1.臥式加工中心常用的換刀系統(tǒng)

臥式加工中心主要由床身、立柱、鞍座、主軸、工作臺、交換站和自動換刀系統(tǒng)組成。

自動換刀系統(tǒng)通常由刀庫和換刀機(jī)械手、鏈?zhǔn)降稁熳詣訐Q刀系統(tǒng)和盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)組成。

刀庫和凸輪機(jī)械手組成兩個自動換刀系統(tǒng)，其中鏈?zhǔn)降稁烊萘枯^大，通常為40、60、120甚至更多。不過，盤刀的庫存量并不大，通常不超過20把。但這兩種常用結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)來存儲特殊的工具，其中一些工具被放入加工區(qū)域。但加工區(qū)放置的切削液和鐵屑容易進(jìn)入，安裝的刀具數(shù)量有限，影響了一定的加工范圍。本文針對超長刀具，設(shè)計了一種刀具。

加工區(qū)外的輔助換刀系統(tǒng)用于鏜孔和鉆深孔。

2.輔助換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于機(jī)床主軸不能在Z方向移動，且換刀位置在工作區(qū)內(nèi)，又不能影響現(xiàn)有自動換刀系統(tǒng)的工作空間，所以設(shè)計了一個3自由度的輔助換刀系統(tǒng)，放在機(jī)床工作區(qū)外，固定在床身側(cè)面。該輔助換刀系統(tǒng)可以沿X方向、Y方向和Z方向移動。

輔助換刀系統(tǒng)主要由進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和刀柄清潔裝置組成。

(1)進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)給機(jī)構(gòu)由X、Y、Z三個運(yùn)動軸組成，其中X方向左右運(yùn)動為620mm，刀具從工作區(qū)外送入工作區(qū)。上下移動到Y(jié)行程300mm，將刀具上升到Y(jié)方向換刀位置或下降到等待位置。來回移動到Z行程105mm(至少比對應(yīng)手柄的長度長)，完成刀具插入和拔出主軸錐孔。X方向和Z方向之間的相對移動距離較長。比如用導(dǎo)軌固定，運(yùn)動部件通過滑塊運(yùn)動帶運(yùn)動，滑塊就必須固定在運(yùn)動部件的末端，運(yùn)動部件的重心在滑塊的前端，這樣就造成運(yùn)動部件運(yùn)行不穩(wěn)定。

影響定位精度。因此，滑塊固定在滑板上，導(dǎo)軌與運(yùn)動部件固定在一起，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動部件的運(yùn)動，保證了運(yùn)動部件的穩(wěn)定運(yùn)行和定位精度。

(2)驅(qū)動裝置。由于運(yùn)動部件重量輕，每根軸都有固定的準(zhǔn)停止位置，所以這種輔助換刀系統(tǒng)采用氣缸驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)每根軸的運(yùn)動。氣缸內(nèi)行程兩端加緩沖裝置，外行程兩端加磁感應(yīng)開關(guān)，提供到位反饋信號。管道上增加了節(jié)流閥，便于調(diào)節(jié)氣缸的運(yùn)動速度。雙控電磁閥用于實(shí)現(xiàn)氣缸的伸縮切換。

(3)檢測裝置。輔助換刀系統(tǒng)的檢測裝置主要包括行程到位檢測開關(guān)和刀具存在檢測開關(guān)。行程到位檢測開關(guān)是安裝在氣缸外部的磁感應(yīng)開關(guān)，用于檢測內(nèi)部活塞的位置。刀具存在檢測開關(guān)是安裝在刀架上用于檢測刀具手柄的接近開關(guān)，距離刀具手柄外圓的距離可以通過螺母調(diào)節(jié)。

(4)工具手柄清潔裝置。為了保證從工作區(qū)換刀時刀夾的清潔，在換刀到刀夾之前，靠近刀夾的吹氣裝置在主軸內(nèi)的刀夾周圍吹氣，最大程度的吹走切屑和切屑液，有利于保護(hù)刀具錐柄的清潔。

3.換刀過程

(1)主軸刀具裝載過程

將一個超長工具，如加長鏜刀25，放入刀架29，將加長鉆頭26放入刀架2。根據(jù)所需專用工具的數(shù)量，可以增加刀架的數(shù)量。首先，氣動控制閥31中的Y向雙控閥切換到氣缸升降方式，Y向滑板9通過Y向阻尼器13沿Y向?qū)к?0上升到氣缸11，氣缸11外的Y向磁感應(yīng)開關(guān)反饋Y向滑板9到位，即刀具換到Y(jié)向換刀位置。此時換刀門打開，主軸運(yùn)行到加長鏜刀25的換刀點(diǎn)，也給出反饋信號。然后，在相應(yīng)的雙控制閥的控制下，X方向?qū)к?7帶動X方向托盤12伸出，經(jīng)過X方向阻尼器20的緩沖后，X方向氣缸15的活塞停在氣缸前端，氣缸外側(cè)的磁感應(yīng)開關(guān)給出反饋信號，將X方向托盤12送至換刀點(diǎn)的X方向坐標(biāo)位置。此時，工具架29附近的鼓風(fēng)清潔器30被打開。

接下來，在Z方向氣缸21的驅(qū)動控制下，利用Z方向?qū)к?3的延伸和Z方向阻尼器28的緩沖，固定有工具保持器29的Z方向滑動板24停止在Z方向工具更換點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。氣缸外的磁感應(yīng)開關(guān)給出反饋信號，即刀具成功插入主軸。在接收到主軸的刀具夾緊信號之后，證明主軸已經(jīng)夾緊了延伸的鏜刀25。然后，當(dāng)主軸被提升到大于300毫米的安全距離后，Z向滑板24在Z向氣缸21的控制下與Z向?qū)к?3一起反向移動，Z向阻尼器緩沖并停止，直到端部氣缸外的磁感應(yīng)開關(guān)給出反饋信號，吹風(fēng)清潔器30關(guān)閉。接收到Z向氣缸21的反饋信號后，X向氣缸15驅(qū)動X向托盤12沿X向?qū)к?7反向移動，X向阻尼器19緩沖停止端氣缸外的磁感應(yīng)開關(guān)給出反饋信號，證明換刀部件已經(jīng)移出工作區(qū)，此時換刀門可以關(guān)閉。

同時，Y向氣缸11反向移動，Y向滑板9落地，并通過Y向阻尼器214的緩沖停止在原始位置，從而完成工具裝載過程。

(2)主軸刀具卸載過程

當(dāng)主軸與Y方向換刀點(diǎn)之間安全距離大于300毫米時，重復(fù)主軸裝刀過程的步驟。在輔助換刀系統(tǒng)到達(dá)換刀點(diǎn)后，主軸將落在Y方向換刀點(diǎn)，并將延伸的鏜刀25放入刀架29中，接近開關(guān)27將發(fā)出信號將刀具放置到位，主軸將松開刀具并發(fā)出松開信號。收到主軸的松刀信號后，Z滑板24在Z氣缸21的控制下沿Z導(dǎo)軌23反向移動，并被Z阻尼器緩沖停止，直到端氣缸外的磁感應(yīng)開關(guān)給出反饋信號。主軸沿X方向移動到加長鉆頭26的換刀點(diǎn)，靠近刀架34的空氣濾清器35被打開。

接下來，在Z方向氣缸21的驅(qū)動控制下，利用Z方向?qū)к?3的延伸和Z方向阻尼器28的緩沖，固定有工具保持器34的Z方向滑動板24停止在Z方向工具更換點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。筒外的磁感應(yīng)開關(guān)給出反饋信號，即加長鉆頭26成功插入主軸。收到主軸刀具夾緊信號后，證明主軸已經(jīng)夾緊鉆頭。之后，重復(fù)主軸裝刀過程中返回?fù)Q刀系統(tǒng)的過程，至此，一套卸刀和裝刀過程完成。

4.結(jié)論

該輔助換刀系統(tǒng)解決了常規(guī)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。輔助換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于其他加工中心，應(yīng)用范圍廣，特別是應(yīng)用于生產(chǎn)線的設(shè)備，將大大提高自動化生產(chǎn)線的節(jié)拍。