臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計

程志

摘 要：為使加工精度得以提升，數控機裝通常具備自動換刀能力，通過設計自動換刀體系，能提高數控機床多刀、多工序生產制造質量，借助換刀機械手，使主軸刀具、刀庫刀具可以自行轉換，滿足加工生產切實需求，實現自動化加工目標，提高數控機床生產加工效率，本文通過對臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計方略進行分析，以期為提高該裝置應用綜合成效提供依據。

關鍵詞：臥式數控鏜銑床；自動換刀；裝置設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.039

伴隨我國科學技術飛速發展，數控機床生產制造能力得以提升，其中應用最為廣泛的換刀裝置為刀庫式換刀裝置，該裝置以自動換刀為基本模式，通過設計換刀程序，提高刀庫自動換刀效率，能依據生產制造需求自行換刀，落實自動化換刀及數控機床操作目標，達到提高生產制造效率，節約機床生產制造時間的目的。臥式數控鏜銑床自動換刀程序相對較為復雜，其換刀前提是將全部刀具納入該裝置中，通過調節尺寸，使刀庫安裝科學合理，繼而削減非切削時間，提高數控機床生產效率。基于此，為使臥式數控鏜銑床自動換刀更為科學高效，分析其裝置設計方略顯得尤為重要。

1 概述自動換刀裝置

在數控機床內工件、刀具二者相對運動產生工作表面，為使數控機床運行高效、穩定，需在刀庫內安裝足夠多的刀具，用以滿足數控機床運行需求，避免換刀程序過于復雜或換刀時間過長，降低數控機床加工效率，為此需依據數控機床生產加工切實需求，裝置自動換刀系統，滿足各個工件表面加工需求，通過靈活調換刀庫內刀具，使數控機床生產制造效率得到保障。

在安裝刀具時刀架位置需精準合理，刀具選擇需靈活高效，在自行換刀時，需保障進行交換的若干刀具位置正確，能有效保障其精度，使處于刀庫內刀具位置精準、穩定，為數控機床長期使用刀具，提升刀具自動化運行成效。處于刀架上的刀具重量、用途、尺寸均存在極大差異，刀具自動化運行程序較為復雜，徒增自動化換刀裝置運行壓力，尤其對于有些需承擔切削力的刀具來講，其在換刀過程中需合理控制其方向，避免刀具在更換過程中出現碰撞、交叉等消極現象，為此機械手、刀庫均需具有一定穩定性及剛度，確保切削過程平穩，換刀過程合理高效，達到提高數控機床生產旨在效率的目的[1]。

2 分析臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計方略

通過對自動換刀裝置進行分析可知，該裝置具有一定設計難度，并能有效提高數控機床生產制造效率，為此在當前數控機床加工體系中必不可少，為充分發揮自動換刀裝置應用效用，分析臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計方略勢在必行。

（1）機械手結構設計。機械手是控制自動換刀裝置的基礎，只有該環節設計得當，技術人員才能保障自動換刀裝置設計科學合理。機械手的手部結構需能適應驅動力、夾緊力，依據轉動機構及驅動力進行設計，手指張開范圍需達標，并具有一定的開閉程度，使工件抓取得當且穩固，機械手需重量輕、結構緊湊、效率高、剛度強，使手抓夾精度得到保障。通常情況下，臥式數控鏜銑床自動換刀裝置所需機械手結構多為移動型（手指可以做簡單的往復動作）、回轉性（分為連桿杠桿式、滑槽杠桿式兩種）、平面平移型（按照一定凹槽及既定軌跡進行移動）。手指夾緊力需依據FN≥K1K2K3G來計算，其中K1表示安全系數（1.2/2.0），K2表示工作情況系數，受慣性影響，（K2=1+b/a），K3為方位系數，依據臥式數控鏜銑床自動換刀需求，以及工件和手指位置設計，G為機械手抓取工件重力。

機械手通常情況下由動力源、傳送機構、控制裝置、機體四個環節構成，其中本體、小車等元件構成機體，抓緊機構及伸縮手臂為傳送機構主要構件，動力源則由機械驅動及液壓驅動兩種形式構成。

為使機械機構設計科學得當，技術人員需在掌握臥式數控鏜銑床自動換刀需求基礎上，秉持運動平穩、傳動率高、能源預緊、工作壽命長、同步性能好、定位精準、可靠性高、不自鎖、經濟性強、成本低等原則進行設計，使數控機床運行成效得到保障[2]。

（2）刀庫設計。刀庫驅動方式通常情況下分為普通電動機驅動、伺服電動機驅動、液動機驅動等形式，為使刀庫設計科學合理，且符合數控機床設計需求，以液動機驅動（齒輪式液壓馬達CBF—F10，其中轉速為每分鐘2500轉，最高轉速可得到每分鐘3000轉，10.8kW為驅動功率，10mk/r為排量）為例，對刀庫設計進行分析，確保刀庫設計科學可行。結合液動機驅動條件，能計算出臥式數控鏜銑床自動換刀裝置轉矩T，其中T=35.45N·m，刀庫轉動軸功率及轉速分別為187.5r/min，750r/min，為使設計精度得以提升，其圓柱齒輪轉轉動之比（nm/i1、nm/i2）中i的取值范圍控制在3—5之間，本次計算取平均值4。聯軸器效率為η=0.99，η=0.995為滾動軸承效率，齒輪轉動效率為η=0.97。經計算各軸轉矩分別為136.14N·m、525.58N·m，依據公式dmin=A03計算自動換刀裝置軸最小直徑分別為dmin1=42.65mm，dmin2=39.84mm，經計算得出齒輪重要幾何尺寸為：d1=m，z1=84mm，d2=m，z2=268mm，a=m/2（z1+z2）=176mm，b=φd，d1=58.8mm，經計算刀庫設計強度滿足臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計需求[3]。

3 結束語

綜上所述，為使臥式數控鏜銑床生產制造效率得以提升，技術人員需結合該機床運行需求，合理設計換刀裝置，通過刀庫設計及機械手設計，使換刀裝置精準高效，滿足該機床運行切實需求。技術人員需不斷累積數控機床自動化體系優化經驗，在設計實踐進程中累積經驗，用以提高相關裝置設計質量，助力我國機械加工產業穩健發展。

參考文獻：

[1]趙曉勇，栗文岳，陳琳.關于數控鏜銑床（臥式）操作經驗總結[J].科學技術創新，2018（13）：14-15.

[2]黃寧玲，楊書根.基于多工位加工的臥式數控鏜銑床設計[J].機械工程師，2015（12）：191-192.

[3]宋辰，高坤.關于“EBC110”數控臥式鏜銑床加工中心外觀結構設計[J].環球市場，2016（29）：107.