■ 山推工程機(jī)械股份有限公司 （濟(jì)寧 272000） 姜興康 張瑞臣 翟中俠

現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，需要附帶自動(dòng)換刀系統(tǒng)，這種換刀系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、存放刀具多，但價(jià)格高昂，需數(shù)萬至幾十萬元，且由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本較高。對(duì)于加工工件種類單一、需要刀具數(shù)量較少且頻繁換刀的廠家，使用此種換刀系統(tǒng)成本太高，如不采用，使用人工換刀則費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為此設(shè)計(jì)了一種帶定位和夾緊裝置的刀架，再通過數(shù)控編程實(shí)現(xiàn)取刀和放刀過程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀。

刀架結(jié)構(gòu)如圖1所示，共設(shè)置8個(gè)刀位。

1. 刀架各部分結(jié)構(gòu)及作用

（1）刀架體：刀架體是整個(gè)刀架的主體部分，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，刀架體的高度與刀具長(zhǎng)度相關(guān)，各刀位間距則與存放刀具直徑相關(guān)，刀架體通過緊固件固定在設(shè)備工作臺(tái)T型槽內(nèi)，刀架體兩側(cè)圓孔為吊裝孔。

（2）刀架板：刀架板用于刀具的放置以及定位板安裝，如圖3所示，刀架板通過螺栓固定在刀架體上，并由定位銷進(jìn)行定位，避免刀架板位置移動(dòng)，刀架板中間設(shè)置了基準(zhǔn)孔，作為刀架坐標(biāo)系零點(diǎn)，刀架板兩側(cè)半圓孔上下倒角，成V字狀，與刀具刀柄處V型槽配合，從而托住刀具。

圖1 刀架結(jié)構(gòu)

圖2 刀架體結(jié)構(gòu)

圖3 刀架板結(jié)構(gòu)

（3）定位板：定位板用于刀具定位，如圖4所示，定位板通過螺釘固定在刀架板的U型槽內(nèi)。

圖4 定位板結(jié)構(gòu)

圖5 夾緊裝置結(jié)構(gòu)

（4）夾緊裝置：夾緊裝置用于刀具夾緊，如圖5a所示，卡座通過螺栓固定在刀架體上，如圖5b所示，彈簧、卡緊銷安裝在卡座孔內(nèi)，彈簧提供彈力，作用于卡緊銷上，當(dāng)?shù)毒呖拷鼕A緊裝置時(shí)，卡緊銷通過擠壓彈簧可以在卡座孔內(nèi)移動(dòng)，并頂住刀具，卡緊銷上設(shè)有鍵槽，通過螺釘對(duì)卡緊銷進(jìn)行限位和導(dǎo)向，避免卡緊銷掉出或轉(zhuǎn)動(dòng)。

2. 刀架工作原理

如圖6所示，刀具通過刀柄V型槽放置在刀架板上，夾緊裝置卡在刀具外沿上，避免刀具掉落，定位板卡在刀具U型槽內(nèi)，避免刀具由于卡緊銷作用力或其他因素造成刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使刀具U型槽與設(shè)備主軸平鍵無法嚙合，主軸取刀時(shí)出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象；控制部分利用數(shù)控編程完成刀架上各刀位刀具的選擇以及控制主軸卡爪的松開與夾緊，完成取刀和放刀動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。

3. 刀架使用方式

（1）將刀架通過緊固件固定在工作臺(tái)側(cè)邊T型槽內(nèi)，并使用百分表通過刀架板側(cè)邊找正刀架，再用百分表確定刀架板中心基準(zhǔn)孔位置，以此為刀架的坐標(biāo)零點(diǎn)。

（2）在確定刀架的位置后，將一刀具安裝在機(jī)床主軸上，采用手動(dòng)方式，將刀具放置在刀架任一刀位上，以此確定刀架板的高度尺寸，注意刀具與刀架板刀位上下部位間隙均勻，避免在換刀過程中刀具與刀架發(fā)生碰撞，損壞主軸。

（3）編制換刀子程序，換刀子程序中以不同參數(shù)表示各刀位點(diǎn)、取刀或放刀選擇，并利用程序跳轉(zhuǎn)完成取刀和放刀動(dòng)作。

（4）在工件加工程序中，輸入表示在所需刀位點(diǎn)取刀和放刀動(dòng)作的參數(shù)，并調(diào)用換刀子程序，即可完成自動(dòng)換刀。

4. 換刀程序

（1）換刀子程序。本文僅寫出刀架左側(cè)1#刀位的換刀子程序，子程序中各位置點(diǎn)（平面）如圖7所示，其余刀位與之類似。

O1000 子程序號(hào)

N10 G49；取消刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償

N20 G00G90Z-240；到達(dá)安全平面

N30 G00G59X-370Y500；到達(dá)換刀起始點(diǎn)

N40 M05；主軸停止

N50 M19；主軸定向

N60 IF[#1EQ1]GOTO80；當(dāng)#1=1時(shí)跳轉(zhuǎn)至N80

圖6 刀具放置

圖7 換刀子程序各位置點(diǎn)（平面）

N70 IF[#1EQ1.1]GOTO200；當(dāng)#1=1.1時(shí)跳轉(zhuǎn)至N200

N80 G0 X-120Y-290； 到達(dá)1號(hào)刀位放置點(diǎn)

N90 M26；主軸松刀

N100 G04P2000；暫停2s，等待卡爪松開

N110 G00 Z-440；到達(dá)中間平面

N120 G01Z-548.5F3000；到達(dá)刀具放置平面

N130 M25；主軸夾刀

N140 G04P2000；暫停2s，等待卡爪夾緊

N150 X-220；到達(dá)中間點(diǎn)

N160 G00 X-370；到達(dá)1號(hào)刀位進(jìn)出點(diǎn)

N170 Z-240；到達(dá)安全平面

N180 Y500；到達(dá)換刀起始點(diǎn)

N190GOTO290；跳轉(zhuǎn)至N290

N200 G0Y-290；到達(dá)1號(hào)位進(jìn)出點(diǎn)

N210Z-548.5；到達(dá)刀具放置平面

N220 G00X-220； 到達(dá)中間點(diǎn)

N230 G01X-120F3000； 到達(dá)1號(hào)刀位放置點(diǎn)

N240 M26；主軸松刀

N250 G04P2000；暫停2s

N260 G00Z-240；到達(dá)安全高度

N270 M25；主軸夾刀

N280X-370 Y500；到達(dá)換刀起始點(diǎn)

N290 M99；程序結(jié)束

（2）主程序。

O1001主程序號(hào)

#1=1；#1賦值，表示取1號(hào)刀

M98P1000；調(diào)用子程序取刀

……加工程序

#1=1.1； #1賦值，表示將刀具放回1號(hào)刀位

M98P1000；調(diào)用子程序放刀

M30；程序結(jié)束

5. 結(jié)語

此刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，制作費(fèi)用低，可以以較低的成本，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，并節(jié)約了加工時(shí)間。

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[1] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

[2] 陳宏鈞．實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

[3] 陳海舟．?dāng)?shù)控銑床加工宏程序及應(yīng)用實(shí)例[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006．