自動換刀系統(tǒng)簡述

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，其主軸箱和轉塔主軸頭相比較，由于主軸箱內只有一個主軸，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，以進行復雜零件的多工步加工，可明顯提高數(shù)控機床的適應性和加工效率。自動換刀系統(tǒng)特別適用于加工中心。

自動換刀系統(tǒng)應當滿足的基本要求包括：

(1)換刀時間短；

(2)刀具重復定位精度高；

(3)足夠的刀具儲存量；

(4)刀庫占用空間少。

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容多，使用刀具的數(shù)量也就相應增加。

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。

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

回轉刀架換刀工作原理類似分度工作臺，通過刀架定角度回轉實現(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。通過轉塔的轉動更換主軸頭從而達到更換刀具的目的。這兩種方式設計簡單，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)，刀具交換機構等部分構成，結構較復雜。該方法雖然有著換刀過程動作多，設計制造復雜等缺點，但由于其自動化程度高，因此在加工工序比較多的復雜零件時，被廣泛采用。

1．刀庫常見故障

(1)刀庫不能轉動或轉動不到位

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（不應低于370 V）；⑥電機轉動故障；⑦傳動機構誤差。

(2)刀套不能夾緊刀具

原因有：刀套上的調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：裝置調整不當或加工誤差過大而造成撥叉位置不正確；因限位開關安裝不準或調整不當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)流開口太大或太小；②氣壓不穩(wěn)定。

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方案

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

優(yōu)選的，原位定位凹槽設置有一個；扣刀定位凹槽設置有兩個，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的主軸旋轉馬達。優(yōu)選的，機架上設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，機架上設置和刀具預選刀具位相適配的刀具定位近接開關，和刀具倒刀刀具位相適配的刀具倒刀近接開關。

《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，控制刀盤轉動，通過數(shù)控系統(tǒng)計數(shù)，指定的刀具轉動到預選刀具位，此時，和預選刀具位相適配的刀具定位近接開關感應到指定刀具到達預選刀具位后給數(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向動作驅動馬達工作，主軸Z向動作驅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?shù)毒叩沟督娱_關感應到刀具到位后，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，給機械手驅動馬達一個工作信號，機械手離開初始位置，原位近接開關給數(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向動作驅動馬達一個鎖死信號；當機械手旋轉至第一停止定位凹槽時，停止近接開關給數(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相對，扣刀定位近接開關給數(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，給機械手驅動馬達下達工作指令，機械手驅動馬達帶動機械手下拉一定距離后，旋轉180°上升到原位，第二停止定位凹槽和停止近接開關相對，停止近接開關給數(shù)控機床發(fā)送停止信號，數(shù)控機床給機械手驅動馬達下達停止指令，機械手驅動馬達停止運行，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，給機械手驅動馬達下達工作指令，機械手驅動馬達帶動機械手回到初始位置，當?shù)谌Ｖ苟ㄎ话疾酆屯Ｖ菇娱_關相對后，停止近接開關給數(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或停止近接開關的信號時，數(shù)控系統(tǒng)給主軸Z向動作驅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，給刀庫驅動馬達發(fā)送工作指令，控制圓盤式刀庫轉動，圓盤式刀庫帶動指定的刀具轉動到預選刀具位時，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還是反轉離預選刀具位更近，從而給刀盤正轉或反轉信號。

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：和刀庫驅動馬達、倒刀氣缸、機械手驅動馬達、原位近接開關、扣刀定位近接開關、停止近接開關、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、扣刀定位近接開關、停止近接開關，能夠實現(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)明結構合理能夠有效節(jié)省工作過程中的能量損耗。