□ 王 銳

通用技術(shù)沈陽機床股份有限公司 沈陽 110141

1 設計背景

刀庫是加工中心的重要組成部分,是提供儲刀的位置,也是依程序的控制,正確選擇刀具加以定位,配合主軸共同完成刀具交換包括有刀和無刀切換動作的機構(gòu)。

常規(guī)刀庫主要有圓盤式、鏈式、斗笠式等,且相關(guān)研究成果較多,但這些刀庫對刀具的直徑、長度和質(zhì)量都有相應的限制。這些限制對于常規(guī)使用的刀具是可以滿足的,但有些時候,機床會用到一些特殊的刀具,比如校平刀,如圖1所示。

▲圖1 校平刀

校平刀是一種用來快速找正工件的工具,其末端為刀柄結(jié)構(gòu),可像常規(guī)刀具一樣連接于主軸鼻端,前端為一字型,兩端各有一個用來接觸工件的壓塊,兩壓塊其端面連線與刀柄軸線垂直。中部有彈簧和導向機構(gòu),使用時通過壓縮彈簧可增大對工件的壓力,使工件與校平刀緊密貼合,其接觸面即與主軸軸線垂直,進而快速完成對工件位置的找正,如圖2所示。校平刀通常直徑和質(zhì)量較大,常規(guī)的刀庫難以滿足存儲校平刀的需求。

▲圖2 校平刀在橋殼找正過程中的應用

為解決校平刀這類大型刀具或工具的存儲和使用問題,很多目前常規(guī)的解決方案是在機床工作臺上合適位置制作一個固定支架,將校平刀通過特定裝置,如刀爪,存儲在固定支架上,需要時主軸移動到該支架位置將校平刀取走,用完后歸還原位。有研究人員通過在工作臺上安裝固定刀架的方式,解決了某型加工中心大型鏜刀的存放及使用問題。該方案雖結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,但存在兩個主要問題。首先,工作臺面往往空間有限,很難找到合適的空間用來安裝校平刀的支架。其次,工作臺面位于加工區(qū)內(nèi),機床加工工件時該區(qū)域會有大量的冷卻液和鐵屑,鐵屑容易掛在校平刀的刀柄上,影響主軸抓刀。

為解決上訴問題,需要一種遠離加工區(qū)、配備防護機構(gòu)、并可實現(xiàn)自動刀具取送的刀庫來滿足校平刀等大型刀具或工具的使用,為此,筆者開發(fā)了一種獨立于主刀庫之外的刀庫機構(gòu),來滿足使用要求。

2 機構(gòu)介紹

筆者研發(fā)了一種用于校平刀等大型刀具或工具的獨立刀庫,以下簡稱校平刀刀庫,并在龍門機床上的應用進行具體描述,如圖3所示,校平刀刀庫結(jié)構(gòu)如圖4所示,刀爪伸出狀態(tài)如圖5所示。刀庫包括刀庫底板,換刀臂通過直線導軌及滑塊與刀庫底板連接,直線導軌安裝在換刀臂上,滑塊安裝在刀庫底板上。換刀臂前端裝有調(diào)整墊及刀爪,用來夾持校平刀。換刀臂由氣缸推動,沿導軌方向帶著校平刀前后移動,換刀臂的伸出和退回均有位置檢測機構(gòu),包含伸出到位開關(guān)及支架、退回到位開關(guān)及支架、伸出到位開關(guān)簧片、退回到位開關(guān)簧片,以及有刀檢測開關(guān)及支架。

換刀臂伸出到位限位機構(gòu)主要用來完成換刀臂伸出位置的準確控制,如圖6所示。限位塊經(jīng)熱處理提高硬度,當換刀臂伸出到位時,限位塊與刀庫底板相接觸,阻止換刀臂繼續(xù)前進,進而完成限位。限位塊與調(diào)整支架連接,調(diào)整螺釘可將調(diào)整支架向前頂或向后拉,進而調(diào)整限位塊的準確位置,調(diào)整之后通過鎖緊螺釘將調(diào)整支架鎖緊,完成調(diào)整。要說明的是,換刀臂的退回到位可通過氣缸自身的行程極限控制,無嚴格的位置要求,所以無需額外加裝換刀臂退回到位機構(gòu)。

▲圖3 校平刀刀庫在龍門機床上的應用實例

刀庫俯仰調(diào)整機構(gòu)如圖7所示,主要用來調(diào)整刀庫的俯仰姿態(tài),刀庫底板的下方前后各有一處調(diào)整機構(gòu),調(diào)整螺釘可將刀庫底板向上頂或向下拉,前后兩個調(diào)整機構(gòu)共同完成對刀庫俯仰姿態(tài)的控制。

3 主軸取刀過程

主軸取刀過程如圖8所示。

第一步,主軸轉(zhuǎn)到指定角度,并移動到指定位置,即換刀點上方,換刀門打開。進行有刀開關(guān)檢測、換刀門打開到位檢測,均有信號則進行下一步,否則機床報警。

第二步,換刀臂伸出,進行換刀臂伸出開關(guān)檢測,有信號則進行下一步,否則機床報警。

第三步,主軸下移到指定位置,即換刀點,抓住刀具。主軸抓刀相關(guān)開關(guān)檢測,信號正常則進行下一步,否則機床報警。

第四步,換刀臂退回,退回到位隨后換刀門關(guān)閉。進行換刀臂退回開關(guān)檢測、刀庫門關(guān)閉到位檢測、有刀開關(guān)檢測,信號均正常則表示主軸取刀動作完成,否則機床報警。

4 主軸還刀過程

主軸還刀過程如圖9所示。

第一步,主軸轉(zhuǎn)到指定角度,并移動到指定位置,即換刀點,換刀門打開。換刀門打開到位檢測,有信號則進行下一步,否則機床報警。

▲圖4 校平刀刀庫結(jié)構(gòu)▲圖5 刀爪伸出狀態(tài)▲圖6 換刀臂伸出到位限位機構(gòu)

第二步,換刀臂伸出,換刀臂伸出開關(guān)檢測,有信號則進行下一步,否則機床報警。

第三步,主軸松刀。主軸松刀動作及檢測,信號正常則進行下一步,否則機床報警。

▲圖7 刀庫俯仰調(diào)整機構(gòu)▲圖8 主軸取刀過程

第四步,主軸上移。

第五步,換刀臂退回,退回到位隨后換刀門關(guān)閉。進行換刀臂退回開關(guān)檢測、換刀門關(guān)閉到位檢測、有刀開關(guān)檢測,信號均正常,則表示主軸還刀完成,否則機床報警。

主軸取刀及還刀流程分別如圖10、圖11所示。

▲圖9 主軸還刀過程

▲圖10 主軸取刀流程

▲圖11 主軸還刀流程

5 其它應用實例

筆者所研發(fā)的刀庫除了可在龍門機床上應用之外,還可以廣泛應用于其它主軸在Z向移動的機床,如倒T型臥式加工中心,如圖12所示。

▲圖12 校平刀刀庫在倒T型臥式加工中心上的應用

6 結(jié)束語

筆者研發(fā)了一種適用于較大型刀具存儲和換刀的刀庫,刀庫前端安裝有刀爪,由氣缸驅(qū)動,沿直線導軌前后移動,配備完善的信號檢測功能,刀庫安裝位置遠離加工區(qū),可配合換刀門,避免了鐵屑和冷卻液對刀具的影響,彌補了普通刀庫對某些大型刀具或工具的適應能力不足的缺點。該刀庫可廣泛應用于主軸可以在Z向移動的機床,并且已在SUC3000VM10加工中心上得到應用和驗證,效果良好。