圆盘式换刀器的分度机构及刀盘设计

圆盘式换刀器的分度机构及刀盘设计
尹婧
【摘要】本文对圆盘式换刀器的分度机构和刃盘进行了设计。

这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间较短，总体结构简单，动作准确可靠。

本刀库满载装刀12把，采用单环排列方式排放，按顺序选刀原则选刀。

【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2012(000)004
【总页数】1页(P64-64)
【关键词】加工中心;刀库;数控加工
【作者】尹婧
【作者单位】黑龙江东方学院机电工程学部,黑龙江哈尔滨150086
【正文语种】中文
【中图分类】TG659.023
1 设计对象
本设计为TH5632立式加工中心（自动换刀数控立式镗铣床）设计圆盘式换刀装置。

该加工中心是新一代精密高效立式加工中心，可为汽车、摩托车、航空航天、机械制造、等行业批量生产阀类、板盘类和箱体类零件，可进入自动线进行批量生产。

2 刀库分度机构的设计
2.1 刀库转动定位机构的选择
目前圆盘式刀库分度装置大多采用单头双导程蜗轮蜗杆传动，此传动机构在使用中可随时调整蜗轮蜗杆的传动间隙，实现准确的转位分度，但此传动机构较复杂，且蜗轮和蜗杆的加工较困难。

圆盘式刀库一般使用在立式加工中心上，受机床尺寸大小的限制，刀库的容量不能太大，所以分度装置多使用经典的槽轮机构，如图1所示。

它由主动曲柄1、槽轮2、拨销3和锁止盘4组成。

主动曲柄回转轴线与槽轮回转轴线平行，通常主动曲柄作等速回转，当主动曲柄上的拨销进入槽中，就拨动槽轮作反向转位运动，当拨销从槽中脱出，槽轮即静止，并由锁止盘定位。

当只有一个拨销时，主动曲柄转一周，槽轮作转一个角度的步进运动，从而实现转位、分度和定位。

2.2 槽轮机构参数计算
槽轮槽数Z可根据刀库容量选取，但不同槽数时外啮合槽轮的角速度和角加速度
的变化不同，槽数越小，则角加速度的变化越大，由此产生的冲击和磨损也就越大。

因此在用槽轮机构时，槽数应不小于8。

设计中刀库容量为12把刀。

槽轮机构的其他参数可由表1求出。

根据以上参数可设计出槽轮和锁止盘的尺寸。

如图2所示，绘制12槽槽轮机构图。

当槽轮机构进入和脱出槽口的瞬时位置，主动曲柄中心与槽的中心线垂直，使槽轮转位起、停瞬时的角速度等于零，避免了刚性冲击。

但是槽轮转位起、停时的角加速度变化较大，因此当槽与滚子之间存在间隙时，会产生一定冲击，为减小冲击可采取以下方法：a.减小或消除拨销和槽之间的间隙；b.回转轴采用空心结构，减小槽轮组件的转动惯量；c.增加轴承的预紧力，从而增加槽轮组件的回转阻尼。

3 刀盘设计
3.1 刀盘部分的设计
刀盘尺寸的确定：刀盘采用轮辐式结构，这样既能满足使用要求，又能保证刀盘的
强度。

在整个设计过程中保证各尺寸在换刀过程中不发生干涉即可，刀盘直径为450mm。

如图3刀盘结构图，刀盘组件主要由刀盘和刀夹组成，12个刀夹均布在刀盘的圆周上。

3.2 刀夹的设计
在无刀状态下,两刀夹在夹紧弹簧的作用下,驱闭合状态。

当接到换刀指令时,刀库回转体将位于其上的空刀夹单元转至刀库换刀点,这时位于机床主轴前端的刀具释放块跟随主轴快速移动到换刀点,在刀具释放块的作用下,将位于刀库回转体上刀夹单元的解锁销钉打开,所需换刀的刀具在主轴的夹持下,与主轴一同移动到换刀点。

这时两刀夹在夹紧弹簧的作用下,将刀具夹紧。

主轴松开刀柄向后移动,与此同时位于刀夹单元后端的解锁销钉在锁刀弹簧的作用下,将解锁销钉上的斜面紧紧推靠在刀夹后端的两侧斜面上,完成锁刀动作(如图4所示)。

刀库回转体将所需要的刀具转至刀库换刀点,主轴向前移动,主轴前端的刀具释放块将解锁销钉打开,同时主轴夹紧刀柄。

主轴取到所需要的刀具后,主轴前端的刀具释放块跟随主轴一同向外移动离开刀库,当刀具释放块的引导斜面离开解锁销钉时,解锁销钉在锁刀弹簧的作用下回到原位,进行刀具锁紧,刀库回转体转回刀库原位,刀库完成一次换刀循环。

刀夹设计的关键是夹持力和夹爪的设计,夹持力过大,换刀机械手承载力大,夹爪磨损过快,夹持力过小,会产生掉刀现象。

因此,弹簧的设计就很重要,且12个夹持用的弹簧特性尽量一致。

夹爪的硬度要低于刀柄的硬度。

刀夹结构如图5所示。

4 结论
数控技术的发展必定是未来制造业的发展方向，刀库的发展极大地左右了加工中心的发展，而盘式刀库的结构解决了刀库容量，机床加工范围等的众多问题。

本次设计的刀库满载装刀12把，刀盘最低转速达到60r/min，满足了实际加工中节省时间的目的，提高了加工效率。

参考文献
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