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了解了刀庫,在看看自動換刀裝置

日期: 2015-11-23    來源:王峰博士

  1、刀具交換方式

  數控機床的自動換刀裝置中,實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式和它們的具體結構對機床的生產率和工作可靠性有著直接的影響。

  刀具的交換方式很多,一般可分為以下兩大類。

  (一)無機械手換刀

  無機械手換刀,是由刀庫和機床主軸的相對運動實現的刀具交換。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行,因此,換刀時間長。所示的數控立式鏜銑床就是采用這種換刀方式的實例。它的選刀和換刀由三個坐標軸的數控定位系統來完成,因此每交換一次刀具,工作臺和主軸箱就必須沿著三個坐標軸作兩次來回運動,因而增加了換刀時間。另外,由于刀庫置于工作臺上,減少了工作臺的有效使用面積。

  (二)機械手換刀

  由于刀庫及刀具交換方式的不同,換刀機械手也有多種形式。因為機械手換刀有很大的靈活性,而且還可以減少換刀時間,應用最為廣泛。

  在各種類型的機械手中,雙臂機械手全面地體現了以上優點,圖1所示為雙臂機械手中最常見的幾種結構形式,分別是鉤手,如圖1(a)所示;抱手,如圖1(b)所示;伸縮手,如圖1(c)所示;杈手,如圖1(d)所示。這幾種機械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉、插刀以及返回等全部動作。為了防止刀具掉落,各機械手的活動爪都必須帶有自鎖結構。雙臂回轉機械手圖1(a)、(b)、(c)的動作比較簡單,而且能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具,因此換刀時間可以進一步縮短。圖1(d)所示的雙臂回轉機械手,雖不是同時抓取主軸和刀庫中的刀具,但是換刀準備時間及將刀具送回刀庫的時間(圖中實線所示位置)與機械加工時間重合,因而換刀(圖中雙點劃線所示位置)時間較短。


圖1 雙臂機械手常見的結構形式

  2、機械手形式

  在自動換刀數控機床中,機械手的形式也是多種多樣,常見的有以下幾種形式。

  1.單臂單爪回轉式機械手

  這種機械手的手臂可以回轉不同的角度來進行自動換刀,其手臂上只有一個卡爪,不論在刀庫上或是在主軸上,均靠這個卡爪來裝刀及卸刀,因此換刀時間較長,如圖2(a)所示。

  2.單臂雙爪回轉式機械手

  這種機械手的手臂上有兩個卡爪,兩個卡爪有所分工。一個卡爪只執行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務,另一個卡爪則執行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務。其換刀時間較上述單爪回轉式機械手要少,如圖2(b)所示。


圖2 機械手的形式

  3.雙臂回轉式機械手

  這種機械手的兩臂上各有一個卡爪,兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具,回轉180°后又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。這種機械手換刀時間較以上兩種單臂機械手均短,是最常用的一種形式。圖2(c)右邊的機械手在抓取或將刀具送入刀庫及主軸上,兩臂可伸縮。

  4.雙機械手

  這種機械手相當于兩個單臂單爪機械手,它們互相配合進行自動換刀。其中一個機械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫,另一個由刀庫中取出“新刀”裝入機床主軸,圖2(d)所示。

  5.雙臂往復交叉式機械手

  這種機械手的兩手臂可以往復運動,并交叉成一定的角度。一個手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫,另一個手臂由刀庫中取出“新刀”裝入主軸。整個機械手可沿某導軌直線移動或繞某個轉軸回轉,以實現由刀庫與主軸間的運刀工作,如圖2(e)所示。

  6.雙臂端面夾緊式機械手

  這種機械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來抓取刀具,這種機械手則是靠夾緊刀柄的兩個端面來抓取的,如圖2(f)所示。

  3、機械手夾持結構

  在換刀過程中,由于機械手抓住刀柄要作快速回轉,要作拔、插刀具的動作,還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準主軸上的驅動鍵。因此,機械手的夾持部分要十分可靠,并保證有適當的夾緊力,其活動爪要有鎖緊裝置,以防止刀具在換刀過程中轉動脫落。機械手夾持刀具的方法有以下兩種。

  (一)柄式夾持

  柄式夾持,也稱軸向夾持或V形槽夾持。其刀柄前端有V形槽,供機械手夾持用,目前我國數控機床較多采用這種夾持方式。機械手手掌結構示意圖,如圖3所示。它由固定爪及活動爪組成,活動爪可繞軸回轉,其一端在彈簧柱塞的作用下,支靠在擋銷上,調整螺釘以保持手掌適當的夾緊力,鎖緊銷使活動爪牢固地夾持刀柄,防止刀具在交換過程中松脫。鎖緊銷還可軸向移動,使活動爪放松,以便杈刀從刀柄V形槽中退出。


圖3 機械手手掌結構示意圖


圖4 法蘭盤夾持原理圖

  (二)法蘭盤式夾持

  法蘭盤式夾持,也稱徑向夾持或碟式夾持,如圖4所示。刀柄的前端有供機械手夾持的法蘭盤,如圖4(a)所示。圖4(c)的上圖為機械手夾持松開狀態,圖4(c)下圖為機械手夾持夾緊狀態。采用法蘭盤式夾持的優點是:當采用中間搬運裝置時,可以很方便從一個機械手過渡到另一個輔助機械手上去,如圖4(d)所示。對于法蘭盤式夾持方式,其換刀動作較多,不如柄式夾持方式應用廣泛。

  4、自動換刀動作順序

  由于自動換刀裝置的布局結構多種多樣,其換刀過程動作順序會不盡相同。下面分別以常見的雙臂往復交叉式機械手和鉤刀機械手為例用動作分圖加以說明。

  (一)雙臂往復交叉式機械手的換刀過程

  現按照圖5分圖(a)——(e)的順序逐一敘述換刀過程。


圖5 雙臂往復交叉式機械手的換刀過程

  (1)開始換刀前狀態。主軸正用T05號刀具進行加工,裝刀機械手已抓住下一工步需用的T09號刀具,機械手架處于最高位置,為換刀做好了準備;

  (2)上一工步結束,機床立柱后退,主軸箱上升,使主軸處于換刀位置。接著下一工步開始,其第一個指令是換刀,機械手架回轉180o轉向主軸。

  (3)卸刀機械手前伸,抓住主軸上已用過的T05號刀具。

  (4)機械手架由滑座帶動,沿刀具軸線前移,將T05號刀具從主軸上拔出。

  (5)卸刀機械手縮回原位。

  (6)裝刀機械手前伸,使T09號刀具對準主軸。

  (7)機械手架后移,將T09號刀具插入主軸。

  (8)裝刀機械手縮回原位。

  (9)機械手架回轉180o,使裝刀、卸刀機械手轉向刀庫。

  (10)機械手架由橫梁帶動下降,找第二排刀套鏈,卸刀機械手將T05號刀具插回P05號刀套中。

  (11)刀套鏈轉動把在下一個工步需用的T46號刀具送到換刀位置,機械手一降,找第三排刀鏈,由裝刀機械手將T46號刀具取出。

  (12)刀套鏈反轉,把P09號刀套送到換刀位置,同時機械手架上升至最高位置,為再下一工步的換刀做好準備。

  (二)鉤刀機械手的換刀過程

  作為最常用的一種換刀形式,換刀一次所需的基本動作如下。

  (1)抓刀。手臂旋轉90º,同時抓住刀庫和主軸上的刀具。

  (2)拔刀。主軸夾頭松開刀具,機械手同時將刀庫和主軸上的刀具拔出。

  (3)換刀。手臂旋轉180º,新舊刀具更換。

  (4)插刀。機械手同時將新舊刀具分別插入主軸和刀庫,然后主軸夾頭夾緊刀具;

  (5)復位。轉動手臂,回到原始位置。

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