ATC、APC和刀柄的选择配置3
数控铣床自动换刀化改造(刀库式加工中心)
第一章绪论1.1 数控设备的发展历史>第一代数控系统：1952年至1959年，采川电子管元件。
>第二代数控系统：1959年开始，采刖晶体管元件。
>第三代数控系统：1965年开始，采川集成电路。
>第四代数控系统：1970年开始，采刖人规模集成电路及小型通用计算机。
>第五代数控系统：1974年开始，采用微处理机和微型计算机。
1.2 自动换刀系统的意义从换刀系统发展的历史米看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”（刀具程序控制装置）。
1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。
1967年出现了FMS（柔性制造系统）。
1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。
1.1.1 加工中心加工中心机床的出现，加之CAD技术、信息技术、网络控制技术以及系统工程学的发展，为单机数控自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展，创造了必要的条件．计算机群控系统即直接数控(Direct NC-DNC)系统，就是这一发展趋向的具体体观。
DNC系统使用一台较大的计算机，控制与管理多台数控机床和数控加工中心，能进行多品种、多工序的加工。
加工中心机床配备有装载多把刀具的刀具库，有自动更换刀具的功能，一次装夹中可以完成钻、镗、铣、铰等工序，特别适用于箱体类零件的多面、多工序加工。
它能完成车削加工的同时，兼有铣、镗、钻孔、攻丝等功能。
1.1.2 柔性制造单元柔性制造单元(FMC)是由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件(AWC，APC)装置所组成。
工件一次装夹后可在柔性制造单元中的加工中心上加工，使得加工的柔性（可编程性）、加工精度和生产效率更高。
在柔性制造单元中，中心控制计算机负责作业调度、自动检测与工况自动监控等功能。
工件装在自动交换工件装置（工作台）上在中心控制计算机控制下传送到加工中心上加工；加工中心接收中心控制计算机传送来的数控程序进行加工，并将工况数据送中心控制计算机处理，如工件尺寸自动检测和补偿，刀具损坏和寿命躲控等。
刀柄培训讲义课件
HSK 其他专用
• 莫氏锥孔 • 其他形式
DIN 2080
ISO 标准锥度刀柄
无机械手卡槽 无防错功能 带圆柱形尾部 带拉紧螺栓孔
NT 柄主要尺寸
MAS 403 - BT
JIS标准锥度刀柄
带机械手卡槽 无防错功能 带拉钉螺栓孔 内冷却孔方式可选
BT 柄主要尺寸
DIN 69871
运 动 范 围
第二讲 镗刀杆
镗孔加工
•镗孔精度与机床精度 •镗孔深度与系统刚性 •前道工序的影响 •镗孔加工适用情况
粗镗
单刃镗刀 双刃镗刀
平衡性能 等高、等径 错齿
各种精镗刀杆
精镗
微调单元
精镗刀杆
锥度标准
带机械手卡槽 带防错功能 带拉钉螺栓孔 内冷却孔方式可选
SK 柄主要尺寸
CAT 柄主要尺寸
DIN 69893 HSK
短锥标准
HSK 主要尺寸
刀柄的装卸
•换刀自动化 •刀库 •机械手
加工中心刀库
加工中心自动换刀
课间休息
二. 刀具连接部分形式
• 外圆柱形
光滑、平削边、斜削边
• 外圆锥形
精度
5μm
侧固式铣刀柄
夹持力大 适用 粗铣
粗镗
削边柄
DIN 1835 斜削边
二段平削边
平削边
液压刀柄
热装刀柄
莫氏锥柄刀具的连接
带扁尾 无扁尾
带扁尾 莫氏锥柄标准尺寸
无扁尾 莫氏锥柄标准尺寸
面铣刀柄
面铣刀和套式面铣刀 公(米)制和英制 定心圆柱和传力键
其他形式刀柄
▪ 攻丝刀柄 ▪ 延长杆 ▪ 快换接柄 ▪ 模块式刀柄 ▪ 专机主轴结构 ▪ 专利连接结构 ▪ ……
关于刀柄的检验标准
陡圆锥柄: 简称SK型或BT型或7:24通用型。这种刀柄的锥度较大,为7:24,是一种最常用的刀柄。它能承受较高的转速和较高的力矩,多用于自动换刀机床。其锥度柄直接安装于机床主轴的锥孔中,在刀柄的顶部有连接螺栓(拉钉),机床中主轴的夹钳夹住刀柄顶部的拉钉向上拉,将刀柄拉入机床主轴中,同时主要靠刀柄与机床主轴壁间的摩擦力夹固。
BT型是日本标准,尺寸与DIN69871、IS07388/1及ANSI完全不同,不能换用。BT型刀柄的对称性结构使它比其它三种刀柄的高速稳定性要好。
美国标准 ANSI B5.50型(简称 CAT)
安装尺寸与DIN69871、ISO7388/1类似,但由于少一个楔口,所以ANSI B5.50型刀柄不能安装在DIN69871和IS0 7388/1机床上,但 DIN 69871和ISO 7388/1刀柄可以安装在ANSI B5.50型机床上。
以上4类标准中除DIN2080是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉紧外,其它三种刀柄均是在加工中心上通过刀柄顶部的拉钉将刀柄拉紧。目前国内使用最多的是BT型和DIN 69871型(即SK)两种刀柄
- DIN 69871 A型: 不带中心冷却通水孔
- DIN 69871 AD型: 带中心冷却通水孔
- DIN 69871 B型: 带侧边法兰冷却通水孔
- DIN 69871 AD/B型: 带芯部及侧边法兰冷却通水孔
但侧边孔为螺纹孔。当采用芯部内冷时，可将侧边用螺栓堵住。
如何选择合适的刀柄？【干货技巧】
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.虽然与整个加工中心的成本相比刀柄成本显得微不足道，但它是连接机床主轴和刀具的重要部件，选择合适的刀柄具有非常重要的意义，因为刀柄质量会对整个加工过程的加工效果产生重大影响。
对刀柄重要的要求就是高速加工时的夹持力度、径向跳动精度和平衡质量，这些都能减少振动。
刀柄的径向跳动精度要小于0.003毫米。
为支持机床的线性传动，主轴、刀柄和刀具的总重量越小，对获得优良切削效果越有利。
根据刀柄对切削结果的影响，客户对刀柄的要求也通常很明确，并且市场上有很多种类的刀柄能够满足这些要求。
我们将特别关注以下四种刀柄：液压刀柄；应力锁紧式刀柄；通用刀柄；热缩刀柄。
液压刀柄液压刀柄可以用于大多数刀具夹持。
与传统的刀柄相比，液压刀柄使用不同的夹持方式来夹紧刀具。
夹持力是通过一个螺钉来实现的(一个螺钉、一个活塞和套筒)。
通过转动螺钉就可以在刀柄内产生均匀的液压。
这个压力通过一个套筒来传递的，而套筒被用来夹持刀具。
使用这个夹持系统，可以实现径向跳动精度( ≤ 3mm)和极高的重复夹紧精度( ≤ 3mm)。
因为刀具被夹持在一个液压镗里，里面装的是油，刀柄能够提供优良的减震效果。
进而避免了由刀具振动带来的材料碰撞，用户可以得到更好的工件表面质量和更长的刀柄使用寿命。
这些刀柄不仅具有免维护和防灰尘的性能，还有使用方便和对刀具夹持安全的性能。
应力锁紧式刀柄应力锁紧系统是一种设计非常精巧的装置，但是它工作原理却很简单：用一个多边形孔的三个不同部位部分来夹紧切削刀具。
对于高速加工来说，从刀柄可以通过刀夹的弹性形变来夹紧时起，应力锁紧夹持刀具就变成了一种非常重要的解决方案。
这款刀柄的主要优势就在于它细长的外形设计。
刀柄七要素解析
刀柄七要素解析本文选自：主题名品网每入手一把新刀时，我们的目光往往会被刀片吸引去，关注刀刃形状、刀片材质、钢材特征等，而忽略了刀柄。
事实上，刀柄也是一把好刀的重点因素之一，有可能一把材质很棒、打磨锻造的都非常好的刀具会因为一个失败的刀柄而功亏一篑。
今天，小编就要和各位聊聊刀柄问题。
以下是小编从刀友杂志上翻译整理的关于刀柄选择的问题。
主要是从以下七个方面考虑：一、美国刀匠协会的老技工丹·法尔认为，手掌的大小取决于选择什么样的刀柄。
手比较纤长的人应该选用粗一些的刀柄，而手掌比较厚实的人应该选择稍微细一点的刀柄。
如果刀柄比较偏长偏细的话，带上一个手套，握起来会更加舒服。
还有一点最好记住，刀柄直径每变化八分之一英寸，刀柄的周长相应地就会有八分之三英寸的变化。
二、至于刀柄材质，在稳定性和耐用性方面，合成塑料都占有绝对的优势，另外，合成材料不需要额外的固化处理。
木质刀柄非常的结实，并且经过打磨后，非常的美观。
鹿角之类的刀柄可能会在形状和大小上有所限制，但是鹿角刀柄的纹理非常的好看，并且会给刀具增加一种古朴感。
三、刀柄上的波纹处理和凹凸设计，如果这些设计让你觉得握感很好，那正好，你非常的幸运。
但是一般，刀柄外形设计越多，能适应的人就越少。
以指槽为例，如果指槽很顺手，那么自然好，如果不顺手的话，这把刀对于你来说只能观赏而不能在手中把玩了，再好的刀，也不免会有厌烦情绪。
通常，一把刀只要有一个食指指槽就行了，可以将重力放在食指部分，这样刀具就可以发挥多性能用途了。
四、圆形刀柄没有自然的刀边指向。
自然的刀边指向是指当你将刀柄握在手上的时候，不用肉眼观看，也可以判定刀刃方向在哪里。
相较于圆形刀柄，椭圆形刀柄更加实用。
手柄握在手中，你就知道刀刃方向，而且椭圆状可以增加用刀时的力。
五、将刀柄末端进行弯曲设计，也叫做滴头刀柄，这类型的刀具非常的受欢迎。
六、刀柄上轻微的手掌凹凸设计可以保证更加舒适的握感。
它好像是在刀柄的某处为你的手掌提供了一个自然的支点，减轻手部受力情况。
如何配刀——精选推荐
如何配刀刀具的压紧方式有以下几种：P是用刀片的中心圆柱形销夹紧，而夹紧方式有杠杆式，偏心式等，而且，各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方式，因此选用时要查阅产品样本。
各夹紧方式适用不同形式的刀片，如无孔刀片常用上压式(C型)，陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夹紧方式。
D和M型夹紧可靠，适用于切削力较大的场合，如加工条件恶劣、钢的粗加工、铸铁等短屑的加工等。
P型前刀面开放，有利于排屑，一般中、轻切削可选用。
S型结构简单紧凑，无阻排屑，是沉孔刀片的夹紧方式，可用正前面刀片，适合于轻切削和小孔加工等。
答：其实没有说那种压紧方式最合理的，这要看加工材质与或场合，而且结合自己的公司的库存的，满足图纸要求和节省刀具成本才是最重要答：车刀是易学难精的，要了解车刀就是先要了解车床的加工性能（也就是说车主要车圆轴与盘类零件为主的）及其走刀路线（主要有外圆、内孔、外槽、内槽、端面槽、切断和螺纹加工），了解刀具资料对车刀的相关表示方式如：刀杆与刀片的表示方法，刀具的加工路线等。
最好是能到工厂里看看，了解车刀的各角度的相应的关系。
书中很多资料是用箭头或用粗实线表示的加工路线的。
也就是后指的加工工艺了2．二、加工的零件图纸，那些是要加工？是粗还是精加工？有没有特殊要求？精度是多少？加工的是什么材质？答；钛合金车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。
针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施：刀具几何参数：合适的刀具前后角、刀尖磨圆。
较低的切削速度，适中的进给量，较深的切削深度，充分冷却。
车外圆时刀尖不能高于工件中心，否则容易扎刀，精车及车削薄壁件时，刀具主偏角要大，一般为75～90°。
钛合金应该考虑断削还是考虑刀片的耐磨。
钛合金是属于有色金属类的，一定要在刀肯断削与刀片的耐磨。
最好是用刀尖角比较小的，后角较大的刀片答：我们可以根据样品，用卡尺或千答：刀具的压紧方式有以下几种：P是用刀片的中心圆柱形销夹紧，而夹紧方式有杠杆式，偏心式等，而且，各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方式，因此选用时要查阅产品样本。
外科手术专用器械介绍
常用执持针钳方法：
掌握法：也叫一把抓或满把握，即用手掌 握拿持针钳。如图
优点：此法缝合稳健容易改变缝合针 的方向，缝合顺利，操作方便。
常用执持针钳方法：
指套法，为传统执法。用拇指、无名指套入钳环内， 以手指活动力量来控制持针钳的开闭，并控制其张 开与合扰时的动作范围。 缺点:用中指套入钳环内的执钳法， 因距支点远而稳定性差
还有：
直角钳（Angled clamp）：用于游离和绕过主要血管、 胆道等组织的后壁，如胃左动脉、胆囊管等。 胃钳（小胃钳，Payr’s clamp, 大胃钳，Stomach clamp）：用于钳夹胃以利于胃肠吻合，轴为多关节， 力量大，压榨力强，齿槽为直纹且较深，组织不易滑 脱。 舌钳（ Tongue forceps ）。 宫颈钳（ Cervix forceps ） 等等……
探针
有槽探针
圆头探针
刮勺
刮勺
吸引器
（Suction）
用于吸除手术野中出血、渗出物、脓液、空 腔脏器中的内容物，使手术野清楚，减少污 染机会 。 吸引器由吸引头、橡皮管组成。分单管吸引 头（用以吸除手术野的血液及胸腹内液体等） 和套管吸引头（主要用于吸除腹腔内的液体， 其外套管有多个侧孔及进气孔，可避免大网 膜、肠壁等被吸住、堵塞吸引头）。有弯和 直之分。
缝针
各种类型缝针的选用
在使用弯 针缝合时， 应顺弯针 弧度 从组织拔 出，否则 易折断
缝线 Suture
可吸收缝线类：主要为羊肠线和合成纤维线 （目前肠线主要用于内脏如胃、肠、膀胱、 输尿管、胆道等粘膜层的缝合，一般用1-0至 3-0的铬制肠线。） 用肠线注意问题： ①肠线质地较硬，使用前应用盐水浸泡，
巾钳（Towel clip）
数控机床刀柄标准介绍
目前，数控铣床和镗铣加工中心使用最多的仍是7∶24工具锥柄。
但在高速加工机床上，1∶10空心短锥柄的使用正日益增多。
对于车削中心和车铣中心，则以1∶10短锥柄使用较多（车削中心使用的CZG圆柱柄工具系统不属本文讨论范围）。
自动换刀机床常用的7∶24工具锥柄标准主要有：中国国家标准GB 10944－89“自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄”；国际标准ISO 7388/1：1983（40、45和50号工具锥柄）和ISO 7388/3：1986（30号工具锥柄）；德国标准分DIN 69871－1：1995（30、40、45、50和60号工具锥柄）和DIN 69871－2（40、45、50、55和60号工具锥柄）两种；日本现行标准为JIS B 6339：1998（30、35、40、45、50、55和60号工具锥柄），用于代替日本工作机械工业会标准MAS－403：1975（40、45、50和60号工具锥柄）；美国现行标准为AMSE B5.50－1994（30、40、45、50和60号工具锥柄），用于代替ANSI/AMSE B5.50－1985标准。
手动换刀用7∶24工具锥柄的常见标准有国家标准GB 3837.3－83和国际标准ISO 297－82，以及机械行业标准JB 3381.1－83。
1∶10空心工具锥柄目前已有国家标准GB 19449.1－2004“带有法兰接触面的空心圆锥接口第1部分：柄部—尺寸”。
它等同采用了国际标准ISO 12164－1：2001的内容。
原德国标准DIN 69893－1：1996已被新的标准DIN 69873－1：2003代替，新的德国标准也等同采用了国际标准ISO 12164－1：2001的内容。
其它常见结构的1∶10工具锥柄基本采用企业标准，具有垄断性，如美国肯纳公司的KM型系列、瑞典山特维克公司的Capto系列、德国瓦尔特公司的NOVEX系列等。
自动换刀机床用7∶24工具锥柄的中国国家标准GB 10944－89是参照采用国际标准ISO 7388/1：1983制定的，除对极个别项目数据进行了圆整（如尾部螺纹底孔深度13）或未规定数据（如法兰上的键槽根底倒角）外，其它数据完全相同。
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1.ATC的选择
在具备综合加工能力的一些数控机床上，如加工中心、车削中心和带交换冲头的数控冲床等，自动交换装置是这些设备的基本特征附件，它的工作质量直接关系到整机的质量，也是构成设备投资中的重要组成部分（经费占整机成本的10%～30%）。
因此，在选择主机设备时必须得重视所配A TC自动换刀装置的工作质量和刀具储存量。
目前加工中心自动换刀装置的配套较为规范，以下以加工中心的ATC装置为例来说明其选择原则。
现场经验表明，在加工中心的使用故障中有50%左右与ATC装置有关，但A TC又是提高设备加工效率的基本部件，因此建议用户应在满足使用要求的前提下，尽量选用结构简单和可靠性高的ATC，这样也可以相应地降低整机价格。
下面介绍与ATC装置相关的主要技术参数。
（1）刀柄型号
刀柄型号取决于机床主轴装刀柄孔的规格。
现在绝大部分加工中心机床主轴孔都是采用ISO规定的7:24锥孔，常用的有40号、45号、50号等，个别的还有30号和35号。
机床规格越小，刀柄规格也应选小的，但小规格刀柄对加工大尺寸孔和长孔很不利，所以对一台机床如果有大规格的刀柄可选择时，应该尽量选择大的，但刀库容量和换刀时间都要受到影响。
近年来加工中心和数控铣床都向高速化方向发展，许多实验数据表明：当主轴转速超过10000r/min以上时，7:24锥孔由于离心力作用会有一定涨大，影响刀柄的定位精度。
为此，一种观点是建议采用德国VDI推荐的短锥刀柄HSK系列，另外，在日本已有部分商品的锥面和端面同时接触的过定位锥面刀柄，但在定心精度和重复定位精度方面，HSK系列要好一些，目前在国内还很少有厂家生产。
对同一种锥面规格的刀柄有日本BT标准、美国CA T标准、德国VDI标准等，他们规定机械手爪夹持的尺寸不一样，刀柄的拉紧钉尺寸也不一样，所以选择时必须考虑齐全，对已经拥有一定数量数控机床的用户或即将采购一批数控机床的用户，应尽可能选择互相能通用的、单一标准的刀柄系列。
（2）换刀时间
换刀时间是指刀柄交换时间，即从主轴上换下用过的刀具、装上新的刀具的总时间。
细分又有两种规定方式，即刀对刀时间（Tool to tool）和总换刀时间(Chip to chip)，总换刀时间包含了旧刀具加工完毕离开加工区域到刀具交换完毕主轴上装上新刀具进入新的加工前之间的时间。
目前最快的纯换刀时间可达0.7s左右，总换刀时间在3～12s之间，立式机床换刀时间一般比卧式的短。
换刀时间短意味着机床生产效率高。
（3）最大刀具重量
最大刀具重量是指在自动刀具交换情况下允许的最大刀具重量，锥度40号左右刀柄最大允许重量在7～8kg，50号刀柄在15kg，一些重型刀具可达25～30kg，但这时换刀速度要减
慢。
最大刀具直径和长度主要受刀库尺寸空间的限制。
（4）刀库容量
一些加工中心机床上配置的刀库容量往往有几种规格供选择，有十几把到40、60、100把等，一些柔性加工单元（FMC）配置中央刀库后刀具储存量可达近千把，刀库的容量只要能满足基本需要，一般不宜选得太大，因为容量大，刀库成本高，结构复杂，故障率也相应增加，刀具管理也较为复杂。
在单台机床使用中，当更换一种新的工件时，操作者要根据新的工艺资料对刀库进行一次清理，刀库中无关的刀具越多，整理工作量也就越大，也就越容易出现人为的差错。
所以用户一般应根据典型工件的工艺分析，算出需用刀具数量，进而确定刀库的容量。
如果不是按柔性加工单元或柔性制造系统来考虑，一般机床的刀库以满足一种工件一次装夹所需的全部刀柄数量作为选择依据。
根据国外对中小型加工中心加工典型工件的工艺分析，认为中小型机床刀具储存量应在4～48把之间，具体如表2所示。
在纳入柔性制造单元的机床中，考虑到适应多工件、多工序同时加工的要求，需要配置大容量的刀库，此时应增加相应的刀具管理措施。
2.刀柄和刀具的选择
在主机和自动换刀装置（A TC）确定后，要选择所需的刀柄和刀具（刃具）。
数控机床所用刀柄系列基本都已标准化，尤其是加工中心所用刀柄，如美国的CAT、日本的BT和我国的JT等。
数控机床加工工件最终要靠的是切削刃具，但刃具和机床的连接、在自动交换刀具时提供给机械手的夹持部位等都要靠刀柄来解决，所以选择刀具实质上是包括刃具和刀柄的配置。
刃具选择取决于加工工艺要求，刃具确定后还必须配置相应刀柄，例如，工艺要求钻一个直径6mm的小孔，则刃具选用直径6mm直柄麻花钻头，然后还要选用一个能夹持钻头的刀柄。
现在有一部分刀柄本身也配置专用的刃具，如精镗刀柄等。
总之，这些附件绝大部分都已标准化，由专业化生产厂供货，机床用户要根据具体加工对象合理选用。
由于刀柄可供选择的范围很广，但选多了将加大投资，选少了将影响机床的开动率，所以应慎重对待。
对一些总批量超过几千件、反复投产的工件加工来说，在工艺安排中可以考虑采用复合刀具，即利用数控机床主切削功率较大、机床刚度较好的特长，采用复合刀具进行多刀多刃的强力切削，可提高生产率和缩短生产节拍。
但一把复合刀具价格要贵得多，而且变成专用工具，必须考虑工件有足够数量时才经济。
近年在数控机床使用的刀具上开发出了许多新的产品，大大丰富了数控机床的加工工艺，例如，万能垂直铣头、反刮刀具、去毛刺刀具、增速头、铣螺纹刀和内冷刀具等（详见产品样本）。
3.自动交换工作台
自动交换工作台是在主机上配置的附件，配置的数量有2、4、6、10个等，除双交换工作台以外，主要用柔性制造单元配置。
双交换工作台的配置可以大大节省复杂零件装卸定位夹紧的辅助时间，提高机床开动率，但增加该功能设备，投资至少要加10万元以上。
多数量交换工作台用于柔性制造单元，适用于24小时少人或无人化管理，适应多品种工件交替投产加工，这里应注意增加质量检查措施，否则投资增长20%～50%是不经济的。