CNC加工中心自動換刀裝置

A. 數控機床對自動換刀裝置有什麼基本要求

1．自動回轉刀架
自動回轉刀架是數控車床上使用的一種簡單的自動換刀裝置，有四方刀架和六角刀架等多種形式，回轉刀架上分別安裝有四把、六把或更多的刀具，並按數控指令進行換刀。回轉刀架又有立式和卧式兩種，立式回轉刀架的回轉軸與機床主軸成垂直布置，結構比較簡單，經濟型數控車床多採用這種刀架。
回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時切削抗力和減少刀架在切削力作用下的變形，提高加工精度。回轉刀架還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後具有較高的重復定位精度（一般為0.001～0.005mm）。圖1所示為螺旋升降式四方刀架，它的換刀過程如下：
（1）刀架抬起 當數控裝置發出換刀指令後，電機22正轉，並經聯軸套16、軸17，由滑鍵（或花鍵）帶動蝸桿18、蝸輪2、軸1、軸套10轉動。軸套10的外圓上有兩處凸起，可在套筒9內孔中的螺旋槽內滑動，從而舉起與套筒9相連的刀架8及上端齒盤6，使6與下端齒盤5分開，完成刀架抬起動作。
1，17—軸；2—蝸輪；3—刀座；4—密封圈；5，6—齒盤；7—壓蓋；8—刀架；9，20—套簡；10—軸套；11—墊圈；12—螺母；13—銷；14—底盤；15—軸承；16—聯軸套；18—蝸桿；19—微動開關；21—壓縮彈簧；22—電機
（2）刀架轉位 刀架抬起後，軸套10仍在繼續轉動，同時帶動刀架8轉過90°，180°，270°或360°，並由微動開關19發出信號給數控裝置。具體轉過的度數由數控裝置的控制信號確定，刀架上的刀具位置一般採用編碼盤來確定。
（3）刀架壓緊 刀架轉位後，由微動開關發出的信號使電機22反轉，銷11使刀架8定位而不隨軸套10回轉，於是刀架8向下移動。上下端齒盤5、6合攏壓緊。蝸桿18繼續轉動則產生軸向位移，壓縮彈簧21，套筒20的外圓曲面，微動開關19使電機22停止旋轉，從而完成一次轉位。
2．轉塔頭式換刀裝置
帶有旋轉刀具的數控機床常採用轉塔頭式換刀裝置，如數控鑽鏜床的多軸轉塔頭等。轉塔頭上裝有幾個主軸，每個主軸上均裝一把刀具，加工過程中轉塔頭可自動轉位實現自動換刀。主軸轉塔頭就相當於一個轉塔刀庫，其優點是結構簡單，換刀時間短，僅為2秒左右。由於受空間位置的限制，主軸數目不能太多，主軸部件結構不能設計得十分堅實，影響了主軸系統的剛度，通常只適用於工序較少、精度要求不太高的機床，如數控鑽床、數控銑床等。近年來出現了一種用機械手和轉塔頭配合刀庫進行換刀的自動換刀裝置，如圖2所示。它實際上是轉塔頭換刀裝置和刀庫式換刀裝置的結合。其工作原理如下：
1—刀庫；2—機械手；3，4—刀具主軸；5—轉塔頭；6—工件；7—工作台
轉塔頭5上有兩個刀具主軸3和4，當用刀具主軸4上的刀具進行加工時，可由機械手2將下一步需用的刀具換至不工作的刀具主軸3上，待本工序完成後，轉塔頭回轉180°，完成換刀。因其換刀時間大部分和加工時間重合，真正換刀時間只需轉塔頭轉位的時間。這種換刀方式主要用於數控鑽床和數控銑鏜床。
3．帶刀庫的自動換刀系統
由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足復雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多採用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為復雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標准刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側面或上方。由於帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內只有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。
另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行復雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀系統適用於數控鑽削中心和加工中心。

B. 加工中心自動換刀裝置的組成部分是什麼

加工中心有是由基礎的數控銑床發展而來，它綜合了數控銑床的所有的特點和功能，與數控銑床不同的是加工中心擁有自動換刀裝置，能實現在加工時自動換刀功能。而數控銑床則沒有自動換刀裝置，不能實現自動換刀功能，這就是數控銑床與加工中心的區別所在。
加工中心自動換刀裝置的組成：
加工中心的自動換刀裝置是由刀庫、機械手臂和驅動機構等部件組成，刀庫是存放著加工時所需要的刀具。刀庫的類型有很多，主要是根據形狀來分類有斗笠式刀庫、圓盤式刀庫和鏈條式刀庫等多種類型的刀庫，這些刀庫的容量幾把到幾百把刀具。在市場上常見加工中心使用的刀庫有斗笠式刀庫和圓盤式刀庫這兩種，而鏈條式刀庫由於價格昂貴所以沒有什麼廠家使用。
加工中心的換刀方式：
1、斗笠式刀庫的換刀方式：
斗笠式刀庫的換刀方式比較簡單，這類刀庫沒有機械手臂，所以不需要使用機械手臂來完成換刀。其刀庫的換刀方式是這樣的：刀庫向主軸移動來實現換刀。此類具有性價比高、維護方便、結構簡單等優點，而缺點就是換刀速度慢。
2、圓盤式刀庫的換刀方式：
圓盤式刀庫的換刀方式比較復雜，主要是由機械手臂來完成換刀動作，由機械手從刀庫取出刀具180°旋轉裝入主軸中完成換刀。此類刀庫具有換刀速度快的優點，其缺點就是結構復雜，維修不便，而且故障率高。
盡管這些刀庫的換刀方式、選刀方式、刀具結構等各不相同，但都是由數控系統來控制的，由電機、氣壓或者液壓和機械手來實現刀具的選擇與交換。

C. 快速自動換刀技術都有哪些結構裝置

除了在傳統換刀裝置的基礎上提高動作速度外，還出現了一些新方法和新結構換刀裝置。
（1）多主軸換刀
這種機床沒有傳統的刀庫和換刀裝置，而是採用多個主軸並排固定在主軸架上，一般為3～18個。每個主軸由各自的電動機直接驅動，並且每個主軸上安裝了不同的刀具。換刀時不是主軸上的刀具交換，而是安裝在夾具上的工件快速從一個主軸的加工位置移動到另一個裝有不同刀具的主軸，實現換刀並立即加工。這個移動時間就是換刀時間，而且非常短。由夾具快速移動完成換刀，省去了復雜的換刀機構。這種結構的機床和通常的加工中心結構已大不相同。不僅可以用於需要快速換刀的加工，而且可以多軸同時加工，適合在高效率生產線上使用。
（2）雙主軸換刀
加工中心有兩個工作主軸，但不是同時用於切削加工。一個主軸用於加工，另一個主軸在此期間更換刀具。但需要換刀時，加工的主軸迅速退出，換好刀具的主軸立即進入加工。由於兩個過程可以同時進行，換刀時間實際就是已經裝好刀具的兩個主軸的換位時間，使輔助時間減到最少，即機床切屑到切屑換刀時間達到最短。由於有兩個主軸，這種機床的刀庫和換刀機械手可以是一套，也可以是兩套。兩個主軸可以用1.0～1.5s的時間移動到加工位置並啟動加速到加工的最大速度。具體的交換時間取決於機床的尺寸。
（3）刀庫布置在主軸周圍的轉塔方式
這種方式，刀庫本身就相當於機械手，即通過刀庫拔插刀並採用順序換刀，使機床切屑到切屑換刀時間較短。這種方式如果要實現任意換刀，則就隨所選刀在刀庫的位置不同而存在時間長短不等，最遠的刀可能切屑到切屑換刀時間較長。因此，這種方式作為高速自動換刀裝置只能採用順序選刀的方式。
（4）多機械手方式
同樣，刀庫布置在主軸的周圍，但採用每把刀有一個機械手的方式使換刀幾乎沒有時間的損失，並可以採用任意選刀的方式。
根據高速機床新的結構特點設計刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如，傳統的立式加工中心的刀庫和換刀裝置多裝在立柱一側：而高速加工中心則多為立柱移動的進給方式，為減輕運動件質量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。
採用新方法進行刀具快速交換。不用刀庫和機械手方式，而改用其它方式換刀。例如不用換刀，用換主軸的方法。
利用新開發的加工中心的主軸部件可作6自由度高速運動這一特點，讓主軸直接參與換刀過程，不僅可使刀庫配置位置靈活，而且可減少刀庫運動的自由度，顯著簡化刀庫和換刀裝置的結構。
適合於高速加工中心的刀柄。HSK刀柄質量輕，拔插刀行程短，可以使自動換刀裝置的速度提高。快速自動換刀裝置採用HSK空心短錐柄刀是發展的趨勢。

D. 加工中心自動換刀詳細過程，謝謝

回轉刀架抄換刀工作原理類似分度襲工作台，通過刀架定角度回轉實現新舊刀具的交換。

更換主軸頭換刀方式時首先將刀具放置於各個主軸頭上。通過轉塔的轉動更換主軸頭從而達到更換刀具的目的。這兩種方式設計簡單，換刀時間短，可靠性高。

其缺點是儲備刀具數量有限，尤其是更換主軸頭換刀方式的主軸系統的剛度較差，所以僅僅適應於工序較少、精度要求不太高的機床。

(4)CNC加工中心自動換刀裝置擴展閱讀

自動換刀系統特別適用於加工中心。

自動換刀系統應當滿足的基本要求包括：

(1)換刀時間短；

(2)刀具重復定位精度高；

(3)足夠的刀具儲存量；

(4)刀庫佔用空間少。

E. 數控加工中心常見自動換刀方式的特點是什麼

數控加工中心除了和其它數控銑削加工設備一樣，具有高效加工復雜曲面工件和異形輪廓工件的加工能力以外。它還具有自動更換加工刀具的先進功能。藉助於這一加工特性，可以實現機床對各類型工件特別是多工序復雜工件各工序的自動轉接加工。可以做到工件在單台加工設備上，集中自動完成其鑽、銑、鏜、鉸和攻絲等多種工序的加工內容。以至於有人說，數控加工中心是多功能的智能化加工設備。
數控加工中心之所以具有上述較高的自動化加工能力，除了機床配置的控制裝置和工件的加工程序以外，硬體方面主要配置有刀庫和自動換刀裝置兩部分。有了刀庫可使工件各工序加工刀具可以得到較好的存儲和管理，自動換刀機構可使機床每完成一道工序加工時，可以及時的更換下刀工序相應的加工刀具，它們是相互獨立而又不可分割的一個整體。根據機床配置刀庫的不同其換刀機構也不盡相同。本文就簡單介紹一下，數控加工中心常見的自動換刀方式及其特點。
根據數控加工中心加工形式和加工要求的不同，常見的刀庫形式主要有斗笠式刀庫、圓盤機械手刀庫、鏈式刀庫等幾種。相對應的換刀方式可分為直接換刀方式、機械手換刀方式和轉塔頭方式幾種，具體我們看一下它們各自的特點：
一、機械手換刀方式
一般配置機械手換刀機構的刀庫常使用圓盤式刀庫。所謂機械手換刀方式，就是指在換刀時，由機械手進行抓刀、選刀及換刀。負責在刀庫和數控加工中心的主軸之間傳遞刀具，將替換下來的刀具送回到刀庫內，再將需要使用的刀具推送到主軸上。這種換刀方式的特點是待使用的新刀和已使用的舊刀同時抓取。也就是說抓刀和換刀同時進行，因此相對其它換刀方式來說，具有換刀速度更快、各機械元件的運動幅度更小等特點。是現在比較主流的換刀方式。
二、直接換刀方式
所謂直接換刀方式是指換刀過程由刀庫和主軸箱配合完成，這是一種最直接的換刀方式。一般配置的刀庫是斗笠式的。按照換刀過程中，刀庫有沒有發生位移來區分，直接換刀方式又可以分為刀庫移位方式和刀庫固定方式兩種。刀庫移位方式中，刀庫是可以移動的，在換刀前，刀庫進入換刀工作區，換刀後在退出該區域。這種換刀方式由於刀庫發生的運動較多，布局比較講究，靈活性和適應性較差。刀庫固定方式中，主要通過主軸箱的移動進行選刀。刀庫可以是保持靜止的，也可以只進行位置旋轉。前者只能進行順序選刀，適用於刀具數量較少的數控加工中心，而後者可以實現轉位選刀。這種選刀方式減少了刀庫的移動，可以大大簡化刀庫的設計結構，對換刀過程的控制也簡單可靠。直接換刀方式的特點是換刀速度慢、故障率高，只在早期的機型上使用。
三、轉塔頭換刀方式
轉塔頭方式是通過磚塔的旋轉，使需要的刀具移動到相應位置的換刀方式。它一般為順序換刀，優點是結構緊湊，換刀時間極短，一般較多應用於加工曲軸類等細長類工件且需要完成多道工序的復雜工序加工場合。
轉塔頭方式的自動換刀裝置和直接換刀方式類似，又分為轉塔刀架換刀和磚塔主軸頭換刀兩種方式。轉塔刀架換刀方式是通過轉塔頭的旋轉，實現自動換刀動作；轉塔主軸頭換刀方式也需要配備轉塔，但轉塔主軸上連接的不是刀架，而是多個不同方位，成章魚觸手狀分布的分主軸頭，每個主軸頭上事先安裝有各個工序需要使用的刀具。
在數控加工中心加工中，通過旋轉轉塔，各主軸頭按照程序指令，依次轉動到加工位置，從而實現自動換刀動作。這種換刀方式，由於各分主軸都集中在一個轉塔上，對轉塔主軸的剛度有較高的要求，對刀具主軸的數量也有一定的限制。這種換刀方式主要應用在較小型的數控加工中心上。