自動換刀系統(tǒng)

自動換刀系統(tǒng)一般由刀庫和機械手組成。不同機床的自動換刀系統(tǒng)可能不同，這正是體現(xiàn)機床獨具特色的部分。

1．刀庫

顧名思義是存放刀具的倉庫，就是把加工零件所用的刀具都存放在這里，在加工過程中由機械手抓取。刀庫形式主要有盤式刀庫和鏈式刀庫兩種。

(1)盤式刀庫 刀庫容量為30把左右。如果刀庫容量太大，就會造成刀庫的轉(zhuǎn)動慣量過大。一般中小型加工中心使用盤式刀庫的較多。

(2)鏈式刀庫刀庫容量較大，可以裝載100把刀具，甚至更多。鏈式刀庫容量較大，主要是因為箱體類零件加工內(nèi)容多，使用刀具的數(shù)量也就相應(yīng)增加。

2．機械手

形式有單臂、雙臂等多種，有的加工中心甚至沒有機械手，而通過刀庫和主軸的相對運動實現(xiàn)換刀。

1．刀庫常見故障

(1)刀庫不能轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動不到位

原因有：①連接電動機軸與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動；②變頻器故障，應(yīng)查變頻器的輸入、輸出電壓正常與否；③PLC無控制輸出，可能是接口板中的繼電器失效；④機械連接過緊，或黃油黏澀；⑤電網(wǎng)電壓過低（不應(yīng)低于370 V）；⑥電機轉(zhuǎn)動故障；⑦傳動機構(gòu)誤差。

(2)刀套不能夾緊刀具

原因有：刀套上的調(diào)整螺母松動或彈簧太松，造成卡緊力不足；刀具超重。

(3)刀套上下不到位

原因有：裝置調(diào)整不當(dāng)或加工誤差過大而造成撥叉位置不正確；因限位開關(guān)安裝不準或調(diào)整不當(dāng)而造成反饋信號錯誤。

(4)刀套不能拆卸或停留一段時間才能拆卸

原因有：刀套90°拆卸氣閥松動，氣壓不足；刀套轉(zhuǎn)動軸銹蝕。

2．換刀機械手常見故障

(1)刀具夾不緊

原因有：①空氣泵氣壓不足，增壓漏氣，刀具卡緊氣壓漏氣，刀具松開彈簧上的螺帽松動；②拉刀碟簧變形或損壞；③拉力液壓缸動作不到位；④拉釘與刀柄夾頭間的螺紋連接松動；⑤刀柄夾頭與刀柄間的偏心摩擦。

(2)刀具夾緊后松不開

原因有：①碟形彈簧壓合過緊；②松緊刀液壓缸松刀行程不足；③刀柄夾頭不能打開；④刀柄夾頭內(nèi)松刀壓柱偏移或壓柱偏短。

(3)刀具從機械手中脫落

原因有：①刀具是否超重；②機械手卡緊鎖損壞或沒有彈出來。

(4)刀具交換時掉刀

原因有：①主軸箱沒到換刀點或換刀點漂移；②機械手沒到位就開始拔刀，都會導(dǎo)致?lián)Q刀時掉刀。

(5)機械手換刀速度過快或過慢

原因有：①換刀氣閥節(jié)流開口太大或太??；②氣壓不穩(wěn)定。

自動換刀系統(tǒng)簡稱ATC，是加工中心的重要部件，由它實現(xiàn)零件工序之間連續(xù)加工的換刀要求，即在每一工序完成后自動將下一工序所用的新刀具更到主軸上，從而保證了加工中心工藝集中的工藝特點，刀具的交換一般通過機械手、刀庫及機床主軸的協(xié)調(diào)動作共同完成。

帶刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床，其主軸箱和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于主軸箱內(nèi)只有一個主軸，主軸部件具有足夠剛度，因而能夠滿足各種精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很多的刀具，以進行復(fù)雜零件的多工步加工，可明顯提高數(shù)控機床的適應(yīng)性和加工效率。自動換刀系統(tǒng)特別適用于加工中心。

自動換刀系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求包括：

(1)換刀時間短；

(2)刀具重復(fù)定位精度高；

(3)足夠的刀具儲存量；

(4)刀庫占用空間少。

根據(jù)實現(xiàn)原理的不同，自動換刀有回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸頭換刀、帶刀庫自動換刀等方式。

回轉(zhuǎn)刀架換刀工作原理類似分度工作臺，通過刀架定角度回轉(zhuǎn)實現(xiàn)新舊刀具的交換。

更換主軸頭換刀方式時首先將刀具放置于各個主軸頭上。通過轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)動更換主軸頭從而達到更換刀具的目的。這兩種方式設(shè)計簡單，換刀時間短，可靠性高。其缺點是儲備刀具數(shù)量有限，尤其是更換主軸頭換刀方式的主軸系統(tǒng)的剛度較差，所以僅僅適應(yīng)于工序較少、精度要求不太高的機床。

帶刀庫自動換刀方式由刀庫，選刀系統(tǒng)，刀具交換機構(gòu)等部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。該方法雖然有著換刀過程動作多，設(shè)計制造復(fù)雜等缺點，但由于其自動化程度高，因此在加工工序比較多的復(fù)雜零件時，被廣泛采用。

自動換刀數(shù)控機床，即“加工中心”。

一種數(shù)控機床自動換刀裝置及方法專利目的

《一種數(shù)控機床自動換刀裝置及方法》的目的是為了提供一種數(shù)控機床自動換刀裝置及方法，解決2016年1月以前的數(shù)控機床自動換刀過程中，容易發(fā)生主軸和機械手相撞，進而損壞主軸或機械手的問題。

一種數(shù)控機床自動換刀裝置及方法技術(shù)方案

《一種數(shù)控機床自動換刀裝置及方法》包括機架，設(shè)置在機架上的圓盤式刀庫，和圓盤式刀庫適配的刀庫驅(qū)動馬達，圓盤式刀庫內(nèi)設(shè)置有若干刀具，機架上設(shè)置和刀具相適配的倒刀氣缸，機架上設(shè)置有機械手驅(qū)動馬達，機械手驅(qū)動馬達上設(shè)置有渦輪，渦輪上連接有可旋轉(zhuǎn)和軸向運動的機械手旋轉(zhuǎn)軸，機械手旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有用于換刀的機械手，渦輪上設(shè)置有一組原位定位凹槽、扣刀定位凹槽；機架上設(shè)置有和原位定位凹槽相適配的原位近接開關(guān)，和扣刀定位凹槽相適配的扣刀定位近接開關(guān)；機架上還設(shè)置有加工主軸，主軸上連接設(shè)置有主軸馬達，主軸上設(shè)置有與刀具相適配的裝配腔，還包括和刀庫驅(qū)動馬達、倒刀氣缸、機械手驅(qū)動馬達、原位近接開關(guān)、扣刀定位近接開關(guān)、主軸馬達相接的數(shù)控系統(tǒng)。渦輪上還設(shè)置有停止定位凹槽，機架上設(shè)置有和停止定位凹槽相適配的停止近接開關(guān)；停止近接開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)相連。

優(yōu)選的，原位定位凹槽設(shè)置有一個；扣刀定位凹槽設(shè)置有兩個，分別為第一扣刀定位凹槽和第二扣刀定位凹槽；停止定位凹槽設(shè)置有三個,分別為第一停止定位凹槽、第二停止定位凹槽和第三停止定位凹槽，它們設(shè)置的順序按照360°劃分依次為原位定位凹槽、第一停止定位凹槽、第一扣刀定位凹槽、第二停止定位凹槽、第二扣刀定位凹槽、第三停止定位凹槽；兩個扣刀定位凹槽位于凸輪的同一圓周上，三個停止定位凹槽位于同一圓周上。 優(yōu)選的，主軸馬達包括控制主軸Z向上下運動的主軸Z向動作馬達和控制主軸旋轉(zhuǎn)的主軸旋轉(zhuǎn)馬達。優(yōu)選的，機架上設(shè)置有和刀具相適配用于松刀和緊刀的主軸刀具氣缸，主軸刀具氣缸和數(shù)控系統(tǒng)相適配。優(yōu)選的，機架上設(shè)置和刀具預(yù)選刀具位相適配的刀具定位近接開關(guān)，和刀具倒刀刀具位相適配的刀具倒刀近接開關(guān)。

《一種數(shù)控機床自動換刀裝置及方法》包括如下步驟：

（1）數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)指定的刀具號，控制刀盤轉(zhuǎn)動，通過數(shù)控系統(tǒng)計數(shù)，指定的刀具轉(zhuǎn)動到預(yù)選刀具位，此時，和預(yù)選刀具位相適配的刀具定位近接開關(guān)感應(yīng)到指定刀具到達預(yù)選刀具位后給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個刀具到位信號；

（2）上一工序完成后，數(shù)控系統(tǒng)通過讀取原位近接開關(guān)的信號判斷機械手是否處在初始位置，機械手在初始位置時，數(shù)控系統(tǒng)控制位于預(yù)選刀具位的刀具執(zhí)行倒刀動作，同時控制主軸Z向動作驅(qū)動馬達工作，主軸Z向動作驅(qū)動馬達帶動主軸上升至換刀點后給數(shù)控系統(tǒng)一個主軸到位信號；主軸旋轉(zhuǎn)馬達帶動主軸執(zhí)行角度定位后給數(shù)控系統(tǒng)一個主軸定位到位信號；當(dāng)?shù)毒叩沟督娱_關(guān)感應(yīng)到刀具到位后，給數(shù)控系統(tǒng)一個刀具到位信號；如果機械手不在初始位置，數(shù)控系統(tǒng)給主軸Z向動作驅(qū)動馬達一個鎖死信號，使主軸無法進行Z向的操作；

（3）數(shù)控系統(tǒng)收到步驟（2）所述的刀具到位信號和主軸到位信號后，給機械手驅(qū)動馬達一個工作信號，機械手離開初始位置，原位近接開關(guān)給數(shù)控系統(tǒng)一個機械手離開初始位置的信號，數(shù)控系統(tǒng)給主軸Z向動作驅(qū)動馬達一個鎖死信號；當(dāng)機械手旋轉(zhuǎn)至第一停止定位凹槽時，停止近接開關(guān)給數(shù)控機床發(fā)送一個停止信號，數(shù)控機床給機械手驅(qū)動馬達一個停止工作信號，如果機械手停止后運動到扣刀位置，扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關(guān)相對，扣刀定位近接開關(guān)給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個確定定位信號，此時數(shù)控系統(tǒng)給主軸發(fā)送松刀指令，否則，數(shù)控機床自動換刀裝置停止工作；主軸松刀完成后，給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送松刀完成信號；

（4）數(shù)控系統(tǒng)接受到步驟（3）所述的松刀完成信號后，給機械手驅(qū)動馬達下達工作指令，機械手驅(qū)動馬達帶動機械手下拉一定距離后，旋轉(zhuǎn)180°上升到原位，第二停止定位凹槽和停止近接開關(guān)相對，停止近接開關(guān)給數(shù)控機床發(fā)送停止信號，數(shù)控機床給機械手驅(qū)動馬達下達停止指令，機械手驅(qū)動馬達停止運行，此時如果第二扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關(guān)相對，則給數(shù)控機床發(fā)送一個確定定位信號，此時給主軸發(fā)送緊刀指令；否則，數(shù)控機床自動換刀裝置停止工作；緊刀到位后給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送緊刀到位信號；

（5）數(shù)控系統(tǒng)收到步驟（4）所述的緊刀到位信號后，給機械手驅(qū)動馬達下達工作指令，機械手驅(qū)動馬達帶動機械手回到初始位置，當(dāng)?shù)谌Ｖ苟ㄎ话疾酆屯Ｖ菇娱_關(guān)相對后，停止近接開關(guān)給數(shù)控機床發(fā)送一個停止信號，數(shù)控機床給機械手馬達發(fā)送一個停止信號，機械手停止后，如果原位定位凹槽和原位近接開關(guān)相對，則給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個機械手回到初始位置的信號，此時數(shù)控機床給刀座一個回刀指令，使換下的刀具回到刀座中，同時給主軸Z方向驅(qū)動馬達一個解鎖指令，主軸可以進行Z方向的操作。

為了進一步保證不會發(fā)生機械手撞擊主軸的現(xiàn)象，只要機械手不在初始位置，主軸Z向4動作驅(qū)動馬達就會被鎖死，主軸無法進行上下運動，數(shù)控系統(tǒng)接收到扣刀定位近接開關(guān)或停止近接開關(guān)的信號時，數(shù)控系統(tǒng)給主軸Z向動作驅(qū)動馬達一個鎖死信號，使主軸無法進行Z向的操作。為了進一步保證不會發(fā)生機械手撞擊主軸的現(xiàn)象，如果機械手在初始位置，原位近接開關(guān)會給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個原位信號，如果機械手不在原位或者原位近接開關(guān)損壞，則不發(fā)送任何信號，數(shù)控系統(tǒng)判定機械手不在初始位置，同時給主軸Z向動作驅(qū)動馬達一個鎖死信號，使主軸無法進行Z向的操作。為了使得刀具進預(yù)選刀位更加迅速，節(jié)約能量，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)指定的刀具號，給刀庫驅(qū)動馬達發(fā)送工作指令，控制圓盤式刀庫轉(zhuǎn)動，圓盤式刀庫帶動指定的刀具轉(zhuǎn)動到預(yù)選刀具位時，數(shù)控系統(tǒng)通過讀取刀具號所在位置，進而判斷刀盤通過正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)離預(yù)選刀具位更近，從而給刀盤正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號。

一種數(shù)控機床自動換刀裝置及方法改善效果

《一種數(shù)控機床自動換刀裝置及方法》的有益效果：和刀庫驅(qū)動馬達、倒刀氣缸、機械手驅(qū)動馬達、原位近接開關(guān)、扣刀定位近接開關(guān)、停止近接開關(guān)、主軸刀具氣缸、主軸馬達、數(shù)控系統(tǒng)相互配合，實現(xiàn)高精度換刀，同時原位近接開關(guān)、扣刀定位近接開關(guān)、停止近接開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)機械手離開初始位置，或者無法判定機械手位置時，或者停電后，通過主軸Z方向驅(qū)動的鎖止，使得在換刀過程中，不會出現(xiàn)機械手和主軸相互撞擊，而造成機械手或主軸損壞的問題，同時該發(fā)明結(jié)構(gòu)合理能夠有效節(jié)省工作過程中的能量損耗。