王廣來(lái) 南京四開(kāi)電子企業(yè)有限公司 210007

一種新型旋轉(zhuǎn)式刀庫(kù)

王廣來(lái) 南京四開(kāi)電子企業(yè)有限公司 210007

本文針對(duì)小型機(jī)床配對(duì)刀庫(kù)難的問(wèn)題，從理論設(shè)計(jì)的角度，提出了一種新型的刀庫(kù)設(shè)計(jì)方案--旋轉(zhuǎn)式刀庫(kù)。為小型數(shù)控機(jī)床配比刀庫(kù)提供更多一種的選擇方式。

刀庫(kù)；數(shù)控機(jī)床

數(shù)控行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，在主體結(jié)構(gòu)和性能上已經(jīng)日益成熟，三維方向X、Y、Z軸的直線運(yùn)動(dòng)方式幾乎應(yīng)用到了所有的數(shù)控機(jī)床。刀庫(kù)的發(fā)展也有了相對(duì)固定的模式，斗笠式、圓盤(pán)式、傘型、鏈?zhǔn)降稁?kù)等等都已成熟并且量產(chǎn)化，這些刀庫(kù)都是可以裝多把（10把以上）刀具以上的刀庫(kù)，適用于大中型數(shù)控機(jī)床，近期興起的適用于小型機(jī)床的直線排式、夾臂式等發(fā)展也很迅速，但是相對(duì)于大型機(jī)床刀庫(kù)的豐富多樣性和變化性，適用于小型機(jī)床的刀庫(kù)種類過(guò)于稀少，并不能滿足現(xiàn)代的設(shè)計(jì)生產(chǎn)需要。

1.機(jī)床大小型號(hào)的界定

小型機(jī)床、中型機(jī)床與大型機(jī)床在尺寸上沒(méi)有明確的數(shù)值界定，而且每個(gè)企業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。一般1米[1]以內(nèi)的為小型機(jī)床，1到2米為中型，2米以上就為大型機(jī)床，5米以上則為超大型機(jī)床。本文以1m以內(nèi)行程的小型機(jī)床進(jìn)行理論分析說(shuō)明。

2.現(xiàn)有刀庫(kù)與小型機(jī)床的主要矛盾

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)分析

小型機(jī)床的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程稱一般是不設(shè)計(jì)刀庫(kù)的。如果機(jī)床要帶刀庫(kù)，一般會(huì)先考慮匹配現(xiàn)有的刀庫(kù)，設(shè)計(jì)機(jī)床，即以現(xiàn)有刀庫(kù)為前提設(shè)計(jì)機(jī)床的樣式，刀庫(kù)則是從專門(mén)的刀庫(kù)廠家采購(gòu)或定做。

2.2 制造成本分析

刀庫(kù)的增加會(huì)使機(jī)床的基礎(chǔ)成本增加2萬(wàn)以上，而且在機(jī)床的機(jī)構(gòu)上會(huì)讓機(jī)床體積增大1/3左右。刀庫(kù)一般是安裝在立柱或外接梁上，這就對(duì)剛性提出了更高的要求，為滿足這些要求，一般是以增加機(jī)床相應(yīng)部分的質(zhì)量和體積為代價(jià)的，在一定程度上也增加了機(jī)床的生產(chǎn)費(fèi)用。

2.3 大型刀庫(kù)在小機(jī)床上的不必要性

一般的小型機(jī)床作業(yè)并不需要太多的刀具，一般換刀都會(huì)在10把刀以內(nèi)，而現(xiàn)有的成型刀庫(kù)都是可以裝10把以上的刀具，如果把這種“大型”刀庫(kù)安裝到小型機(jī)床上，難免會(huì)造成大物小用，甚至嚴(yán)重降低產(chǎn)品的性價(jià)比，這在設(shè)計(jì)過(guò)程中是不可取的。

2.4 小型刀庫(kù)的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)有的刀庫(kù)以“大而多”為主要發(fā)展方向。小型刀庫(kù)則主要為直線排式和夾臂式2種，排式刀庫(kù)的容量（10把以內(nèi)）最小，夾臂式（20把以內(nèi)）次之。

圖1.直線排式刀庫(kù)

排式刀庫(kù)（圖1所示）換刀動(dòng)作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是運(yùn)用到了汽缸或油缸等動(dòng)力部件，外加鈑金件之后，整體尺寸也相對(duì)較大，安裝在橫梁的下面，從一定程度上也縮小了加工零件的尺寸。要保證沒(méi)裝刀庫(kù)之前的加工尺寸，就要相對(duì)的加高立柱，機(jī)床體積也響應(yīng)的增加。

圖2.夾臂式刀庫(kù)機(jī)床

夾臂式刀庫(kù)（圖2所示）是固定在Z軸上的一種刀庫(kù)。優(yōu)點(diǎn)是占用空間較小，換刀對(duì)工件也沒(méi)有影響；缺點(diǎn)是刀庫(kù)固定在Z軸，使得在X軸和Z軸（特別是Z軸）方向上的移動(dòng)功率相對(duì)增加，因此，會(huì)把Z軸做成定軸而且對(duì)Z軸的剛性和加工都有更高的要求。這類機(jī)床的缺點(diǎn)還有就是不能加工較大尺寸的零件，一般會(huì)被約束到相對(duì)較小(≤50cm)的范圍內(nèi)。

3.旋轉(zhuǎn)式刀庫(kù)設(shè)計(jì)

圖3.旋轉(zhuǎn)刀庫(kù)結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)（如圖3所示）為2端帶有圓弧刀套托板的對(duì)稱性設(shè)置，它也可以看作是圓盤(pán)式刀庫(kù)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。刀具分列于旋轉(zhuǎn)板的兩端，每端3～4個(gè)刀具安裝位。由伺服電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)和機(jī)床的換刀動(dòng)作。

刀庫(kù)在機(jī)床上的安裝位置跟直排式刀庫(kù)類似，安裝在橫梁的下端面（如圖4所示）。當(dāng)機(jī)床處于工作狀態(tài)時(shí)，刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)到與橫梁相對(duì)平行的位置，藏于橫梁之下，對(duì)機(jī)床的正常作業(yè)不產(chǎn)生任何影響，這也是刀庫(kù)設(shè)計(jì)的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。

圖4.機(jī)床工作狀態(tài)

當(dāng)機(jī)床工作需要換刀時(shí)，旋轉(zhuǎn)板在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)到與橫梁相垂直的位置（如圖5所示），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)換刀動(dòng)作，換刀后，旋轉(zhuǎn)板按原方向旋轉(zhuǎn)回到原位，結(jié)束換刀。

圖5.機(jī)床換刀狀態(tài)

旋轉(zhuǎn)式刀庫(kù)的機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：只需一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)板的轉(zhuǎn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)中也不存在大型刀庫(kù)所需的氣動(dòng)或液壓裝置，機(jī)械機(jī)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單；換刀動(dòng)作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，無(wú)須機(jī)械手換刀，大大簡(jiǎn)化了換刀過(guò)程，有效的縮短了換刀時(shí)間。

4.結(jié)語(yǔ)

提高機(jī)床的作業(yè)效率，在小型機(jī)床上加裝刀庫(kù)是未來(lái)機(jī)床發(fā)展的一種必然趨勢(shì)。豐富多樣的刀庫(kù)樣式可以給機(jī)床設(shè)計(jì)人員提供更多的選擇空間，進(jìn)而可以提升機(jī)床設(shè)計(jì)的多樣化。旋轉(zhuǎn)式刀庫(kù)在理論和實(shí)踐中都是一種新穎的創(chuàng)意，在機(jī)床行業(yè)具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]郭雷,談?dòng)?一種直取式排式刀庫(kù)[P].CN 201109039Y.2007,09,13.

[2]邱焜城.刀庫(kù)之發(fā)展趨勢(shì)與未來(lái)展望[J].制造技術(shù)與機(jī)床.2007，（4）：114-115.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.055