(3) 刀库机械手主轴换刀加工中心。这种加工中心结构多 种多样，由于机械手卡爪可同时分别抓住刀库上所选的刀和主轴 上的刀，换刀时间短。并且选刀时间与切削加工时间重合，因此 得到普遍应用。如图4-2所示的立式加工中心多用此类机械手式 换刀装置。

  主主 轴轴 纵 纵向向 工工 作作台 （台X）(X ) 横 横向向工工 作作台 （台Z ）(Z )

  ③ 活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具，如 图4-6(b)所示。

  ⑤ 将更换后的刀具装入主轴和刀库，如图4-6(d)所示。 ⑥ 机械手放开主轴和刀库上的刀具后复位。限位开关发出 “换刀完毕”的信号，主轴自由，能开始加工或使其他程序 动作。

  ① 分度：由低速力矩电机驱动，通过槽轮机构实现刀库刀 盘的分度运动，将刀盘上接受刀具的空刀座转到换刀所需的预 定位置，如图4-8(a)所示。

  ② 接刀：气缸活塞杆推出，将刀盘接受刀具的空刀座送至 主轴下方并卡住刀柄定位槽，如图(b)所示。

  ③ 卸刀：主轴松刀，铣头上移至第一参考点，刀具留在空 刀座内，如图4-8(c)所示。

  钻镗固定循环功能 手动输入数据 回参考点 空运行 机械锁住 单步方式 随意停机 程序随意跳跃 可编程镜像加工 图形旋转、缩放加工 公英制转换

  刀具半径补偿 G40～G42，刀具长度补偿 G43、G44、G49 刀具位置补偿 G45～G48 G73～G89 钻、镗孔，刚性攻丝等简化编程功能 通过 MDI 手动键盘可输入，MDI 方式可执行多行指令 手 动 /自 动 (G27～ G30) 机械以快移速度沿程序控制路线空走 机床不动，只让位置显示器按指令值工作 只读取和执行程序的一个程序段 可选择程序暂停功能为有效或无效 选 择 在 程 序 中 出 现 “ /” 代 码 时 能 否 无 视 这 一 程 序 信 息 的 功 能 G50.1、 G51.1 G68、 G69， G50、 G51 根据参数设定，可采用公制或英制单位的输入

  (a) 径向取刀形式；(b) 轴向取刀形式；(c) 径向布置形式；(d) 角度布置形式

  自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分所组成。当 执行到Txx指令，即选刀指令后，刀库自动将要用的刀具移动 到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀准备好。当执行 到M06指令时，即开始自动换刀，把主轴上用过的刀具取下， 将选好的刀具安装在主轴上。

  4.1 数控加工中心及其组成 4.2 机床控制面板及其操作 4.3 加工中心的工艺准备 4.4 加工中心编程与上机调试 4.5 钻、镗固定循环及程序调试 4.6 综合加工技术 思考与练习题

  加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数字控制机床，又称为 自动换刀数字控制机床或多工序数控机床。其特点是数控系统能控 制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行钻 削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝和铣削等多种工序的加工，工序 高度集中。这种机床一般具有刀库和自动换刀装置，有的还具 有分度工作台或双工作台。适用于加工凸轮、箱体、支架、盖 板和模具等复杂型面的零件。

  ④ 刀库转位，按照程序指令要求，将选好的刀具转到最下 面的位置，同时，压缩空气将主轴锥孔吹净，如图4-7(d)所示。

  ⑤ 刀库退回，同时将新刀插入主轴锥孔，主轴内刀具夹紧 装置将刀杆拉紧，如图4-7(e)所示。

  ⑥ 主轴下降到加工位置并启动，开始下一步的加工，如图 4-7(f)所示。

  目前应用最多的是计算机记忆式选刀。这种方式的特点是， 刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可 编程控制器内。不论刀具存放在哪个地址，都始终记忆着它的 踪迹。在刀库上装有位置检测装置。这样刀具能随意取出， 任意送回。刀具本身不必设置编码元件，结构大为简化，控制 也十分简单，计算机控制的机床几乎全都用这种选刀方式。在 刀库上设有机械原点，每次选刀运动正反向都不会超过180° 的范围。

  对如XH754型的卧式加工中心，换刀采用的是主轴移动式， 其换刀动作可分解为：

  ① 主轴准停，主轴箱沿Y轴上升。这时刀库上刀位的空挡 正对着交换位置，装卡刀具的卡爪打开。如图4-7(a)所示。

  ② 主轴箱上升到极限位置，被更换的刀具刀杆进入刀库空 刀位，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时，主轴内刀杆自动夹 紧装置放松刀具，如图4-7(b)所示。

  ● 顺序选刀方式是将加工所需要的刀具，按照预先确定的 加工顺序依次安装在刀座中；换刀时，刀库按顺序转位。这种 方式的控制及刀库运动简单，但刀库中刀具排列的顺序不能错。

  ● 任选方式是对刀具或刀座进行编码，并根据编码选刀。 它可分为刀具编码和刀座编码两种方式。刀具编码方式是利用 安装在刀柄上的编码元件(如编码环、编码螺钉等)预先对刀具 编码后，再将刀具放在刀座中；换刀时，通过编码识别装置根 据刀具编码选刀。采用这样的形式编码的刀具可以放在刀库的任 意刀座中；刀库中的刀具不仅可在不同的工序中多次重复使用， 而且换下来的刀具也不必放回原来的刀座中。刀座编码方式是 预先对刀库中的刀座(用编码钥匙等方法)进行编码，并将与刀 座编码相对应的刀具放入指定的刀座中；换刀时，根据刀座编 码选刀，使用过的刀具也必须放回原来的刀座中。

  ④ 再分度：再次通过分度运动，将刀盘上选顶的刀具转到 主轴正下方，如图4-8(d)所示。

  ⑤ 装刀：铣头下移，主轴夹刀，刀库气缸活塞杆缩回，刀 盘复位，完成换刀动作，如图4-8(e)、(f)所示。

  名称 工 作 台 纵 向 行 程(X 轴) 工 作 台 横 向 行 程(Y 轴 ) 工 作 台 垂 直 行 程(Z 轴) 主 轴 转 速 (无 级 ) 刀库容量 选刀方式 同时控制轴数 最小设定单位 插补方式 指令方式

  当选刀动作完成后，即处于等待状态，一旦执行到自动换 刀的指令，即开始换刀动作。

  对通过机械手换刀的立式加工中心(如XHK716)，其换刀动 作可分解如下：

  ① 主轴箱回到最高处(Z坐标零点)，同时实现“主轴准停”。 即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保 证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好 对正端面键。

  自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺、范围及刀 具的种类和数量等。自动换刀装置主要有回转刀架和带刀库的 自动换刀装置两种形式。

  回转刀架换刀装置的刀具数量有限，但结构相对比较简单，维护方 便，如车削中心上的回转刀架。

  带刀库的自动换刀装置是镗铣加工中心上应用最广的换刀 装置，主要有机械手换刀和刀库换刀两种方式。它的整个换刀 过程较复杂，首先把工艺流程中需要用的全部刀具分别安装 在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调后，按一定的方式放入刀 库。换刀时，先在刀库中进行选刀，并由机械手从刀库和主轴 上取出刀具，或直接通过主轴以及刀库的配合运动来取刀；然 后，进行刀具交换，再将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。 存放刀具的刀库具有较大的容量，它既能安装在主轴箱的侧 面或上方，也可当作独立部件安装在机床以外。

  刀库的形式很多，结构各异。加工中心常用的刀库有鼓轮 式刀库和链式刀库两种。

  鼓轮式刀库结构相对比较简单，紧凑，应用较多。一般存放刀具不 超过32把，见图4-4。

  链式刀库多为轴向取刀，适于要求刀库容量较大的数控机 床，见图4-5。如图4-3(b)所示加工中心机床用的就是链式刀库。

  (3) 复合加工中心。它主要指五轴复合加工，可自动回转主 轴头，进行立卧加工。在主轴自动回转后，在水平和垂直面实 现刀具自动交换。

  (1) 转塔头加工中心。转塔头加工中心有立式和卧式两种。 主轴数一般为6～12个，换刀时间短、数量少、主轴转塔头定位 精度要求较高。

  (2) 刀库主轴换刀加工中心。这种加工中心特点是无机械手 式主轴换刀，利用工作台运动及刀库转动，并由主轴箱上下运动 进行选刀和换刀。如图4-1所示的卧式加工中心便属此类。

  卧式镗铣加工中心机床的结构组成如图4-1所示。立式镗铣 加工中心机床的结构组成如图4-2和图4-3所示。

  和数控铣床相比，加工中心主要是增加了刀库及换刀装置。 当然，基于性价比等方面的考虑，加工中心机床多采用半闭环 或闭环数控系统。

  自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主 轴上的刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。

  这种换刀机构中不需要机械手，结构最简单。刀库旋转 换刀时，机床不工作，因而影响到机床的生产效率。

  (4) 刀库机械手双主轴转塔头加工中心。这种加工中心 在主轴上的刀具进行切削时，通过机械手将下一步所用的刀具 换在转塔头的非切削主轴上。当主轴上的刀具切削完毕后，转 塔头即回转，完成换刀工作，换刀时间短。

  (1) 镗铣加工中心。有一般立式、卧式镗铣加工中心和龙门 式加工中心等种类。以镗铣为主，适用于加工箱体、壳体以及 各种复杂零件的特殊曲线和曲面轮廓的多工序加工。适用于多 品种小批量的生产方式。

  (2) 钻削加工中心。它以钻削为主，刀库形式以转塔头形式 为主。适用于中小零件的钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及连续轮廓 铣削等多工序加工。

  纵向 工纵作 向台 （工X ） 作 台 (X) 横向 工横作向台 （工Y ） 作 台 (Y)

  此外，还可按所用工作台结构特征分为单、双工作台和多 工作台式加工中心。按主轴种类分为单轴、双轴、三轴和可换 主轴箱的加工中心等。