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1、自動換刀裝置的形式
自動換刀裝置是加工中心的重要執(zhí)行機構(gòu)，它的形式多種多樣，目前常見的有以下幾種。
1．回轉(zhuǎn)刀架換刀
數(shù)控機床使用的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位的重復定位精度。
圖1為數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架，它適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時，可以用四方回轉(zhuǎn)刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便。
圖1 數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架
1－活塞 2－刀架體 3、7－齒輪 4－齒圈 5－空套齒輪
2、6－活塞 8－齒條 9－固定插銷 10、11－推桿 12－觸頭
回轉(zhuǎn)刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)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(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，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(jié)合。
(2)刀架轉(zhuǎn)位 當?shù)都芴鸷?，壓力油從c孔進入轉(zhuǎn)位液壓缸左腔，活塞6向右移動，通過聯(lián)接板帶動齒條8移動，使空套齒輪5作逆時針方向轉(zhuǎn)動。通過端齒離合器使刀架轉(zhuǎn)過60o。活塞的行程應等于齒輪5分度圓周長的1/6，并由限位開關控制。
(3)刀
3、架壓緊 刀架轉(zhuǎn)位之后，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(xiàn)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并夾緊。這時，端齒離合器與空套齒輪5脫開。
(4)轉(zhuǎn)位液壓缸復位 刀架壓緊之后，壓力油從d孔進入轉(zhuǎn)位液壓缸的右腔，活塞6帶動齒條復位，由于此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪3在軸上空轉(zhuǎn)。
如果定位和夾緊動作正常，推桿11與相應的觸頭12接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已經(jīng)結(jié)束，可以繼續(xù)進行切削加工
4、。
回轉(zhuǎn)刀架除了采用液壓缸轉(zhuǎn)位和定位銷定位之外，還可以采用電動機帶動離合器定位，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機構(gòu)。
2．更換主軸頭換刀
在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機床中，更換主軸頭是一種簡單換刀方式。主軸頭通常有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭，以實現(xiàn)自動換刀。在轉(zhuǎn)塔的各個主軸頭上，預先安裝有各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具。當發(fā)出換刀指令時，各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主軸運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。
圖2為臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭。轉(zhuǎn)塔頭上徑向分布著八根結(jié)構(gòu)完全相同的主軸7，主軸的回轉(zhuǎn)運動由齒輪12輸入。當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時，先
5、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。由于活塞桿和活塞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(zhuǎn)塔刀架體18抬起，離合器2和1脫離嚙合。然后壓力油進入轉(zhuǎn)位液壓缸，推動活塞齒條，再經(jīng)過中間齒輪使大齒輪4與轉(zhuǎn)塔刀架體18一起回轉(zhuǎn)45o，將下一工序的主軸轉(zhuǎn)到工作位置。轉(zhuǎn)位結(jié)束后，壓力油進入中心液壓缸14的下腔，使轉(zhuǎn)塔頭下降，離合器2和1重新嚙合，實現(xiàn)了精確的定位。在壓力油的作用下，轉(zhuǎn)塔頭被壓緊，轉(zhuǎn)位液壓缸退回原位。最后，通過液壓撥叉移動齒輪3，使它與新?lián)Q上的主軸齒輪12相嚙合。為了改善主軸結(jié)構(gòu)的裝配工藝性，整個主軸部件裝在套筒5
6、內(nèi)，只要卸去螺釘10，就可以將整個部件抽出。主軸前軸承9采用錐孔雙列圓柱滾子軸承，調(diào)整時，先卸下端蓋6，然后擰緊螺母8，使內(nèi)環(huán)做軸向移動，以便消除軸承的徑向間隙。
圖2 臥式八軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)塔刀架體
為了便于卸出主軸錐孔內(nèi)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(zhuǎn)塔主軸頭的轉(zhuǎn)位、定位和壓緊方式與鼠齒盤式分度工作臺極為相似，但因為在轉(zhuǎn)塔上分布著許多回轉(zhuǎn)主軸部件，使
7、結(jié)構(gòu)更為復雜。
由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)不可能設計得十分堅實，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度。為了保證主軸的剛度，主軸數(shù)目必須加以限制，否則將會使結(jié)構(gòu)尺寸大為增加。
轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點在于省去了自動松夾、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，并顯著地縮短了換刀時間。但由于上述結(jié)構(gòu)上的原因，轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只是用于工序較少、精度要求不太高的機床，例如數(shù)控鉆床等。
3．帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)
帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機構(gòu)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準刀柄上，在機外進行尺寸預調(diào)整后，按一定的方式放入刀庫中去。換刀時先在刀庫中進行選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，在進行交換刀具之后，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(cè)面或上方，也可作為單獨部件安裝到機床以外，并由搬運裝置運送刀具。
與轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于帶刀庫的自動換刀裝置數(shù)控機床主軸箱內(nèi)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(shù)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于數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床。
數(shù)控機床自動換刀裝置 (2)
