加工中心換刀裝置設計

1. 加工中心的自動換刀裝置由什麼組成

，由主軸定向機構、主軸 松刀機構、刀庫升降機構、刀庫移動機構及刀庫組 成，其特回征在於：與彈答性夾頭，連接的杠桿，鉸連在主 軸箱上，且與裝連在立往上的凸輪塊工作時相接； 安裝在立柱上的曲桿與刀庫支架連接，且設置 在與主軸箱裝連的凸輪板上；與刀庫相連的擺動臂 裝在刀庫支架上，且設置在與立柱連接的凸輪 板

2. 數控加工中心怎麼換刀

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。數控加工中心之所以具有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。

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、數控加工中心換刀方式----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，將替換下來的數控刀具送回到刀庫內，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、數控加工中心換刀方式----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、數控加工中心換刀方式----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。

3. 畢業設計的開題報告怎麼寫急！！！

開題報告

一、設計題目
卧式加工中心的機械手升降機構

二、課題研究的目的、意義
在機械工業中，應用機械手的意義可以概括如下：
1）以提高生產過程中的自動化程度
應用機械手有利於實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本。
2）以改善勞動條件，避免人身事故
在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、雜訊、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業，使勞動條件得以改善。
在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由於操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
3）可以減輕人力，並便於有節奏的生產
應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由於應用機械手可以連續的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更准確的控制生產的節拍，便於有節奏的進行工作生產。
綜上所述，有效的應用機械手，是發展機械工業的必然趨勢。

三、國內外現狀和發展趨勢
工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。工業機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的准確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。
機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用於自動生產線中，機械人的研製和生產已成為高技術鄰域內，迅速發殿起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，並越來越廣泛地得到了應用
自動換刀裝置是數控加工中心在工件的一次裝夾中實現多道工序加工不可缺少的裝置, 主要由刀庫、機械手和驅動裝置幾部分組成。機械手和驅動裝置是兩個關鍵部分, 根據驅動裝置的不同, 自動換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機構復合式, 其中以凸輪式用得較多。發達國家數控加工中心的立式自動換刀機械手主要採用凸輪式, 我國加工中心技術起步較晚, 對自動換刀機械手研究較少。進入20 世紀90 年代後, 北京機床研究所、大連組合機床研究所、濟南第一機床廠、青海機床廠以及陝西省的秦川機床廠都對立式自動換刀機械手進行了研究和開發。迄今為止, 我國製造的加工中心配置的自動換刀機械手大多數是進口的。其主要原因: 一是國內生產的換刀機械手質量較差, 成本也不低; 二是進口換刀機械手價格雖然較高, 但在整個加工中心中所佔份額不大。作為加工中心的配套技術, 自動換刀機械手的研究和開發將直接影響到我國自動化生產水平的提高, 從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。
立式換刀機械手和卧式換刀機械手已得到廣泛應用20 世紀90 年代以來, 數控加工技術得到迅速的普及和發展, 數控機床在製造業得到了越來越廣泛的應用。帶有自動換刀系統的數控加工中心在現代先進製造業中起著愈來愈重要的作用, 它能縮短產品的製造周期, 提高產品的加工精度, 適合柔性加工。加工中心是數控機床中較為復雜的加工設備, 由於其具有多種加工能力而得到廣泛的應用, 其強大的加工能力和效率得益於其配置的自動換刀裝置(A u2tomat ic Too l Changer)。換刀裝置作為加工中心的重要組成部分, 其主要作用在於減少加工過程中的非切削時間, 提高生產率, 降低生產成本, 進而提升機床乃至整個生產線的生產力。加工中心自動換刀裝置是實現多工序連續加工的重要裝置, 其結構設計及其控制是實現加工中心設計製造的關鍵。加工中心的換刀過程較為復雜, 動作多, 動作間的相互協調關系多, 因而自動換刀系統性能的好壞直接影響加工效率的高低。

四、研究內容及方案擬定
各已知的參數和要求如下：
①機械手裝置的行程：1260mm；
②機械手重：m1=40kg；
③刀具的最大質量：m2=10kg；
④機械手的回轉及裝卸刀具裝置質量：m3=200kg；
⑤換刀時間：t1=3s；
⑥刀具的升降時間：t2=6s。

機械手基本形式的選擇：
常見的工業機械手根據手臂的動作形態,按坐標形式大致可以分為以下4種:
(1)直角坐標型機械手;
(2)圓柱坐標型機械手;
(3)球坐標(極坐標)型機械手;
(4)多關節型機械手。其中圓柱坐標型機械手結構簡單緊湊,定位精度較高,佔地面積小,能夠較容易地實現凸輪軸加工機床的運動要求。
（5）機械手主要由執行機構、驅動機構和控制系統三大部分組成。
（6） 機械手的工藝流程: 機械手原位→機械手前伸→機械手上升→機械手抓取並夾緊→機械手後退→機械手前進（小車）→小車停止→機械手左轉90°→機械手前伸→機械手鬆開→機械手後退（小車）→機械手下降→機械手右轉90°→小車後退→退至原位

控制系統的選擇：1.考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們採用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制.
2.國際上生產可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考慮到本機械手的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到製造成本，因此在本次設計中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。
3.氣動機械手的工作流程如下：
（1） 當按下機械手啟動按鈕之後，首先立柱右轉電磁閥通電，機械手右轉，至右限位開關動作。
（2） 立柱上升電磁閥通電，立柱上升，至上限位開關動作。
（3） 手臂伸長電磁閥通電，手臂開始伸長，至限位開關動作。
（4） 手腕逆時針轉電磁閥通電，手腕逆時針轉動，至逆時針轉限位開關動作。
（5） 立柱下降電磁閥通電，立柱下降，至下限位開關動作。
（6） 手爪抓緊電磁閥通電，手爪抓緊，至限位開關動作。
（7） 立柱上升電磁閥通電，立柱上升，至上限位開關動作。
（8） 手腕逆時針轉電磁閥通電，手腕逆時針轉動，至逆時針轉限位開關動作。
（9） 手腕收縮電磁閥通電，手腕收縮，至限位開關動作。
（10） 立柱左轉電磁閥通電，機械手左轉，至左限位開關動作。
（11） 手臂伸長電磁閥通電，手臂開始伸長，至限位開關動作。
（12） 手腕逆時針轉電磁閥通電，手腕逆時針轉動，至逆時針轉限位開關動作。
（13） 立柱下降電磁閥通電，立柱下降，至下限位開關動作。
（14） 手爪松開電磁閥通電，手爪松開，至限位開關動作。
（15） 手腕收縮電磁閥通電，手腕收縮，至限位開關動作。完成一次循環，然後重復以上循環動作。
按下停止按鈕或停電時，機械手停止在現行的工步上，重新啟動時，機械手按上一工步繼續工作。

電動機的選擇：
本系統採用110BF 反應式步進電機為執行元件, 其步距角為每步0.75o , 整個控制系統硬體組成如圖：

步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執行元件, 廣泛應用於工業控制系統中。其機械角位移和轉速分別與輸入電機繞組的脈沖個數和脈沖頻率成比例, 通過改變電脈沖頻率可在大范圍內進行調速; 同時, 該電機還能快速啟動、制動、反轉和自鎖; 此外, 步進電機易於實現與計算機或其它數字元件介面, 適用於數字控制系統。
步進電機通電相序的方向控制以軟體代替環形脈沖分配器, 實現對相序的直接控制, 各相脈沖輸出由並行口直接控制, 將控制字(步進電機各相通斷電順序) 從內存中讀出, 然後送到單片機並行口中輸出, 從而實現步進電機的正、反轉。使用這種方案不僅簡化了系統的硬體線路, 降低了成本,而且還可以根據控制系統的需要, 靈活地改變步進電機的運行方式。採用三相六拍步進電機, 電機正轉時通電順序為:A - AB- B- BC- C- CA - A; 反轉時的通電順序為:A - AC- C- CB- B- BA - A。此外, 控制進給脈沖的頻率, 改變單片機輸出埠狀態代碼(輸出字) 之間的間隔時間, 即可調整電機的轉速, 實現刀盤的加速-恆速- 減速之間的轉換, 從而縮短換刀時間, 提高換刀效率。

應收集的資料及參考文獻:
⑴金屬切削機床與數控機床 張俊生主編 1994年8月第一版
⑵數控機床的結構與傳動 北京航空學院機械加工教研室編 1977年9月第一版
⑶數字控制技術與數控機床 楊有君主編 1999年10月
⑷實用數控機床技術手冊 1993年8月第一版
⑸現代數控機床結構設計 王愛玲主編 1999年9月
⑹現代數控機床 畢承恩 丁乃建等 1991年12月第一版
⑺試談數控機床加工中心的結構設計 機械製造出版社 1994年1月

五、進度安排
1、2010.3.1～3.14 畢業設計調研，完成科技譯文及開題報告；
(科技譯文不少於3000漢字)
2、2010.3.15～6.6 完成總體設計、零部件設計、控制電路設計等；
（完成4張零號圖，要求CAD出圖；具體落實到每個人內容
有所不同，時間段相同）
3、2010.6.7～6.20 完成設計（論文）說明書
（40～60頁，要求列印）；
4、2010.6.21～6.25 評審、答辯。
（給出成績及評語，注意答辯時間2010年6月15——20日，
請在15日前完成所有任務）
六、參考文獻
1.《機械設計手冊》（1-5卷） 徐灝 主編 機械工業出版社
2．《簡明實用機械手冊》（第二版） 上海市機械工程學會 編機械工業出版社
3.《汽車構造（下冊）》陳家瑞主編 機械工業出版社
4．《機械設計圖冊》 成大先 主編 化學工業出版社
5．《機械設計》（第六版）西北工業大學濮良貴、紀名剛 主編 高等教育出版社
6．《機械製造裝備設計》 馮辛安 主編 機械工業出版社
7．《現代機構手冊》（上、下冊）孟憲源 主編 機械工業出版社
8．《機械設計常用元器件手冊》（上、下冊） 劉仁家等編 機械工業出版社
9．《機床課程設計指導書》吉林工業大學機床教研室 宋在明 陶永蘭 編 1997.2
10.《幾何量公差與檢測》（第三版）甘永立 主編 上海科學技術出版社
11.《新編液壓工程手冊(上,下冊)》 雷天覺 北京理工大學出版社

4. 誰有卧式加工中心換刀裝置設計的英文文獻的中文翻譯啊

谷歌翻譯！

5. 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。

(5)加工中心換刀裝置設計擴展閱讀

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。

6. FANUC系統如何設定換刀點位置

換刀點是有刀庫機床的Z軸換刀位置坐標，參數是#1240。注意修改系統參數，最好拍照記錄好修改前的數據，畢竟這些參數是廠家設置好的，沒有弄明白之前，千萬不要動。

數控車床使用的回轉刀架是最簡單的自動換刀裝置，有四工位和六工位刀架，回轉刀架按其工作原理可分為機械螺母升降轉位、十字槽轉位等方式，其換刀過程通常為刀架抬起、刀架轉位、刀架壓緊並定位等。回轉刀架必須具有良好的強度和剛性，以承受粗加工的切削力，同時還要保證回轉刀架在每次轉位的重復定位精度。

(6)加工中心換刀裝置設計擴展閱讀：

注意事項：

1、嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，防止在機械手換刀時掉刀或刀具與工件、夾具等發生碰撞。

2、順序選刀方式必須注意刀具旋轉在刀庫中的順序要正確，其他選刀方式也要注意所換刀具是否與所需刀具一致，防止換錯刀具導致事故發生。

3、用手動方式往刀庫上裝刀時，要確保裝到位，裝牢靠，並檢查刀庫上的鎖緊裝置是否可靠。

4、經常檢查刀庫的回零位置是否一具有，檢查機床主軸回換刀點位置是否到位，發現問題要及時調整，否則不能完成換刀動作。

5、要注意保持刀具刀柄和刀套的清潔。

6、開機時，應先使刀庫和機械手空運行，檢查各部分工作是否正常，特別是行程開關和電磁閥能否正常運作，檢查機械手液壓系統的壓力是否正常、刀具在機械手上鎖緊是否可靠。發現不正常時應及時處理。

參考資料來源：網路-FANUC系統

參考資料來源：網路-刀庫

參考資料來源：網路-參數

參考資料來源：網路-回轉刀架

參考資料來源：網路-系統參數

7. 換刀裝置中常用的雙臂機械手有哪幾種手爪結構他們在換刀過程中要完成那些基本動作

雙臂單爪換刀機械手和鏈式刀庫自動換刀裝置設計（自動換刀機械手設計） 加工中心是現代機械加工中用得最多的設備之一，
而自動換刀裝置作為加工中心的核心部件，一直處在不斷改進之中。
設計一台小型加工中心的刀庫及自動換刀裝置。
首先，主要針對目前機床上常用的幾種類型的刀庫（鼓盤式刀庫、鏈式刀庫、格子盒式刀庫等）進行了比較分析，
最終選用鏈式刀庫結構，
選擇伺服電機驅動，
採用蝸桿蝸輪裝置減速，
並完成了鏈條的選擇和鏈輪的設計計算。
另外，選擇雙臂單爪機械手結構，
對其運動作了詳細的分析，
最終將換刀運動分解為手臂的伸縮，
手架的伸縮和回轉三個動作。
全部採用液壓系統進行控制。
在合理選用液壓缸之後，
繪制出了液壓系統控制圖、
機械手動作原理圖，
基本完成了自動換刀裝置的設計工作。

8. 快速自動換刀技術有什麼主要內容

快速自動換刀技術是以減少輔助加工時間為主要目的，綜合考慮機床的各方面因素，在盡可能短的時間內完成刀具交換的技術方法。該技術包括刀庫的設置、換刀方式、換刀執行機構和適應高速機床的結構特點等。
快速自動換刀技術的主要內容：
（1）換刀速度指標
衡量換刀速度的方法主要有三種：①刀到刀換刀時間：②切削到切削換刀時間：③切屑到切屑換刀時間。由於切屑到切屑換刀時間基本上就是加工中心兩次切削之間的時間，反映了加工中心換刀所佔用的輔助時間，因此切屑到切屑換刀時間應是衡量加工中心效率高低的最直接指標。而刀到刀換刀時間則主要反映自動換刀裝置本身性能的好壞，更適合作為機床自動換刀裝置的性能指標。這兩種方法通常用來評價換刀速度。至於換刀時間多少才是高速機床的快速自動換刀裝置並沒有確定的指標，在技術條件可能的情況下，應盡可能提高換刀速度。
（2）提高換刀速度的基本原則
加工中心自動刀具交換的基本出發點是在多種刀具參與的加工過程中，通過自動換刀，減少輔助加工時間。在高速加工中心上，由於切削速度的大幅度提高，自動換刀裝置和刀庫的配置要考慮盡可能縮短換刀時間，從而和高速切削的機床相配合。
加工中心的換刀裝置通常由刀庫和刀具交換機構組成，常用的有機械手式和無機械手式等方式。刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運動的需要，高速加工中心在結構上已和傳統的加工中心不同，以刀具運動進給為主，減小運動件的質量已成為高速加工中心設計的主流。因此，設計換刀裝置時，要充分考慮到高速機床的新結構特徵。
在設置高速加工中心上的換刀裝置時，時間並不是唯一的考慮因素。首先，應在換刀動作準確、可靠的基礎上提高換刀速度。特別是ATC是加工中心功能部件中故障率相對比較高的部分，這一點尤其重要：其次，要根據應用對象和性能價格比選配ATC。在換刀時間對生產過程影響大的應用場合，要盡可能提高換刀速度。例如，在汽車等生產線上，換刀時間和換刀次數要計入零件生產節拍。而在另外一些地方，如模具型腔加工，換刀速度的選擇就可以放寬一些。

9. 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。

10. 數控機床電動四方刀架自動換刀時的動作過程

自動換刀裝置的形式

自動換刀裝置是加工中心的重要執行機構，它的形式多種多樣，目前常見的有以下幾種。

1．回轉刀架換刀

數控機床使用的回轉刀架是最簡單的自動換刀裝置，有四方刀架、六角刀架，即在其上裝有四把、六把或更多的刀具。
回轉刀架必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工的切削力：同時要保證回轉刀架在每次轉位的重復定位精度。

圖1為數控車床六角回轉刀架，它適用於盤類零件的加工。在加工軸類零件時，可以用四方回轉刀架。由於兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便。
回轉刀架的全部動作由液壓系統通過電磁換向閥和順序閥進行控制，它的動作分為4個步驟：

(1)刀架抬起 當數控裝置發出換刀指令後，壓力油由a孔進入壓緊液壓缸的下腔，活塞1上升，刀架體2抬起，使定位用的活動插銷10與固定插銷9脫開。同時，活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪5結合。

(2)刀架轉位 當刀架抬起後，壓力油從c孔進入轉位液壓缸左腔，活塞6向右移動，通過聯接板帶動齒條8移動，使空套齒輪5作逆時針方向轉動。通過端齒離合器使刀架轉過60º。活塞的行程應等於齒輪5分度圓周長的1/6，並由限位開關控制。

(3)刀架壓緊 刀架轉位之後，壓力油從b孔進入壓緊液壓缸上腔，活塞1帶動刀架體2下降。齒輪3的底盤上精確地安裝有6個帶斜楔的圓柱固定插銷9，利用活動插銷10消除定位銷與孔之間的間隙，實現反靠定位。刀架體2下降時，定位活動插銷10與另一個固定插銷9卡緊，同時齒輪3與齒圈4的錐面接觸，刀架在新的位置定位並夾緊。這時，端齒離合器與空套齒輪5脫開。

(4)轉位液壓缸復位 刀架壓緊之後，壓力油從d孔進入轉位液壓缸的右腔，活塞6帶動齒條復位，由於此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪3在軸上空轉。

如果定位和夾緊動作正常，推桿11與相應的觸頭12接觸，發出信號表示換刀過程已經結束，可以繼續進行切削加工。
回轉刀架除了採用液壓缸轉位和定位銷定位之外，還可以採用電動機帶動離合器定位，以及其他轉位和定位機構。

2．更換主軸頭換刀

在帶有旋轉刀具的數控機床中，更換主軸頭是一種簡單換刀方式。主軸頭通常有卧式和立式兩種，而且常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸頭上，預先安裝有各工序所需的旋轉刀具。當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主軸運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉，而其他處於不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

圖2為卧式八軸轉塔頭。轉塔頭上徑向分布著八根結構完全相同的主軸7，主軸的回轉運動由齒輪12輸入。當數控裝置發出換刀指令時，先通過液壓撥叉將移動齒輪3與齒輪12脫離嚙合，同時在中心液壓缸14的上腔通壓力油。由於活塞桿和活塞15固定在底座上，因此中心液壓缸14帶著由兩個推力軸承17和16支承的轉塔刀架體18抬起，離合器2和1脫離嚙合。然後壓力油進入轉位液壓缸，推動活塞齒條，再經過中間齒輪使大齒輪4與轉塔刀架體18一起回轉45º，將下一工序的主軸轉到工作位置。轉位結束後，壓力油進入中心液壓缸14的下腔，使轉塔頭下降，離合器2和1重新嚙合，實現了精確的定位。在壓力油的作用下，轉塔頭被壓緊，轉位液壓缸退回原位。最後，通過液壓撥叉移動齒輪3，使它與新換上的主軸齒輪12相嚙合。為了改善主軸結構的裝配工藝性，整個主軸部件裝在套筒5內，只要卸去螺釘10，就可以將整個部件抽出。主軸前軸承9採用錐孔雙列圓柱滾子軸承，調整時，先卸下端蓋6，然後擰緊螺母8，使內環做軸向移動，以便消除軸承的徑向間隙。

圖2 卧式八軸轉塔頭
1、2一離合器 3、4、12一齒輪 5一套筒 6一端蓋 7一主軸 8一螺母
9、16、17一軸承 10一螺釘 1l一推動桿 13一操縱桿 14一液壓缸 15一活塞 18一轉塔刀架體
為了便於卸出主軸錐孔內的刀具，每根主軸都有操縱桿13，只要按壓操縱桿，就能通過斜面推動桿11，頂出刀具。

轉塔主軸頭的轉位、定位和壓緊方式與鼠齒盤式分度工作台極為相似，但因為在轉塔上分布著許多回轉主軸部件，使結構更為復雜。

由於空間位置的限制，主軸部件的結構不可能設計得十分堅實，因而影響了主軸系統的剛度。為了保證主軸的剛度，主軸數目必須加以限制，否則將會使結構尺寸大為增加。

轉塔主軸頭換刀方式的主要優點在於省去了自動松夾、卸刀、裝刀、夾緊以及刀具搬運等一系列復雜的操作。從而提高了換刀的可靠性，並顯著地縮短了換刀時間。但由於上述結構上的原因，轉塔主軸頭通常只是用於工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鑽床等。

3．帶刀庫的自動換刀系統

帶刀庫的自動換刀系統由刀庫和刀具交換機構組成。首先把加工過程中需要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中去。換刀時先在刀庫中進行選刀，並由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，在進行交換刀具之後，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側面或上方，也可作為單獨部件安裝到機床以外，並由搬運裝置運送刀具。

與轉塔主軸頭相比較，由於帶刀庫的自動換刀裝置數控機床主軸箱內只有一個主軸，設計主軸部件就有可能充分增強它的剛度，因而能滿足精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數量很大的刀具，因而能夠進行復雜零件的多工序加工，這樣就明顯提高了機床的適應性和加工效率。所以帶刀庫的自動換刀裝置特別適用於數控鑽床、數控銑床和數控鏜床。