工設(shè)備進(jìn)行刀具分配。例如，某種刀具在A設(shè) 備上用到的頻率很小

11、，只偶爾使用，而在B設(shè)備上常用， 就應(yīng)將該刀具分配到B設(shè)備的刀庫(kù)上，A設(shè)備要用時(shí)可臨時(shí) 調(diào)用。 刀具壽命管理：對(duì)刀具的磨損和破損情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 及時(shí)更換刀具，對(duì)刀具進(jìn)行重磨，或換新刀具。 刀具信息處理：對(duì)刀具編碼、刀具補(bǔ)償值、刀具位置 和狀態(tài)、切削參數(shù)等信息進(jìn)行處理，并及時(shí)反饋給刀具室 和機(jī)床控制系統(tǒng)。,第五節(jié) 刀具系統(tǒng)的控制管理,根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的選擇指令，從刀庫(kù)中將各工序所需 的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動(dòng)選刀。自動(dòng)選刀方 式有兩種： (1) 順序選刀方式 將所需刀具嚴(yán)格按工序先后依次插放在刀庫(kù)中， 使用時(shí)按加工順序指令一一取用。 (2) 任意選擇方式 這種方式根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要

12、的 刀具，刀具在刀庫(kù)中可以不按加工順序而任意存放，利 用控制系統(tǒng)來(lái)識(shí)別、記憶所有的刀具和刀座。,第六節(jié) 輔助設(shè)備,在零件的加工制造過(guò)程中，除了切削加工外， (1) 切削后工件上的切屑和冷卻潤(rùn)滑油脂等污物、以 及工件上的加工毛刺等都必須進(jìn)行清理； (2) 切削下來(lái)的切屑也需要排除送走并回收利用； (3) 冷卻液需要進(jìn)行處理和過(guò)濾后再利用。 為使這些工作自動(dòng)化，發(fā)展了相應(yīng)的輔助設(shè)備。,一、輔助設(shè)備的種類,系統(tǒng)中如果缺少這些輔助設(shè)備，這些輔助工作要到 系統(tǒng)外由人工完成，然后工件再回到系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行精加工、 測(cè)量、裝配等，這樣將使整個(gè)制造系統(tǒng)的自動(dòng)化程度降 低，生產(chǎn)效率無(wú)法提高，而且產(chǎn)品的制造質(zhì)量也不容

13、易保 證。 將這些設(shè)備納入到加工系統(tǒng)中，用物流系統(tǒng)將它們 與加工設(shè)備一起連接起來(lái)，形成全自動(dòng)的高生產(chǎn)率和高質(zhì) 量的制造系統(tǒng)。 因此，在FMS的加工系統(tǒng)中，不僅有加工中心、車(chē)削 中心等切削加工設(shè)備，還有清洗設(shè)備、光整設(shè)備、排屑設(shè) 備和冷卻液處理設(shè)備等輔助設(shè)備。,二、清洗設(shè)備,工件一般在進(jìn)入檢測(cè)裝置之前，或在裝配工序之前 需要進(jìn)行清洗，有時(shí)切削加工中有攻絲工藝（用油潤(rùn)滑的 工藝）之后也需要清洗，有些是在制造工序都完成的最后 進(jìn)行清洗。 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的工件在自動(dòng)運(yùn)行中需要清洗時(shí)，由控制系統(tǒng)安排輸送裝置將工件送到相應(yīng)的清洗機(jī)。 清洗機(jī)主要有兩種類型：間歇式清洗機(jī)和連續(xù)通過(guò)式清洗機(jī)。,1. 間歇式清洗

14、機(jī),這類清洗機(jī)每次只清洗一個(gè)工件，將工件連同夾具 和托盤(pán)一起送入清洗機(jī)清洗，一般是將托盤(pán)和工件架起或 吊起，四周各方向噴出高壓清洗液，然后再通入熱風(fēng)吹干。 間歇式清洗機(jī)適用于清洗質(zhì)量和體積較大的零件， 屬于中小批量的清洗。,零件依次從清洗機(jī)的一端進(jìn)入通過(guò)式清洗機(jī)，然后要 經(jīng)過(guò)下列幾個(gè)工位： 1）清洗（浸入配置的清洗液，翻轉(zhuǎn)或搖動(dòng)）； 2）噴淋（用噴嘴向工件噴出高壓清洗液，特別是重要 的孔和拐角等）； 3）漂洗（用清水將清洗沖出）； 4）干燥（熱風(fēng)吹干和烘干）；最后從另一端出來(lái)。 連續(xù)通過(guò)式清洗機(jī)的工作效率高，連續(xù)清洗的速度 快，因此它適用于大批量的生產(chǎn)系統(tǒng)。,2. 連續(xù)通過(guò)式清洗機(jī),清洗的主要

15、工序：噴淋和吹干。 清洗機(jī)洗凈工件后，將大量的油污、切屑等污 物留在機(jī)內(nèi)，清洗機(jī)本身也需要定期清理，因此 清洗機(jī)要有對(duì)自身的清洗和排污功能，購(gòu)買(mǎi)設(shè)備 時(shí)參考。 一般間歇式清洗機(jī)清洗后的切屑和液體直接排 入系統(tǒng)的切屑和冷卻液處理系統(tǒng)，而連續(xù)通過(guò)式 有自己的清洗液和切屑回收處理裝置。,三、光整設(shè)備,光整設(shè)備包括去毛刺、倒園角、表面光整等等，這里 主要是介紹一下去毛刺機(jī)。 去毛刺機(jī)是用來(lái)將切削加工 后工件上尖角處的毛刺去掉。 去毛刺的方法有多種，目前常用的有： 1. 機(jī)械法： 機(jī)械法是用工業(yè)機(jī)械手夾持著砂輪，對(duì)工件上有毛刺 的地方進(jìn)行打磨。由于機(jī)械手的動(dòng)作靈活性有限，這種方 法只適用于對(duì)體積較大和形

16、狀平整的工件去毛刺。 2. 振動(dòng)法： 振動(dòng)法是將工件與粒狀的陶瓷介質(zhì)一起放入一個(gè)大容 器內(nèi)，讓容器快速往復(fù)振動(dòng)，使工件的各個(gè)部位與陶瓷顆 粒產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和摩擦，將工件的尖角磨平，毛刺去掉， 并能去掉氧化皮。陶瓷介質(zhì)的大小因零件類型、尺寸和材 料而異。,這種方法適合對(duì)形狀不規(guī)則的小型零件進(jìn)行處理，不僅能去掉工件尖角處的毛刺，同時(shí)還對(duì)工件表面有拋光的作用（稱為振動(dòng)式光整機(jī)）,3. 熱能法,熱能法是將工件放入一個(gè)充滿高壓可燃?xì)怏w的容器 中，同時(shí)通入氧氣并將其密封，然后用火花塞點(diǎn)燃容器內(nèi) 的可燃?xì)猓鼤?huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使毛刺燃燒氧化成粉末， 然后再將這此粉末清理去掉（稱為熱能式去毛刺機(jī)）。 這種方法能夠

17、均勻的去除工件的外表面毛刺，而且還 能去掉內(nèi)部結(jié)構(gòu)的毛刺。 這種方法的原理是：對(duì)工件來(lái)說(shuō)，毛刺是體積相對(duì)很 小、而表面積相對(duì)很大的東西，它很容易被高溫氧化，而 且可燃?xì)怏w能夠到達(dá)工件內(nèi)外的各個(gè)角落，因此用熱能法 能夠去除工件上各處（包括小孔內(nèi)）的毛刺。 適用范圍廣，可適用于黑色金屬和有色金屬。,4、電化學(xué)法,電化學(xué)法是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，將工件作為電化學(xué)去毛刺機(jī)的一個(gè)電極（正極）放入電解液中，通上直流電。這時(shí)陽(yáng)極金屬（即工件）就會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而逐漸被溶解，那么最先被溶解的就是工件上的毛刺尖角，因此在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⒐ぜ〕觯瓦_(dá)到了去毛刺的目的。 這種方法去毛刺的質(zhì)量較高，而且生產(chǎn)率高，適用于自動(dòng)化

18、加工系統(tǒng)。在去毛刺的過(guò)程中，不象振動(dòng)法和熱能法那樣會(huì)使工件產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和工件變形，但其去毛刺過(guò)程慢，成本較高。 適合于高硬度材料的去毛刺。,四 切屑和冷卻液處理設(shè)備,由于加工設(shè)備中的切屑和冷卻液是混合在一起的，而且一般都是利用冷卻液的大流量沖刷將切屑帶出加工區(qū)域，所以切屑和冷卻液的處理往往一起考慮。 許多AMS有切屑排除、集中運(yùn)輸和切削液集中供給及處理系統(tǒng)。 切屑的處理包括三個(gè)方面的內(nèi)容： 把切屑從加工區(qū)域清除出去； 把切屑輸送到系統(tǒng)以外； 把切屑從冷卻液中分離出去。,1、切屑的排除,首先要將切屑從加工區(qū)域清除掉，一般是清到機(jī)床下 面，常用有幾種方法： 采用斜面結(jié)構(gòu)，使切屑容易落下；用大流量冷卻液 沖刷；用壓縮空氣吹風(fēng)；或用刮板（刷子）將切屑推下去。 其次要將切屑運(yùn)到機(jī)床和生產(chǎn)區(qū)外的集中處理站， 一般是在機(jī)床下面有排屑溝，切屑排出加工區(qū)就直接 落入排屑溝，溝內(nèi)有切屑輸送設(shè)備將切屑送到集中處理 站；有些是機(jī)床自己帶有排屑裝置，可將機(jī)床內(nèi)的切屑排 出機(jī)床，然后再由切屑輸送帶將切屑運(yùn)走。 切屑輸送設(shè)備：機(jī)械式、流體式、空壓式,1）機(jī)械式排屑設(shè)備,機(jī)械式排屑設(shè)備是最常用的一種，適合于各類切屑。 切屑落到運(yùn)送帶上，靠機(jī)械結(jié)構(gòu)將切屑帶走。 常見(jiàn)的有帶式、平板鏈?zhǔn)?、刮板鏈?zhǔn)胶吐菪角行?輸送機(jī)。,平板鏈?zhǔn)角行驾斔蜋C(jī),2、 切屑及冷卻液處理裝置,切屑及冷卻液的處理主要是將切屑從冷卻