闽台吉辅立式车床刀库行业应用

《 刀库在数控立式车床上的应用》

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随着工业生产活动的产业化， 人们越来越要求工件的互换性。 为了保证工件 的互换性较好， 必然要求工件有好的加工精度， 这样数控机床就成为保证加工精 度的重要设备。 数控机床具有高度自动化， 可以避免手工操控所产生的误差。 由 于较复杂的工件可能需要相对较多的加工步骤， 如果每个步骤都停车换刀， 再重 新对刀、找正工件，肯定会使生产节拍加长，降低生产率。数控车床的加工时间主要由上活、找正、车削、卸活几个工序组成，重复上活、找正两个工序会造成大量的时间浪费，增加加工成本，降低生产率。为了解决这个问题，就要为数控机床增加刀库，使其能在不停车的情况下，自动换不同工序的刀。恒昌荣机电技术文献分享

1 立式车床加刀库的作用

由于提前对每把刀的刀尖都设定有刀具补偿，所以换刀后不用再重新对刀、找正。可以实现一次装卡过程中， 对多个工序的连续加工。 能够大大提高生产效 率，也使人工操作的不确定因素达到较小， 提高工件的成品率。 对于数控立式车 床的刀库系统，更换预先装有车刀的刀夹是一种较简单的换刀方式。

2 刀库的工作原理

具体原理如图 1 所示:将车刀预先安装在刀夹 11 上，再将刀夹依次按放在刀夹架 5 的径向位置上， 需要换刀的时候， 数控系统发出指令， 驱动伺服电机 1，通过消隙齿轮 3 带动大齿圈 4 转动相应的角度，使对应的刀具旋转到换刀位置， 这时垂直刀架进入换刀位置，取走刀夹，回到工件位置继续加工下一个工序。

3 刀库结构特点

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1.伺服电机 ；2.联轴器； 3.消隙齿轮； 4.大齿圈； 5.刀夹架； 6.轴承；7.压盖；

8.限位检测； 9.刀柄； 10.防护罩； 11.刀夹

这个过程中，必需要求刀夹架径向上的多个刀夹相对于垂直刀架的位置一致，否则就会发生换刀故障。所以要有一个检测刀夹位置的开关 8，这样每个刀夹在进入换刀位置时的位置就可以反馈至数控系统， 保证换刀的准确无误。 如果 刀库始终向一个方向旋转， 固然能找到所需的刀具号， 但有时可能造成时间的浪 费，所以伺服电机必需要有反转功能。 但齿轮传动具有反向间隙， 为了消除反向 间隙，齿轮 3 就要采用特殊的结构， 即齿轮 3 为两个可以拆分的齿轮， 其中一个 齿轮在正转传动时保证零间隙， 另一个齿轮在反转传动时保证零间隙， 两个齿轮 找好间隙后用销钉固定在一起作为消除反向间隙的齿轮。 为了保证刀库主轴的旋 转精度，在主轴上选用调心滚子轴承 6，由于其外圈滚道的圆弧中心与轴承中心 一致，具有调心性能， 因此可自动调整因主轴或外壳的挠曲或不同心引起的轴心不正。

4 立式车床取刀部分工作原理及结构特点

垂直刀架结构如图 2 所示，在垂直刀架的滑枕 A 中安装有国际标准的自动 拉刀机械手 B，通过电气控制换向阀使液压缸换向，带动机械手 B 张开及夹紧。 由于只靠机械手夹紧力来定位刀夹的刚性不好， 故在刀夹的径向方向应设有四个 圆柱型销 C，也由油缸带动夹紧及放松，实现对刀夹的轴向定位。垂直刀架的轴向设有基准孔 D，与刀夹*的圆柱体 E 配合，实现对刀夹的径向定位。

5 刀库换刀过程

换刀时，垂直刀架移至换刀位，解发电气限位开关，电气控制开始:刀库旋 转至预定工位，垂直刀架向 Z 方向进给至预定位置，使刀夹靠近被夹紧位置，机械手夹紧，径向圆柱销夹紧，完成刀夹的取出，垂直刀架向 -Z 方向进给至参 考点，完成换刀整个过程。

6 刀库存在的问题及解决办法

由于数控立式车床工作环境相对较恶劣， 每道工序的加工过程中， 会产生很 多从工件上切削下来的碎屑。 如果不及时清理， 在将刀夹放入刀库的时候， 容易 使碎屑粘附在刀夹盘上， 使刀夹放入不到位， 在下次到该工件取刀夹的时候， 滑 枕与刀夹间形成负间隙， 导致刀夹不能正确定位， 或将刀夹盘撞裂， 使整个刀库 系统失效。 针对这个问题， 在刀库系统上应引入气源， 当垂直刀架进入换刀位置 后，不马上进入换刀动作，电气控制延时 3 秒钟，打开气源，对刀夹盘吹压力气 体，将刀夹盘上粘附的碎屑清除干净，再进行换刀工作。经过实验验证，通过引入气源吹气的方法，可有效解决上述问题。

7 刀库的故障及检修方法

刀库结构较复杂， 且在工作中又频繁运动， 所以故障率较高， 目前机床上有 50％以上的故障都与之有关。 如运动故障， 定位误差过大等。 这些故障最后都造 成换刀动作卡位，整机停止工作。因此刀库的维护十分重要。

7.1 刀库的故障及检修刀库的主要故障为刀库不能转动或转动不到位。刀库不能转动的原因可能有:1）联接电机轴的联轴器松动； 2）变频器故障，应检查变频器的输入、输出 电压是否正常； 3）PLC 无控制输出，可能是接口板中的继电器失效； 4）机械连 接过紧； 5）电网电压过低。

刀库转不到位的原因可能有:电动机转动故障，传动机构误差。

7.2 换刀机械手故障及检修

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1）刀具夹不紧掉刀 原因可能是卡紧爪弹簧压力过小； 或弹簧后面的螺母松 动；或刀具**重；或机械手卡紧锁不起作用等； 2）刀具夹紧后松不开 原因可能 是松锁的弹簧压合过紧， 卡爪缩不回: 应调松螺母，大载荷不**过额定数值；3）刀具交换时掉刀 换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移， 机械手抓刀时 没有到位，就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。这时应重新移动主轴箱，使其回到换刀点位置，重新设定换刀点。

8 刀库及换刀机械手的维护要点

1）严禁把**重、 **长的刀具装入刀库， 防止在机换刀时掉刀或刀具与工件、 夹具等发生碰撞； 2）选刀时要注意所换刀具是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生； 3）用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位，装牢靠，并检查刀座上的锁紧装置是否可靠； 4）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查 机床主轴回换刀点位置是否到位， 发现问题要及时调整， 否则不能完成换刀动作；

5）要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁； 6）开机时，应先使刀库空运行，检查各 部分工作是否正常， 特别是行程开关和电磁阀能否正常动作， 发现不正常时应及 时处理。

9 结论

经过实践证明， 立车增加刀库可大幅度缩短加工时间， 提高劳动生产率。 对 实现工业自动化意义重大，有必要在立车上普及应用。