朱紅娟，劉 勝

（1.南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化工程系，南京 211135；2.南京眾得利自動(dòng)化機(jī)械有限公司，南京

210014）

一種精密換刀裝置的研制*

朱紅娟1，劉 勝2

（1.南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化工程系，南京 211135；2.南京眾得利自動(dòng)化機(jī)械有限公司，南京

210014）

精密換刀裝置由刀盤(pán)、刀座體、刀盤(pán)拉緊機(jī)構(gòu)、換位機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)了粗加工到精加工的連續(xù)進(jìn)行，使粗加工行程結(jié)束后刀具無(wú)需退回到加工前的起始位置就可以直接進(jìn)行刀具的切換。該裝置減少加工時(shí)間，提高加工效率、降低生產(chǎn)成本。

換刀裝置；粗加工；精加工

0 引言

目前，隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床逐漸取代傳統(tǒng)機(jī)床，在機(jī)械生產(chǎn)和制造領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，自動(dòng)換刀裝置是目前數(shù)控機(jī)床的必備裝置?，F(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床，其換刀裝置的結(jié)構(gòu)有多種式樣，但在目前確定的使用條件下存在二個(gè)問(wèn)題。①大部分結(jié)構(gòu)形式的換刀裝置在換刀時(shí)，刀具與被加工零件發(fā)生干涉而損壞刀具；而采取退回到加工前的起始位置再進(jìn)行二次換刀，從刀具加工行程結(jié)束而返回到加工前起始位置的這一行程，是一段空行程，刀具不做任何有效工作，是一道無(wú)用的工序，不但浪費(fèi)時(shí)間，而且嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率的提高；②目前市場(chǎng)上所銷(xiāo)售的自動(dòng)刀架等換刀裝置，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝尺寸大、費(fèi)用昂貴，不適合使用。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本文研制一種可以使粗加工和精加工得以連續(xù)進(jìn)行的精密換刀裝置。該裝置減少加工時(shí)間，提高加工效率、降低生產(chǎn)成本。

1 精密換刀裝置的結(jié)構(gòu)與原理

本裝置包括刀盤(pán)、刀座體、刀盤(pán)拉緊機(jī)構(gòu)、換位機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 精密換刀裝置

刀盤(pán)1的端面上安裝有粗加工刀具3和精加工刀具4，刀盤(pán)1的軸后部安裝有刀盤(pán)拉緊機(jī)構(gòu)，粗加工刀具3和精加工刀具4位置的切換通過(guò)換位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，再由定位機(jī)構(gòu)精確限定刀盤(pán)1的位置。

刀盤(pán)拉緊機(jī)構(gòu)包括刀盤(pán)1、拉緊氣缸、鎖緊螺母7，刀盤(pán)1的軸安裝在刀座體2的孔內(nèi)，刀盤(pán)1的軸后部安裝有拉緊氣缸的活塞6和鎖緊螺母7，刀座體的后部安裝有拉緊氣缸的缸體13。

圖2 定位機(jī)構(gòu)

定位機(jī)構(gòu)包括擋桿8，擋桿8安裝在刀盤(pán)1上，刀座體2上與擋桿8對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有圓弧槽9，擋桿8頂端插入圓弧槽9內(nèi)，圓弧槽9兩端分別設(shè)有對(duì)擋桿8起限位作用的第一螺栓10和第二螺栓11，如圖2所示。當(dāng)需要切換粗加工刀具3進(jìn)行加工時(shí)，換位機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)1使得擋桿8沿圓弧槽9運(yùn)動(dòng)，直到擋桿8觸碰到圓弧槽9另一端的第二螺栓11，說(shuō)明精加工刀具4到達(dá)預(yù)設(shè)位置。第一螺栓10和第二螺栓11準(zhǔn)確定位位置可以通過(guò)螺紋的旋合長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行調(diào)整，并且通過(guò)螺母將位置固定。

換位機(jī)構(gòu)包括可驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)1轉(zhuǎn)動(dòng)的換位氣缸12，換位氣缸12一端固定在機(jī)架上，另一端與刀盤(pán)1通過(guò)連接桿連接。通常，粗加工刀具3和精加工刀具4安裝角度為30°～45°，角度過(guò)小容易發(fā)生刀具之間的安裝位置干涉，角度過(guò)大又會(huì)增大換位氣缸12的運(yùn)動(dòng)行程。

粗加工刀具3或精加工刀具4在進(jìn)行工件的加工時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的切削力，使得安裝刀具的刀盤(pán)1有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，這時(shí)必須要有刀盤(pán)拉緊機(jī)構(gòu)施加拉緊力來(lái)抵御切削力，保證刀盤(pán)的剛性并防止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)侗P(pán)1的軸在刀座體上轉(zhuǎn)動(dòng)并在特定角度停住，刀具處于切削狀態(tài)時(shí)，外來(lái)的氣源通過(guò)管路通道向拉緊氣缸內(nèi)送氣，拉緊氣缸的內(nèi)壓力增大，推動(dòng)活塞6相對(duì)于刀座體2及氣缸體13向后移動(dòng)，再通過(guò)刀盤(pán)的軸使刀盤(pán)1的后端面緊密貼合在刀座體2上，從而產(chǎn)生大的貼合力保證切削的剛性。當(dāng)粗加工完成后，刀盤(pán)1準(zhǔn)備換位時(shí)，首先斷開(kāi)拉緊氣缸的進(jìn)氣，并使拉緊氣缸內(nèi)的壓力氣體排出，這時(shí)附加于刀盤(pán)1后端面的拉緊力也已消除，刀盤(pán)1僅依靠拉緊氣缸內(nèi)部漲緊圈14的彈力以保證刀盤(pán)1和刀座體2間不出現(xiàn)縫隙，防止臟物落入，此時(shí)刀盤(pán)1在換位機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下可在刀座2上自由順暢的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 總結(jié)

本裝置通過(guò)在刀盤(pán)上安裝粗加工刀具和精加工刀具，并通過(guò)刀盤(pán)拉緊機(jī)構(gòu)、換位機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)和刀盤(pán)的配合動(dòng)作，使粗加工行程結(jié)束后刀具無(wú)需退回到加工前的起始位置就可以直接進(jìn)行刀具的切換，繼續(xù)進(jìn)行精加工，實(shí)現(xiàn)粗加工和精加工的連續(xù)進(jìn)行，即在粗加工后的返回行程中同時(shí)進(jìn)行精加工，可以減少加工時(shí)間，大大提高加工效率，有效降低生產(chǎn)成本。

［1］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第5版）第1卷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］韓越梅.加工中心自動(dòng)換刀裝置的研究進(jìn)展［J］.裝備制造技術(shù)，2010（5）：128-129.

［3］楊威.高速加工中心自動(dòng)換刀裝置的研發(fā)［D］.武漢：武漢科技大學(xué)，2012.

［4］李南.刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置可靠性研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2012.

［5］官文.鏈?zhǔn)降稁?kù)及自動(dòng)換刀裝置的控制與檢測(cè)系統(tǒng)研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012.

（編輯 李秀敏）（編輯 李秀敏）

Development of Precision Tool Changer Device

ZHU Hong-juan1，LIU Sheng2
（1.Department of Automation Engineering，Nanjing Institute of Mechatronic Technology，Nanjing 211135，China；2.Nanjing the Public Benefit Automation Machinery Co.Ltd，Nanjing 210014，China）

Precision tool changer device consists of cutter，knife block body，cutter tensioning mechanism，transposition mechanism and positioning mechanism.The utility meet the needs of continuous roughing to finishing，and solve the critical process that the tool can be directly switched without pre-processing tool to make the trip back to the starting position.The device is to reduce the processing time and improve processing efficiency，reduce production costs.

tool changer device，roughing；finishing

TH162；TG65

A

1001-2265（2015）01-0133-02 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.01.037

2014-05-17

江蘇省高等職業(yè)院校國(guó)內(nèi)高級(jí)訪問(wèn)工程師計(jì)劃資助項(xiàng)目（2013）

朱紅娟（1983—），女，南京人，南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化，（E-mail）348643247@qq.com。