生产线数控机床的辅助装置和刀具

3.4 生产线数控机床的辅助装置和刀具

3.4.1数控机床的回转工作台

工作台是数控机床伺服进给系统中的执行部件。立式数控铣床和卧式数控机床工作台的结构形式各不相同。立式机床工作台不作分度运动，其形状一般为长方形。卧式机床工作台的台面形状通常为正方形。由于这种工作台经常要作分度运动或回转运动，而且它的回转、分度运动驱动机构一般装在工作台里，所以也称为分度工作台或回转工作台。

不论是卧式还是立式数控机床，根据工件加工工艺的需要，在工作台上还可增设独立的分度工作台（也称为分度头）。分度工作台多数采用多齿盘分度方式，也可采用蜗轮副分度方式，以实现任意角度的分度和切削过程中的连续回转运动。

3.4.1数控机床的回转工作台

1.分度工作台

如图所示为卧式加工中心多齿盘分度工作台的结构。当需要分度时，液压缸8的下腔进压力油，活塞5抬起工作台，上多齿盘4离开下多齿盘9。当上多齿盘上升到顶时，压下行程开关，发出开始分度信号。此时伺服电动机启动，经过蜗轮副1和小轴端的小齿轮3，带动上多齿盘4的大齿轮按规定分度角度回转。转到规定位置以后，发出下降信号，油缸8的上腔进压力油，工作台下降，上、下多齿盘再度啮合，达到准确分度。此时另一行程开关被压下，发出分度完毕信号，机床即可开始加工。

多齿盘分度工作台

3.4.1数控机床的回转工作台

机床分度工作台之所以常用多齿盘分度方式，是因为多齿盘分度有以下优点：

1）分度精度高，精度保持性好；

2）重复性好；

3）刚性好，承载能力强；

4）能自动定心；

5）分度机构和驱动机构可以分离；

多齿盘分度工作台通常采用PLC简易定位，驱动机构采用蜗轮副及齿轮副。它的电器定位与多齿盘定位会产生定位干涉，即所谓的过定位。当上多齿盘下落时，为了与下多齿盘正确啮合，工作台会产生附加扭转，一旦出现不正常的过大扭矩，由于蜗杆的自锁作用会导致驱动元件的损坏。为此许多制造厂家在设计上采用了浮动蜗杆结构。

3.4.1数控机床的回转工作台

2.数控回转工作台

多齿盘分度工作台只能按最小角度的整数倍分度，故即使采用360齿的齿盘，也只能按1°的整数倍分度，而且只能在不切削时进行分度。这就使多齿盘分度工作台方式受到一定局限。为了实现任意角度分度，并在切削过程中转台能够回转，采用了数控回转工作台（简称数控转台），其结构如下图所示。

3.4.1数控机床的回转工作台

数控回转工作台

3.4.1数控机床的回转工作台

需要分度时泄去锁紧油缸1上腔压力油，即可处于松开状态。此时由伺服电动机驱动蜗轮副，带动工作台回转，而分度角度位置则由角度位置反馈元件2反馈给数控装置。反馈元件通常为圆感应同步器和圆光栅。

数控转台的蜗杆传动常采用单头双导轨蜗杆传动，或者采用平面齿圆柱齿轮包络蜗杆传动，也可采用双蜗杆传动。双导程蜗杆左、右齿面的导程不等，因而蜗杆的轴向移动即可改变啮合间隙，实现无间隙传动。

平面齿圆柱齿轮包络蜗杆传动的接触齿数多，重叠系数大，因而它的承载能力比普通圆柱蜗杆传动副高1～2倍，且传动效率高，磨损小，传动平稳，是比较理想的传动形式。但它的制造工艺复杂，成本较高。

3.4.2数控机床的自动换刀装置

自动换刀装置的作用：无自动换刀功能的数控机床只能完成单工序的加工，如车、钻、铣等。因此，其加工效率的提高受到一定的限制，特别是对于占辅助时间较长的刀具交换和刀具尺寸调整、对刀等还需要手动完成。

目前，自动换刀装置已广泛用于镗铣床、铣床、钻床、车床、组合机床及其他机床上。使用自动换刀装置再配合精密数控转台、不仅扩大了数控机床的使用范围，还可使加工效率得到了大大提高，同时，由于零件一次安装可以完成多工序加工，减少了零件安装定位次数和装夹误差，从而进一步提高了加工精度。

3.4.2数控机床的自动换刀装置

自动换刀装置：在数控机床上，实现刀具自动交换的装置称为自动换刀装置。

自动换刀装置所必须具备的功能：必须能够存放一定数量的刀具；换刀时间短；刀具重复定位精度高；结构简单、制造成本低、可靠性高是对数控机床自动换刀装置的基本要求。其中，特别是自动换刀装置的可靠性，对于自动换刀机床来说显得尤其重要。

自动换刀装置根据其组成结构可分为回转刀架式、转塔式、更换主轴箱式和带刀库自动换刀式。

3.4.2数控机床的自动换刀装置

1.回转刀架换刀

在数控车床上，由于工件安装于主轴上，刀具只需在刀架上进行交换即可，它不涉及到主轴和刀架间的刀具交换问题，因此，换刀装置结构简单，形式比较单一，通常都使用回转刀架进行换刀。

回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度。

一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧等。

3.4.2数控机床的自动换刀装置

3.4.2数控机床的自动换刀装置
1）刀架抬起：当数控装置发 出换刀指令后，电动机 1起 动正转，并经联轴器 2使蜗 杆 3转动，从而带动蜗轮丝 杠4转动。刀架体 7的内孔加 工有螺纹与丝杠联结，蜗轮4 与丝杠为整体结构。当蜗轮 开始转动时，由于刀架底座5 和刀架体 7上的端面齿处于 啮合状态，且蜗轮丝杠轴向 固定，因此刀架体 7抬起。

3.4.2数控机床的自动换刀装置
2）刀架转位：当刀架抬 起至一定的距离后，端面 齿脱，转位套9用销钉与 蜗轮丝杠4联结，随蜗轮 丝杠一同转动。当端面齿 完全脱开时，转位套正好 转过 160，球头销 8在弹 簧力的作用下进入转位套 9的槽中，带动刀架体转 位。