加工中心刀庫(kù)形式

1、加工中心刀庫(kù)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(mén)式等多種，其自動(dòng)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(fù)雜程度也各不相同，除利用刀庫(kù)進(jìn)行換刀外，還有自動(dòng)更換主軸箱、自動(dòng)更換刀庫(kù)等形式。利用機(jī)械手實(shí)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(kù)，機(jī)床只要有一個(gè)固定的主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度。獨(dú)立的刀庫(kù)，大大增加了刀具的存儲(chǔ)數(shù)量，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，并能較好地隔離各種影響加工精度的因素。刀庫(kù)用于存放刀具，它是自動(dòng)換刀裝置中的主要部件之一。根據(jù)刀庫(kù)存放刀具的數(shù)目和取刀方式，刀庫(kù)可設(shè)計(jì)成不同類(lèi)型。關(guān)鍵詞：加工中心 自動(dòng)換刀 刀具 刀庫(kù)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(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床多采用刀庫(kù)式自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫(kù)和刀具交換機(jī)構(gòu)組成，它是多工序數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的換刀方法。刀庫(kù)形式及刀庫(kù)相對(duì)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(kù)形式有很多,結(jié)構(gòu)也各

6、不相同,最常用的有鼓盤(pán)式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)和各自盒式刀庫(kù)。1.1加工中心刀庫(kù)的概述刀庫(kù)系統(tǒng)是提供自動(dòng)化加工過(guò)程中所需之儲(chǔ)刀及換刀需求的一種裝置；其自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)及可以儲(chǔ)放多把刀具的刀庫(kù)；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(shí)程，降低生產(chǎn)成本；這是刀庫(kù)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)。 近年來(lái)刀庫(kù)的發(fā)展已超越其為工具機(jī)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(jī)高精度、高效能、高可靠度及多工復(fù)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(jī)的整體效能表現(xiàn)。1.1.1 刀庫(kù)的主要構(gòu)件刀庫(kù)主要是提供儲(chǔ)刀位置，并能依程式的控制，正確選擇刀具加

7、以定位，以進(jìn)行刀具交換；換刀機(jī)構(gòu)則是執(zhí)行刀具交換的動(dòng)作。刀庫(kù)必須與換刀機(jī)構(gòu)同時(shí)存在，若無(wú)刀庫(kù)則加工所需刀具無(wú)法事先儲(chǔ)備；若無(wú)換刀機(jī)構(gòu)，則加工所需刀具無(wú)法自刀庫(kù)依序更換，而失去降低非切削時(shí)間的目的。此二者在功能及運(yùn)用上相輔相成缺一不可。1.1.2 刀庫(kù)的特點(diǎn)加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，因此在國(guó)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(jī)床發(fā)展的主流方向，加工廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中。與普通數(shù)控機(jī)床相比，它具有以下幾個(gè)突出特點(diǎn)。（l）工序集中加工中心備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具，對(duì)工件進(jìn)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(jī)

8、床按不同工序，自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(diǎn)（2）對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)加工中心生產(chǎn)的柔性不僅體現(xiàn)在對(duì)特殊要求的快速反應(yīng)上而且可以快速實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力（3）加工精度高加工中心同其他數(shù)控機(jī)床一樣具有加工精度高的特點(diǎn)，而且加工中心由于加工工序集中，避免了長(zhǎng)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(kù)的種類(lèi)刀庫(kù)的容量、布局，針對(duì)不同的加工中心，其形式也是五花八門(mén)。但是根據(jù)刀庫(kù)所需

9、的容量和取刀方式主要有鼓盤(pán)式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)、機(jī)械手刀庫(kù)和各自盒式刀庫(kù)。2.1鼓盤(pán)式刀庫(kù)鼓盤(pán)式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，在鉆削中心應(yīng)用較多，一般存放刀具不超過(guò)32把。圖4-14為刀具軸線與鼓盤(pán)軸線平行布置刀庫(kù)，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(kù)上的結(jié)構(gòu)，圖4-14d為刀具軸線與鼓盤(pán)軸線成一定角度布置的結(jié)構(gòu)。圖4-14 鼓盤(pán)式刀庫(kù)（一） 圖4-15 鼓盤(pán)式刀庫(kù)（二）2.1.1 鼓盤(pán)式刀庫(kù)的特點(diǎn) 鼓盤(pán)式刀庫(kù)應(yīng)該稱(chēng)之為固定地址換刀刀庫(kù)，即每個(gè)刀位上都有編號(hào)，一般從1編到12、18、20、24等，即為刀號(hào)地址。操作者把一把刀具安裝進(jìn)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(kù)體及分度盤(pán)，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可，運(yùn)動(dòng)部件中刀庫(kù)的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機(jī)構(gòu)”，前后、上下運(yùn)動(dòng)主要選用氣缸。裝配調(diào)整比較方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。一般機(jī)床制造廠家都能自制。2.2鏈?zhǔn)降稁?kù)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(dòng)。鏈?zhǔn)降稁?kù)適用于刀庫(kù)容量較大的場(chǎng)合，且多為軸向取刀。鏈?zhǔn)降稁?kù)有多環(huán)鏈?zhǔn)胶蛦苇h(huán)鏈?zhǔn)降葞追N，如圖6-14a、b、c所示。擔(dān)當(dāng)鏈條較長(zhǎng)時(shí)，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?zhǔn)?b、c 多環(huán)鏈?zhǔn)?.2.1鏈?zhǔn)降稁?kù)的特點(diǎn)鏈?zhǔn)降稁?kù)的可儲(chǔ)放較多數(shù)量之刀具，一般都在20

11、把以上有些可儲(chǔ)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(jī)械手將刀具裝到主軸上。換刀動(dòng)作均采用馬達(dá)加機(jī)加工中心使用的刀庫(kù)最常見(jiàn)的形式是圓盤(pán)式刀庫(kù)和機(jī)械手換刀刀庫(kù)。鏈?zhǔn)降稁?kù)刀具容量大，但刀庫(kù)定位精度低。鏈?zhǔn)降稁?kù)的鏈條式結(jié)構(gòu)，決定了刀庫(kù)自身存在著明顯的缺陷：機(jī)械剛性差、傳動(dòng)間隙大， 造成刀庫(kù)定位精度差，常引起機(jī)床故障.2.3格子盒式刀庫(kù)圖4-17所示為固定型各系盒式刀庫(kù).刀具分幾排直線排列,由縱、橫向移動(dòng)的取刀的機(jī)械手完成選刀動(dòng)作，將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上，由換刀機(jī)械手交換刀具。由于刀具排列密集，因此空間利用率高，刀庫(kù)容量大。 圖4-17 固定格子盒式刀庫(kù)2.4機(jī)械手刀庫(kù)

12、機(jī)械手刀庫(kù)的刀套包容全部錐面，不易臟。特別對(duì)精鏜刀的鏜孔精度穩(wěn)定性有好處。 機(jī)械手刀庫(kù)對(duì)刀具重量要求嚴(yán)格，一旦超重，刀具會(huì)從機(jī)械手中甩出去，易出危險(xiǎn)。長(zhǎng)度也必須在要求范圍內(nèi)，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)時(shí)所占的空間比較大，編程者須計(jì)算換刀是否會(huì)碰夾具等。圖4-18機(jī)械手刀庫(kù)圖片2.4.1機(jī)械手刀庫(kù)的特點(diǎn) 機(jī)械手刀庫(kù)換刀是隨機(jī)地址換刀。每個(gè)刀套上無(wú)編號(hào)，它最大的優(yōu)點(diǎn)是換刀迅速、可靠。 1、 制造成本高。刀庫(kù)有一個(gè)個(gè)刀套鏈?zhǔn)浇M合起來(lái)，機(jī)械手換刀的動(dòng)作有凸輪機(jī)構(gòu)控制，零件的加工比較復(fù)雜。裝配調(diào)試也比較復(fù)雜，一般由專(zhuān)業(yè)廠家生產(chǎn)，機(jī)床制造商一般不自制。 2、 刀號(hào)的計(jì)數(shù)原理。與固定地址選刀一樣，它也有基準(zhǔn)刀號(hào)：1號(hào)刀。但

13、我們只能理解為1號(hào)刀套，而不是零件程序中的1號(hào)刀.除上面介紹的四種刀庫(kù)形式之外，還有直線式刀庫(kù)、多盤(pán)式刀庫(kù)等。3.刀庫(kù)的選擇各種種刀庫(kù)形式各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如鼓盤(pán)式刀庫(kù)與機(jī)械手刀庫(kù)，選擇哪一種？常規(guī)選擇大家關(guān)注兩點(diǎn)：一是價(jià)格，二是使用場(chǎng)合。 價(jià)格：以40#刀庫(kù)20把刀為例。鼓盤(pán)式刀庫(kù)價(jià)格約為3.5萬(wàn)，機(jī)械手刀庫(kù)為6.5萬(wàn)。 使用場(chǎng)合：一般單件小批量生產(chǎn)用鼓盤(pán)式刀庫(kù)為好，大批量生產(chǎn)用機(jī)械手刀庫(kù)。 另外大家也知道機(jī)械手刀庫(kù)可靠性比鼓盤(pán)式刀庫(kù)高，但鼓盤(pán)式刀庫(kù)維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單方便。 其實(shí)還有幾點(diǎn)大家容易忽略。 1、 鼓盤(pán)式刀庫(kù)的刀柄在刀庫(kù)內(nèi)放置時(shí)7：24的錐面是敞開(kāi)的，無(wú)保護(hù)，時(shí)間久了或車(chē)間環(huán)境惡劣，錐面易臟

14、。影響刀具的重復(fù)安裝精度。而機(jī)械手刀庫(kù)的刀套包容全部錐面，不易臟。特別對(duì)精鏜刀的鏜孔精度穩(wěn)定性有好處。 2、 機(jī)械手刀庫(kù)對(duì)刀具重量要求嚴(yán)格，一旦超重，刀具會(huì)從機(jī)械手中甩出去，易出危險(xiǎn)。長(zhǎng)度也必須在要求范圍內(nèi)，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)時(shí)所占的空間比較大，編程者須計(jì)算換刀是否會(huì)碰夾具等。 3、 鼓盤(pán)式刀庫(kù)從使用上講，刀具應(yīng)在鼓盤(pán)周?chē)鶆蚍胖?，盡可能使質(zhì)量重心在鼓盤(pán)中心。以延長(zhǎng)刀庫(kù)使用壽命。 4、 從承重的角度講，鼓盤(pán)式刀庫(kù)的刀柄以40#和30#比較好，50#的刀柄最好選機(jī)械手刀庫(kù)。 5、 機(jī)械手刀庫(kù)在使用大直徑刀具（大于相鄰刀位的最大直徑）時(shí)處理比較麻煩。要么每一把刀具間隔位置都一樣。要么通過(guò)PLC專(zhuān)門(mén)辟出幾個(gè)

15、刀套位作為“特區(qū)”。4.刀庫(kù)的故障鼓盤(pán)式刀庫(kù)的故障概率比機(jī)械手刀庫(kù)高，易損件主要是“馬式機(jī)構(gòu)”(馬氏機(jī)構(gòu)就是"機(jī)械原理"中講述的一種間歇機(jī)構(gòu),是純機(jī)械機(jī)構(gòu). )中撥叉上的滾針軸承損壞，如果刀庫(kù)長(zhǎng)時(shí)間滿載或者偏重運(yùn)行。那導(dǎo)軌副會(huì)磨損、鼓盤(pán)中心的軸承也會(huì)磨損。但是更換都是比較方便的。 機(jī)械手刀庫(kù)主要是靠凸輪機(jī)構(gòu)完成換刀動(dòng)作的，簡(jiǎn)單、可靠。平時(shí)只要按時(shí)更換凸輪箱里的油即可。使用壽命長(zhǎng)。如果凸輪槽磨損到一定程度后不更換，刀庫(kù)就不能用了。凸輪的結(jié)構(gòu)，此設(shè)計(jì)之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作快速、確實(shí)、可靠，但是價(jià)格較高，通常為客制化產(chǎn)品。5.刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)自動(dòng)換刀系統(tǒng)是CNC工具機(jī)的重要組成部分，

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

17、軸兩處更換，則需要ATC臂來(lái)補(bǔ)助。但有些工具機(jī)并不需要ATC臂即可完成換刀動(dòng)作。6.刀庫(kù)的安裝形式調(diào)節(jié)板的接地端絕對(duì)不可以和外部+24V電源的0V端相連，否則將會(huì)使內(nèi)部的-9V電源取消，導(dǎo)致調(diào)節(jié)板無(wú)法正常工作。 因調(diào)節(jié)板和比例閥距離很遠(yuǎn)，因此閥芯位置反饋信號(hào)線必須使用帶屏蔽的電纜。 閥芯位置反饋信號(hào)在刀庫(kù)不轉(zhuǎn)時(shí)輸出必須調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)用比例閥的調(diào)節(jié)螺釘進(jìn)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(dòng)鐵芯在比例閥中是借助彈簧復(fù)位的，使用年代較長(zhǎng)的機(jī)床應(yīng)更換相同規(guī)格的彈簧，以防止由于彈簧老化而帶來(lái)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。 對(duì)于零速給定單元的調(diào)整應(yīng)注意，不可使幅值太大，只要保證Y1、Y2在停止時(shí)保持熱

18、態(tài)就可以了。(一般取0.5V)。 刀庫(kù)正常工作前(如維修或初始安裝后)必須用示波器實(shí)測(cè)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(duì)控制系統(tǒng)的工作都至關(guān)重要，誤差應(yīng)保證在10%以內(nèi)，必要時(shí)用R29調(diào)整。8.刀庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)工具機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，均以追求高速、高精度、高效率為目標(biāo)。隨著切削速度的提高，切削時(shí)間的不斷縮短，對(duì)換刀時(shí)間的要求也在逐步提高；換刀的速度已成為高等級(jí)工具機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 快速自動(dòng)換刀技術(shù)是以減少輔助加工時(shí)間為主要目的，綜合考慮工具機(jī)的各方面因素，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成刀具交換的技術(shù)方法。一般強(qiáng)調(diào)換刀速度快的臥式機(jī)臺(tái)，皆有幾個(gè)特點(diǎn)：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(dòng)。其主要目的是要讓換刀時(shí)，可動(dòng)件之轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，以達(dá)到快速換刀之目的。該技術(shù)包括刀庫(kù)的設(shè)置、換刀方式、換刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)和適應(yīng)高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。結(jié)論數(shù)控技術(shù)的發(fā)展必定是未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展方向，刀庫(kù)的發(fā)展極大的推動(dòng)了加工中心 的發(fā)