數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序,縮短輔助時間,減少多次安裝工件所引起的誤差,必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地面積小以及安全可靠等基本要求。
1.回轉(zhuǎn)刀架換刀
回轉(zhuǎn)刀架是一種簡單的自動換刀裝置,常用于數(shù)控車床??梢栽O(shè)計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具,并按數(shù)控裝置的指令換刀。
回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度,以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置,對于數(shù)控車床來說,加工過程中刀具位置不進(jìn)行人工調(diào)整,因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu),以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后,具有盡可能高的重復(fù)定位精度(一般為0.001~0.005mm)。
一般情況下,回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位及刀架壓緊等。
2.更換主軸頭換刀(刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動)
更換主軸換刀是帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實(shí)際上就
是一個轉(zhuǎn)塔刀庫
主軸頭有臥式和立式兩種,通常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭,以實(shí)現(xiàn)自動換刀。在轉(zhuǎn)塔的各個主軸上,預(yù)先安裝有各工序所需要的旋轉(zhuǎn)刀具,當(dāng)發(fā)出換刀指令時,各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置,并接通主運(yùn)動,使相應(yīng)的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)。而其它處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動脫開。
這種更換主軸換刀裝置,省去了自動松、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運(yùn)等一系列的復(fù)雜操作,從而縮短了換刀時間,并提高了換刀的可靠性。但是由于空間位置的限制,使主軸部件結(jié)構(gòu)尺寸不能太大,因而影響了主軸系統(tǒng)的剛性。為了保證主軸的剛性,必須限制主軸的數(shù)目,否則會使結(jié)構(gòu)尺寸增大。因此,轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只適用于工序較少、精度要求不太高的機(jī)床,例如數(shù)控鉆、銑床等。
3.帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)
由于回轉(zhuǎn)刀架、轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置容納的刀具數(shù)量不能太多,不能滿足復(fù)雜零件的加工需要,因此,自動換刀數(shù)控機(jī)床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機(jī)構(gòu)組成,換刀過程較為復(fù)雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上,在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后,按一定的方式放入刀庫。換刀時,先在刀庫中選刀,再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具,進(jìn)行交換,將新刀裝入主軸,舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量,既可安裝在主軸箱的側(cè)面或上方。由于帶刀庫的自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床的主軸箱內(nèi)只有一根主軸,主軸部件的剛度要高,以滿足精密加工要求。
另外,刀庫內(nèi)刀具數(shù)量較大,因而能夠進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工,大大提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)適用于數(shù)控鉆削中心和加工中心。