加工中心斗笠式刀库换刀装置的设计_张宇.doc

Equipment Manufactring Technology No.6，2009 !!!! !设计与计算 ! !!!! 加工中心斗笠式刀库换刀装置的设计 张 宇 1，夏晓平 2 （1.常州工学院，江苏 常州 213003；2.常州工程职业技术学院，江苏 常州 213003） 摘要：斗笠式刀库由刀库横移装置、分度选刀装置以及主轴上的刀具自动装卸机构组成。横移装置保证刀库以正弦曲线的运动规律，从起始位置运动到换刀点换刀；分度装置保证刀库轮毂得到周期性间歇运动，起到刀库的转位分度作用；其分度槽槽数越多，刀库转位越平稳，但槽数增加会导致刀库轮盘尺寸增大，因此，合理的刀库容量尤为重要。 关键词：刀库；横移装置；容刀量；分度盘；定位法兰；运动分析  中图分类号：TG659 文献标识码：A 加工中心的换刀方式，一般可以分为有机械手换刀和无机械手换刀。有机械手换刀方式的刀库，一般为链式；无机械手换刀方式的刀库，一般为盘式。无机械手换刀方式，一般适用于立式加工中心，原因是它运动集中，运动部件少。但受立式加工中心机床尺寸大小的限制，刀库鼓轮盘尺寸一般不宜太大，即刀库的容量不能太大。斗笠式刀库，顾名思义，形状像斗笠，结构上为盘式刀库，换刀方式属于无机械手换刀系统，它由刀库横移装置、刀库分度选刀装置以及主轴上的刀具自 动装卸机构组成[1]。 斗笠式刀库换刀时，第一步，是刀库横移装置移动到主轴箱可以达到的位置；第二步，是刀库分度装置进行选刀，它通过精准的分度、定位，把下个工序所需的刀具送到指定位置；第三步，是主轴上的自动装卸机构准确取刀、送刀。所以横移装置和分度装置，是斗笠式刀库的重要组成部件。 斗笠式刀库装置的设计 1.1 刀库横移装置的设计 刀库的横移装置，是在进行换刀的整个过程中，刀库从远离主轴的位置直线移动到主轴轴线位置，以实现换刀。该机构运动的动力部件是刀库电动机，电机轴实现旋转运动，使刀库实现直线移动。本文阐述了一种利用正弦机构运动原理的换刀横移机构，可让电机轴的旋转运动顺利地转化为可控的刀库直线运动。 斗笠式刀库横移装置，由两根圆柱导轨（滑杆）支撑，每根圆柱导轨由两个支架固定在连接板上，连接板固定在机床立柱上，实现刀库与机床立柱的连接。整个刀库可以在两根圆柱导轨上滑动，实现刀库前后运动，以完成抓刀和返回动作。而 刀库前后运动的原动力是由电机通过拨杆和滑块实现的（如图 1）。 当加工中心进行零件加工的时候，刀库远离主轴，停留在最左边极限位置 1，即刀库处于原位。收到换刀指令后，电机通过电机轴逆时针方向旋转，带动拨杆转动（拨杆上带有滑  文章编号：1672- 545X（2009）06- 0048- 03 滑槽 滑块 拨杆 电机轴 圆柱导轨 支架 连接板 位置 2 滑座 位置 1 连接件 刀库 图 1 刀库的横向移动示意图 块），滑块与拨杆联接，跟随拨杆回绕电机轴旋转，滑座上开有滑槽，滑块在滑槽中上下移动，带动滑座（即刀库）向右移动，从而使刀库运动到右极限位置 2，到达换刀位置，等待取刀及放刀电机轴顺时针方向旋转时，使刀库返回。 1.2 刀库分度装置的设计 本文设计的斗笠式刀库的分度装置，使用的是经典的槽轮机构（即马氏机构），它具有结构简单、外形尺寸小、机械效率高，以及能较平稳地、间歇地进行转位等优点。但槽数的多少，直接影响到机构的柔性冲击和准确定位。本节阐述了槽数与机构平稳性的关系。 斗笠式刀库的分度装置，由刀库鼓轮、分度盘、定位法兰、 圆柱滚子等零部件组成，分度装置的电机输出轴轴线与定位法兰、分度盘、刀库鼓轮盘的回转轴线平行。刀库选刀时，首先由刀库回转电机得到旋转指令，输入轴通过联轴器带动定位法兰旋转，从而使在定位法兰上的圆柱滚子廻绕法兰中心转动；当圆柱滚子转动一定角度，进入分度盘的分度槽中，拨动分度盘开始作转位运动；当分度盘转过一定的角度后，圆柱滚子从分度槽中脱出，刀库鼓轮盘（分度盘通过螺钉与刀库鼓轮连在一起转动，见图 2）即静止不动，并由定位法兰的锁止半轴  收稿日期：2009- 3- 25 作者简介：张 宇（1963—），女，江苏常州人，副教授，主要从事数控技术方向的研究和教学，发表论文多篇。  48 《装备制造技术》2009 年第 6 期  定位。 电机 输入轴 连轴器 滚子 定位法兰 分度盘 刀具 刀库鼓轮 图 2 刀具分度装置示意图 定位法兰每回转一圈，就驱动分度盘转过一个槽。电机是连续匀速运动的，从而带动定位法兰与圆柱滚子连续匀速转动。但圆柱滚子是间断性的转入分度槽的，从而使刀库轮毂得到周期性间歇运动，起到了刀库的分度作用（如图 2）。 分度盘与刀库鼓轮同轴，分度盘的分度槽数与刀库鼓轮上的刀数一致。定位法兰不断回转，分度盘就不停地进行分度，刀库鼓轮就不断重复上述的运动循环