刀具交换装置优化方案

数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式通常分为由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换和采用机械手交换刀具两类。刀具的交换方式和它们的具体结构对机床生产率和工作可靠性有着直接的影响。

1.利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置

图6-26　机械手和转塔头配合刀库换刀的自动换刀过程

1—刀库；2—换刀机械手；3，4—刀具主轴；5—转塔头；6—工件；7—工作台

图6-27　利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的数控机床

1—工件；2—刀具；3—主轴；4—主轴箱；5—格子式刀库

利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置在换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间较长。如图6-27所示的数控立式镗铣床就是采用这类刀具交换方式的实例。由图可见，该机床的格子式刀库的结构极为简单，然而换刀过程却较为复杂。它的选刀和换刀由三个坐标轴的数控定位系统来完成，因而每交换一次刀具，工作台和主轴箱就必须沿着三个坐标轴做两次来回的运动，因而增加了换刀时间。另外，由于刀库置于工作台上，故减少了工作台的有效使用面积。(www.xing528.com)

2.刀库-机械手的刀具交换装置

采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间。在各种类型的机械手中，双臂机械手集中地体现了以上的优点。在刀库远离机床主轴的换刀装置中，除了机械手以外，还带有中间搬运装置。

双臂机械手中最常用的几种结构如图6-28所示，它们分别是钩手［见图6-28（a）］、抱手［见图6-28（b）］、伸缩手［见图6-28（c）］和叉手［见图6-28（d）］。这几种机械手能够完成抓刀、拔刀、回转、插刀以及返回等全部动作。为了防止刀具掉落，各机械手的活动爪都必须带有自锁机构。由于双臂回转机械手［图6-29（a）、（b）、（c）］的动作比较简单，而且能够同时抓取与装卸机床主轴和刀库中的刀具，因此换刀时间可以进一步缩短。

图6-29所示为双刀库机械手换刀装置，其特点是用两个刀库和两个单臂机械手进行工作，因而机械手的工作行程大为缩短，有效地节省了换刀时间，而且由于刀库分设两处使布局较为合理。

图6-28　双臂机械手常用机构

图6-29　双刀库机械手换刀装置