自動換刀裝置的形式

自動換刀裝置是加工中心的重要執行機構,它的形式多種多樣,目前常見的有以下幾種。

1.回轉刀架換刀

數控機床使用的回轉刀架是最簡單的自動換刀裝置,有四方刀架、六角刀架,即在其上裝有四把、六把或更多的刀具。
回轉刀架必須具有良好的強度和剛度,以承受粗加工的切削力:同時要保證回轉刀架在每次轉位的重復定位精度。

圖1為數控車床六角回轉刀架,它適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時,可以用四方回轉刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同,更換刀架十分方便。

圖1 數控車床六角回轉刀架
1-活塞 2-刀架體 3、7-齒輪 4-齒圈 5-空套齒輪
6-活塞 8-齒條 9-固定插銷 10、11-推桿 12-觸頭

回轉刀架的全部動作由液壓系統通過電磁換向閥和順序閥進行控制,它的動作分為4個步驟:

(1)刀架抬起 當數控裝置發出換刀指令后,壓力油由a孔進入壓緊液壓缸的下腔,活塞1上升,刀架體2抬起,使定位用的活動插銷10與固定插銷9脫開。同時,活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪5結合。

(2)刀架轉位 當刀架抬起后,壓力油從c孔進入轉位液壓缸左腔,活塞6向右移動,通過聯接板帶動齒條8移動,使空套齒輪5作逆時針方向轉動。通過端齒離合器使刀架轉過60º。活塞的行程應等于齒輪5分度圓周長的1/6,并由限位開關控制。

(3)刀架壓緊 刀架轉位之后,壓力油從b孔進入壓緊液壓缸上腔,活塞1帶動刀架體2下降。齒輪3的底盤上精確地安裝有6個帶斜楔的圓柱固定插銷9,利用活動插銷10消除定位銷與孔之間的間隙,實現反靠定位。刀架體2下降時,定位活動插銷10與另一個固定插銷9卡緊,同時齒輪3與齒圈4的錐面接觸,刀架在新的位置定位并夾緊。這時,端齒離合器與空套齒輪5脫開。

(4)轉位液壓缸復位 刀架壓緊之后,壓力油從d孔進入轉位液壓缸的右腔,活塞6帶動齒條復位,由于此時端齒離合器已脫開,齒條帶動齒輪3在軸上空轉。

如果定位和夾緊動作正常,推桿11與相應的觸頭12接觸,發出信號表示換刀過程已經結束,可以繼續進行切削加工。
回轉刀架除了采用液壓缸轉位和定位銷定位之外,還可以采用電動機帶動離合器定位,以及其他轉位和定位機構。

2.更換主軸頭換刀

在帶有旋轉刀具數控機床中,更換主軸頭是一種簡單換刀方式。主軸頭通常有臥式和立式兩種,而且常用轉塔的轉位來更換主軸頭,以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸頭上,預先安裝有各工序所需的旋轉刀具。當發出換刀指令時,各主軸頭依次地轉到加工位置,并接通主軸運動,使相應的主軸帶動刀具旋轉,而其他處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。

圖2為臥式八軸轉塔頭。轉塔頭上徑向分布著八根結構完全相同的主軸7,主軸的回轉運動由齒輪12輸入。當數控裝置發出換刀指令時,先通過液壓撥叉將移動齒輪3與齒輪12脫離嚙合,同時在中心液壓缸14的上腔通壓力油。由于活塞桿和活塞15固定在底座上,因此中心液壓缸14帶著由兩個推力軸承17和16支承的轉塔刀架體18抬起,離合器2和1脫離嚙合。然后壓力油進入轉位液壓缸,推動活塞齒條,再經過中間齒輪使大齒輪4與轉塔刀架體18一起回轉45º,將下一工序的主軸轉到工作位置。轉位結束后,壓力油進入中心液壓缸14的下腔,使轉塔頭下降,離合器2和1重新嚙合,實現了精確的定位。在壓力油的作用下,轉塔頭被壓緊,轉位液壓缸退回原位。最后,通過液壓撥叉移動齒輪3,使它與新換上的主軸齒輪12相嚙合。為了改善主軸結構的裝配工藝性,整個主軸部件裝在套筒5內,只要卸去螺釘10,就可以將整個部件抽出。主軸前軸承9采用錐孔雙列圓柱滾子軸承,調整時,先卸下端蓋6,然后擰緊螺母8,使內環做軸向移動,以便消除軸承的徑向間隙。


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