自動換刀裝置初期曾采用轉(zhuǎn)塔頭自動換刀,這種裝置按其結(jié)構(gòu)形式可分為水平轉(zhuǎn)軸式和垂直轉(zhuǎn)軸式。

圖5.22 水平轉(zhuǎn)軸式轉(zhuǎn) 塔頭自動提刀裝置

所示為具有8根主軸的水平轉(zhuǎn)軸式轉(zhuǎn)塔頭自動換刀裝置,只有處于最下端的主軸進(jìn)行切削加工,該刀具加工完畢后,由數(shù)控系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)過一個或幾個位置,實現(xiàn)自動換刀,轉(zhuǎn)入下一工步加工。這種換刀裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,換刀迅速,但每把刀具都需一根主,而且變速箱工作時的振動和熱量都直接傳到轉(zhuǎn)塔上來,所以它的尺寸、結(jié)構(gòu)以及儲存刀具的數(shù)量都受到限制、一般為6-8把刀具,僅適用于簡單工件加工。

采用單獨存儲刀具的刀庫、刀具數(shù)量可以增加,能夠滿足加工復(fù)雜零件的需要,這時的加工中心只需要一個夾持刀具進(jìn)行切削的主軸、所以制造難度也比轉(zhuǎn)塔刀架低,因此這種換刀方式在加工中心上得到了廣泛的應(yīng)用。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成,實現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置、它分為無機(jī)械手(由刀庫與機(jī)床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換)和有機(jī)械手自動換刀兩種形式。

1.無機(jī)械手自動換刀

無機(jī)械手換刀通過刀庫和機(jī)床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換。采用這種換刀方式換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫,然后再從刀庫中取出新刀具,這兩個動作不可能同時進(jìn)行,因此換刀時間較長。

圖5.23 無機(jī)械手自動換刀裝置

1一工作臺;2一刀庫;3一刀具

4一主軸;5一主軸箱;6一工件

是立式數(shù)控機(jī)床無機(jī)械手自動換刀裝置。它的刀庫安放在機(jī)床工作臺的一端,當(dāng)某一把刀具加工完畢而它的換刀過程卻較為復(fù)雜,換刀時必須首先將用過的從工件上退出后,即開始換刀。這種自動換刀裝置只有一個刀庫,不需要其他裝置,結(jié)構(gòu)比較簡單,動作也可靠。刀具送回刀庫,然后再通過刀庫的旋轉(zhuǎn),選擇新的刀具,兩個動作不可能同時進(jìn)行,無法實現(xiàn)刀具在刀庫中的“預(yù)選”。它的選刀和換刀由三個坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來完成,因而每交換一次刀具,工作臺和主軸箱就必須沿著三個坐標(biāo)軸作兩次往復(fù)運動,換刀時間較長。另外,由圖5.23于刀庫置于工作臺上,減少了工作臺的有效使用面積。

2.機(jī)械手自動換刀

大多數(shù)加工中心采用機(jī)械手自動換刀方式,這是因為機(jī)械手換刀在刀庫的布局和刀具數(shù)量的增加上有很大的靈活性,而且可以通過刀具預(yù)選擇,減少換刀時間。由于加工中心有臥式、立式、龍門式等,因此也就存在各式各樣的換刀機(jī)械手。

圖5.24 刀庫 機(jī)械手聯(lián)合動作的自動換刀裝置

1一刀庫;2一機(jī)械手;3一主軸箱

4一主軸;5一工作臺;

為單臂雙爪式機(jī)械手自動換刀裝置。盤形刀庫1傾斜安裝在機(jī)床立柱上,其最下方的刀具為換刀位置。自動換刀時,刀庫回轉(zhuǎn),將下一步需要的刀具提前轉(zhuǎn)到換刀位置;主軸準(zhǔn)停,主軸箱向上退回原點;然后機(jī)械手由水平位置逆時針回轉(zhuǎn)90°,同時抓住主軸上和刀庫中需要更換的刀具;主軸松開,機(jī)械手沿軸向向外伸,將主軸上刀具和刀庫中的新刀拔出;然后機(jī)械手順時針回轉(zhuǎn)180°,沿軸向向里退回,將交換的刀具分別插入刀庫和主軸,主軸夾緊刀具;機(jī)械手逆時針回轉(zhuǎn)90°,返回到初始位置，整個換到過程結(jié)束。

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