宋小杰加工中心自动换刀系统.

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1、加工中心自动换刀系统【摘要】在全面了解数控加工中心的结构、工作原理和控制方法的基础上，设计出加工中心的自动换刀装置。根据加工中心换刀机械手的工作原理，确定结构与技术参数并给出结构设计方案。文中设计的换刀机械手具有工作效率高、刚性好、使用寿命长等特点。关键字：加工中心刀库换刀机械手前言：随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业中起着越来越重要的作用，它不仅能缩短产品的制造周期，而且能提高产品的加工精度，适合柔性加工[1]。人们一直寻找各种方式，提高加工中心的加工效率，如提高进给与移动速度，提高主轴转速，加大主轴电机功率、加大切削用量、采

2、用高质量刀具等。在高节拍多次换刀的加工过程中，缩短换刀时间，可大大提高生产率。国内外加工中心生产厂家都投入大量的时间和精力，研制自动换刀装置，一缩短自动换刀时间，提高工作效率和竞争力。自动换刀装置专门为大中型加工中心配套，实现其刀具储备及自动交换功能的重要功能部件，是高档加工中心和重型加工中心的重要组成部分。其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率和降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。自动换刀装置的换刀速度和可靠性，是数控机床系统先进与否的一个重要标志[2]。1、自动换刀系统的组成自动换刀系统[2,3,5]由刀库和刀具交换装

3、置组成。带刀库和自动换刀装置的数控机床，其主轴箱和转塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，主轴部件具有足够的刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。此外，刀库可以存放数量很多的刀具，以进行复杂零件的多工步加工，可明显提高数控机床的适应性和加工效率。自动换刀系统特别适用于加工中心。自动换刀系统应当满足的基本要求包括：(1)换刀时间短。(2)刀具重复定位精度高。(3)足够的刀具储存量。(4)刀库占用空间少。1、1刀库在自动换刀系统中刀库是最主要的部件之一。由于多数加工中心取、送刀具都是在刀库中某一固定刀位实现的，因此刀库还需要有使刀具运动的机构来保证每一

4、把刀具能够到达换刀位置，采用电动机或液压系统为刀库转动提供动力。刀库中的到具定位机构是用来保证使需要更换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换刀位置上的。根据刀库存放刀具的数量和取刀方式的不同，可以将刀库设计成不同类型。常用的刀库形式有直线刀库、圆盘刀库、链式刀库、其他刀库等。（1）直线刀库（如图1.1的图a所示）特点：刀具在刀库中直线排列，结构简单，存放刀具数量有限（一般8把~12把），较少使用。（2）.盘式刀库（如图1.1的b-g所示）特点：结构简单，应用较多，但其刀具环形排列，空间利用率低，受刀盘尺寸限制，刀库容量较小，通常容量15-32把刀。也有将

5、刀具在刀盘中采用双环或多环排列，以增加空间利用率，存放更多刀具。但这样做会使刀库的外径过大，转动惯量也很大，选刀的时间也很长，因此，盘式刀库一般用于刀具容量较小的数控机床[5,7]。(3).链式刀库（如图1.1的h、i所示）特点：结构紧凑，灵活性好，刀库容量较大，选刀和取刀东座简单，适用于刀库容量较大的场合，且多为轴向取刀。一般当刀库数量为30-120把时，多采用链式刀库。(4)其他刀库刀库的形式其实还有很多，值得一提的是格子箱式刀库（如图1.1的j、k所示），其特点是刀库容量较大，可使整箱刀库与机外交换。为减少换刀时间，换到机械手通常利用前一把刀具加

6、工工件的时间，预先取出要更换的刀具。图1.11.2刀具交换装置在数控机床的自动换刀系统中，用来实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为，刀具交换装置，刀具的交换方式通常分为采用机械手进行刀具交换和由刀库与机床主轴的相对运动实无机械手刀具交换[6]。采用机械手进行刀具交换的方式在加工中心中应用最为普遍。它具有很大的灵活性，可以减少换刀时间。在刀具交换装置中，对机械手的具体要求是动作迅速可靠、准确协调。由于不同的加工中心的刀库与主轴的相对位置不同，所以各种加工中心所使用的换刀机械手也不尽相同，但是从机械手手臂的类型来看，有单臂机械手和双臂机械手等如图

7、1图2图3所示。双臂机械手它们能够完成抓刀—拔刀—回转—插刀—返回等一系列动作。为了防止刀具滑落，各机械手的手抓都带有自锁机构，双臂回转机械手的动作比较简单，而且能够同时抓取和卸装机床主轴和刀库中的刀具，可进一步缩短可换刀时间。特点是两个刀库和两个单臂机械手配合进行工作，因此单个机械手的工作行程大为缩短，可有效地节省换刀时间。此外，因刀库分两处设立而使得机床整体布局更趋合理。图1单臂单手式图2单臂双手式图3双臂式机械手2、自动换刀过程图步骤1：平移缩回，抓刀库中预选的刀具：步骤2：拔刀伸出，拔出刀套中的刀具：步骤3：平移伸出，离开刀库侧抓刀位置：步骤4

8、：拔刀缩回，机械手缩回：步骤5：摇臂伸出，摇臂转向主轴侧：步骤6：平移伸出，抓主轴刀具：步骤7