1、任务任务5.3 自动换刀装置保养与检查自动换刀装置保养与检查学习目标：学习目标：通过本单元的学习，学生一方面要能熟悉通过本单元的学习，学生一方面要能熟悉ATCATC装置的类型及自动换刀方式，能对换刀动作检查，装置的类型及自动换刀方式，能对换刀动作检查，能对机械手进行保养与检查，保证自动换刀动作顺能对机械手进行保养与检查，保证自动换刀动作顺利进行。另一方面，要了解利进行。另一方面，要了解ATCATC装置常见典型故障，装置常见典型故障，能对简单故障进行处置，并对处置过程、处置结果能对简单故障进行处置，并对处置过程、处置结果进行评述，对无法排除的故障能进行报修。进行评述，对无法排除的故障能进行报修。
2、任务任务5.3 自动换刀装置保养与检查自动换刀装置保养与检查学习内容：学习内容：1 1加工中心自动换刀装置的组成及类型加工中心自动换刀装置的组成及类型2 2刀库的类型及特点刀库的类型及特点3 3自动选刀与自动换刀方式自动选刀与自动换刀方式4 4刀库及换刀动作的检查刀库及换刀动作的检查5 5刀库及机械手保养检查要点刀库及机械手保养检查要点6 6ATCATC装置典型故障及排除方法装置典型故障及排除方法7 7ATCATC装置故障分析与排除。要求对故障处置过程装置故障分析与排除。要求对故障处置过程进行描述，对处置结果进行评述。进行描述，对处置结果进行评述。任务任务5.3 自动换刀装置保养与检查自动换刀
3、装置保养与检查学习重点：学习重点：1 1自动换刀装置的类型自动换刀装置的类型2 2刀库及换刀动作的检查刀库及换刀动作的检查3 3、刀库及机械手保养检查要点、刀库及机械手保养检查要点4 4自动换刀装置典型故障及排除方法自动换刀装置典型故障及排除方法学习活动设计：学习活动设计：1 1视频、车间现场换刀装置视频、车间现场换刀装置2 2仿真软件仿真软件固定立柱立式加工中心固定立柱立式加工中心固定立柱立式加工中心固定立柱立式加工中心(无机械手）工作台移动式龙门加工中心1.数控机床对自动数控机床对自动换刀时间短换刀时间短刀具重复定位精度高刀具重复定位精度高刀具储存量多刀具储存量多结构紧凑结构紧凑刀具识别准
4、确刀具识别准确动作可靠、使用稳定动作可靠、使用稳定2 2、自动换刀装置的类型、自动换刀装置的类型类别形式类别形式特点特点适用范围适用范围转塔式转塔式回转刀架回转刀架多为顺序换刀，换刀时间多为顺序换刀，换刀时间短、结构简单紧凑、容纳短、结构简单紧凑、容纳刀具较少刀具较少各种数控车床，数控各种数控车床，数控车削加工中心车削加工中心转塔头转塔头顺序换刀，换刀时间短，顺序换刀，换刀时间短，刀具主轴都集中在转塔头刀具主轴都集中在转塔头上，结构紧凑，刀具数受上，结构紧凑，刀具数受限制限制数控钻、镗、铣床数控钻、镗、铣床刀库式刀库式 刀具与主轴之刀具与主轴之间直接换刀间直接换刀换刀运动集中，运动部件换刀运动
5、集中，运动部件少，刀具容量受限少，刀具容量受限数控镗、铣床类立式、数控镗、铣床类立式、卧式加工中心。卧式加工中心。用机械手配合用机械手配合刀库进行换刀刀库进行换刀刀库只有选刀运动，机械刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运动，刀库容手进行换刀运动，刀库容量大量大3、自动选刀方式、自动选刀方式选刀方式选刀方式顺序选刀方式顺序选刀方式 (早期早期)任选方式：任选方式：刀具编码方式刀具编码方式刀座编码方式刀座编码方式计算机记忆方式计算机记忆方式（1）、顺序选刀将刀具按加工工序的顺序依次放入刀库的每一个刀座将刀具按加工工序的顺序依次放入刀库的每一个刀座用刀也按此顺序选刀，刀具顺序不能搞错用刀也按此顺序选刀
6、，刀具顺序不能搞错更换工件时，刀具在刀库上的排列顺序要改变更换工件时，刀具在刀库上的排列顺序要改变特点：动作控制、刀库运动比较简单动作控制、刀库运动比较简单同一工件上相同的刀具不能重复使用，数量增加，同一工件上相同的刀具不能重复使用，数量增加，刀库利用率低刀库利用率低(2)、任意选刀预先把刀库中每把刀具（或刀座）都编上代码，使用时预先把刀库中每把刀具（或刀座）都编上代码，使用时按照编码选刀。按照编码选刀。刀具在刀库中不必按工件的加工顺序排列。刀具在刀库中不必按工件的加工顺序排列。（a）刀具编码方式采用一种特殊的刀柄结构，采用一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具进行编码。并对每把刀具进行编码。换刀时
7、通过识别装置，在刀库中寻找所需要的刀具换刀时通过识别装置，在刀库中寻找所需要的刀具刀具可放在任何一个刀座内刀具可放在任何一个刀座内刀具可重复使用刀具可重复使用刀具编码（b）刀座编码方式对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其相符的刀座中放到与其相符的刀座中换刀时，刀座依次经过识别器，找到规定的刀座换刀时，刀座依次经过识别器，找到规定的刀座换刀后必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增换刀后必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增加了换刀动作加了换刀动作刀柄结构简化，可用通用刀柄刀柄结构简化，可用通用刀柄刀具在加工过程中可重复使用刀具在加工过程中可重复
8、使用刀座编码刀座编码（c）计算机记忆方式 利用软件选刀，替代了传统的编码环和识别器利用软件选刀，替代了传统的编码环和识别器 随机换刀随机换刀刀库上的刀具能与主轴上的刀具任意地直刀库上的刀具能与主轴上的刀具任意地直接交换接交换 刀具号和存刀位置或刀座号（地址）对应地记忆在刀具号和存刀位置或刀座号（地址）对应地记忆在计算计算机或机或PLC的存储器内的存储器内 始终跟踪刀具位置，可任意取出、任意送回始终跟踪刀具位置，可任意取出、任意送回 没有编码，结构简单、通用性好没有编码，结构简单、通用性好 刀库上必须设有一个机械原点刀库上必须设有一个机械原点 选刀正、反转不超过选刀正、反转不超过180范围范围识
9、别装置识别装置接触式接触式非接触式非接触式：磁性识别磁性识别光电（图像）识别光电（图像）识别光学纤维刀具识别光学纤维刀具识别4、刀具（刀座）识别装置（1）接触式刀具识别装置结构简单、可靠性差、寿命短、不能快速选刀结构简单、可靠性差、寿命短、不能快速选刀（2）磁性识别装置无机械接触、可靠性高、寿命长、能快速选刀无机械接触、可靠性高、寿命长、能快速选刀利用磁性材料和非磁性材料磁感应的强弱不同，通过感应线圈读取代码。利用磁性材料和非磁性材料磁感应的强弱不同，通过感应线圈读取代码。磁性材料：软钢磁性材料：软钢；非磁性材料：黄铜、塑料非磁性材料：黄铜、塑料（3）光电识别装置优点多，价格高优点多，价格高利
10、用光学系统将刀具的形状投影到由许多光电元件组成的屏板上，从而将利用光学系统将刀具的形状投影到由许多光电元件组成的屏板上，从而将刀具的形状变为光电信号，经信息处理后存入记忆装置中。刀具的形状变为光电信号，经信息处理后存入记忆装置中。选刀时，所选刀具在识别位置出现图形时，与记忆装置中的图形进行比较。选刀时，所选刀具在识别位置出现图形时，与记忆装置中的图形进行比较。识别码块识别传感器刀具识别装置圆盘式刀库：圆盘式刀库：结构简单、紧凑，应用小型加工中心结构简单、紧凑，应用小型加工中心链式刀库：链式刀库：刀库容量大，应用大型加工中心刀库容量大，应用大型加工中心格子盒式刀库：格子盒式刀库：刀库容量大刀库容
11、量大其他其他刀库形式刀库形式功能：功能：存放刀具，按程序指令，把将要换上的刀存放刀具，按程序指令，把将要换上的刀具准确地送到换刀位置。具准确地送到换刀位置。5.3.2 刀库及换刀方式刀库及换刀方式1.1.刀库的类型刀库的类型鼓盘式刀库径向取刀径向取刀有倒刀机构有倒刀机构圆盘式刀库轴向取刀轴向取刀可以不用机械手可以不用机械手斗笠式刀库立式加工中心立式加工中心不需要机械手不需要机械手链式刀库提篮式刀库主轴主轴2.机械手换刀方式（一）机械手换刀方式（一）（1）换刀过程）换刀过程1.换刀指令，刀盘正转或反转之就换刀指令，刀盘正转或反转之就近选刀并定位。近选刀并定位。2.刀套倒刀（刀套垂直）刀套倒刀（刀
12、套垂直）3.机械手扣刀（刀库和主轴上的刀机械手扣刀（刀库和主轴上的刀具）并到位。具）并到位。4.主轴松刀（主轴夹爪放松刀具）。主轴松刀（主轴夹爪放松刀具）。5.机械手拔刀（向下）机械手拔刀（向下）6.机械手臂旋转机械手臂旋转1807.机械手插刀（向上）机械手插刀（向上）8.主轴夹爪夹紧刀具主轴夹爪夹紧刀具9.机械手臂回原点位置。机械手臂回原点位置。10.刀套抬起（回到水平位置）刀套抬起（回到水平位置）11.换刀动作完成换刀动作完成需要倒刀机构需要倒刀机构（2 2）刀库结构1电动机 2联轴器 3蜗轮 4蜗杆 5气缸 6活塞杆 7拨叉；8螺杆；9、10位置开关；11、15滚子；12销轴；13刀套；
13、14刀盘 2.2.刀库结构1电动机 2联轴器 3蜗轮 4蜗杆 5气缸 6活塞杆 7拨叉；8螺杆；9、10位置开关；11、15滚子；12销轴；13刀套；14刀盘 刀套及倒刀机构刀套刀套换刀位置换刀位置倒刀倒刀3.机械手换刀方式二机械手换刀方式二(无需倒刀无需倒刀）动作分解动作分解a.抓刀爪伸出，抓住刀库上待换刀具，刀抓刀爪伸出，抓住刀库上待换刀具，刀库刀座上的锁板拉开。库刀座上的锁板拉开。b.机械手带着待换刀具绕垂直轴逆时针方机械手带着待换刀具绕垂直轴逆时针方向转向转90，与主轴轴线平行，另一抓，与主轴轴线平行，另一抓刀爪抓住主轴上的刀具，主轴将刀杆刀爪抓住主轴上的刀具，主轴将刀杆松开。松开。c
14、.机械手前移，将刀具从主轴锥孔内拔出。机械手前移，将刀具从主轴锥孔内拔出。d.机械手绕自身水平轴转机械手绕自身水平轴转180，将两把，将两把刀具交换位置。刀具交换位置。e.机械手后退，将新刀具装入主轴，主轴机械手后退，将新刀具装入主轴，主轴将刀具锁住。将刀具锁住。f.抓刀爪缩回，松开主轴上的刀具。机械抓刀爪缩回，松开主轴上的刀具。机械手绕垂直轴顺时针转手绕垂直轴顺时针转90，将刀具放，将刀具放回刀库的相应刀座上，刀库上的锁板回刀库的相应刀座上，刀库上的锁板合上。合上。最后，抓到爪缩回，松开刀库上的刀具，最后，抓到爪缩回，松开刀库上的刀具，回复到原始位置。回复到原始位置。4.斗笠式刀库结构及换刀
15、过程斗笠式刀库结构及换刀过程（1）刀库结构）刀库结构(仿真软件）仿真软件）（2 2）斗笠式刀库（无机械手）换刀方式）斗笠式刀库（无机械手）换刀方式 电机主轴气缸刀库刀盘直线导轨（a）（b）（c）（d）（e）（f）刀库移动刀库移动-主轴升降式换刀过程主轴升降式换刀过程(a)分度：分度：将刀盘上接收刀具的空刀座转到换刀所需的预将刀盘上接收刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置。定位置。(b)接刀：接刀：活塞杆推出，将空刀座送至主轴下方，并卡住活塞杆推出，将空刀座送至主轴下方，并卡住刀柄定位槽。刀柄定位槽。(c)卸刀：卸刀：主轴松刀，铣头上移至参考点。主轴松刀，铣头上移至参考点。(d)再分度：再分度：再
16、次分度回转，将预选刀具转到主轴正下再次分度回转，将预选刀具转到主轴正下方。方。(e)+(f):装刀：装刀：铣头下移，主轴抓刀，活塞杆缩回，刀盘铣头下移，主轴抓刀，活塞杆缩回，刀盘复位。复位。1.1.常用机械手常用机械手机械手的手臂两端各有两机械手的手臂两端各有两个夹爪，适用于刀库中个夹爪，适用于刀库中刀刀具轴线与主轴轴线平行具轴线与主轴轴线平行时，时，两个夹爪同时抓取刀库及两个夹爪同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转主轴上的刀具，回转180180后，又同时将刀具后，又同时将刀具放回刀库及装入主轴。放回刀库及装入主轴。5.3.3 机械手机械手双臂双爪回转式机械手双臂双爪回转式机械手（1）液压式）液压
17、式“拔刀拔刀”、“插刀插刀”动作均由液压驱动完动作均由液压驱动完成。成。1 1、3 3、7 7、9 9、1313、1414行程开关；行程开关；2 2、6 6、1212挡环；挡环；4 4、1111齿轮；齿轮；5 5连接盘；连接盘；8 8销销子；子；1010传动盘；传动盘；1515升降液压缸；升降液压缸；1616机械手臂轴；机械手臂轴；1717、1919齿条；齿条；1818、2020转位液压缸；转位液压缸；2121机械机械手手2.2.机械手的传动方式机械手的传动方式机械机械手松手松刀复刀复位位换刀、换刀、油缸油缸复位复位拔刀、拔刀、插刀插刀传动盘传动盘离合盘离合盘抓刀抓刀拔刀拔刀（2）凸轮联动传动
18、方式）凸轮联动传动方式凸轮式机械手装配示意图凸轮式机械手装配示意图组合凸轮（6个滚柱）5平面凸轮47揺杆机构6减速箱减速箱2传动轴传动轴1滚子盘8花键轴9弧面凸轮组合凸轮滚子盘8弧面凸轮54机械手臂揺杆机构62锥齿轮锥齿轮1组合凸轮滚子盘滚子盘 8主要零件示意图花键轴花键轴拔刀、拔刀、插刀插刀（1）手爪结构）手爪结构3.3.刀具的夹持刀具的夹持图图5.35.313 13 钳形机械手手爪钳形机械手手爪1-1-活动爪活动爪 2-2-轴轴 3-3-挡销挡销 4-4-锁紧销锁紧销 5-5-调整螺栓调整螺栓 6-6-弹簧柱塞弹簧柱塞 7-7-固定爪固定爪便于取刀、松刀、不掉刀便于取刀、松刀、不掉刀进刀进
19、刀方向方向（2）机械手臂和手爪）机械手臂和手爪刀爪刀爪定位键定位键机械机械 手臂手臂手爪手爪回转中心回转中心（2）机械手臂和手爪）机械手臂和手爪顶杆顶杆机械机械 手臂手臂锁紧盘锁紧盘顶杆顶杆（2）机械手臂和手爪）机械手臂和手爪固定爪固定爪活动爪活动爪刀爪刀爪定位键定位键盖板盖板3.机械手臂和手爪结构图机械手臂和手爪结构图活动爪活动爪机械手转动轴机械手转动轴工作原理工作原理u手臂的两端各有一手爪，机械手抓刀时，刀爪定手臂的两端各有一手爪，机械手抓刀时，刀爪定位键插入刀柄的键槽中。位键插入刀柄的键槽中。u当机械手由原位转当机械手由原位转7575抓住刀具时，顶杆被主轴抓住刀具时，顶杆被主轴前端面和刀
20、库上的挡块压下，使轴向开有长槽的前端面和刀库上的挡块压下，使轴向开有长槽的刀爪杆可以活动，刀具能够进入刀爪内。刀爪杆可以活动，刀具能够进入刀爪内。u当机械手拔刀时，顶杆与挡块脱离接触，顶杆被当机械手拔刀时，顶杆与挡块脱离接触，顶杆被弹簧弹起，使刀爪杆被锁位，不能后退，刀具被弹簧弹起，使刀爪杆被锁位，不能后退，刀具被刀爪杆顶住紧靠着机械手的固定爪，这就保证了刀爪杆顶住紧靠着机械手的固定爪，这就保证了在机械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。在机械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。u当机械手上升插刀时，顶杆又分别被两挡块压下，当机械手上升插刀时，顶杆又分别被两挡块压下，刀爪杆又可以活动，松开
21、主轴和刀库中的刀具，刀爪杆又可以活动，松开主轴和刀库中的刀具，机械手便可反转机械手便可反转7575复位。复位。5.3.4自动换刀装置的保养与检查自动换刀装置的保养与检查(1)(1)严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、工具等发生碰撞。时掉刀或刀具与工件、工具等发生碰撞。（2 2）检查所换刀具号是否与所需刀具一致，防止换错刀具）检查所换刀具号是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生。导致事故发生。（3 3）用手动方式往刀库装刀时，要确保装到位、装牢靠。）用手动方式往刀库装刀时，要确保装到位、装牢靠。检查刀座上的检查
22、刀座上的锁紧锁紧是否可靠。是否可靠。（4 4）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴换）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴换刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作。刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作。（5 5）要检查并注意保持刀具和刀柄的清洁。）要检查并注意保持刀具和刀柄的清洁。（6 6）开机时，应使刀库和机械手空运行，检查各部分工作）开机时，应使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。检是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否正常，刀具在机械手上锁紧查机械手液压系统的压力
23、是否正常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。是否可靠，发现不正常应及时处理。5.3.5自动换刀装置常见故障与排除自动换刀装置常见故障与排除 故障现象故障现象刀库无法运转刀库无法运转可能原因可能原因排除方法排除方法电源通电是否正常电源通电是否正常?电压值是否正常？电压值是否正常？检查电源电压值检查电源电压值气源气压是否供应良好？气源气压是否供应良好？检查气源气压是否在检查气源气压是否在0.50.6MPa范范围围接近开关无法正常感应接近开关无法正常感应检查每个感应信号开关是否正常发信检查每个感应信号开关是否正常发信号号联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动
24、检查、紧固检查、紧固电机损坏电机损坏检查、修理、更换电机检查、修理、更换电机变频器故障变频器故障检查变频器的输入输出电压是否正常检查变频器的输入输出电压是否正常换刀时，刀掉落，换刀时，刀掉落，而且有拉刀的情况而且有拉刀的情况发生发生刀臂被撞击并变形了刀臂被撞击并变形了更换刀臂更换刀臂刀具太重，造成刀臂变形刀具太重，造成刀臂变形在换刀之前，先检查刀具重量在换刀之前，先检查刀具重量刀套内的夹紧压缩弹簧的弹性已疲乏刀套内的夹紧压缩弹簧的弹性已疲乏调整或更换弹簧调整或更换弹簧刀臂及刀具的夹刀点的校正不正确刀臂及刀具的夹刀点的校正不正确重新校正夹刀点重新校正夹刀点打刀缸松拉刀位置不准确，不能松刀打刀缸松拉刀位置不准确，不能松刀调整打刀缸松刀行程，使松刀正常调整打刀缸松刀行程，使松刀正常机械手卡紧爪弹簧压力过小或卡紧锁不机械手卡紧爪弹簧压力过小或卡紧锁不起作用起作用检查、调整、更换检查、调整、更换刀具夹紧后松不开刀具夹紧后松不开松锁的弹簧压合过紧，卡爪缩不回松锁的弹簧压合过紧，卡爪缩不回调松螺母使最大载荷不超过额定数值调松螺母使最大载荷不超过额定数值刀盘定位不准刀盘定位不准电动机刹车器磨损电动机刹车器磨损调整电动机刹车器中的调节螺钉调整电动机刹车器中的调节螺钉
