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刀庫(kù)系統(tǒng)是提供自動(dòng)化加工過(guò)程中所需之儲(chǔ)刀及換刀需求的一種裝置。其自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)及可以儲(chǔ)放多把刀具的刀庫(kù),改變了傳統(tǒng)以人為主的生產(chǎn)方式。借由電腦程序的控制,可以完成各種不同的加工需求,如銑削、鉆孔、鏜孔、攻牙等,大幅縮短加工時(shí)程,降低生產(chǎn)成本,這是刀庫(kù)系統(tǒng)的大特點(diǎn)。
刀庫(kù)主要是提供儲(chǔ)刀位置,并能依程式的控制,正確選擇刀具加以定位,以進(jìn)行刀具交換;換刀機(jī)構(gòu)則是執(zhí)行刀具交換的動(dòng)作。刀庫(kù)必須與換刀機(jī)構(gòu)同時(shí)存在,若無(wú)刀庫(kù)則加工所需刀具無(wú)法事先儲(chǔ)備;若無(wú)換刀機(jī)構(gòu),則加工所需刀具無(wú)法自刀庫(kù)依序更換,而失去降低非切削時(shí)間的目的。此二者在功能及運(yùn)用上相輔相成缺一不可。
近年來(lái)刀庫(kù)的發(fā)展已超越其為工具機(jī)配件的角色,在其*的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合工具機(jī)高精度、能、高可靠度及多工復(fù)合等概念之產(chǎn)品。其產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)劣,關(guān)系到工具機(jī)的整體效能表現(xiàn)。
刀庫(kù)的容量、布局,針對(duì)不同的工具機(jī),其形式也有所不同,根據(jù)刀庫(kù)的容量、外型和取刀方式可概分為以下幾種:
1-1-1 斗笠式刀庫(kù)
一般只能存16~24把刀具,斗笠式刀庫(kù)在換刀時(shí)整個(gè)刀庫(kù)向主軸移動(dòng)。當(dāng)主軸上的刀具進(jìn)入刀庫(kù)的卡槽時(shí),主軸向上移動(dòng)脫離刀具,這時(shí)刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)要換的刀具對(duì)正主軸正下方時(shí)主軸下移,使刀具進(jìn)入主軸錐孔內(nèi),夾緊刀具后,刀庫(kù)退回原來(lái)的位置。
1-1-2 圓盤式刀庫(kù)
圓盤式刀庫(kù)通常應(yīng)用在小型立式綜合加工機(jī)上。"圓盤刀庫(kù)"一般俗稱"盤式刀庫(kù)",以便和"斗笠式刀庫(kù)"、"鏈條式刀庫(kù)"相區(qū)分。圓盤式的刀庫(kù)容量不大,頂多二、三十把刀。需搭配自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)ATC(Auto Tools Change)進(jìn)行刀具交換。
1-1-3 鏈條式刀庫(kù)
鏈條式刀庫(kù)的特點(diǎn)是可儲(chǔ)放較多數(shù)量之刀具,一般都在20把以上,有些可儲(chǔ)放120把以上。它是藉由鏈條將要換的刀具傳到*位置,由機(jī)械手將刀具裝到主軸上。換刀動(dòng)作均采用馬達(dá)加機(jī)械凸輪的結(jié)構(gòu),此設(shè)計(jì)之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作快速、確實(shí)、可靠,但是價(jià)格較高,通常為客制化產(chǎn)品。
自動(dòng)換刀系統(tǒng)是CNC工具機(jī)的重要組成部分,主要是將加工所需刀具,從刀庫(kù)中傳送到主軸夾持機(jī)構(gòu)上。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及其與工具機(jī)主軸的聯(lián)結(jié)方式,將直接影響工具機(jī)的加工性能。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式,則會(huì)影響工具機(jī)的換刀效率。自動(dòng)換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,又會(huì)對(duì)整機(jī)的成本產(chǎn)生直接影響。
數(shù)控工具機(jī)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)大概分為1.油壓機(jī)構(gòu)2.氣壓機(jī)構(gòu)3.電氣式凸輪機(jī)構(gòu)。在不斷追求速度及可靠性提升的數(shù)控工具機(jī)市場(chǎng),凸輪式換刀機(jī)構(gòu)就廣泛的被采用。此設(shè)計(jì)只用一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)就可完成復(fù)雜的換刀動(dòng)作,快速確實(shí),除了換油外沒(méi)有其他消耗零件及保養(yǎng)需求,故障率少,壽命超過(guò)百萬(wàn)次以上。
一般具有ATC裝置者都有ATC臂。換刀時(shí)若是需要在刀具庫(kù)與主軸兩處更換,則需要ATC臂來(lái)補(bǔ)助。但有些工具機(jī)并不需要ATC臂即可完成換刀動(dòng)作。
未來(lái)工具機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,均以追求高速、高精度、率為目標(biāo)。隨著切削速度的提高,切削時(shí)間的不斷縮短,對(duì)換刀時(shí)間的要求也在逐步提高;換刀的速度已成為高等級(jí)工具機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
快速自動(dòng)換刀技術(shù)是以減少輔助加工時(shí)間為主要目的,綜合考慮工具機(jī)的各方面因素,在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成刀具交換的技術(shù)方法。一般強(qiáng)調(diào)換刀速度快的臥式機(jī)臺(tái),皆有幾個(gè)特點(diǎn):1.刀臂短 2.刀臂不一定成直線 3.兩刀可能互相垂直 4.凸輪箱小且可移動(dòng)。其主要目的是要讓換刀時(shí),可動(dòng)件之轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,以達(dá)到快速換刀之目的。該技術(shù)包括刀庫(kù)的設(shè)置、換刀方式、換刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)和適應(yīng)高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。
換刀速度指標(biāo)
衡量換刀速度的方法主要有二種:1.刀到刀換刀時(shí)間(T to T) 2.切屑到切屑換刀時(shí)間(C to C)。由于切屑到切屑換刀時(shí)間基本上就是綜合加工機(jī)兩次切削之間的時(shí)間,反映了綜合加工機(jī)換刀所需的輔助時(shí)間,因此切屑到切屑換刀時(shí)間應(yīng)是衡量綜合加工機(jī)效率高低的直接指標(biāo)。而刀到刀換刀時(shí)間則主要反映自動(dòng)換刀裝置本身性能的好壞,適合作為工具機(jī)自動(dòng)換刀裝置的性能指標(biāo),這兩種方法通常用來(lái)評(píng)價(jià)換刀速度。至于換刀時(shí)間多少才算得上是高速工具機(jī),并沒(méi)有確定的指標(biāo),在技術(shù)條件可能的情況下,應(yīng)盡可能提高換刀速度。
換刀速度原則
工具機(jī)的換刀裝置,通常由刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)組成,有些應(yīng)用機(jī)械手臂換刀,有些換刀方式并不需要機(jī)械手臂,刀庫(kù)的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運(yùn)動(dòng)的需要,高速工具機(jī)在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的工具機(jī)不同。以刀具運(yùn)動(dòng)進(jìn)給為主,減小運(yùn)動(dòng)工件的質(zhì)量,已成為高速工具機(jī)設(shè)計(jì)的主流。因此,設(shè)計(jì)換刀裝置時(shí),要充分考慮到高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特征。
換刀速度方法
適合于工具機(jī)的快速自動(dòng)換刀技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面:
在傳統(tǒng)自動(dòng)換刀裝置的基礎(chǔ)上提高動(dòng)作速度,或采用動(dòng)作速度更快的機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)元件。例如,機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度高于液壓和氣動(dòng)結(jié)構(gòu)。
根據(jù)高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)刀庫(kù)和換刀裝置的形式和位置。例如,傳統(tǒng)工具機(jī)的刀庫(kù)和換刀裝置多裝在立柱一側(cè),在高速工具機(jī)則多為立柱移動(dòng)的進(jìn)給方式,為減輕運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量,刀庫(kù)和換刀裝置不宜再裝在立柱上。
采用新方法進(jìn)行刀具快速交換,不用刀庫(kù)和機(jī)械手方式,而改用其它方式換刀。例如不用換刀,用換主軸的方法。
使用適合于高速工具機(jī)的刀柄。如HSK刀柄質(zhì)量輕,裝卸刀具的行程短,可以使自動(dòng)換刀裝置的速度提高。快速自動(dòng)換刀裝置采用HSK空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢(shì)。
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