一種精密換刀裝置的研制*

朱紅娟，劉 勝

（1.南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化工程系，南京 211135；2.南京眾得利自動化機(jī)械有限公司，南京

210014）

一種精密換刀裝置的研制*

朱紅娟1，劉 勝2

（1.南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化工程系，南京 211135；2.南京眾得利自動化機(jī)械有限公司，南京

210014）

精密換刀裝置由刀盤、刀座體、刀盤拉緊機(jī)構(gòu)、換位機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)組成，實現(xiàn)了粗加工到精加工的連續(xù)進(jìn)行，使粗加工行程結(jié)束后刀具無需退回到加工前的起始位置就可以直接進(jìn)行刀具的切換。該裝置減少加工時間，提高加工效率、降低生產(chǎn)成本。

換刀裝置；粗加工；精加工

0 引言

目前，隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床逐漸取代傳統(tǒng)機(jī)床，在機(jī)械生產(chǎn)和制造領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，自動換刀裝置是目前數(shù)控機(jī)床的必備裝置?，F(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床，其換刀裝置的結(jié)構(gòu)有多種式樣，但在目前確定的使用條件下存在二個問題。①大部分結(jié)構(gòu)形式的換刀裝置在換刀時，刀具與被加工零件發(fā)生干涉而損壞刀具；而采取退回到加工前的起始位置再進(jìn)行二次換刀，從刀具加工行程結(jié)束而返回到加工前起始位置的這一行程，是一段空行程，刀具不做任何有效工作，是一道無用的工序，不但浪費時間，而且嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率的提高；②目前市場上所銷售的自動刀架等換刀裝置，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝尺寸大、費用昂貴，不適合使用。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本文研制一種可以使粗加工和精加工得以連續(xù)進(jìn)行的精密換刀裝置。該裝置減少加工時間，提高加工效率、降低生產(chǎn)成本。

1 精密換刀裝置的結(jié)構(gòu)與原理

本裝置包括刀盤、刀座體、刀盤拉緊機(jī)構(gòu)、換位機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 精密換刀裝置

刀盤1的端面上安裝有粗加工刀具3和精加工刀具4，刀盤1的軸后部安裝有刀盤拉緊機(jī)構(gòu)，粗加工刀具3和精加工刀具4位置的切換通過換位機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，再由定位機(jī)構(gòu)精確限定刀盤1的位置。

刀盤拉緊機(jī)構(gòu)包括刀盤1、拉緊氣缸、鎖緊螺母7，刀盤1的軸安裝在刀座體2的孔內(nèi)，刀盤1的軸后部安裝有拉緊氣缸的活塞6和鎖緊螺母7，刀座體的后部安裝有拉緊氣缸的缸體13。

圖2 定位機(jī)構(gòu)

定位機(jī)構(gòu)包括擋桿8，擋桿8安裝在刀盤1上，刀座體2上與擋桿8對應(yīng)的位置設(shè)有圓弧槽9，擋桿8頂端插入圓弧槽9內(nèi)，圓弧槽9兩端分別設(shè)有對擋桿8起限位作用的第一螺栓10和第二螺栓11，如圖2所示。當(dāng)需要切換粗加工刀具3進(jìn)行加工時，換位機(jī)構(gòu)驅(qū)動刀盤1使得擋桿8沿圓弧槽9運動，直到擋桿8觸碰到圓弧槽9另一端的第二螺栓11，說明精加工刀具4到達(dá)預(yù)設(shè)位置。第一螺栓10和第二螺栓11準(zhǔn)確定位位置可以通過螺紋的旋合長度來進(jìn)行調(diào)整，并且通過螺母將位置固定。

換位機(jī)構(gòu)包括可驅(qū)動刀盤1轉(zhuǎn)動的換位氣缸12，換位氣缸12一端固定在機(jī)架上，另一端與刀盤1通過連接桿連接。通常，粗加工刀具3和精加工刀具4安裝角度為30°～45°，角度過小容易發(fā)生刀具之間的安裝位置干涉，角度過大又會增大換位氣缸12的運動行程。

粗加工刀具3或精加工刀具4在進(jìn)行工件的加工時，會產(chǎn)生較大的切削力，使得安裝刀具的刀盤1有發(fā)生轉(zhuǎn)動的趨勢，這時必須要有刀盤拉緊機(jī)構(gòu)施加拉緊力來抵御切削力，保證刀盤的剛性并防止轉(zhuǎn)動。當(dāng)?shù)侗P1的軸在刀座體上轉(zhuǎn)動并在特定角度停住，刀具處于切削狀態(tài)時，外來的氣源通過管路通道向拉緊氣缸內(nèi)送氣，拉緊氣缸的內(nèi)壓力增大，推動活塞6相對于刀座體2及氣缸體13向后移動，再通過刀盤的軸使刀盤1的后端面緊密貼合在刀座體2上，從而產(chǎn)生大的貼合力保證切削的剛性。當(dāng)粗加工完成后，刀盤1準(zhǔn)備換位時，首先斷開拉緊氣缸的進(jìn)氣，并使拉緊氣缸內(nèi)的壓力氣體排出，這時附加于刀盤1后端面的拉緊力也已消除，刀盤1僅依靠拉緊氣缸內(nèi)部漲緊圈14的彈力以保證刀盤1和刀座體2間不出現(xiàn)縫隙，防止臟物落入，此時刀盤1在換位機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下可在刀座2上自由順暢的轉(zhuǎn)動。

2 總結(jié)

本裝置通過在刀盤上安裝粗加工刀具和精加工刀具，并通過刀盤拉緊機(jī)構(gòu)、換位機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)和刀盤的配合動作，使粗加工行程結(jié)束后刀具無需退回到加工前的起始位置就可以直接進(jìn)行刀具的切換，繼續(xù)進(jìn)行精加工，實現(xiàn)粗加工和精加工的連續(xù)進(jìn)行，即在粗加工后的返回行程中同時進(jìn)行精加工，可以減少加工時間，大大提高加工效率，有效降低生產(chǎn)成本。

［1］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊（第5版）第1卷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］韓越梅.加工中心自動換刀裝置的研究進(jìn)展［J］.裝備制造技術(shù)，2010（5）：128-129.

［3］楊威.高速加工中心自動換刀裝置的研發(fā)［D］.武漢：武漢科技大學(xué)，2012.

［4］李南.刀庫及自動換刀裝置可靠性研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2012.

［5］官文.鏈?zhǔn)降稁旒白詣訐Q刀裝置的控制與檢測系統(tǒng)研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012.

（編輯 李秀敏）（編輯 李秀敏）

Development of Precision Tool Changer Device

ZHU Hong-juan1，LIU Sheng2
（1.Department of Automation Engineering，Nanjing Institute of Mechatronic Technology，Nanjing 211135，China；2.Nanjing the Public Benefit Automation Machinery Co.Ltd，Nanjing 210014，China）

Precision tool changer device consists of cutter，knife block body，cutter tensioning mechanism，transposition mechanism and positioning mechanism.The utility meet the needs of continuous roughing to finishing，and solve the critical process that the tool can be directly switched without pre-processing tool to make the trip back to the starting position.The device is to reduce the processing time and improve processing efficiency，reduce production costs.

tool changer device，roughing；finishing

TH162；TG65

A

1001-2265（2015）01-0133-02 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.01.037

2014-05-17

江蘇省高等職業(yè)院校國內(nèi)高級訪問工程師計劃資助項目（2013）

朱紅娟（1983—），女，南京人，南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士，研究方向為機(jī)電一體化，（E-mail）348643247@qq.com。