王 盟（大連高金數(shù)控集團(tuán)有限公司,遼寧 大連 116000）

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鏈?zhǔn)降稁鞊Q刀控制和液壓控制設(shè)計(jì)分析

王 盟
（大連高金數(shù)控集團(tuán)有限公司,遼寧 大連 116000）

摘 要：刀庫系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動化加工中必備的儲備刀具和交換刀具的重要裝置。其中，鏈?zhǔn)降稁煲驗(yàn)榻Y(jié)構(gòu)緊湊、容量大等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于大中型數(shù)控加工中心。本文將介紹鏈?zhǔn)降稁熘凶詣訐Q刀裝置的設(shè)計(jì)原理，分析該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。并且介紹鏈?zhǔn)降稁煲簤嚎刂频脑O(shè)計(jì)原理，分析液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鏈?zhǔn)剑?刀庫設(shè)計(jì)； 自動換刀； 設(shè)計(jì)

在鏈?zhǔn)降稁煜到y(tǒng)中自動換刀裝置極為重要，該裝置是將數(shù)控加工所需用到的刀具從刀庫系統(tǒng)中傳送到主軸。刀庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及自動換刀裝置的運(yùn)行方式，都會影響到機(jī)床換刀效率，而自動換刀裝置更直接影響整機(jī)的運(yùn)行成本。自動換刀裝置一般分為氣壓機(jī)構(gòu)、油壓機(jī)構(gòu)以及電氣式凸輪機(jī)構(gòu)。在鏈?zhǔn)降稁煜到y(tǒng)中機(jī)械手自動換刀裝置是最關(guān)鍵的組成部分。該裝置的作用是能減少加工過程中非切削的時間，并且降低多次裝夾工件的出錯率，提高生產(chǎn)效率，調(diào)節(jié)生產(chǎn)成本。因此自動換刀裝置在整個數(shù)控機(jī)床加工中具有重要地位。隨著自動換刀技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)床行業(yè)對自動換刀裝置有了更高的要求。因此，很多制造商加重了自動換刀裝置的科研力度，投入大量人力和物力，不斷提高自動換刀裝置的運(yùn)行速度和可靠性，帶有液壓結(jié)構(gòu)的自動換刀裝置由此而生。

1 自動換刀裝置工作原理

鏈?zhǔn)降稁熳詣訐Q刀裝置的主要作用是實(shí)現(xiàn)從刀庫中取出刀具，并將其插入主軸的錐孔中，以及將刀具從主軸上取下送回刀庫。主軸在換刀位置上時，由圖中油缸4就會將自動換刀裝置從待機(jī)位置上轉(zhuǎn)移到和主軸平行的位置上。再通過油缸5把機(jī)械手臂移送至主軸位置上，進(jìn)一步實(shí)施抓刀動作，將刀具拔出之后，通過油缸旋轉(zhuǎn)機(jī)械手臂180度進(jìn)行換刀，之后機(jī)械手臂返回到原來位置，把舊刀放回刀庫中。整個操作動作都需要通過電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)控制完成，并由電氣開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控，這樣能夠減少換刀時間，保證能夠穩(wěn)定換刀，但是工藝要求較高。

2 鏈?zhǔn)降稁熳詣訐Q刀裝置的設(shè)計(jì)分析

自動換刀裝置有許多部分組成，即傳動裝置、自動換刀裝置、動力裝置以及倒刀裝置等。自動換刀裝置中，需要通過油缸推動齒輪鏈條帶動機(jī)械手轉(zhuǎn)動，在由機(jī)械手完成抓刀、插刀、換刀等動作。機(jī)械手部分的設(shè)計(jì)是將機(jī)械手轉(zhuǎn)向主軸，轉(zhuǎn)臂將油缸平行移動，進(jìn)行抓刀動作，抓刀油缸5進(jìn)行平移。機(jī)械手再進(jìn)行拔刀動作，旋轉(zhuǎn)180度進(jìn)行更換刀具動作，然后機(jī)械手進(jìn)行插刀、松刀動作，最后轉(zhuǎn)移至其待機(jī)位置。整個過程中的抓刀和松刀過程是通過夾緊裝置完成的，需要有兩個夾緊裝置分別進(jìn)行夾緊刀具和松開刀具的動作。每個夾緊裝置都需要由一組碟形彈簧進(jìn)行夾緊，通過錐銷進(jìn)行鎖死。整個過程需要限位開關(guān)和電氣開關(guān)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

3 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

自動換刀裝置工作都是由電液系統(tǒng)進(jìn)行控制，其中液壓控制系統(tǒng)的控制工作可以分為五個部分，即雙臂轉(zhuǎn)至180度；手臂轉(zhuǎn)至90度；雙臂前后向移動；雙臂水平移動；刀套鏈轉(zhuǎn)動和刀座定位。

在設(shè)計(jì)時，需要保證機(jī)械手能自動換刀，其雙臂能夠轉(zhuǎn)到180度，使電磁換向閥進(jìn)行控制，節(jié)流閥調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)的速度，使機(jī)械手到達(dá)指定位置。其后，使機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)90度。在機(jī)械手換刀持續(xù)換刀的過程中，應(yīng)當(dāng)將待機(jī)位置設(shè)置為出發(fā)點(diǎn)。當(dāng)機(jī)械手取出刀具時它旋轉(zhuǎn)的角度設(shè)置為36.98度（如圖1所示），并停止在待機(jī)位置上。這個動作的完成需要由三位四通電磁換向閥對其中的一個油缸水平移動過程進(jìn)行控制，仍舊由節(jié)流閥控制速度，電氣開關(guān)同時進(jìn)行監(jiān)控。在換刀時，保證機(jī)械手能夠直接由待機(jī)位置旋轉(zhuǎn)到主軸位置進(jìn)行抓刀，這個過程需另一個電磁換向閥控制另外一個油缸水平移動完成，同樣由節(jié)流閥調(diào)整選擇速度。雙臂向前后移動，這個過程主要是為了完成插刀和拔刀的過程。機(jī)械手需要按照刀具移動的方向水平移動156毫米。使刀具離開主軸錐孔。這個動作需要通過二位四通電磁閥完成，在極限位置需要進(jìn)行監(jiān)控。雙臂平移部分是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械手抓刀的過程，使機(jī)械手按照直線導(dǎo)軌方向移動，然后進(jìn)行抓刀，這個過程需要電磁換向閥進(jìn)行控制，電氣開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控。手動卸刀則是移動換塞桿將刀具從刀座中頂出，這個過程同樣需要電磁換向閥進(jìn)行控制，電氣開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控。

高速、高效、高精度將是未來機(jī)床的發(fā)展目標(biāo)。在切削速度提升以及切削時間越來越短的基礎(chǔ)上，不斷減少換刀動作花費(fèi)的時間，提高工作效率。所以，鏈?zhǔn)降稁煜到y(tǒng)設(shè)計(jì)中需要著重研究機(jī)械手、液壓控制、電氣設(shè)計(jì)等方面，對其進(jìn)行改進(jìn)，以此保證鏈?zhǔn)降稁煜到y(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性以及高剛性。

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.205