適用于校平刀等大型刀具的機(jī)床刀庫(kù)設(shè)計(jì)

□ 王 銳

通用技術(shù)沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司 沈陽(yáng) 110141

1 設(shè)計(jì)背景

刀庫(kù)是加工中心的重要組成部分,是提供儲(chǔ)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(wú)刀切換動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。

常規(guī)刀庫(kù)主要有圓盤式、鏈?zhǔn)健⒍敷沂降?且相關(guān)研究成果較多,但這些刀庫(kù)對(duì)刀具的直徑、長(zhǎng)度和質(zhì)量都有相應(yīng)的限制。這些限制對(duì)于常規(guī)使用的刀具是可以滿足的,但有些時(shí)候,機(jī)床會(huì)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(lái)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(gè)用來(lái)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(dǎo)向機(jī)構(gòu),使用時(shí)通過(guò)壓縮彈簧可增大對(duì)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(jìn)而快速完成對(duì)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(kù)難以滿足存儲(chǔ)校平刀的需求。

▲圖2 校平刀在橋殼找正過(guò)程中的應(yīng)用

為解決校平刀這類大型刀具或工具的存儲(chǔ)和使用問(wèn)題,很多目前常規(guī)的解決方案是在機(jī)床工作臺(tái)上合適位置制作一個(gè)固定支架,將校平刀通過(guò)特定裝置,如刀爪,存儲(chǔ)在固定支架上,需要時(shí)主軸移動(dòng)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(guò)在工作臺(tái)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(wèn)題。該方案雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,但存在兩個(gè)主要問(wèn)題。首先,工作臺(tái)面往往空間有限,很難找到合適的空間用來(lái)安裝校平刀的支架。其次,工作臺(tái)面位于加工區(qū)內(nèi),機(jī)床加工工件時(shí)該區(qū)域會(huì)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(wèn)題,需要一種遠(yuǎn)離加工區(qū)、配備防護(hù)機(jī)構(gòu)、并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刀具取送的刀庫(kù)來(lái)滿足校平刀等大型刀具或工具的使用,為此,筆者開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)立于主刀庫(kù)之外的刀庫(kù)機(jī)構(gòu),來(lái)滿足使用要求。

2 機(jī)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(dú)立刀庫(kù),以下簡(jiǎn)稱校平刀刀庫(kù),并在龍門機(jī)床上的應(yīng)用進(jìn)行具體描述,如圖3所示,校平刀刀庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖4所示,刀爪伸出狀態(tài)如圖5所示。刀庫(kù)包括刀庫(kù)底板,換刀臂通過(guò)直線導(dǎo)軌及滑塊與刀庫(kù)底板連接,直線導(dǎo)軌安裝在換刀臂上,滑塊安裝在刀庫(kù)底板上。換刀臂前端裝有調(diào)整墊及刀爪,用來(lái)夾持校平刀。換刀臂由氣缸推動(dòng),沿導(dǎo)軌方向帶著校平刀前后移動(dòng),換刀臂的伸出和退回均有位置檢測(cè)機(jī)構(gòu),包含伸出到位開(kāi)關(guān)及支架、退回到位開(kāi)關(guān)及支架、伸出到位開(kāi)關(guān)簧片、退回到位開(kāi)關(guān)簧片,以及有刀檢測(cè)開(kāi)關(guān)及支架。

換刀臂伸出到位限位機(jī)構(gòu)主要用來(lái)完成換刀臂伸出位置的準(zhǔn)確控制,如圖6所示。限位塊經(jīng)熱處理提高硬度,當(dāng)換刀臂伸出到位時(shí),限位塊與刀庫(kù)底板相接觸,阻止換刀臂繼續(xù)前進(jìn),進(jìn)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(jìn)而調(diào)整限位塊的準(zhǔn)確位置,調(diào)整之后通過(guò)鎖緊螺釘將調(diào)整支架鎖緊,完成調(diào)整。要說(shuō)明的是,換刀臂的退回到位可通過(guò)氣缸自身的行程極限控制,無(wú)嚴(yán)格的位置要求,所以無(wú)需額外加裝換刀臂退回到位機(jī)構(gòu)。

▲圖3 校平刀刀庫(kù)在龍門機(jī)床上的應(yīng)用實(shí)例

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

3 主軸取刀過(guò)程

主軸取刀過(guò)程如圖8所示。

第一步,主軸轉(zhuǎn)到指定角度,并移動(dòng)到指定位置,即換刀點(diǎn)上方,換刀門打開(kāi)。進(jìn)行有刀開(kāi)關(guān)檢測(cè)、換刀門打開(kāi)到位檢測(cè),均有信號(hào)則進(jìn)行下一步,否則機(jī)床報(bào)警。

第二步,換刀臂伸出,進(jìn)行換刀臂伸出開(kāi)關(guān)檢測(cè),有信號(hào)則進(jìn)行下一步,否則機(jī)床報(bào)警。

第三步,主軸下移到指定位置,即換刀點(diǎn),抓住刀具。主軸抓刀相關(guān)開(kāi)關(guān)檢測(cè),信號(hào)正常則進(jìn)行下一步,否則機(jī)床報(bào)警。

第四步,換刀臂退回,退回到位隨后換刀門關(guān)閉。進(jìn)行換刀臂退回開(kāi)關(guān)檢測(cè)、刀庫(kù)門關(guān)閉到位檢測(cè)、有刀開(kāi)關(guān)檢測(cè),信號(hào)均正常則表示主軸取刀動(dòng)作完成,否則機(jī)床報(bào)警。

4 主軸還刀過(guò)程

主軸還刀過(guò)程如圖9所示。

第一步,主軸轉(zhuǎn)到指定角度,并移動(dòng)到指定位置,即換刀點(diǎn),換刀門打開(kāi)。換刀門打開(kāi)到位檢測(cè),有信號(hào)則進(jìn)行下一步,否則機(jī)床報(bào)警。

▲圖4 校平刀刀庫(kù)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(jī)構(gòu)

第二步,換刀臂伸出,換刀臂伸出開(kāi)關(guān)檢測(cè),有信號(hào)則進(jìn)行下一步,否則機(jī)床報(bào)警。

第三步,主軸松刀。主軸松刀動(dòng)作及檢測(cè),信號(hào)正常則進(jìn)行下一步,否則機(jī)床報(bào)警。

▲圖7 刀庫(kù)俯仰調(diào)整機(jī)構(gòu)▲圖8 主軸取刀過(guò)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(jìn)行換刀臂退回開(kāi)關(guān)檢測(cè)、換刀門關(guān)閉到位檢測(cè)、有刀開(kāi)關(guān)檢測(cè),信號(hào)均正常,則表示主軸還刀完成,否則機(jī)床報(bào)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(guò)程

▲圖10 主軸取刀流程

▲圖11 主軸還刀流程

5 其它應(yīng)用實(shí)例

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

▲圖12 校平刀刀庫(kù)在倒T型臥式加工中心上的應(yīng)用

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者研發(fā)了一種適用于較大型刀具存儲(chǔ)和換刀的刀庫(kù),刀庫(kù)前端安裝有刀爪,由氣缸驅(qū)動(dòng),沿直線導(dǎo)軌前后移動(dòng),配備完善的信號(hào)檢測(cè)功能,刀庫(kù)安裝位置遠(yuǎn)離加工區(qū),可配合換刀門,避免了鐵屑和冷卻液對(duì)刀具的影響,彌補(bǔ)了普通刀庫(kù)對(duì)某些大型刀具或工具的適應(yīng)能力不足的缺點(diǎn)。該刀庫(kù)可廣泛應(yīng)用于主軸可以在Z向移動(dòng)的機(jī)床,并且已在SUC3000VM10加工中心上得到應(yīng)用和驗(yàn)證,效果良好。