一種臥式加工中心（xīn）輔助換刀係統設計

1.臥式加工中（zhōng）心常用的換刀係統（tǒng）

臥式加工（gōng）中心主要由床身、立柱、鞍座、主軸、工作台（tái）、交換站和自動換（huàn）刀係統組成。

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

刀庫和凸輪機械手組成兩個自動換刀係統，其中鏈式刀庫容量較（jiào）大，通（tōng）常為40、60、120甚至（zhì）更多。不過，盤刀（dāo）的庫存量並不（bú）大，通常不超過（guò）20把。但這兩種常用結（jié）構安裝的工具長度有限，無法安裝特長的工具。因此，通常需要額外的機構來存儲特（tè）殊的工具，其（qí）中一些工具被放入加工區域。但加工區放置的切削液和鐵屑容易進入，安裝的刀具數量有限，影響了一定的加工範圍。本文針對超長刀具（jù），設計了一種（zhǒng）刀具。

加工區外的輔助換刀係統用（yòng）於鏜孔和鑽深孔。

2.輔（fǔ）助換刀係統的結構設計

由於機床（chuáng）主軸不能在Z方向移動，且換刀位置在工作（zuò）區內，又不能（néng）影響現（xiàn）有自（zì）動換刀係統的工作空間，所以設計（jì）了一（yī）個3自由度（dù）的輔助換刀係統，放在機床工作區外，固定在床身側麵。該輔（fǔ）助換（huàn）刀係統可以沿X方向、Y方向和Z方向移動。

輔助換（huàn）刀（dāo）係統主要由進刀機構、驅動裝置、檢測裝置（zhì）和刀（dāo）柄清潔裝置組成。

(1)進給機構（gòu）進給機構由X、Y、Z三個運動（dòng）軸組成，其（qí）中X方向左（zuǒ）右運動為620mm，刀具從工作區外送入工作區。上下移動到Y行程300mm，將刀具上升到Y方向換刀位置或下降（jiàng）到等待位置。來回移動到（dào）Z行程105mm(至少比對應手柄（bǐng）的長度長)，完成刀具插入和拔出主軸錐孔。X方向（xiàng）和Z方向（xiàng）之間（jiān）的相對移動距離較長。比如用導軌固定（dìng），運動部件通過滑塊運動帶（dài）運動，滑塊就必（bì）須固定（dìng）在運動部件的末端，運動（dòng）部件的重心在滑塊的前端，這樣就造成（chéng）運（yùn）動部件運行不穩定。

影響定位精度。因此，滑（huá）塊固定（dìng）在滑（huá）板上，導軌與運動部件固定在一起，實現運（yùn）動部件的運動，保證了運動（dòng）部件的（de）穩定運行和定位精度。

(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（zhè）種輔助換刀係統采用氣缸驅動來實現每根軸的（de）運動。氣缸內行程兩（liǎng）端加緩衝裝置，外行程兩端加磁感應開關，提供（gòng）到位反饋信號。管道上增加了節流閥，便於調節氣缸的運動速度。雙控（kòng）電磁閥用於實現氣缸的伸縮（suō）切換。

(3)檢（jiǎn）測裝置。輔助換刀係統的檢（jiǎn）測裝（zhuāng）置主要包（bāo）括行程到位檢測開關和刀具存在檢（jiǎn）測開關。行（háng）程到位檢測開關是安裝在氣缸外（wài）部的磁感應開關，用於檢測內部活塞（sāi）的位置。刀具存在檢測開關是安裝在刀架上用於檢測刀具手柄的接近開關，距離刀具手柄外圓的距離可以通過螺母調節。

(4)工具手（shǒu）柄清潔（jié）裝置。為了保（bǎo）證從工（gōng）作（zuò）區換刀時刀夾的清潔（jié），在換刀到刀夾之前，靠近刀夾的吹氣裝置在主軸內的刀夾周圍吹氣，最大程度的吹走（zǒu）切屑和切屑液，有利於保護刀具錐柄的清潔。

3.換刀過（guò）程

(1)主軸刀具裝（zhuāng）載過程

將一個超長工具，如加長鏜刀25，放入刀架29，將加長（zhǎng）鑽（zuàn）頭26放入刀架2。根據所需專（zhuān）用工具的數量，可以（yǐ）增加刀架（jià）的數量。首（shǒu）先，氣動控製閥31中的Y向雙控閥切（qiē）換到氣缸升降方式，Y向滑板9通過Y向阻尼器13沿Y向（xiàng）導軌10上升到氣缸11，氣缸11外的Y向磁感應開（kāi）關反饋Y向滑板9到位，即刀具（jù）換到Y向換刀位置。此時換刀門打（dǎ）開，主軸運行到加長鏜刀25的換刀點，也（yě）給出反饋信號。然後，在（zài）相應的（de）雙（shuāng）控製閥的控製下，X方向導軌17帶動X方向托盤12伸出，經（jīng）過X方向（xiàng）阻尼器20的緩（huǎn）衝後，X方向氣缸15的活塞停在氣缸前端，氣（qì）缸外側的磁感應開關給出反饋信號（hào），將X方向托盤12送至換刀（dāo）點的X方向坐標位置。此時，工具架（jià）29附（fù）近的鼓（gǔ）風清潔器30被打（dǎ）開。

接下來，在（zài）Z方向氣缸（gāng）21的驅動控製下，利用（yòng）Z方向導軌23的延伸和Z方向阻尼器28的緩衝，固定（dìng）有工具保持器29的Z方向滑動板24停止在（zài）Z方向工具（jù）更換點的準確位置（zhì）。氣缸外的磁（cí）感應開關給出反饋信號，即刀（dāo）具成功插入主軸（zhóu）。在接收到主（zhǔ）軸的刀具夾緊信號之後，證明主軸已（yǐ）經夾緊了延伸的（de）鏜刀25。然後（hòu），當（dāng）主軸（zhóu）被提升到大於300毫米的安全距離後，Z向滑（huá）板24在Z向氣缸21的控製下與Z向導軌23一起反向移動，Z向阻尼器緩（huǎn）衝並停止，直到端部氣缸外的磁感應開關給出反（fǎn）饋信號，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（pán）12沿X向導軌17反向移動（dòng），X向阻尼器19緩衝停止端氣缸外的磁感應開關給出反饋（kuì）信（xìn）號，證明換（huàn）刀部件已經移（yí）出工作（zuò）區，此時換刀門可以關閉。

同時（shí），Y向氣缸11反向移動，Y向滑板（bǎn）9落地，並通（tōng）過Y向阻尼器214的緩衝停止在（zài）原始位置，從（cóng）而完成工具裝（zhuāng）載（zǎi）過程。

(2)主軸（zhóu）刀具卸載過程

當主軸與（yǔ）Y方向換（huàn）刀點之間安全距離大於（yú）300毫米時，重複主軸裝刀過程的步驟。在（zài）輔助換刀係統到達換刀點（diǎn）後（hòu），主軸將落在Y方向換刀點，並將延伸的鏜刀（dāo）25放入刀架29中，接近開關27將發出信號將刀具放置到位，主軸將鬆開刀具並發出鬆開信號。收（shōu）到主軸的鬆刀（dāo）信號後，Z滑板24在Z氣缸21的（de）控製下沿Z導軌23反向（xiàng）移（yí）動，並被Z阻（zǔ）尼器緩衝停止，直到端氣缸外的磁感（gǎn）應開關給出反饋信號。主軸沿X方向移動到加長鑽頭26的換刀（dāo）點，靠近刀架34的（de）空氣濾清器35被打（dǎ）開。

接下來（lái），在Z方向氣缸21的驅動控製（zhì）下，利用Z方向導軌23的延伸和Z方向阻尼器28的緩衝，固定有工具（jù）保持器34的Z方向（xiàng）滑動板24停止在Z方向工具更換點的準（zhǔn）確位置。筒外的磁感應開關給出反饋信號（hào），即加長鑽頭26成功插入主（zhǔ）軸。收到主軸刀具夾緊信號後，證明主軸已經夾緊鑽（zuàn）頭。之後（hòu），重複主軸裝刀過程中返回（huí）換刀係統的過程，至此，一套卸刀和裝（zhuāng）刀過（guò）程（chéng）完成。

4.結論

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