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）

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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(dòng)化加工中必備的儲(chǔ)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?dòng)換刀裝置的設(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(dòng)換刀； 設(shè)計(jì)

在鏈?zhǔn)降稁煜到y(tǒng)中自動(dòng)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(dòng)換刀裝置的運(yùn)行方式，都會(huì)影響到機(jī)床換刀效率，而自動(dòng)換刀裝置更直接影響整機(jī)的運(yùn)行成本。自動(dòng)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(dòng)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(shí)間，并且降低多次裝夾工件的出錯(cuò)率，提高生產(chǎn)效率，調(diào)節(jié)生產(chǎn)成本。因此自動(dòng)換刀裝置在整個(gè)數(shù)控機(jī)床加工中具有重要地位。隨著自動(dòng)換刀技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)床行業(yè)對自動(dòng)換刀裝置有了更高的要求。因此，很多制造商加重了自動(dòng)換刀裝置的科研力度，投入大量人力和物力，不斷提高自動(dòng)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(dòng)換刀裝置由此而生。

1 自動(dòng)換刀裝置工作原理

鏈?zhǔn)降稁熳詣?dòng)換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(shí)，由圖中油缸4就會(huì)將自動(dòng)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(dòng)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(gè)操作動(dòng)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(shí)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?dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)分析

自動(dòng)換刀裝置有許多部分組成，即傳動(dòng)裝置、自動(dòng)換刀裝置、動(dòng)力裝置以及倒刀裝置等。自動(dòng)換刀裝置中，需要通過油缸推動(dòng)齒輪鏈條帶動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)，在由機(jī)械手完成抓刀、插刀、換刀等動(dòng)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(dòng)，進(jìn)行抓刀動(dòng)作，抓刀油缸5進(jìn)行平移。機(jī)械手再進(jìn)行拔刀動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)180度進(jìn)行更換刀具動(dòng)作，然后機(jī)械手進(jìn)行插刀、松刀動(dòng)作，最后轉(zhuǎn)移至其待機(jī)位置。整個(gè)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(gè)夾緊裝置分別進(jìn)行夾緊刀具和松開刀具的動(dòng)作。每個(gè)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(gè)過程需要限位開關(guān)和電氣開關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

自動(dòng)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(gè)部分，即雙臂轉(zhuǎn)至180度；手臂轉(zhuǎn)至90度；雙臂前后向移動(dòng)；雙臂水平移動(dòng)；刀套鏈轉(zhuǎn)動(dòng)和刀座定位。

在設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證機(jī)械手能自動(dòng)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(shí)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(gè)動(dòng)作的完成需要由三位四通電磁換向閥對其中的一個(gè)油缸水平移動(dòng)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(shí)進(jìn)行監(jiān)控。在換刀時(shí)，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(gè)過程需另一個(gè)電磁換向閥控制另外一個(gè)油缸水平移動(dòng)完成，同樣由節(jié)流閥調(diào)整選擇速度。雙臂向前后移動(dòng)，這個(gè)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(dòng)的方向水平移動(dòng)156毫米。使刀具離開主軸錐孔。這個(gè)動(dòng)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(dòng)，然后進(jìn)行抓刀，這個(gè)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(dòng)卸刀則是移動(dòng)換塞桿將刀具從刀座中頂出，這個(gè)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(shí)間越來越短的基礎(chǔ)上，不斷減少換刀動(dòng)作花費(fèi)的時(shí)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