李鳴峰

齊二機(jī)床集團(tuán)大連瓦機(jī)數(shù)控機(jī)床有限公司設(shè)計(jì)部，遼寧瓦房店 116300

0 引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的產(chǎn)業(yè)化，人們?cè)絹碓揭蠊ぜ幕Q性。為了保證工件的互換性較好，必然要求工件有好的加工精度，這樣數(shù)控機(jī)床就成為保證加工精度的重要設(shè)備。數(shù)控機(jī)床具有高度自動(dòng)化，可以避免手工操控所產(chǎn)生的誤差。由于較復(fù)雜的工件可能需要相對(duì)較多的加工步驟，如果每個(gè)步驟都停車換刀，再重新對(duì)刀、找正工件，肯定會(huì)使生產(chǎn)節(jié)拍加長(zhǎng)，降低生產(chǎn)率。數(shù)控車床的加工時(shí)間主要由上活、找正、車削、卸活幾個(gè)工序組成，重復(fù)上活、找正兩個(gè)工序會(huì)造成大量的時(shí)間浪費(fèi)，增加加工成本，降低生產(chǎn)率。為了解決這個(gè)問題，就要為數(shù)控機(jī)床增加刀庫(kù)，使其能在不停車的情況下，自動(dòng)換不同工序的刀。

1 立式車床加刀庫(kù)的作用

由于提前對(duì)每把刀的刀尖都設(shè)定有刀具補(bǔ)償，所以換刀后不用再重新對(duì)刀、找正?？梢詫?shí)現(xiàn)一次裝卡過程中，對(duì)多個(gè)工序的連續(xù)加工。能夠大大提高生產(chǎn)效率，也使人工操作的不確定因素達(dá)到最小，提高工件的成品率。對(duì)于數(shù)控立式車床的刀庫(kù)系統(tǒng)，更換預(yù)先裝有車刀的刀夾是一種較簡(jiǎn)單的換刀方式。

2 刀庫(kù)的工作原理

具體原理如圖1所示：將車刀預(yù)先安裝在刀夾11上，再將刀夾依次按放在刀夾架5的徑向位置上，需要換刀的時(shí)候，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)1，通過消隙齒輪3帶動(dòng)大齒圈4轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，使對(duì)應(yīng)的刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置，這時(shí)垂直刀架進(jìn)入換刀位置，取走刀夾，回到工件位置繼續(xù)加工下一個(gè)工序。

3 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

這個(gè)過程中，必需要求刀夾架徑向上的多個(gè)刀夾相對(duì)于垂直刀架的位置一致，否則就會(huì)發(fā)生換刀故障。所以要有一個(gè)檢測(cè)刀夾位置的開關(guān)8，這樣每個(gè)刀夾在進(jìn)入換刀位置時(shí)的位置就可以反饋至數(shù)控系統(tǒng)，保證換刀的準(zhǔn)確無(wú)誤。如果刀庫(kù)始終向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，固然能找到所需的刀具號(hào)，但有時(shí)可能造成時(shí)間的浪費(fèi)，所以伺服電機(jī)必需要有反轉(zhuǎn)功能。但齒輪傳動(dòng)具有反向間隙，為了消除反向間隙，齒輪3就要采用特殊的結(jié)構(gòu)，即齒輪3為兩個(gè)可以拆分的齒輪，其中一個(gè)齒輪在正轉(zhuǎn)傳動(dòng)時(shí)保證零間隙，另一個(gè)齒輪在反轉(zhuǎn)傳動(dòng)時(shí)保證零間隙，兩個(gè)齒輪找好間隙后用銷釘固定在一起作為消除反向間隙的齒輪。為了保證刀庫(kù)主軸的旋轉(zhuǎn)精度，在主軸上選用調(diào)心滾子軸承6，由于其外圈滾道的圓弧中心與軸承中心一致，具有調(diào)心性能，因此可自動(dòng)調(diào)整因主軸或外殼的撓曲或不同心引起的軸心不正。

4 立式車床取刀部分工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

垂直刀架結(jié)構(gòu)如圖2所示，在垂直刀架的滑枕A中安裝有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)拉刀機(jī)械手B，通過電氣控制換向閥使液壓缸換向，帶動(dòng)機(jī)械手B張開及夾緊。由于只靠機(jī)械手夾緊力來定位刀夾的剛性不好，故在刀夾的徑向方向應(yīng)設(shè)有四個(gè)圓柱型銷C，也由油缸帶動(dòng)夾緊及放松，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀夾的軸向定位。垂直刀架的軸向設(shè)有基準(zhǔn)孔D，與刀夾頂端的圓柱體E配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀夾的徑向定位。

圖 2

5 刀庫(kù)換刀過程

換刀時(shí)，垂直刀架移至換刀位，解發(fā)電氣限位開關(guān)，電氣控制開始：刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)至預(yù)定工位，垂直刀架向+Z方向進(jìn)給至預(yù)定位置，使刀夾靠近被夾緊位置，機(jī)械手夾緊，徑向圓柱銷夾緊，完成刀夾的取出，垂直刀架向-Z方向進(jìn)給至參考點(diǎn)，完成換刀整個(gè)過程。

6 刀庫(kù)存在的問題及解決辦法

由于數(shù)控立式車床工作環(huán)境相對(duì)較惡劣，每道工序的加工過程中，會(huì)產(chǎn)生很多從工件上切削下來的碎屑。如果不及時(shí)清理，在將刀夾放入刀庫(kù)的時(shí)候，容易使碎屑粘附在刀夾盤上，使刀夾放入不到位，在下次到該工件取刀夾的時(shí)候，滑枕與刀夾間形成負(fù)間隙，導(dǎo)致刀夾不能正確定位，或?qū)⒌秺A盤撞裂，使整個(gè)刀庫(kù)系統(tǒng)失效。針對(duì)這個(gè)問題，在刀庫(kù)系統(tǒng)上應(yīng)引入氣源，當(dāng)垂直刀架進(jìn)入換刀位置后，不馬上進(jìn)入換刀動(dòng)作，電氣控制延時(shí)3秒鐘，打開氣源，對(duì)刀夾盤吹壓力氣體，將刀夾盤上粘附的碎屑清除干凈，再進(jìn)行換刀工作。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過引入氣源吹氣的方法，可有效解決上述問題。

7 刀庫(kù)的故障及檢修方法

刀庫(kù)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且在工作中又頻繁運(yùn)動(dòng)，所以故障率較高，目前機(jī)床上有50%以上的故障都與之有關(guān)。如運(yùn)動(dòng)故障，定位誤差過大等。這些故障最后都造成換刀動(dòng)作卡位，整機(jī)停止工作。因此刀庫(kù)的維護(hù)十分重要。

7.1 刀庫(kù)的故障及檢修

刀庫(kù)的主要故障為刀庫(kù)不能轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)不到位。刀庫(kù)不能轉(zhuǎn)動(dòng)的原因可能有：1）聯(lián)接電機(jī)軸的聯(lián)軸器松動(dòng)；2）變頻器故障，應(yīng)檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；3）PLC無(wú)控制輸出，可能是接口板中的繼電器失效；4）機(jī)械連接過緊；5）電網(wǎng)電壓過低。

刀庫(kù)轉(zhuǎn)不到位的原因可能有：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)故障，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)誤差。

7.2 換刀機(jī)械手故障及檢修

1）刀具夾不緊掉刀 原因可能是卡緊爪彈簧壓力過??；或彈簧后面的螺母松動(dòng)；或刀具超重；或機(jī)械手卡緊鎖不起作用等；2）刀具夾緊后松不開 原因可能是松鎖的彈簧壓合過緊，卡爪縮不回：應(yīng)調(diào)松螺母，使最大載荷不超過額定數(shù)值；3）刀具交換時(shí)掉刀 換刀時(shí)主軸箱沒有回到換刀點(diǎn)或換刀點(diǎn)漂移，機(jī)械手抓刀時(shí)沒有到位，就開始拔刀，都會(huì)導(dǎo)致?lián)Q刀時(shí)掉刀。這時(shí)應(yīng)重新移動(dòng)主軸箱，使其回到換刀點(diǎn)位置，重新設(shè)定換刀點(diǎn)。

8 刀庫(kù)及換刀機(jī)械手的維護(hù)要點(diǎn)

1）嚴(yán)禁把超重、超長(zhǎng)的刀具裝入刀庫(kù)，防止在機(jī)換刀時(shí)掉刀或刀具與工件、夾具等發(fā)生碰撞；2）選刀時(shí)要注意所換刀具是否與所需刀具一致，防止換錯(cuò)刀具導(dǎo)致事故發(fā)生；3）用手動(dòng)方式往刀庫(kù)上裝刀時(shí)，要確保裝到位，裝牢靠，并檢查刀座上的鎖緊裝置是否可靠；4）經(jīng)常檢查刀庫(kù)的回零位置是否正確，檢查機(jī)床主軸回?fù)Q刀點(diǎn)位置是否到位，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)調(diào)整，否則不能完成換刀動(dòng)作；5）要注意保持刀具刀柄和刀套的清潔；6）開機(jī)時(shí)，應(yīng)先使刀庫(kù)空運(yùn)行，檢查各部分工作是否正常，特別是行程開關(guān)和電磁閥能否正常動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)不正常時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。

9 結(jié)論

經(jīng)過實(shí)踐證明，立車增加刀庫(kù)可大幅度縮短加工時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化意義重大，有必要在立車上普及應(yīng)用。

[1]加工中心應(yīng)用與維修編委會(huì).加工中心應(yīng)用與維修.北京：工業(yè)出版社，1992.

[2]夏田主編.數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]周建東.加工中心盤式刀庫(kù)的設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2007.

[4]許石.加工中心刀庫(kù)自動(dòng)換刀的控制[J].金屬加工(冷加工).