一種臥式加工中心輔助換刀係統（tǒng）設計

1.臥式加工中心常用（yòng）的換刀係統（tǒng）

臥式加工中心（xīn）主要（yào）由床身、立柱、鞍座、主軸、工作台、交（jiāo）換站和自動（dòng）換（huàn）刀（dāo）係統組成。

自動換刀係統通常由刀庫和換刀機械手、鏈式刀庫自動換刀係統和盤式刀（dāo）庫自動換刀（dāo）係（xì）統組成。

刀庫（kù）和凸輪機（jī）械（xiè）手組（zǔ）成兩個自（zì）動換刀（dāo）係統，其中鏈式刀庫容量較大，通常為40、60、120甚至更多。不過，盤刀的庫存量並不大，通常不超過20把。但這兩種（zhǒng）常用結構安裝的工具長度有（yǒu）限，無法安裝特長的工具。因此，通常需（xū）要額外的機構來存儲特（tè）殊的工具（jù），其（qí）中一些工具被放（fàng）入加工區域。但（dàn）加（jiā）工區放置的切削液和鐵屑容易進入（rù），安裝的刀具數量有限，影響了一定（dìng）的加（jiā）工範圍。本文針對超長刀具，設計（jì）了一種刀具。

加工區外的（de）輔（fǔ）助換刀係統用於鏜孔和鑽深孔。

2.輔助換（huàn）刀係統的（de）結構設計（jì）

由於機床主軸不能在Z方向移動（dòng），且換刀位置在（zài）工作區內，又不（bú）能影響現有自動換刀（dāo）係統（tǒng）的（de）工作空間，所以設計了一個3自（zì）由度的（de）輔（fǔ）助換刀係統，放在（zài）機床工（gōng）作區外，固定在床身（shēn）側麵。該輔助換刀係統（tǒng）可（kě）以沿X方向、Y方向和Z方（fāng）向移動。

輔助換刀係（xì）統主要由進刀機構、驅動裝置、檢測裝置和（hé）刀柄清潔裝置組成。

(1)進給機構進（jìn）給機構由X、Y、Z三個運動軸組成，其中X方向左右運動為620mm，刀具從工（gōng）作區（qū）外送入工作區。上下移動到Y行程300mm，將刀具上升到Y方向換刀位置或（huò）下降到等待位置。來回移動到Z行程105mm(至（zhì）少比對（duì）應手柄的長度長)，完成刀具插入和拔（bá）出主軸（zhóu）錐（zhuī）孔（kǒng）。X方（fāng）向和Z方向之間的相對移（yí）動（dòng）距離較長。比如用導軌固定（dìng），運動部件通過滑塊運動帶運動，滑塊就必須固定在運動部（bù）件的（de）末端，運動部件的重心在滑塊的前端，這（zhè）樣就造成運動部件（jiàn）運行不穩定。

影響定位精度。因（yīn）此（cǐ），滑塊固定在滑板上，導（dǎo）軌與運動部件固定在一起，實（shí）現運動部件的運動，保證了運動部（bù）件（jiàn）的穩定（dìng）運（yùn）行和定位精度。

(2)驅動裝置。由於運動部件重量輕，每根軸都有固定（dìng）的準停止位置，所以這種輔助換刀係統采用氣缸驅動來實現每根軸的運動。氣缸內行程兩端加緩衝裝置，外行程兩端加磁感應開關，提（tí）供到位反饋信號。管道上增（zēng）加了節流（liú）閥，便於調節氣缸的運動速度。雙控電磁閥（fá）用於（yú）實現氣缸的伸縮切換。

(3)檢測裝置。輔助換（huàn）刀係統的檢測裝置主（zhǔ）要（yào）包括行程到（dào）位檢測開關和（hé）刀具存在檢測開關。行程到（dào）位檢測開關是（shì）安裝在氣缸外部的磁感應開關，用於檢測內部活塞的位置。刀具存（cún）在檢測開關是（shì）安裝在刀架上用於檢測（cè）刀具手柄的接近開關，距離刀（dāo）具手柄外圓的距離可以通過螺母調節（jiē）。

(4)工具手柄清潔裝置。為了保證從工作區換刀時刀夾的清潔，在換刀到刀（dāo）夾之前，靠近刀（dāo）夾的吹氣裝置在（zài）主軸內的刀（dāo）夾周（zhōu）圍吹氣，最大程度的吹走切（qiē）屑和切屑液，有利於保護刀具錐柄的清（qīng）潔。

3.換刀過程（chéng）

(1)主軸刀具裝載過程

將一個超長（zhǎng）工具，如加長鏜刀25，放入（rù）刀架29，將加（jiā）長鑽頭26放入刀（dāo）架（jià）2。根據所需專用工具的數量，可以增加刀架的數量。首先，氣動控製閥31中的Y向雙控（kòng）閥切換到氣缸升降方式，Y向（xiàng）滑板9通過Y向阻（zǔ）尼器13沿（yán）Y向導軌10上升到氣缸11，氣缸（gāng）11外的Y向磁感應開關反饋Y向滑板9到位，即刀具換到Y向換刀位置。此時換（huàn）刀（dāo）門（mén）打開，主軸（zhóu）運行到加長鏜刀25的換刀點，也給出反（fǎn）饋信號。然後，在相應（yīng）的雙控（kòng）製閥的控製下（xià），X方向導軌17帶動X方向托盤12伸出，經過（guò）X方向阻尼器20的緩衝後（hòu），X方向氣缸15的活塞停在氣缸前端，氣缸外（wài）側的磁（cí）感應開關給（gěi）出反饋（kuì）信號，將X方向托盤12送至換刀點的X方向坐標位置。此時，工具架29附近的鼓風清潔器30被打開。

接下來，在Z方向氣缸（gāng）21的驅動控製下（xià），利用Z方向導（dǎo）軌23的延伸和Z方向阻尼器28的緩衝，固定有工具保持器29的Z方向滑動板24停止在Z方（fāng）向工具更換點的準確位置。氣缸外的磁感應開關給出反饋信號，即刀具成功插入主軸。在接（jiē）收到主軸的刀具夾緊（jǐn）信號之後，證明主軸已經夾緊（jǐn）了延伸的鏜刀25。然後（hòu），當主軸被提升到大於300毫米的安全距離後，Z向滑板24在Z向氣缸21的控製下與Z向導（dǎo）軌23一起反（fǎn）向移動（dòng），Z向阻尼器緩衝並停止，直（zhí）到端部（bù）氣缸外的磁感應開關給出反饋（kuì）信號，吹風清潔器30關閉。接收到Z向氣缸21的反饋信號後，X向氣缸15驅動X向托盤12沿X向導軌17反向移動，X向阻尼器19緩衝停（tíng）止端氣缸外的磁感應開關給出反饋信號，證明換刀部件已經移出工作區，此時換刀（dāo）門可以關閉。

同時，Y向氣（qì）缸11反向移動，Y向滑板9落地，並通過Y向阻尼器214的緩衝停止在原始位置，從而完成工（gōng）具裝載過程。

(2)主軸刀具卸載過程

當主軸與Y方向（xiàng）換刀點之間安全距離大於300毫米時，重複主軸裝刀（dāo）過程的步（bù）驟。在（zài）輔（fǔ）助（zhù）換（huàn）刀係統到達換（huàn）刀點後（hòu），主軸（zhóu）將落在Y方向換（huàn）刀點，並將延伸的（de）鏜刀25放入刀架（jià）29中，接近開關27將發出信號將刀具放置到位，主軸將鬆（sōng）開刀具並發（fā）出鬆開信號。收到主軸的鬆刀信號後，Z滑（huá）板24在Z氣缸21的（de）控製下沿Z導軌23反向移動，並被Z阻尼器緩（huǎn）衝（chōng）停止，直到（dào）端（duān）氣缸外的磁感應開關給出反饋（kuì）信號。主軸沿X方向移（yí）動到加長鑽頭26的換刀點（diǎn），靠近刀（dāo）架34的空氣濾清器35被（bèi）打開。

接下來，在Z方向（xiàng）氣（qì）缸21的驅動控製下，利（lì）用Z方向導軌23的延伸和（hé）Z方向（xiàng）阻尼器28的緩（huǎn）衝，固定有（yǒu）工具保持器34的Z方向滑動板24停止在Z方向（xiàng）工具更換點的準確位置。筒外的磁感應開關給出反饋（kuì）信號，即加（jiā）長鑽頭26成功插入主（zhǔ）軸。收到主軸（zhóu）刀具夾緊（jǐn）信號（hào）後，證明主軸已經夾緊鑽頭。之後，重複主軸裝刀過程中返回換刀係統的過程，至此，一套卸刀和（hé）裝刀過（guò）程（chéng）完成。

4.結論

該輔助（zhù）換刀係統解決了常規臥式加（jiā）工中心刀庫無法裝載超長超（chāo）重刀具的問題，對減少輔助加工時間（jiān）、提高加工中心利用率具有重要意義。輔助換刀係統（tǒng）的結構可以應用於其他加工中心，應用範圍廣，特別是應用於生產線的設備，將大大提高自動化生產線的節拍。