數(shù)控加工中心中的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和自動換刀裝置兩部分組成。擁有自動換刀系統(tǒng)有兩大優(yōu)勢:一是主軸箱內(nèi)只保留一個主軸,這樣有利于簡化主軸結(jié)構(gòu)以及提高主軸剛度;二是到庫中可以存放數(shù)量眾多、種類和功能各異的刀具,便于完成各種復(fù)雜、多步驟的加工程序。因此,是否具有自動換刀系統(tǒng)是區(qū)別數(shù)控機床和數(shù)控加工中心的重要標(biāo)志。
數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)中的自動換刀裝置主要分為直接換刀方式、機械手換刀方式和轉(zhuǎn)塔頭方式三種類型,我們一一介紹。
直接換刀方式
所謂直接換刀方式,就是指換刀過程由刀庫和主軸箱配合完成,顧名思義,這是一種*直接的換刀方式。
按照換刀過程中,刀庫有沒有發(fā)生位移來區(qū)分,直接換刀方式又可以分為刀庫移位方式和刀庫固定方式兩種。刀庫移位方式中,刀庫是可以移動的,在換刀前,刀庫進(jìn)入換刀工作區(qū),換刀后在退出該區(qū)域。這種換刀方式由于刀庫發(fā)生的運動較多,布局比較講究,靈活性和適應(yīng)性較差。
刀庫固定方式中,主要通過主軸箱的移動進(jìn)行選刀。刀庫可以是保持靜止的,也可以只進(jìn)行位置旋轉(zhuǎn)。前者只能進(jìn)行順序選刀,適用于刀具數(shù)量較少的數(shù)控加工中心,而后者可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)位選刀。這種選刀方式減少了刀庫的移動,可以大大簡化刀庫的設(shè)計結(jié)構(gòu),對換刀過程的控制也簡單可靠。
機械手換刀方式
所謂機械手換刀方式,就是指在換刀時,由機械手進(jìn)行操作,負(fù)責(zé)在刀庫和主軸之間傳遞刀具,將需要使用的刀具推送到主軸上,再將替換下來的刀具送回到刀庫內(nèi)。這種換刀方式雖不如前一種來得直接,但避免了刀庫和主軸為換刀進(jìn)行移動,而是由機械手代替。這樣就使機械元件運動幅度減小,完成換刀的速度*快,設(shè)計布局也*加靈活,因此廣泛應(yīng)用于大多數(shù)數(shù)控數(shù)控加工中心。
如果每把刀具使用各自獨立的機械手進(jìn)行切換,稱為專用換刀機械手方式;相反,多把刀具使用公用的機械手進(jìn)行切換,稱為公用換刀機械手方式。后者又有轉(zhuǎn)位式換刀機械手、雙手式換刀機械手和刀具傳送用的機械手三種類型。
轉(zhuǎn)塔頭方式
轉(zhuǎn)塔頭方式是通過磚塔的旋轉(zhuǎn),使需要的刀具移動到相應(yīng)位置的換刀方式。它一般為順序換刀,優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊,換刀時間極短,一般較多應(yīng)用于加工曲軸類等細(xì)長類工件且需要完成多道工序的零件。
轉(zhuǎn)塔頭方式的自動換刀裝置又分為轉(zhuǎn)塔刀架換刀和磚塔主軸頭換刀兩種方式。轉(zhuǎn)塔刀架換刀方式是在轉(zhuǎn)塔主軸上安裝環(huán)裝刀架,不同刀具依次排列在刀架上,通過轉(zhuǎn)塔頭的旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)自動換刀動作,刀具的位置,依靠刀架的旋轉(zhuǎn)分度來定位。這是一種*簡單的自動換刀裝置,結(jié)構(gòu)上具有良好的剛度,可以承受粗加工的切削力度。這種裝置對刀架旋轉(zhuǎn)的定位精度有較高的要求,如果旋轉(zhuǎn)定位精度有誤差,就無法將刀具送到準(zhǔn)確的位置。
轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式也需要配備轉(zhuǎn)塔,但轉(zhuǎn)塔主軸上連接的不是刀架,而是多個不同方位,成章魚觸手狀分布的分主軸頭,每個主軸頭上事先安裝有各個工序需要使用的刀具。工作中,通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)塔,各主軸頭按照程序指令,依次轉(zhuǎn)動到加工位置,從而實現(xiàn)自動換刀動作。這種換刀方式,由于各分主軸都集中在一個轉(zhuǎn)塔上,對轉(zhuǎn)塔主軸的剛度有較高的要求,刀具主軸的數(shù)量也有所限制。轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式主要應(yīng)用在小型立式數(shù)控加工中心。
數(shù)控加工中心由于配有刀庫和自動換到系統(tǒng),能實現(xiàn)一次莊家完成多道工序,減少專用夾具數(shù)量,縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間,同時減少了多次安裝多造成的定位誤差,提高了加工進(jìn)度,能實現(xiàn)高效率的加工。所以自動換刀系統(tǒng)的性能的好壞直接影響到數(shù)控加工中心的加工效率和效果。