的挡环6压下位置开关9，发出插刀信号，使油缸15下腔通入压力油，活塞杆带着机械手臂轴上升插刀，同时传动盘下面的销子8从连接盘5的销孔中移出。插刀动作完成后，16上的挡环压下位置开关3，使液压缸20的左腔通压力油，活塞杆带着齿条19向右移动复位，而齿轮4空转，机械手无动作。齿条19复位后，其上挡环压下位置开关7，使液压缸18的左腔通压力油，活塞杆带着齿条17向右移动，通过齿轮11使机械手反转75°复位。机械手复位后，齿条17上的挡环压下位置开关13，发出换刀完成信号，使刀套向上翻转90°，这样整个换刀动作结束。
图2-19 JCS-018A机械手换刀动作结构示意图
1、3、7、9、13、14-位置开关；2、6、12-挡环；4、11-齿轮；5连接盘； 8-销子；10-传动盘；15、18、20-液压缸；16-轴；17、19-齿条；21-机械手
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图2-20 机械手传动结构局部视图
1-齿轮；2-轴；3-连接盘；4、6-销子；5-传动盘；7-齿条；8-活塞杆
2)机械手抓刀部分的结构 图2-21为机械手抓刀部分的结构，它主要由手臂1和固定在其两端的结构完全相同的两个手爪7组成。手爪上握刀的圆弧部分有一个锥销6，机械手抓刀时，该锥销插入刀柄的键槽中。当机械手由原位转75°抓住刀具时，两手爪上的长销8分别被主轴前端面和刀库上的挡块压下，使轴向开有长槽的活动销5在弹簧2的作用下右移顶住刀具。机械手拔刀时，长销8与挡块脱离接触，锁紧销3被弹簧4弹起，使活动销顶住刀具不能后退，这样机械手在回转180°时，刀具不会被甩出。当机械手上升插刀时，两长销8又分别被两挡块压下，锁紧销从活动销的孔中退出，松开刀具。
图2-21 机械手臂和手爪
1-手臂；2、4-弹簧；3-锁紧销；5-活动销；6-锥销；7-手爪；8-长销
2.2.5 几种典型换刀过程
1.无机械手换刀
无机械手换刀的方式是利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换，如图2-22。
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图2-22 无机械手加工中心的换刀过程
具体过程如表2-2所示。
表2-2无机械手加工中心的换刀过程
图号 动作内容 图2-22(a) 主轴准停，主轴箱沿Y轴上升，装夹刀具的卡爪打开 图2-22(b) 刀具定位卡爪钳住，主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具 图2-22(c) 刀库伸出，从主轴锥孔中将刀拔出 图2-22(d) 刀库转位，选好的刀具转到最下面位置；压缩空气将主轴锥孔吹净 图2-22(e) 刀库退回，同时将新刀插入主轴锥孔；刀具夹紧装置将刀杆拉紧 图2-22(f) 主轴下降到加工位置后起动，开始下一工步的加工 这种换刀机构不需要机械手，结构简单、紧凑。由于交换刀具时机床不工作，所以不会影响加工精度，但会影响机床的生产率。其次受刀库尺寸限制，装刀数量不能太多。这种换刀方式常用于小型加工中心。
无机械手换刀方式中，刀库夹爪既起着刀套的作用，又起着手爪的作用，图2-23所示为无机械手换刀方式的刀库夹爪图。
图2-23 刀库夹爪
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1－锁销；2－顶销；3－弹簧；4－支点轴；5－手爪
2.机械手换刀
采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛。这是因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间。机械手的结构形式是多种多样的，因此换刀运动也有所不同。下面以TH65100卧式镗铣加工中心为例说明采用机械手换刀的工作原理。
该机床采用的是链式刀库，位于机床立柱左侧。由于刀库中存放刀具的轴线与主轴的轴线垂直，故而机械手需要有三个自由度。机械手沿主轴轴线的插拔刀动作由液压缸来实现；90°的摆动送刀运动及180°的换刀动作分别由液压马达实现。其换刀分解动作如图2-24所示。
图2-24 换刀分解动作示意图
具体过程如表2-3所示。
表2-3 换刀分解动作
图2-24(a) 抓刀爪伸出抓住刀库上的待换刀具，刀库刀座上的锁板拉开 图2-24(b) 机械手带着待换刀具逆时针方向转90°，另一抓刀爪抓住主轴上的刀具，主轴将刀杆松开 图2-24(c) 机械手前移，将刀具从主轴锥孔内拔出 图2-24(d) 机械手后退，将新刀具装入主轴，主轴将刀具锁住 图2-24(e) 抓刀爪缩回，松开主轴上的刀具；机械手顺时针转90°，将刀具放回刀库的相应刀座上，刀库上的锁板合上 图2-24(f) 抓刀爪缩回，松开刀库上的刀具，恢复到原始位置
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3.带刀套机械手换刀
VPl050换刀机械手如图2-25所示。套筒1由气缸带动做垂直方向运动，实现对刀库中刀具的抓刀，滑座2由气缸作用在两条圆柱导轨上水平移动，用于将刀库刀夹上的刀具(或换刀臂上的刀具)移到换刀臂上(或移到刀库刀夹上)。换刀臂可以上升、下降及180°旋转实现主轴换刀。换刀臂的上下运动由气缸实现，回转运动由齿轮齿条机构实现。换刀过程如下：
图2-25 VP1050换刀机械手原理
1-套筒；2-滑座；3-换刀臂；4-弹簧刀夹；5-刀号； 6-主轴；7-主轴抓刀爪；8-换刀臂外侧爪；9-换刀臂内侧爪
1)取刀 套筒1下降(套进刀把)→滑座2前移至换刀臂(将刀具从刀库中移到换刀臂)→换刀臂3刀号更新(换刀臂的刀号登记为刀链的刀号，此过程在数控系统内部由PLC程序完成，用于刀库的自动管理)→套筒1上升(套筒脱离刀把)→滑座2移进刀库(恢复初始预备状态)。
2)换刀 主轴6运动至还(换)刀参考点(运动顺序为先Z轴，后X轴，将刀柄送入换刀臂外侧爪)→主轴抓刀爪7松开→换刀臂3下降(从主轴上取下刀具)→换刀臂3旋转(刀具转至刀库侧)→换刀臂3上升(换刀臂刀爪与刀库刀爪对齐)→滑座2前移(套筒1对正刀柄)→套筒1下降(套进刀柄)→滑座2移进刀库(刀具从换刀臂移进刀库)→换刀臂3刀号设置为0(换刀臂刀号为空白，由数控系统PLC完成)→套筒上升(脱离刀把)→还刀完成。
2.3 加工中心支承系统
1.支承件的功用和要求
加工中心的支承件主要包括床身、立柱、横梁、底座等大件，它的作用是支承零部件，承受作用力并保证它们的相互位置。虽然支承件的形态、几何尺寸和材料多种多样，但它们都必须满足如下要求：
1)刚度要求 支承件的刚度是指支承件在恒定载荷和交变载荷作用下抵抗变形的
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