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    數控加工中心的刀庫及自動換刀裝置
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    數控加工中心的刀庫及自動換刀裝置
    日期: 2021-01-03 閱讀: 6336 次

    加工中心利用刀庫實現換刀,這是目前加工中心大量使用的換刀方式。由於有了刀庫,機牀只要一個固定主軸夾持刀具,有利於提高主軸剛度。獨立的刀庫,大大增加了刀具的儲存數量,有利於擴大機牀的功能,並能較好地隔離各種影響加工精度的幹擾因素。

    刀庫換刀,按照換刀過程有無機械手參與,分成有機械手換刀和無機械手換刀兩種情況。在有機械手換刀的過程中,使用一個機械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出,與此同時,另一機械手將在刀庫中待命的刀具從刀庫拔出,然後兩者交換位置,完成換刀過程。無機械手換刀時,刀庫中刀具存放方向與主軸平行,刀其放在主軸可到達的位置。換刀時,主軸箱移到刀庫換刀位置上方,利用主軸Z向運動將加工使用後的刀具插人刀庫中要求的空位處,然後刀庫中待換刀具轉到待命位置,主軸Z向運動將待用刀只從刀庫中取出,並將刀具插入主軸。有機械手的系統在刀庫配置、與主軸的相對位置及刀具數量上都比較靈活,換刀時間短。無機械手方式結構簡單,只是換刀時間較長。

    1.加工中心刀庫形式

    刀庫有多種形式,加工中心常用的有盤式.鏈式兩種刀庫。盤式刀庫,刀具可以沿主軸軸向、徑向﹑斜向安放,刀具軸向安裝的結構最爲緊湊,但爲了換刀時刀具與主軸同向,有的刀庫中的刀具需在換刀位置做90°翻轉。在刀庫容量較大時,爲在存取方便的同時保持結構緊湊,可採取彈倉式結構,目前大量的刀庫安裝在機牀立柱的頂面或側面。在刀庫容量較大時,也有安裝在單獨的地基上,以隔離刀庫轉動造成的振動。鏈式刀庫,通常刀具容量比盤式的要大,結構也比較靈活。可以採用加長鏈帶的方式加大刀庫的容量,也可採用鏈帶摺疊迴繞的方式提高空間利用率,在要求刀具容量很大時還可以採用多條鏈帶結構。

    2.加工中心的自動換刀裝置

    自動換刀裝置可分爲五種基本形式,即轉塔式.180°迴轉式、迴轉插人式、二軸轉動式和主軸直接式。自動換刀的刀具可靠地固緊在專用刀夾內,每次換刀時將刀夾直接裝入主軸。

    (1)轉塔式換刀裝置用轉塔實現換刀是最早的自動換刀方式。

    轉塔是由若幹與銑牀動力頭(主軸箱)相連接的主軸組成的。在運行程序之前將刀具分別裝人主軸,需要哪把刀具時,轉塔就轉到其相應的位置。

    這種裝置的缺點是主軸的數量受到限制。要使用數量多於主軸數的刀具時,操作者必須卸下已用過的刀具,並裝上後續程序所需要的刀具。轉塔式換刀並不是拆卸刀具,而是將刀具和刀夾一起換下,所以這種換刀方式很快。目前NC鑽牀等還在使用轉塔式刀庫。

    (2)180°迴轉式換刀裝置

    最簡單的換刀裝置是180°迴轉式換刀裝置。接到換刀指令後,機牀控制系統便將主軸控制到指定換刀位置;與此同時,刀庫運動到適當位置,換刀裝置迴轉並同時與主軸、刀庫的刀具相配合;拉桿從主軸刀只上卸掉,換刀裝置將刀具從各自的位置上取下;換刀裝置迴轉180°將主軸刀具主軸中的刀具刀庫中與刀庫刀只帶走;換刀裝置迴轉的同時,刀庫重新調整其位置,以接受從主軸取下的刀具;接下來,換刀裝置將要換上的刀具與卸下的刀其分別裝入主軸和刀庫;最後,換刀裝置轉回原“待命”位置。至此,換刀完成,程序繼續運行。這種換刀裝置的主要優點是結構簡單、涉及的運動少,換刀快;主要缺點是刀具必須存放在與主軸平行的平面內,與側置後置刀庫相比,切屑及切削液易進入刀夾,因此必須對刀具另加防護。刀夾錐面上有切屑會造成換刀誤差,甚至有損壞刀夾與主軸的可能。有些加工中心使用了傳遞杆,並將刀庫側置。當換刀指令被調用時,傳遞杆將刀庫的刀具取下,轉到機牀前方,並定位於與換刀裝置配合的位置。180°迴轉式換刀裝置既可用於臥式機牀,也可用於立式機牀。

    (3)迴轉插入式換刀裝置迴轉插人式換刀裝置(最常用的形式之一),是迴轉式換刀裝置的改進形式。迴轉插入機構是換刀裝置與傳遞杆的組合。爲迴轉插入式換刀裝置的工作原理,它應用在臥式加工中心上。這種換刀裝置的結構設計與180°迴轉式換刀裝置基本相同。

    當接到換刀指令時,主軸移至換刀點,刀庫轉到適當位置,使換刀裝置從其槽內取出欲換上的刀具;換刀裝置轉動並從位於機牀一側的刀庫中取出刀具,換刀裝置迴轉主軸中至機牀的前方,在該位置的將主軸上的刀具取下,迴轉180°將欲換上的刀具裝入主軸;與此同時,刀庫移至適當位置以接受從主軸取下的刀具;換刀裝置轉到機牀的一側,並將從主軸取下的刀具放入刀庫的槽內。

    這種裝置的主要優點是刀具存放在機牀的一側,避免了切屑造成主軸或刀夾損壞的可能性。與180°迴轉式換刀裝置相比,其缺點是換刀過程中的動作多,換刀所用的時間長。

    (4)二軸轉動式換刀裝置

    二軸轉動式換刀裝置這種換刀裝置可用於側置或後置式刀庫,其結構特點最適用於立式加工中心。

    接到換刀指令,換刀機構從“等待”位置開始運動,夾緊主軸上的刀具並將其取下,轉至刀庫,並將刀具放回刀庫;從刀庫中取出欲換上的刀只,轉向主軸,並將刀只裝人主軸;然後返回“等待”位置,換刀完成。這種裝置的主要優點是刀庫位於機牀一側或後方,轉動,接能最大限度地保護刀具。其缺點是刀具的傳遞次數及運兩軸轉動動較多。這種裝置在立式加換門機構工中心中的應用已逐漸被180°迴轉式和主軸直接式換刀裝置所取代。

    (5)主軸直接式換刀裝置主軸直接式換刀裝置不同於其他形式的換刀裝置。這種裝置中,要麼刀庫直接移到主軸位置,要麼主軸直接移至刀庫。主軸直接式換刀裝置在臥式加工中心中的應用。換刀時,主軸移動到換刀位置,圓盤式刀庫轉至所需刀槽的位置,將刀具從“等待”位置移出至換刀位置,並與裝在主軸內的刀夾配合;拉桿從刀夾中退出,刀庫前移,卸下刀具;然後刀庫轉到所需刀具對準主軸的位置,向後運動,將刀具插人主軸並緊固;最後,刀庫離開主軸向上移動,回到“等待”位置,換刀完成。

    對於立式加工中心,小型的一般是刀庫移動實現換刀;一些大珊機牀,換刀過程與上述有所不同,由於大型機牀的刀庫太大,移動不方便,所以是主軸移動實現卸裝刀具,或使用機械手實現換刀。


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