一種新型旋轉式刀庫

王廣來

(南京四開電子企業有限公司，江蘇南京 210007)

數控行業發展到現在，在主體結構和性能上已經日益成熟，三維方向X、Y、Z軸的直線運動方式幾乎應用到了所有的數控機床。刀庫的發展也有了相對固定的模式，斗笠式、圓盤式、傘型、鏈式刀庫等等都已成熟并且量產化，這些刀庫都是可以裝多把(10把以上)刀具的刀庫，適用于大中型數控機床，近期興起的適用于小型機床的直線排式、夾臂式等發展也很迅速，但是相對于大型機床刀庫的豐富多樣性和變化性，適用于小型機床的刀庫種類過于稀少，并不能滿足現代的設計生產需要。

1 機床大小型號的界定

小型機床、中型機床與大型機床在尺寸上沒有明確的數值界定，而且每個企業制定的標準也不一樣。一般1 m(X、Y、Z任一方向上的行程)以內的為小型機床，1～2 m為中型，2 m以上就為大型機床，5 m以上則為超大型機床。本文以1 m以內行程的小型機床進行理論分析說明。

2 現有刀庫與小型機床的主要矛盾

2.1 機械設計分析

小型機床的設計過程一般是不設計刀庫的。如果機床要帶刀庫，一般會先考慮匹配現有的刀庫，設計機床，即以現有刀庫為前提設計機床的樣式，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

刀庫的增加會使機床的基礎成本增加2萬元以上，而且在機床的機構上會讓機床體積增大1/3左右。刀庫一般是安裝在立柱或外接梁上，這就對剛性提出了更高的要求，為滿足這些要求，一般是以增加機床相應部分的質量和體積為代價的，在一定程度上也增加了機床的生產費用。

2.3 大型刀庫在小機床上的不必要性

一般的小型機床作業并不需要太多的刀具，一般換刀都會在10把刀以內。而現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”刀庫安裝到小型機床上，難免會造成大物小用，甚至嚴重降低產品的性價比，這在設計過程中是不可取的。

2.4 小型刀庫的發展現狀

現有的刀庫以“大而多”為主要發展方向。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)最小，夾臂式(20把以內)次之。

排式刀庫(圖1)換刀動作簡單，缺點是運用到了氣缸或油缸等動力部件，外加鈑金件之后，整體尺寸也相對較大，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，就要相對的加高立柱，機床體積也相應地增大。

夾臂式刀庫(圖2)是固定在Z軸上的一種刀庫。優點是占用空間較小，換刀對工件也沒有影響;缺點是刀庫固定在Z軸，使得在X軸和Z軸(特別是Z軸)方向上的移動功率相對增大，因此，會把Z軸做成定軸而且對Z軸的剛性和加工都有更高的要求。這類機床的缺點還有就是不能加工較大尺寸的工件，一般會被約束到相對較小(≤50 cm)的范圍內。

3 旋轉式刀庫設計

旋轉式刀庫的結構(圖3)為兩端帶有圓弧刀套托板的對稱性設置，它也可以看作是圓盤式刀庫的改進結構。刀具分列于旋轉板的兩端，每端3～4個刀具安裝位。由伺服電動機帶動轉軸旋轉，進而實現刀具的轉動和機床的換刀動作。

刀庫在機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)。當機床處于工作狀態時，刀庫旋轉到與橫梁相對平行的位置，藏于橫梁之下，對機床的正常作業不產生任何影響，這也是刀庫設計的主要標準之一。

當機床工作需要換刀時，旋轉板在電動機的驅動下旋轉到與橫梁相垂直的位置(圖5)，進而實現換刀動作，換刀后，旋轉板按原方向旋轉回到原位，結束換刀。

旋轉式刀庫的機構優點:只需1臺伺服電動機驅動旋轉板的轉動就可實現，結構中也不存在大型刀庫所需的氣動或液壓裝置，機械結構也相對簡單;換刀動作簡單，不需要復雜的傳動機構，無須機械手換刀，大大簡化了換刀過程，有效地縮短了換刀時間。

4 結語

提高機床的作業效率，在小型機床上加裝刀庫是未來機床發展的一種必然趨勢。豐富多樣的刀庫樣式可以給機床設計人員提供更多的選擇空間，進而可以提升機床設計的多樣化。旋轉式刀庫在理論和實踐中都是一種新穎的創意，在機床行業具有一定的推廣應用價值。

［1］郭雷，談勇.一種直取式排式刀庫［P］.CN 201109039Y，2007，09，13.

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