1）概述
刀具准备与储运系统为各加工设备及时提供所需要的刀具，从而实现刀具供给自动化，使自动化制造系统的自动化程度进一步提高。
在刚性自动线中，被加工零件品种比较单一，生产批量比较大，属于少品种大批量生产。为了提高自动线的生产效率和简化制造工艺，多采用多刀、复合刀具、仿形刀具和专用刀具加工，一般是多轴、多面同时加工。刀具的更换是定时强制换刀，由调整工人进行换刀。刀具供给部门准备刀具，并进行预调。调整工人逐台机床更换全部刀具，直至全线所有刀具都已更换，并进行必要的调整和试加工。换刀、调试结束后，交给生产工人使用。特殊情况和中途停机换刀作为紧急事故处理。
在FMS中，被加工零件品种较多。当零件加工工艺比较复杂且工序高度集中时，需要的刀具种类、规格、数量是很多的。随着被加工零件的变化和刀具磨损、破损，需要进行定时强制性换刀和随机换刀。由于在系统运行过程中，刀具频繁地在各机床之间、机床和刀库之间进行交换，刀具流的运输、管理和监控是很复杂的。
2）刀具准备与储运系统的组成
刀具准备与储运系统由刀具组装台、刀具预调仪、刀具进出站、中央刀库、机床刀库、刀具输送装置和刀具交换机构、刀具计算机管理系统等组成。图4-10是刀具储运系统示意图。
图4-10 刀具储运系统
1—刀具组装台；2—刀具预调仪；3—刀具进出站；4—中央刀库；5—机床刀库；6—刀具输送装置；7—加工中心；8—数控机床注：？刀具输送；？刀具交换
在数控机床和加工中心上广泛使用模块化结构的组合刀具。刀具组件有刀柄、刀夹、刀杆、刀片、紧固件等，这些组件都是标准件。如刀片有各种形式的不重磨刀片。组合刀具可以提高刀具的柔性，减少刀具组件的数量，充分发挥刀柄、刀夹、刀杆等标准件的作用，降低刀具费用。在一批新的工件加工之前，按照刀具清单组装一批刀具，刀具组装工作通常由人工进行。有时也会使用整体刀具，一般使用特殊刀具。整体刀具磨损后需要重磨。
（1）刀具预调仪。刀具预调仪（又称对刀仪）是刀具系统的重要设备之一，其基本组成如图4-11所示。
①刀柄定位机构。刀柄定位机构是一个回转精度很高、与刀柄锥面接触很好、带拉紧刀柄机构的主轴。该主轴的轴向尺寸基准面与机床主轴相同。刀柄定位基准是测量基准，具有很高的精度，一般与机床主轴定位基准的精度相接近。测量时慢速转动主轴，便于找出刀具刀齿的最高点。刀具预调仪主轴中心线对测量轴z、x有很高的平行度和垂直度。
②测量头。测量头分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量用百分表（或扭簧仪）直接测出刀齿的最高点和最外点，测量精度可达0.002～0.01 mm。测量比较直观，但容易损伤表头和切削刃。
非接触式测量用得较多的是投影光屏，投影物镜放大倍数有8、10、15和30等。测量精度受光屏的质量、测量技巧、视觉误差等因素的影响，其测量精度在0.005 mm左右。这种测量不太直观，但可以综合检查切削刃质量。
图4-11 刀具预调仪(www.xing528.com)
③z、x轴测量机构。通过z、x两个坐标轴的移动，带动测量头测得z和x轴尺寸，即刀具的轴向尺寸和径向尺寸。两轴采用的实测元件有多种，机械式的有游标刻线尺、精密丝杠和刻线读数头；电测式有光栅数显、感应同步器数显和磁尺数显等。
④测量数据处理。在有些FMS中对刀具进行计算机管理和调度时，刀具预调数据随刀具一起自动送到指定机床。要做到这一点，需要对刀具进行编码，以便自动识别刀具。刀具的编码方法有很多种，如机械编码、磁性编码、条形码和磁性芯片。刀具编码在刀具准备阶段完成。此外，在刀具预调仪上配置计算机及附属装置，它可存储、输出和打印刀具预调数据，并与上一级计算机（刀具管理工作站、单元控制器）联网，形成FMS系统中刀具计算机管理系统。
（2）刀具进出站。刀具经预调、编码后，其准备工作宣告结束。将刀具送入刀具进出站，以便进入中央刀库。磨损、破损的刀具或在一定生产周期内不使用的刀具，从中央刀库中取出，送回刀具进出站。
刀具进出站是刀具流系统中外部与内部的界面。刀具进出站多为框架式结构，设有多个刀座位。刀具在进出站上的装卸可以是人工操作，也可以是机器人操作。
（3）中央刀库。中央刀库（见图4-12）用于存储FMS加工工件所需的各种刀具及备用刀具，图4-13为刀具在储存架上的放置方法。中央刀库通过刀具自动输送装置与机床刀库连接起来，构成自动刀具供给系统。中央刀库容量对FMS的柔性有很大影响，尤其是混流加工（同时加工多种工件）和有相互替代的机床的FMS。中央刀库不但为各机床提供后续零件加工刀具，而且周转和协调各机床刀库的刀具，提高刀具的利用率。当从一个加工任务转换到另一个加工任务时，刀具管理和调度系统可以直接在中央刀库中组织新加工任务所需要的刀具组，并通过输送装置送到各机床刀库中去，数控程序中所需要的刀具数据也及时送到机床数控装置中。
图4-12 中央刀库
图4-13 刀具在储存架上的放置方式
（4）机床刀库及换刀机械手。机床刀库分为固定式和可换式两种。固定式刀库不能从机床上移开，其刀具容量较大（40把以上）。可换式刀库可以从机床上移开，并用另一个装有刀具的刀库替换，刀库容量一般比固定式刀库要小。一般情况下，机床刀库用来装载当前工件加工所需要的刀具，刀具来源可以是刀具室、中央刀库或其他机床刀库。采用机械手进行机床上的刀具自动交换方式应用最广。机械手按其具有一个或两个刀具夹持器可分为单臂式和双臂式两种。双臂机械手又分为钩手、抱手、伸缩手和叉手。这几种机械手能完成抓刀、拔刀、回转、插刀、放刀及返回等全部动作。
（5）刀具输送装置和交换机构。刀具输送装置和交换机构的任务是为各种机床刀库及时提供所需要的刀具，将磨损、破损的刀具送出系统。机床刀库与中央刀库，机床刀库与其他机床刀库，中央刀库与刀具进出站之间要进行刀具交换，需要相应的刀具输送装置和刀具交换机构。刀具的自动输送装置主要如下：
①带有刀具托架的有轨小车或无轨小车；
②高架有轨小车；
③刀具搬运机器人等类型。
刀具运输小车可装载一组刀具，小车上刀具和机床刀具的交换可由专门交换装置进行，也可由手工进行。机器人每次只运载一把刀具，取刀、运刀、放刀等动作均由机器人完成。
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