王廣來

(南京四開電子企業(yè)有限公司，江蘇南京 210007)

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。刀庫的發(fā)展也有了相對(duì)固定的模式，斗笠式、圓盤式、傘型、鏈?zhǔn)降稁斓鹊榷家殉墒觳⑶伊慨a(chǎn)化，這些刀庫都是可以裝多把(10把以上)刀具的刀庫，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)床刀庫的豐富多樣性和變化性，適用于小型機(jī)床的刀庫種類過于稀少，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 m(X、Y、Z任一方向上的行程)以內(nèi)的為小型機(jī)床，1～2 m為中型，2 m以上就為大型機(jī)床，5 m以上則為超大型機(jī)床。本文以1 m以內(nèi)行程的小型機(jī)床進(jìn)行理論分析說明。

2 現(xiàn)有刀庫與小型機(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)過程一般是不設(shè)計(jì)刀庫的。如果機(jī)床要帶刀庫，一般會(huì)先考慮匹配現(xiàn)有的刀庫，設(shè)計(jì)機(jī)床，即以現(xiàn)有刀庫為前提設(shè)計(jì)機(jī)床的樣式，刀庫則是從專門的刀庫廠家采購或定做。

2.2 制造成本分析

刀庫的增加會(huì)使機(jī)床的基礎(chǔ)成本增加2萬元以上，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)有的成型刀庫都是可以裝10把以上的刀具，如果把這種“大型”刀庫安裝到小型機(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)過程中是不可取的。

2.4 小型刀庫的發(fā)展現(xiàn)狀

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

排式刀庫(圖1)換刀動(dòng)作簡單，缺點(diǎn)是運(yùn)用到了氣缸或油缸等動(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工件的尺寸。要保證沒裝刀庫之前的加工尺寸，就要相對(duì)的加高立柱，機(jī)床體積也相應(yīng)地增大。

夾臂式刀庫(圖2)是固定在Z軸上的一種刀庫。優(yōu)點(diǎn)是占用空間較小，換刀對(duì)工件也沒有影響;缺點(diǎn)是刀庫固定在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)增大，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工件，一般會(huì)被約束到相對(duì)較小(≤50 cm)的范圍內(nèi)。

3 旋轉(zhuǎn)式刀庫設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)式刀庫的結(jié)構(gòu)(圖3)為兩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式刀庫的改進(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。由伺服電動(dòng)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。

刀庫在機(jī)床上的安裝位置跟直排式刀庫類似，安裝在橫梁的下端面(圖4)。當(dāng)機(jī)床處于工作狀態(tài)時(shí)，刀庫旋轉(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，這也是刀庫設(shè)計(jì)的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。

當(dāng)機(jī)床工作需要換刀時(shí)，旋轉(zhuǎn)板在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)到與橫梁相垂直的位置(圖5)，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。

旋轉(zhuǎn)式刀庫的機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn):只需1臺(tái)伺服電動(dòng)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所需的氣動(dòng)或液壓裝置，機(jī)械結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單;換刀動(dòng)作簡單，不需要復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，無須機(jī)械手換刀，大大簡化了換刀過程，有效地縮短了換刀時(shí)間。

4 結(jié)語

提高機(jī)床的作業(yè)效率，在小型機(jī)床上加裝刀庫是未來機(jī)床發(fā)展的一種必然趨勢。豐富多樣的刀庫樣式可以給機(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［P］.CN 201109039Y，2007，09，13.

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