加工中心自动换刀装置的研究

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1、加工中心自动换刀装置的研究加丁中心自动换刀系统的研究夏仰球，110010087,机械电子工程1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愈來愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工［1］。人们一•直寻求各种方式，提高加丁中心的加丁效率。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，可大大提高生产效率。国内外加工中心生产厂家都投入大量的资金和精力，研制自动换刀装置，以缩

2、短换刀时间，提高工作效率和竞争力。自动换刀装置是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，是高档加工中心和巫型加工中心的巫要组成部分。英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，降低生产成木，进而提升机床乃至幣个生产线的生产力。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］。2、口动换刀系统的组成口动换刀系统［2,3,5］—般曲刀库、机械手和驱动装置组成。一般來说，刀库容量可大可小，其装刀数量在20〜180把Z间。刀库的功能是存储刀具并把

3、下一把即将耍用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需耍在主轴和刀库之间配置换刀机构來执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀臂，总称为机械手。具体來说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱动装置［4］则是使刀库和机械手实现•其功能的装置，一般由步进电机或液压（或气液机构）或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。由于数控加工屮心的刀库容量、换刀町靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，

4、而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。2.1刀库L!前，国内外采用的数控机床刀库主耍分为：转塔式、圆盘式、链式刀库等形式。转塔式刀库，包括水平转塔头和耀肓转塔头两种，所有刀具固定在同一•转塔上，无换刀臂，储丿J数量有限，通常为6—8把。一般仅用于轻便而简单的机型，常见于车削中心和钻削中心。圆盘式刀库呈盘状，刀具沿盘而垂直排列（包括径向取刀和轴向取刀）、沿盘而径向排

5、列或成锐角形式的刀库，结构简单、紧凑，应用较多，但刀具单环排列，空间利用率低。若增加刀库容量，必须使刀库的外径增大，那么转动惯量也相应增大，选刀运动时间长。双盘式结构，是两个较小容量的丿J库分置于主轴两侧，布局较紧凑，储刀数量也相应增大，适用于中小型加工中心［5,7］。链式刀库，包扌舌单环链和多环链，链环形式可有多种变化，适用于刀库容量较人的场合，所占的空间小。一般适用于刀具数在30-120把。仅增加链条氏度即可增加刀具数，也可以把多个刀库按并联或串联的方式排列起来，既可使刀库容量加大，乂可以不增加圆周速

6、度，具转动惯量不像盘式刀库增加的那样人。链式刀库的驱动，有伺服电机或液圧分度马达，刀库做选刀运动在起始和到位吋，有平稳的加减速过程，而在相隔多个丿J位选刀运动途中，运动连贯不变速，这样就保证了较高的选刀速度和平稳性。对于刀库的选择应根据具体的需求和情况进行选择，比较各刀库的优缺点介理选择。例如，在空间有限，刀具需求量人的情况下，可以选择将刀库设计为链式刀库。2.2机械手加工中心口动换刀装置有两种形式：有机械手换刀和无机械手换刀［6］o加工中心的自动换刀装置人多都采用有机械手换刀方式。它是由机械手把刀库上的

7、刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返送到刀库上，换刀时间短，但其机械结构比较复杂。H前，国内外采用的执行刀库和主轴Z间换丿J动作的机械手，主要分为以下几种类型：单柠机械手、双臂机械手、带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手。单臂机械手的换刀机械手仅一个手臂，其又分为单手式和双手式。单手式，换刀臂仅在某一端有一个抓刀手，所有动作均由单手完成，执行动作多，换刀时间长，但结构简单，刀库与主轴轴线平行或垂玄的情况均适用。双手式，换刀臂两端各有一个抓刀手，机械手同时抓取主轴和刀库上的刀具。凹转180°,同时放凹和装入

8、刀具，换刀时间短，较为常用，多用于刀库与主轴轴线平行的场合［］。双臂机械手冇两个机械手臂，每个手臂端部都冇一个抓刀手，其抓刀和换刀动作类似于人手动作，除执行换刀动作外，有些还可以起运输刀具的作用。这种机械手结构较复杂，但换刀时间短。带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手。送刀臂将刀具从刀库中取出送到摆刀站，由摆刀站将刀具送到换刀位置，最后山换刀臂进行换刀。其结构更复杂，各部分在空间巧妙配置和组合，更具变化性，一般换丿J时间较短，适用