加工中心自动换刀.pdf

加工中心自动换刀 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 来愈重要的作用， 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， 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] 。 2 、自动换刀系统的组成 自动换刀系统 [2,3,5] 一般由刀库、机械手和驱动装置组成。 一般来说， 刀库容量可大可小， 其装刀数量在 20～ 180 把之间。 刀库的功能 是存储刀具并把下一把即将要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， 这就需要在主轴和刀库 之间配置换刀机构来执行换刀动作。 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。 具体来说， 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。由于数控加工中心的刀库容量、 换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心 的效率，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 目前，国内外采用的数控机床刀库主要分为：转塔式、圆盘式、链式刀库等 形式。 转塔式刀库， 包括水平转塔头和垂直转塔头两种， 所有刀具固定在同一转塔 上，无换刀臂，储刀数量有限，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， 刀具沿盘面垂直排列 ( 包括径向取刀和轴向取刀 ) 、沿盘 面径向排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，是两个较小容量的刀库分置于主轴两侧， 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， 包括单环链和多环链， 链环形式可有多种变化， 适用于刀库容量 较大的场合， 所占的空间小。 一般适用于刀具数在