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自动换刀系统


换刀系统
自动换刀系统主要是将加工所需刀具,从刀库中传送到主轴夹持机构上。换 刀系统由刀库,机械手,驱动系统等构成。 基本要求:1. 换刀时间短 2. 刀具重复定位精度高 3. 足够的刀具储存量 4. 刀库占地面积小(结构紧凑)5. 安全可靠。 刀库 刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置; 其自 动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库。由电脑程式的控

制,可以完成各种不同 的加工需求,如铣削、钻孔、搪孔、攻牙等。大幅缩短加工时程,降低生产成本。 刀库主要是提供储刀位置,并能依程式的控制,正确选择刀具加以定位,以 进行刀具交换;换刀机构则是执行刀具交换的动作。刀库必须与换刀机构同时存 在,若无刀库则加工所需刀具无法事先储备;若无换刀机构,则加工所需刀具无 法自刀库依序更换,而失去降低非切削时间的目的。 刀库的回转运动由带 抱 闸 的 三 相 异 步 电 动机 作 动力源,三相电源通过交流 接 触 器 提 供 给 电 动 机时 抱 闸 打 开 , 然 后 刀 库 进行 运 转,切断三相电源则抱闸闭 锁,刀库立刻停止运转。通 过 分 度 盘 的 运 动 及 相关 检 测元件组的逻辑组合,可使 每 个 刀 套 准 确 停 在 换刀 位 置。刀套停在换刀位置后, 由气缸控制刀套处于水平或垂直状态,以方便机械手换刀,刀套分度台可以顺时 针或逆时针方向旋转,从而可以在最短的时间内搜索到所要更换的刀具。 驱动系统 数控工具机的自动换刀系统有油压机构、气压机构、电气式凸轮机构。现如 今凸轮式换刀机构就广泛的被采用。快速确实,除了换油外没有其他消耗零件及 保养需求,故障率最少,寿命超过百万次以上。 换刀系统的速度要求 快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的, 综合考虑工具机的各 方面因素,在尽可能短的时间内完成刀具交换的技术方法。机台有几个特点:1. 刀臂短 2.刀臂不一定成直线 3.两刀可能互相垂直 4.凸轮箱小且可移动。其主要 目的是要让换刀时,可动件之转动惯量小,以达到快速换刀之目的。 提高换刀速度的方法 提高换刀速度的方法 1.在传统自动换刀装置的基础上提高动作速度,或采用动作速度更快的机 构和驱动元件。例如,机械凸轮结构的换刀速度高于液压和气动结构。 2.根据高速工具机的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如, 传统工具机的刀库和换刀装置多装在立柱一侧, 在高速工具机则多为立柱移动的 进给方式,为减轻运动件质量,刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。

3.采用新方法进行刀具快速交换,不用刀库和机械手方式,而改用其它方 式换刀。例如不用换刀,用换主轴的方法。 4. 使用适合于高速工具机的刀柄。

换刀过程
换刀包括选刀、刀具夹持、刀具交换。 选刀 按数控指令将所需刀具从刀库中准确调出的操作称为自动选刀。 包括自动选刀和 任意选刀。 1. 顺序选刀 顺序选刀是按照工艺要求依次将所用的刀具插入刀库的刀座中,顺序不能错,加 工时按顺序调刀,已经使用过的刀具可以放回到原来的刀座内,也可以按顺序放 入下一个刀座内。适应于空间位置较小的刀具。 特点:不需要刀具识别装置,驱动控制较简单;结构简单,工作可靠;刀库及刀 具的利用率低。 2.任意选刀 (1) 刀具编码 刀具编码是对每个刀座进行编码, 根据刀座的编码选取刀具。 刀柄结构大为简化。 对每把刀具进行编码可以存放于刀库的任一刀座中, 用过的刀具也不一定放回原 刀座中,刀库中的刀具在不同的工序中可重复使用,避免了因刀具存放在刀库中 的顺序差错而造成的事故。 (2)对刀具的识别 主要有两种识别方式。一是接触式识别,二是非接触式识别(1) 磁性识别法(2) 光学纤维(光纤)刀具识别装置。 刀具夹持 刀具的夹持有两种方式,一是柄式夹持(轴向夹持)如图1,二是法兰盘式夹持。

图1

图2

刀具交换 用机械手进行刀具的交换有很大的灵活性,可以减少换刀时间。 在刀库远离机床主轴的换刀装置中除了机械手以外,还必须带有中间搬运装置。 具体换刀过程 刀库机械手是实现自动换刀的主要机构。它的任务是当一个工序完成后,将 不用的刀具从主轴中卸下来送回刀库中,同时还将下道工序的刀具装入主轴中, 然后机械手回到原始位置等待下一个工作循环。

(1)起动选刀,刀库正转或反转就近找刀。 (2)刀套计数及分度盘定位信号使刀套电动机停止,一个刀套准确停在换刀位 置。(如图1) (3) 刀套垂直到位,发出到位信号,主轴定向给出位置到达确认信号。 (如 图 2) (4)机械手把刀具从主轴和刀套中选中刀具。(如图3) (5)机械手将刀具夹紧。(如图4) (6)将刀具与刀库和刀架分离。(如图5) (7)机械手旋转180°,到达刀具更换位置。(如图6) (8)装刀确认及刀具夹紧。(如图7) (9)机械手电动机起动,使机械手回到原始位置。(如图8) (10)机械手电动机停止信号,使机械手电动机停止。

圆盘刀库

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