數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序,縮短輔助時(shí)間,減少多次安裝工件所引起的誤差,必須帶有自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具儲(chǔ)存量足夠、刀庫(kù)占地面積小以及安全可靠等基本要求。
一、自動(dòng)換刀裝置的形式
1.回轉(zhuǎn)刀架換刀
回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置,常用于數(shù)控車床。可以設(shè)計(jì)成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?;剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具,并按數(shù)控裝置的指令換刀。
回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度,以承受粗加工時(shí)的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置,對(duì)于數(shù)控車床來(lái)說(shuō),加工過(guò)程中刀具位置不進(jìn)行人工調(diào)整,因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu),以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后,具有盡可能高的重復(fù)定位精度(一般為0.001~0.005mm)。
一般情況下,回轉(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位及刀架壓緊等。【金屬加工微信內(nèi)容不錯(cuò),值得訂閱】
2.更換主軸頭換刀(刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng))
更換主軸換刀是帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床的一種比較簡(jiǎn)單的換刀方式。這種主軸頭實(shí)際上就是一個(gè)轉(zhuǎn)塔刀庫(kù),如圖7-15所示。
主軸頭有臥式和立式兩種,通常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來(lái)更換主軸頭,以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。在轉(zhuǎn)塔的各個(gè)主軸上,預(yù)先安裝有各工序所需要的旋轉(zhuǎn)刀具,當(dāng)發(fā)出換刀指令時(shí),各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置,并接通主運(yùn)動(dòng),使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)。而其它處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動(dòng)脫開(kāi)。
這種更換主軸換刀裝置,省去了自動(dòng)松、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運(yùn)等一系列的復(fù)雜操作,從而縮短了換刀時(shí)間,并提高了換刀的可靠性。但是由于空間位置的限制,使主軸部件結(jié)構(gòu)尺寸不能太大,因而影響了主軸系統(tǒng)的剛性。為了保證主軸的剛性,必須限制主軸的數(shù)目,否則會(huì)使結(jié)構(gòu)尺寸增大。因此,轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只適用于工序較少、精度要求不太高的機(jī)床,例如數(shù)控鉆、銑床等。
3.帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)
由于回轉(zhuǎn)刀架、轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置容納的刀具數(shù)量不能太多,不能滿足復(fù)雜零件的加工需要,因此,自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床多采用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)組成,換刀過(guò)程較為復(fù)雜。首先要把加工過(guò)程中使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上,在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后,按一定的方式放入刀庫(kù)。換刀時(shí),先在刀庫(kù)中選刀,再由換刀裝置從刀庫(kù)或主軸上取出刀具,進(jìn)行交換,將新刀裝入主軸,舊刀放回刀庫(kù)。刀庫(kù)具有較大的容量,既可安裝在主軸箱的側(cè)面或上方。由于帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床的主軸箱內(nèi)只有一根主軸,主軸部件的剛度要高,以滿足精密加工要求。
另外,刀庫(kù)內(nèi)刀具數(shù)量較大,因而能夠進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工,大大提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)適用于數(shù)控鉆削中心和加工中心。
二、刀庫(kù)和刀具的選擇方式
1.刀庫(kù)類型
刀庫(kù)的作用是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具,通過(guò)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)與主軸上刀具的互換。刀庫(kù)的類型有盤式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)等多種形式,刀庫(kù)的形式和容量要根據(jù)機(jī)床的工藝范圍來(lái)確定。圖7-16所示的盤式刀庫(kù),刀具的方向與主軸同向,換刀時(shí)主軸箱上升到一定的位置,使主軸上的刀具正好對(duì)準(zhǔn)刀庫(kù)最下面的那個(gè)位置,刀具被夾住,主軸在CNC的控制下,松開(kāi)刀柄,盤式刀庫(kù)向前運(yùn)動(dòng),拔出主軸上的刀具,然后刀庫(kù)將下一個(gè)工序所用的刀具旋轉(zhuǎn)至與主軸對(duì)準(zhǔn)的位置,刀庫(kù)后退將新刀具插入主軸孔中,主軸夾緊刀柄,主軸箱下降到工作位置,完成換刀任務(wù),進(jìn)行下道工序的加工。此換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低,換刀可靠性較好;缺點(diǎn)是換刀時(shí)間長(zhǎng),適用于刀庫(kù)容量較小的加工中心。
對(duì)于刀庫(kù)容量需要較大的加工中心可采用鏈?zhǔn)降稁?kù)(圖7-17),鏈?zhǔn)降稁?kù)的結(jié)構(gòu)緊湊,刀庫(kù)容量較大,鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機(jī)床的布局制成各種形狀,也可將換刀位突出以便于換刀。當(dāng)需要增加刀具數(shù)量時(shí),只需增加鏈條的長(zhǎng)度即可,給刀庫(kù)設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)了方便。【金屬加工微信內(nèi)容不錯(cuò),值得訂閱】
2. 刀具的選擇方式
一般的刀庫(kù)內(nèi)存放有多把刀具,每次換刀前要進(jìn)行選刀,常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種,順序選刀是在加工之前,將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫(kù)的刀套中,加工是按順序調(diào)刀,加工不同的工件時(shí)必須重新調(diào)整刀庫(kù)中的刀具順序。其優(yōu)點(diǎn)是刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單。因此,這種方式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀。
隨著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展,目前大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都采用任意選刀的方式,其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。
3. 刀具編碼方式
刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用于識(shí)別的編碼條,一般都是根據(jù)二進(jìn)制編碼的原理進(jìn)行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu),并對(duì)每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼,因而刀具可在不同的工序中多次重復(fù)使用,換下的刀具不用放回原刀座,刀庫(kù)的容量也可相應(yīng)減少。但每把刀具上都帶有專用的編碼環(huán),刀具長(zhǎng)度加長(zhǎng),制造困難,刀庫(kù)和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。刀套編碼的方式是一把刀具只對(duì)應(yīng)一個(gè)刀套,從一個(gè)刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中,取送刀具十分麻煩,換刀時(shí)間長(zhǎng)。目前在加工中心上大量使用記憶式的方式。這種方式能將刀具號(hào)和刀庫(kù)中的刀套位置對(duì)應(yīng)地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中,無(wú)論刀具放在哪個(gè)刀套內(nèi),刀具信息都始終記存在PLC內(nèi)。刀庫(kù)上裝有位置檢測(cè)裝置,可獲得每個(gè)刀套的位置信息。這樣刀具就可以任意取出并送回。刀庫(kù)上還設(shè)有機(jī)械原點(diǎn),使每次選刀時(shí)就近選取。
三、刀具交換裝置
數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中,實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種:由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換以及采用機(jī)械手交換刀具。利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置在換刀時(shí)必須首先將用過(guò)的刀具送回刀庫(kù),然后再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具,兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行,換刀時(shí)間較長(zhǎng)。而采用機(jī)械手換刀裝置在換刀時(shí)能夠同時(shí)抓取和裝卸機(jī)床主軸和刀庫(kù)中的刀具,因此換刀時(shí)間進(jìn)一步縮短。采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用最廣泛。這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀靈活,動(dòng)作快,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。機(jī)械手能夠完成抓刀—拔刀—回轉(zhuǎn)—插刀—返回等一系列動(dòng)作。為了防止刀具掉落,機(jī)械手的活動(dòng)爪都帶有自鎖機(jī)構(gòu)。