加工中心刀庫形式

1、加工中心刀庫形式13數(shù)控技術(shù)一 田磊 135307127摘要：加工中心有立式、臥式、龍門式等多種，其自動換刀裝置的形式更是多種多樣，換刀的原理及結(jié)構(gòu)的復雜程度也各不相同，除利用刀庫進行換刀外，還有自動更換主軸箱、自動更換刀庫等形式。利用機械手實現(xiàn)換刀，是目前加工中心大量使用的換刀方式。由于有了刀庫，機床只要有一個固定的主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度。獨立的刀庫，大大增加了刀具的存儲數(shù)量，有利于擴大機床的功能，并能較好地隔離各種影響加工精度的因素。刀庫用于存放刀具，它是自動換刀裝置中的主要部件之一。根據(jù)刀庫存放刀具的數(shù)目和取刀方式，刀庫可設(shè)計成不同類型。關(guān)鍵詞：加工中心 自動換刀 刀具 刀庫A

2、bstractMachining center has a vertical, horizontal, gantry, etc, the automatic tool change device form is varied, the principle of tool change and the complexity of the structure are different, in addition to the use of knife library for tool change, and automatically change the spindle box, automat

3、ically change the knife library, etc. Using manipulator to realize too change, is the way of tool change is widely used in machining center. Library with the knife, as long as there is a fixed axis machine tool clamping tool, to improve the spindle stiffness. Independent of knife library, greatly in

4、creases the storage quantity of cutting tool, which helps to expand the function of machine tool, and can be well isolated various factors that affect the machining accuracy. Knife library to hold the cutting tool, it is one of the main components of automatic tool change device. According to the nu

5、mber of inventory to put the knives and take knife, knife library can be designed into different types.Keywords: processing center automatic tool change the cutting tool knife library1、 引言自動換刀數(shù)控機床多采用刀庫式自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機構(gòu)組成，它是多工序數(shù)控機床上應用最廣泛的換刀方法。刀庫形式及刀庫相對加工中心主軸位置的不同決定了換刀裝置的不同.加工中心刀庫形式有很多,結(jié)構(gòu)也各

6、不相同,最常用的有鼓盤式刀庫、鏈式刀庫和各自盒式刀庫。1.1加工中心刀庫的概述刀庫系統(tǒng)是提供自動化加工過程中所需之儲刀及換刀需求的一種裝置；其自動換刀機構(gòu)及可以儲放多把刀具的刀庫；改變了傳統(tǒng)以人為主的生產(chǎn)方式。藉由電腦程式的控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、鏜孔、攻牙等。大幅縮短加工時程，降低生產(chǎn)成本；這是刀庫系統(tǒng)的最大特點。 近年來刀庫的發(fā)展已超越其為工具機配件的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合工具機高精度、高效能、高可靠度及多工復合等概念之產(chǎn)品。其產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)劣，關(guān)系到工具機的整體效能表現(xiàn)。1.1.1 刀庫的主要構(gòu)件刀庫主要是提供儲刀位置，并能依程式的控制，正確選擇刀具加

7、以定位，以進行刀具交換；換刀機構(gòu)則是執(zhí)行刀具交換的動作。刀庫必須與換刀機構(gòu)同時存在，若無刀庫則加工所需刀具無法事先儲備；若無換刀機構(gòu)，則加工所需刀具無法自刀庫依序更換，而失去降低非切削時間的目的。此二者在功能及運用上相輔相成缺一不可。1.1.2 刀庫的特點加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，因此在國內(nèi)外企業(yè)界都受到高度重視。如今，加工中心已成為現(xiàn)代機床發(fā)展的主流方向，加工廣泛應用于機械制造中。與普通數(shù)控機床相比，它具有以下幾個突出特點。（l）工序集中加工中心備有刀庫并能自動更換刀具，對工件進行多工序加工，使得工件在一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機

8、床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡，以及其他輔助功能，現(xiàn)代加工中心更大程度地使工件在一次裝夾后實現(xiàn)多表面、多特征、多工位的連續(xù)、高效、高精度加工，即工序集中這是加工中心最突出的特點（2）對加工對象的適應性強加工中心生產(chǎn)的柔性不僅體現(xiàn)在對特殊要求的快速反應上而且可以快速實現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高市場競爭能力（3）加工精度高加工中心同其他數(shù)控機床一樣具有加工精度高的特點，而且加工中心由于加工工序集中，避免了長工藝流程，減少了人為千擾，故加工精度更高，加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。2、刀庫的種類刀庫的容量、布局，針對不同的加工中心，其形式也是五花八門。但是根據(jù)刀庫所需

9、的容量和取刀方式主要有鼓盤式刀庫、鏈式刀庫、機械手刀庫和各自盒式刀庫。2.1鼓盤式刀庫鼓盤式刀庫結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，在鉆削中心應用較多，一般存放刀具不超過32把。圖4-14為刀具軸線與鼓盤軸線平行布置刀庫，其中圖a為徑向取刀形式，圖b為徑向取刀形式。圖4-15c為刀具徑向安裝在刀庫上的結(jié)構(gòu)，圖4-14d為刀具軸線與鼓盤軸線成一定角度布置的結(jié)構(gòu)。圖4-14 鼓盤式刀庫（一） 圖4-15 鼓盤式刀庫（二）2.1.1 鼓盤式刀庫的特點 鼓盤式刀庫應該稱之為固定地址換刀刀庫，即每個刀位上都有編號，一般從1編到12、18、20、24等，即為刀號地址。操作者把一把刀具安裝進某一刀位后，不管該刀具更換多少次，總

10、是在該刀位內(nèi)。主要部件是刀庫體及分度盤，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可，運動部件中刀庫的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機構(gòu)”，前后、上下運動主要選用氣缸。裝配調(diào)整比較方便，維護簡單。一般機床制造廠家都能自制。2.2鏈式刀庫在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，刀座的孔中裝夾各種刀具，鏈條由鏈輪驅(qū)動。鏈式刀庫適用于刀庫容量較大的場合，且多為軸向取刀。鏈式刀庫有多環(huán)鏈式和單環(huán)鏈式等幾種，如圖6-14a、b、c所示。擔當鏈條較長時，可以增加支承鏈輪的數(shù)目，使鏈條折疊回繞，提高空間利用率，如圖4-2所示。圖6-14 a單環(huán)鏈式 b、c 多環(huán)鏈式2.2.1鏈式刀庫的特點鏈式刀庫的可儲放較多數(shù)量之刀具，一般都在20

11、把以上有些可儲放120把以上。它是藉由鏈條將要換的刀具傳到指定位置，由機械手將刀具裝到主軸上。換刀動作均采用馬達加機加工中心使用的刀庫最常見的形式是圓盤式刀庫和機械手換刀刀庫。鏈式刀庫刀具容量大，但刀庫定位精度低。鏈式刀庫的鏈條式結(jié)構(gòu)，決定了刀庫自身存在著明顯的缺陷：機械剛性差、傳動間隙大， 造成刀庫定位精度差，常引起機床故障.2.3格子盒式刀庫圖4-17所示為固定型各系盒式刀庫.刀具分幾排直線排列,由縱、橫向移動的取刀的機械手完成選刀動作，將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上，由換刀機械手交換刀具。由于刀具排列密集，因此空間利用率高，刀庫容量大。 圖4-17 固定格子盒式刀庫2.4機械手刀庫

12、機械手刀庫的刀套包容全部錐面，不易臟。特別對精鏜刀的鏜孔精度穩(wěn)定性有好處。 機械手刀庫對刀具重量要求嚴格，一旦超重，刀具會從機械手中甩出去，易出危險。長度也必須在要求范圍內(nèi)，機械手旋轉(zhuǎn)時所占的空間比較大，編程者須計算換刀是否會碰夾具等。圖4-18機械手刀庫圖片2.4.1機械手刀庫的特點 機械手刀庫換刀是隨機地址換刀。每個刀套上無編號，它最大的優(yōu)點是換刀迅速、可靠。 1、 制造成本高。刀庫有一個個刀套鏈式組合起來，機械手換刀的動作有凸輪機構(gòu)控制，零件的加工比較復雜。裝配調(diào)試也比較復雜，一般由專業(yè)廠家生產(chǎn)，機床制造商一般不自制。 2、 刀號的計數(shù)原理。與固定地址選刀一樣，它也有基準刀號：1號刀。但

13、我們只能理解為1號刀套，而不是零件程序中的1號刀.除上面介紹的四種刀庫形式之外，還有直線式刀庫、多盤式刀庫等。3.刀庫的選擇各種種刀庫形式各有優(yōu)缺點。例如鼓盤式刀庫與機械手刀庫，選擇哪一種？常規(guī)選擇大家關(guān)注兩點：一是價格，二是使用場合。 價格：以40#刀庫20把刀為例。鼓盤式刀庫價格約為3.5萬，機械手刀庫為6.5萬。 使用場合：一般單件小批量生產(chǎn)用鼓盤式刀庫為好，大批量生產(chǎn)用機械手刀庫。 另外大家也知道機械手刀庫可靠性比鼓盤式刀庫高，但鼓盤式刀庫維護保養(yǎng)簡單方便。 其實還有幾點大家容易忽略。 1、 鼓盤式刀庫的刀柄在刀庫內(nèi)放置時7：24的錐面是敞開的，無保護，時間久了或車間環(huán)境惡劣，錐面易臟

14、。影響刀具的重復安裝精度。而機械手刀庫的刀套包容全部錐面，不易臟。特別對精鏜刀的鏜孔精度穩(wěn)定性有好處。 2、 機械手刀庫對刀具重量要求嚴格，一旦超重，刀具會從機械手中甩出去，易出危險。長度也必須在要求范圍內(nèi)，機械手旋轉(zhuǎn)時所占的空間比較大，編程者須計算換刀是否會碰夾具等。 3、 鼓盤式刀庫從使用上講，刀具應在鼓盤周圍均勻放置，盡可能使質(zhì)量重心在鼓盤中心。以延長刀庫使用壽命。 4、 從承重的角度講，鼓盤式刀庫的刀柄以40#和30#比較好，50#的刀柄最好選機械手刀庫。 5、 機械手刀庫在使用大直徑刀具（大于相鄰刀位的最大直徑）時處理比較麻煩。要么每一把刀具間隔位置都一樣。要么通過PLC專門辟出幾個

15、刀套位作為“特區(qū)”。4.刀庫的故障鼓盤式刀庫的故障概率比機械手刀庫高，易損件主要是“馬式機構(gòu)”(馬氏機構(gòu)就是"機械原理"中講述的一種間歇機構(gòu),是純機械機構(gòu). )中撥叉上的滾針軸承損壞，如果刀庫長時間滿載或者偏重運行。那導軌副會磨損、鼓盤中心的軸承也會磨損。但是更換都是比較方便的。 機械手刀庫主要是靠凸輪機構(gòu)完成換刀動作的，簡單、可靠。平時只要按時更換凸輪箱里的油即可。使用壽命長。如果凸輪槽磨損到一定程度后不更換，刀庫就不能用了。凸輪的結(jié)構(gòu)，此設(shè)計之結(jié)構(gòu)簡單、動作快速、確實、可靠，但是價格較高，通常為客制化產(chǎn)品。5.刀庫的自動換刀系統(tǒng)自動換刀系統(tǒng)是CNC工具機的重要組成部分，

16、主要是將加工所需刀具，從刀庫中傳送到主軸夾持機構(gòu)上。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及其與工具機主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響工具機的加工性能。刀庫結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會影響工具機的換刀效率。自動換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復雜程度，又會對整機的成本產(chǎn)生直接影響。 數(shù)控工具機的自動換刀系統(tǒng)大概分為1.油壓機構(gòu)2.氣壓機構(gòu)3.電氣式凸輪機構(gòu)。在不斷追求速度及可靠性提升的數(shù)控工具機市場，凸輪式換刀機構(gòu)就廣泛的被采用。此設(shè)計只用一個驅(qū)動馬達就可完成復雜的換刀動作，快速確實，除了換油外沒有其他消耗零件及保養(yǎng)需求，故障率最少，壽命超過百萬次以上。一般具有ATC裝置者都有ATC臂。換刀時若是需要在刀具庫與主

17、軸兩處更換，則需要ATC臂來補助。但有些工具機并不需要ATC臂即可完成換刀動作。6.刀庫的安裝形式調(diào)節(jié)板的接地端絕對不可以和外部+24V電源的0V端相連，否則將會使內(nèi)部的-9V電源取消，導致調(diào)節(jié)板無法正常工作。 因調(diào)節(jié)板和比例閥距離很遠，因此閥芯位置反饋信號線必須使用帶屏蔽的電纜。 閥芯位置反饋信號在刀庫不轉(zhuǎn)時輸出必須調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)用比例閥的調(diào)節(jié)螺釘進行，以保證同樣的給定電壓正反轉(zhuǎn)速度一致。 閥芯位置反饋中的移動鐵芯在比例閥中是借助彈簧復位的，使用年代較長的機床應更換相同規(guī)格的彈簧，以防止由于彈簧老化而帶來的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。 對于零速給定單元的調(diào)整應注意，不可使幅值太大，只要保證Y1、Y2在停止時保持熱

18、態(tài)就可以了。(一般取0.5V)。 刀庫正常工作前(如維修或初始安裝后)必須用示波器實測PWM調(diào)制器是否已正常起振，并將端波形相比較，其幅值和頻率對控制系統(tǒng)的工作都至關(guān)重要，誤差應保證在10%以內(nèi)，必要時用R29調(diào)整。8.刀庫的發(fā)展趨勢未來工具機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，均以追求高速、高精度、高效率為目標。隨著切削速度的提高，切削時間的不斷縮短，對換刀時間的要求也在逐步提高；換刀的速度已成為高等級工具機的一項重要指標。 快速自動換刀技術(shù)是以減少輔助加工時間為主要目的，綜合考慮工具機的各方面因素，在盡可能短的時間內(nèi)完成刀具交換的技術(shù)方法。一般強調(diào)換刀速度快的臥式機臺，皆有幾個特點：1.刀臂短 2.刀臂不一定成直線 3.兩刀可能互相垂直 4.凸輪箱小且可移動。其主要目的是要讓換刀時，可動件之轉(zhuǎn)動慣量小，以達到快速換刀之目的。該技術(shù)包括刀庫的設(shè)置、換刀方式、換刀執(zhí)行機構(gòu)和適應高速工具機的結(jié)構(gòu)特點等。結(jié)論數(shù)控技術(shù)的發(fā)展必定是未來制造業(yè)的發(fā)展方向，刀庫的發(fā)展極大的推動了加工中心 的發(fā)