数控机床电动四方刀架自动换刀时的动作过程 分析4工位数控刀架的换刀过程
\u6570\u63a7\u8f66\u5e8a\u56db\u5de5\u4f4d\u7535\u52a8\u5200\u67b6\u5de5\u4f5c\u8fc7\u7a0b\u7531\u4e8e\u5200\u5177\u76f4\u63a5\u5b89\u88c5\u5728\u5200\u4f53\u4e0a\uff0c\u6240\u4ee5\u5200\u4f53\u8981\u627f\u53d7\u5168\u90e8\u7684\u5207\u524a\u529b\uff0c\u5176\u9501\u7d27\u4e0e\u5b9a\u4f4d\u7684\u7cbe\u5ea6
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\u5e38\u89c1\u5178\u578b\u6545\u969c\uff1a
1)\u5200\u67b6\u8fde\u8f6c\u4e0d\u505c\u6216\u5728\u67d0\u4e2a\u5200\u4f4d\u4e0d\u505c\u3002
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2)\u5200\u67b6\u9009\u5200\u65f6\u8fc7\u51b2\u6216\u4e0d\u5230\u4f4d\u3002
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3)\u5200\u67b6\u9501\u4e0d\u7d27\u3002
\u673a\u68b0\u65b9\u9762\u5e94\u8003\u8651\u5200\u67b6\u57fa\u9762\u662f\u5426\u78e8\u635f\u6216\u6709\u6bdb\u523a\uff0c\u53ef\u7528\u6cb9\u77f3\u6253\u78e8\u9ad8\u70b9\uff0c\u4f46\u8981\u4e25\u9632\u5b9a\u4f4d\u7cbe\u5ea6\u5b8c\u5168\u4e27\u5931\u3002\u68c0\u67e5\u53cd\u9760\u9500\u548c\u79bb\u5408\u9500\u662f\u5426\u78e8\u635f\uff0c\u592a\u77ed\u4f1a\u5f15\u8d77\u4e0a\u5200\u4f53\u9519\u4f4d\uff0c\u65e0\u6cd5\u9501\u7d27\u3002\u4e2d\u8f74\u5f2f\u66f2\u9020\u6210\u5176\u5b83\u96f6\u4ef6\u7684\u540c\u5fc3\u5ea6\u4e0d\u826f\uff0c\u6d88\u8017\u4e86\u7535\u673a\u529f\u7387\uff0c\u4e5f\u4f1a\u4f7f\u5200\u67b6\u9501\u4e0d\u7d27\u3002\u5728\u786e\u5b9a\u975e\u673a\u68b0\u539f\u56e0\u540e\uff0c\u9002\u5f53\u5ef6\u957f\u7535\u673a\u53cd\u8f6c\u65f6\u95f4\u3002\u8fd8\u5e94\u68c0\u67e5\u7535\u673a\u7ebf\u8def\u662f\u5426\u6709\u63a5\u89e6\u4e0d\u826f\u4ee5\u81f3\u7f3a\u76f8\u73b0\u8c61\u3002\u5bf9\u4e8e\u6709\u9501\u7d27\u5230\u4f4d\u68c0\u6d4b\u7684\u5200\u67b6\uff0c\u8fd8\u5e94\u68c0\u67e5\u68af\u5f62\u56fe\u7a0b\u5e8f\uff0c\u6b64\u4fe1\u53f7\u53ef\u4ee5\u4f5c\u4e3a\u7cfb\u7edf\u7684\u5b8c\u6210\u4fe1\u53f7\uff0c\u4e0d\u80fd\u628a\u5b83\u7528\u6765\u63a7\u5236\u7535\u673a\u53cd\u8f6c\u63a5\u89e6\u5668\u7684\u91ca\u653e\u3002\u5200\u67b6\u9501\u4e0d\u7d27\u7684\u6545\u969c\u4e5f\u662f\u52a0\u5de5\u96f6\u4ef6\u8868\u9762\u51fa\u73b0\u6ce2\u7eb9\u7684\u539f\u56e0\u4e4b\u4e00\u3002
4)\u7535\u673a\u4e0d\u8f6c\u3001\u5835\u8f6c\u7b49\u3002
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自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。
1．回转刀架换刀
数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。
图1为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。
回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：
(1)刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。
(2)刀架转位 当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60º。活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。
(3)刀架压紧 刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。
(4)转位液压缸复位 刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。
如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。
回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。
2．更换主轴头换刀
在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种简单换刀方式。主轴头通常有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具。当发出换刀指令时，各主轴头依次地转到加工位置，并接通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。
图2为卧式八轴转塔头。转塔头上径向分布着八根结构完全相同的主轴7，主轴的回转运动由齿轮12输入。当数控装置发出换刀指令时，先通过液压拨叉将移动齿轮3与齿轮12脱离啮合，同时在中心液压缸14的上腔通压力油。由于活塞杆和活塞15固定在底座上，因此中心液压缸14带着由两个推力轴承17和16支承的转塔刀架体18抬起，离合器2和1脱离啮合。然后压力油进入转位液压缸，推动活塞齿条，再经过中间齿轮使大齿轮4与转塔刀架体18一起回转45º，将下一工序的主轴转到工作位置。转位结束后，压力油进入中心液压缸14的下腔，使转塔头下降，离合器2和1重新啮合，实现了精确的定位。在压力油的作用下，转塔头被压紧，转位液压缸退回原位。最后，通过液压拨叉移动齿轮3，使它与新换上的主轴齿轮12相啮合。为了改善主轴结构的装配工艺性，整个主轴部件装在套筒5内，只要卸去螺钉10，就可以将整个部件抽出。主轴前轴承9采用锥孔双列圆柱滚子轴承，调整时，先卸下端盖6，然后拧紧螺母8，使内环做轴向移动，以便消除轴承的径向间隙。
图2 卧式八轴转塔头
1、2一离合器 3、4、12一齿轮 5一套筒 6一端盖 7一主轴 8一螺母
9、16、17一轴承 10一螺钉 1l一推动杆 13一操纵杆 14一液压缸 15一活塞 18一转塔刀架体
为了便于卸出主轴锥孔内的刀具，每根主轴都有操纵杆13，只要按压操纵杆，就能通过斜面推动杆11，顶出刀具。
转塔主轴头的转位、定位和压紧方式与鼠齿盘式分度工作台极为相似，但因为在转塔上分布着许多回转主轴部件，使结构更为复杂。
由于空间位置的限制，主轴部件的结构不可能设计得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的刚度，主轴数目必须加以限制，否则将会使结构尺寸大为增加。
转塔主轴头换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作。从而提高了换刀的可靠性，并显著地缩短了换刀时间。但由于上述结构上的原因，转塔主轴头通常只是用于工序较少、精度要求不太高的机床，例如数控钻床等。
3．带刀库的自动换刀系统
带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成。首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调整后，按一定的方式放入刀库中去。换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，在进行交换刀具之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外，并由搬运装置运送刀具。
与转塔主轴头相比较，由于带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分增强它的刚度，因而能满足精密加工的要求。另外，刀库可以存放数量很大的刀具，因而能够进行复杂零件的多工序加工，这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻床、数控铣床和数控镗床。
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