数控加工系统的自动换刀装置.doc

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1、第二节数控加工系统的自动换刀装置   为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床向着工件在一台机床上经一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，从而出现了各种类型的加工中心机床和车削中心机床。这类机床为了完成不同工序的加工工艺，需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置。自动换刀装置应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。  各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀种类和数目。目前数控机床使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀二种。一、转塔式自动换刀装置  转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二

2、种，回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。 （一）回转刀架换刀  回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。回转刀架可在回转轴径向和轴向安装刀具。在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有： （1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图6-10所示。 （2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具。  如图6-11所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。　图6-11  带有两个回转刀架的数控车床图6-12  双排回转刀

3、架外形图（3）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图6-12所示。回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。  回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生的干涉可能性越大；在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。  回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减小刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度。  图6-13是CK32

4、63系列数控车床回转刀架结构简图。　　 刀架的升起、转位、夹紧等动作都是由液压驱动的。其工作过程是：当数控装置发出换刀指令以后，液压油进入液压缸1的右腔，通过活塞推动中心轴2将刀盘3左移，使定位副端齿盘4和5脱离啮合状态，为转位作好准备。齿盘处于完全脱开位置时，行程开关ST2发出转位信号，液压马达带动转位凸轮6旋转，凸轮依次推动回转盘7上的分度往销8使回转盘通过键带动中心轴及刀盘作分度转动。凸轮每转过一周拨过一个柱销，使刀盘旋转一个工位1/n周(n为刀架工位数，也等于柱销数)。中心轴的尾端固定着一个有n个齿的凸轮，每当中心轴转过一个工位时，凸轮压合计数开关ST1一次，开关将此信号送入

5、控制系统。当刀盘旋转到预定工位时，控制系统发出信号使液压马达刹车，转位凸轮停止运动，刀架处于预定位状态。与此同时液压缸1左腔进油，通过活塞将中心轴和刀盘拉回，端齿盘啮合，刀盘完成精定位和夹紧动作。刀盘夹紧后中心轴尾部将ST2压下发出转位结束信号。端齿盘的制造精度和装配精度要求较高，以保证转位的分度精度和重复定位精度。  刀盘转位驱动采用圆柱凸轮步进传动机构，其工作原理如图6-14所示。圆柱凸轮是在圆周面上加工出一条二端有头的凸轮轮廓。从动回转盘端面有多个柱销，柱销数量与工位数相等。按图中所示旋转时，B销先进入凸轮轮廓的曲线段，这时凸轮开始驱动回转盘转位，与此同时A销与凸轮轮廓脱开，当

6、凸轮转过180°时，B销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段，同时与B销相邻的C销开始与凸轮的直线轮廓的另一侧面接触，凸轮继续转动，回转盘不动，刀架处于预定位状态。由于凸轮是一个两端开口的非闭合曲线轮廓，所以凸轮正反转时均可带动回转盘作正反方向的旋转。因此，这种刀架可通过控制系统中的逻辑电路来自动选择刀盘回转方向，以缩短转位时间，提高换刀速度。  (二)转塔头式换刀  使用旋转刀具的数控机床采用转塔头转位更换主轴头。这种机床的主轴头就是转塔头，在转塔的各主轴头上，根据加工的工序预先安装所用刀具，转塔依次转位，就可以实现自动换刀。主轴头有卧式和立式两种，工作时只有位于加工位置的主轴头才与

7、主运动接通，而其它处于不加工位置的主轴都与主运动脱开。图6-15 TK-5525型数控      转塔式镗铣床  如图6-15所示是TK-5525型数控转塔式镗铣床的外观图，八方形转塔头上装有八根主轴。转塔头的转位由槽轮机构采实现，其结构如图6-16所示。  转塔头的转位过程为： （1）脱开主轴传动  油缸4卸压，弹簧推动齿轮1与主轴上的齿轮12脱开。 （2）转塔头抬起  当齿轮1脱开后，固定在其上的支板接通行程开关3。控制电磁阀，使液压油进入油缸5的左腔