文档介绍：数控机床的自动换刀装置
第一节自动换刀装置的形式
数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序,以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差,必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置,所不同的是在多工序数控机床出现之后,逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置,扩大了换刀数量,从而能实现更为复杂的换刀操作。
在自动换刀数控机床上,对自动换刀装置的基本要求是:换刀时间短,刀具重复定位精度高,有足够的刀具存储量,刀库占地面积小及安全可靠等。
各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。其基本类型有以下几种。
一、转刀架换刀
回转刀架是一种最简单的自动换刀装置,常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具,并按数控装置的指令换刀。
回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度,以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置,对于数控车床来说,加工过程中刀具位置不进行人工调整,因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构,以保证回转刀架在每次转位之后,具有尽可能高的重复定位精度(~)。
一般情况下,回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧等。回转刀架按其工作原理分为若干类型,如图6-1所示。
图6-1a)所示为螺母升降转位刀架,电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转,螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离,随即带动刀架旋转到位,然后给系统发信号螺母反转锁紧。
图6-1 回转刀架的类型及其工作原理
图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架(还要加定位销),销钉每转一周,刀架便转1/4转(也可设计成六工位等)。
图6-1c)所示为凸台棘爪式刀架,蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动,使其上、下端齿盘分离,继续旋转,则棘轮机构推动刀架转90º,然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号,重新锁紧刀架。
图6-1d)所示为电磁式刀架,它利用了一个有10kN左右拉紧力的线圈使刀架定位锁定。
图6-1e)所示为液压式刀架,它利用摆动液压缸来控制刀架转位,图中有摆动阀芯、拨爪、小液压缸;拨爪带动刀架转位,小液压缸向下拉紧,产生10kN以上的拉紧力。这种刀架的特点是转位可靠,拉紧力可以再加大,但其缺点是液压件难制造,还需多一套液压系统,有液压油泄漏及发热问题。
图6-2所示为数控车床的六角回转刀架,它适用于盘类零件的加工。这种刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制,其换刀过程如下:
(1)刀架抬起。当数控装置发出换刀指令后,压力油由A进入压紧液压缸的下腔,活塞上升,刀架体抬起,使定位活动插销与固定插销脱离。同时,活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮结合。
图6-2 数控车床的六角回转刀架
(2)刀架转位。当刀架抬起之后,压力油从C孔转入液压缸左腔,活塞向右移动,通过连接板带动齿条移动,使空套齿轮作逆时针方向转动,通过端齿离合器使刀架转过60º。活塞的行程应等于齿轮节圆周长的1/6,并由限位开关控制。
(3)刀架压紧。刀架转位之后,压力油从B孔进入压紧液压缸的上腔,活塞带动刀架体下降。缸体的底盘上精确地安装六个带斜楔的圆柱固定插销,利用活动插销消除定位销与孔之间的间隙,实现反靠定位。刀架体下降时,定位活动插销与另一个固定插销卡紧,同时缸体与压盘的锥面接触,刀架在新的位置定位并压紧。这时,端齿离合器与空套齿轮脱开。
(4)转位液压缸复位。刀架压紧后,压力油从D孔进入转位油缸右腔,活塞带动齿条复位,由于此时端齿离合器已脱开,齿条带动齿轮在轴上空转。
如果定位和压紧动作正常,拉杆与相应的接触头接触,发出信号表示换刀过程已结束,可以继续进行切削加工。
回转刀架除了采用液压缸驱动转位和定位销定位外,还可以采用电动机-马氏机构转位和鼠盘定位,以及其它转位和定位机构。
图6-3 换主轴换刀
二、换主轴换刀
更换主轴换刀是带有旋转刀
具的数控机床的一种比较简单的
换刀方式。这种主轴头实际上就
是一个转塔刀库,如图6-3所示。
主轴头有卧式和立式两种,
通常用转塔的转位来更换主轴头,
以实现自动换刀。在转塔的各个
主轴上,预先安装有各工序所需要的旋转刀具,当发出换刀指令时,各主轴头依次地转到加工位置,并接通主运动,使相应的主轴带动刀具旋转。而其它处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。
这种更换主轴换刀装置,省去了自动松、夹、卸刀、装刀以及刀具搬运等一系列的复杂操作,从而缩短了换刀时间,并提高了换刀的可靠性。但是由于空间位置的限制,使主轴部件结构尺寸不能太大,因而影响了主轴系统的刚