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【科普】數控車床都有哪些自動換刀裝置

發布日期:2018-11-01

數控車床為了能在工件一次裝夾時完成多種有加工工序,以縮短輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差,必須帶有自動換刀裝置。數控車床上的回轉刀架就是一種簡單的自動換刀裝置,所不同的是在多工序數控車床出現之后,逐步發展和完善了回轉刀具的自動換刀裝置,可擴大快速換刀數量,可能實現復雜的換刀動作。

在自動換刀數控機車上,對自動換刀裝置的基本要求是:換刀時間短,刀具重復定位精度高,有足夠的刀具存儲量,刀庫占地面積小及安全可靠等。

數控車床

各類數控車床的自動換刀裝置的結構取決于床的形式、工藝范圍及其刀具的種類和數量。鴻軒數控它的基本類型有以下幾種。


轉刀架換刀


回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置,常見用于CNC數控車床??梢哉{成四方刀架、六角刀架和圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?;剞D刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具,并按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架它在結構上必須有良好的強度和硬度,以便承受粗加工的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置,對于數控車床來說,加工過程中刀具位置不進行人工調整,因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構,以保證回轉刀架在每次轉位之后,具有盡可能高的重復定位精度(一般為0.001~0.005mm)。


一般情況下,回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等?;剞D刀架按其工作原理分為若干類型,如圖6-1所示。

換刀

如下圖所示為螺母升降轉位刀架,電動機經彈簧安全離合器到蝸輪副帶動螺母旋轉,螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離,隨即帶動刀架旋轉到位,然后給系統發信號螺母反轉鎖緊。


下圖所示為利用十字槽輪來轉位及鎖緊刀架(還要加定位銷),銷釘每轉一周,刀架便轉1/4轉(也可設計成六工位等)。

自動換刀剖析圖

圖c)所示為凸臺棘爪式刀架,蝸輪帶動下凸輪臺相對于上凸輪臺轉動,使其上、下端齒盤分離,繼續旋轉,則棘輪機構推動刀架轉90o,然后利用一個接觸開關或霍爾元件發出電動機反轉信號,重新鎖緊刀架。


圖d)所示為電磁式刀架,它利用了一個有10kN左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖定。


圖c)所示為液壓式刀架,它利用擺動液壓缸來控制刀架轉位,圖中有擺動閥芯、撥爪、小液壓缸;撥爪帶動刀架轉位,小液壓缸向下拉緊,產生10kN以上的拉緊力。這種刀架的特點是轉位可靠,拉緊力可以再加大,但其缺點是液壓件難制造,還需多一套液壓系統,有液壓油泄漏及發熱問題。


    為數控車床的六角回轉刀架,它適用于盤類零件的加工。這類刀架的全部動作者是由液壓系統通過電磁換向閥和順序閥分別控制,其換刀過程如下:


(1)刀架抬起。當數控裝置發出換刀指令后,壓力油由A進入壓緊液壓缸的下腔,活塞上升,刀架體抬起,使定位活動插銷與固定插銷脫離。同時,活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪結合。


(2)刀架轉位。當刀架抬起之后,壓力油從C孔轉入液壓缸左腔,活塞向右移動,通過連接板帶動齒條移動,使空套齒輪作逆時針方向轉動,通過端齒離合器使刀架轉過60o?;钊男谐虘扔邶X輪節圓周長的1/6,并由限位開關控制。


(3)刀架壓緊。刀架轉位之后,壓力油從B孔進入壓緊液壓缸的上腔,活塞帶動刀架體下降。缸體的底盤上精確地安裝六個帶斜楔的圓柱固定插銷,利用活動插銷消除定位銷與孔之間的間隙,實現反靠定位。刀架整體下降時,定位活動插銷和另一個固定插銷會卡緊,同時缸體與壓盤的錐面接觸,刀架在新的位置定位并壓緊。這時,端齒離合器與空套齒輪脫開。


(4)轉位液壓缸復位。刀架壓緊后,壓力油從D孔進入轉位油缸右腔,活塞會帶動齒條復位,此時端齒離合器已脫開,齒條帶動齒輪在軸上空轉。如果定位和壓緊動作正常,拉桿與相應的接觸頭接觸,發出信號表示換刀過程已結束,可以繼續進行切削加工。


回轉刀架除了采用液壓缸驅動轉位和定位銷定位外,也可以采用電動機-馬氏機構轉位或鼠盤定位,以及其它轉位和定位裝置


換主軸換刀


更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控車床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就是一個轉塔刀庫,如圖6-3所示。主軸頭有臥式和立式兩種,通常用轉塔的轉位來更換主軸頭,以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上,預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具,當發出換刀指令時,各主軸頭依次的回轉到加工位置,并接通主運動,使對應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。


這種更換主軸換刀裝置,省去了自動松、夾、卸刀、裝刀和刀具搬運等一些復雜操作,從而縮短了換刀時間,并提高了換刀的可靠性。但是由于空間位置的限制,使主軸部件結構尺寸不能太大,因而影響了主軸系統的剛性。為了保證主軸的剛性,應該限制主軸的數目,不然會使結構的尺寸增大。因此,轉塔主軸頭通常只適用于工序較少、精度要求不太高的床,例如數控鉆、銑床等。

更換主軸箱換刀


有的數控車床像組合床一樣,采用多主軸箱,利用更換主軸箱達到換刀的目的,如圖6-4所示。主軸箱庫8吊掛著備用主軸箱2~7。主軸箱兩端的導軌上,裝有同步運行的小車1和2,它們在主軸箱庫與床動力頭之間運送主軸箱。


根據加工要求,先選好所需的主軸箱,待兩小車運行至該主軸箱處時,將它推到小車1上,小車1載著主軸箱與小車2同時運動到床動力頭兩側的更換位置。當上一道工序完成后,動力頭帶著主軸箱1上升到更換位置,夾緊機構將主軸箱1松開,定位銷從定位孔中撥出,推桿機構將主軸箱1推到小車2上,同時又將小車1上的待用主軸箱推到床動力頭上,并進行定位夾緊。與此同時,兩小車返回主軸箱庫,停在下次待換的主軸箱旁的空位。也可通過機械手10在刀庫9和主軸箱1之間進行刀具交換。這種換刀形式,對于加工箱體類零件,可以提高生產率。

帶刀庫的自動換刀系統


這種換刀裝置由刀庫,選刀機構,刀具交換機構和刀具在主軸上的自動裝卸機構等四部分組成,應用最廣泛。


如上圖所示為刀庫裝在車床的工作臺(或立柱)上的數控車床的外觀圖。
如圖所示為刀庫裝在床之外,成為一個獨立部件的數控床的外觀圖。此時,刀庫容量大,刀具可以較重,常常要附加運輸裝置來完成刀庫與主軸之間刀具的運輸。


帶刀庫的自動換刀系統,整個換刀過程比較復雜。首先要把加工過程中要用的全部刀具分別安裝在標準的刀柄上,在床外進行尺寸預調整后,插入刀庫中。換刀時根據選刀指令在刀庫上選刀,由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具,進行刀具交換,隨后將新刀具裝入主軸,將用過的刀放回刀庫。


采用這種自動換刀系統,需要增加刀具的自動夾緊、放松機構、刀庫運動及定位機構,常常還需要有清潔刀柄和刀孔、刀座的裝置,因而結構較復雜。它的換刀過程動作多、換刀時間長。同時,影響換刀工作可靠性的因素也較多。


為了縮短換刀時間,可采用帶刀庫的雙主軸或多主軸換刀系統,如圖 所示。由圖可知,當水平方向的主軸在加工位置時,待更換刀具的主軸處于刀換刀位置,由刀具交換裝置預先換刀,待本工序加工完畢后,轉塔頭回轉并交換主軸(即換刀)。


這種換刀方式,換刀時間大部分和機加工時間重合,只需轉塔頭轉位的時間,所以換刀時間短,轉塔頭的主軸數量少,有助于提高主軸的結構硬度,另外刀庫上刀具數量也可增加,對多工序的加工有利。但這種換刀方式難保證精鏜加工所需要的主軸精度。因此,這種換刀方式主要用于鉆床,也可以用于銑鏜床和數控組合床。


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