鏈式刀庫換刀控制和液壓控制設計分析

王 盟（大連高金數控集團有限公司,遼寧 大連 116000）

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鏈式刀庫換刀控制和液壓控制設計分析

王 盟
（大連高金數控集團有限公司,遼寧 大連 116000）

摘 要：刀庫系統是實現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，鏈式刀庫因為結構緊湊、容量大等優勢被廣泛應用于大中型數控加工中心。本文將介紹鏈式刀庫中自動換刀裝置的設計原理，分析該設計的特點。并且介紹鏈式刀庫液壓控制的設計原理，分析液壓控制系統的結構等內容。

關鍵詞：鏈式； 刀庫設計； 自動換刀； 設計

在鏈式刀庫系統中自動換刀裝置極為重要，該裝置是將數控加工所需用到的刀具從刀庫系統中傳送到主軸。刀庫系統結構以及自動換刀裝置的運行方式，都會影響到機床換刀效率，而自動換刀裝置更直接影響整機的運行成本。自動換刀裝置一般分為氣壓機構、油壓機構以及電氣式凸輪機構。在鏈式刀庫系統中機械手自動換刀裝置是最關鍵的組成部分。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，提高生產效率，調節生產成本。因此自動換刀裝置在整個數控機床加工中具有重要地位。隨著自動換刀技術不斷發展，現代機床行業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行速度和可靠性，帶有液壓結構的自動換刀裝置由此而生。

1 自動換刀裝置工作原理

鏈式刀庫自動換刀裝置的主要作用是實現從刀庫中取出刀具，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位置上轉移到和主軸平行的位置上。再通過油缸5把機械手臂移送至主軸位置上，進一步實施抓刀動作，將刀具拔出之后，通過油缸旋轉機械手臂180度進行換刀，之后機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和液壓系統控制完成，并由電氣開關進行監控，這樣能夠減少換刀時間，保證能夠穩定換刀，但是工藝要求較高。

2 鏈式刀庫自動換刀裝置的設計分析

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械手轉動，在由機械手完成抓刀、插刀、換刀等動作。機械手部分的設計是將機械手轉向主軸，轉臂將油缸平行移動，進行抓刀動作，抓刀油缸5進行平移。機械手再進行拔刀動作，旋轉180度進行更換刀具動作，然后機械手進行插刀、松刀動作，最后轉移至其待機位置。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行夾緊，通過錐銷進行鎖死。整個過程需要限位開關和電氣開關進行實時監控。

3 液壓控制系統設計分析

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

在設計時，需要保證機械手能自動換刀，其雙臂能夠轉到180度，使電磁換向閥進行控制，節流閥調節旋轉的速度，使機械手到達指定位置。其后，使機械手臂旋轉90度。在機械手換刀持續換刀的過程中，應當將待機位置設置為出發點。當機械手取出刀具時它旋轉的角度設置為36.98度（如圖1所示），并停止在待機位置上。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行控制，仍舊由節流閥控制速度，電氣開關同時進行監控。在換刀時，保證機械手能夠直接由待機位置旋轉到主軸位置進行抓刀，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，同樣由節流閥調整選擇速度。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，在極限位置需要進行監控。雙臂平移部分是為了實現機械手抓刀的過程，使機械手按照直線導軌方向移動，然后進行抓刀，這個過程需要電磁換向閥進行控制，電氣開關進行監控。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行控制，電氣開關進行監控。

高速、高效、高精度將是未來機床的發展目標。在切削速度提升以及切削時間越來越短的基礎上，不斷減少換刀動作花費的時間，提高工作效率。所以，鏈式刀庫系統設計中需要著重研究機械手、液壓控制、電氣設計等方面，對其進行改進，以此保證鏈式刀庫系統具有較高的穩定性以及高剛性。

參考文獻：

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