浅析一种新型的无机械手自动换刀装置

设计了一种液压式无机械手的自动换刀装1，刀牟装有9把刀，依靠9个相同的连杆机构进行换刀，用于小型的加工中心，具有换刀时间短，换刀误差小的优点。

　　加工中心的自动换刀装t是指能够自动完成主轴与刀具储存位t之间刀具交换的装里。他的组成结构与刀库、主轴之间的相对位t关系密切，因此他的设计要求和设计特点是换刀时间短;换刀机构所占的空间小;机械构造简单;加工或换刀时，不可与工件或工作台发生干涉等。作为加工中心的重要组成部分，其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率、降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。所以自动换刀装t在加工中心中扮演着极重要的角色。常见的刀库及机械手种类很多。现设计了一种液压控制的无机械手的自动换刀装t。刀库装有9把刀，依靠9个相同的连杆机构进行换刀，用于小型的加工中心，具有换刀时间短，换刀误差小等优点。

　　1自动换刀装的动作流程

动作流程如图1所示。

　　2主轴组件的结构和换刀过程的实现

加工中心为了实现刀具在主轴内的自动装卸，主轴内必须设有刀具的自动夹紧松开装t。本设计中主轴系统如图2所示，主轴头部采用7:24的大锥度锥孔，采用大锥度的锥孔既有利于定心，也为松夹带来了方便。主轴采用电控准停装!，磁性传感器接收装在主轴上的发磁体所发出的信号，经过放大器放大后实现电控准停。发磁体的重量会带来主轴的不平衡。对于中速以下的主轴来说，这点不平衡还不至于有太大影响，但当主轴高速运转时，这个不平衡量会引起主轴振动，所以在本设计中将发磁体镶嵌在准停盘中，以保持平衡状态。

　　主轴内的夹刀装!的夹持部分(图2中6所示、由两个可张开的夹指中间装弹筑扣(图2中8所示)组成，以直进方式抓刀和松刀。当主轴尾部油缸内的活塞接到信号下降并推动主轴内的拉杆(图2中4所示)，拉杆的作用是带动夹刀装t的夹持部分上下移动，当整个夹刀装置下降到A·点时(图2所示，即夹持部分的顶点B下降到主轴锥孔的起点A),由于下移使刀柄部分下降到主轴锥孔的喇叭口处.这时弹簧作用使夹刀装置中两个可张开的夹指向两边弹出，刀杆上的拉力消除.刀柄可以进人或脱出，当拉杆继续下移至极限时.连杆机构同时取刀和送刀，换刀动作完成。刀柄进人夹刀装置后，触及夹刀部分上的光电感应器，光电感应器发出信号，电磁换向阀动作使压力油通人油缸下腔，使主轴尾部油缸活塞向上运动，由拉杆上方的碟形弹簧的复原作用力使拉杆上升，完成夹刀过程。当活塞处于极限位里时，相应限位开关发出信号。喷气嘴可通过冷风接头在拉杆的通孔内吹气.以排除铁屑。

刀库的位置见图2液压缸处。主轴头与刀库之间进行换刀是依靠9个相同的连杆机构，本主轴换刀系统共有9把刀可进行更换，对9把刀进行编号，加工中心需要换刀时，只需按相应键即可。加工中心相应键按下时。同时启动脱刀系统，主轴里的刀落在连杆机构的刀托上，刀托上有两个金属触点(图2中8所示)，使其成为一个回路，然后刀具所在的油箱换向阀换向，活塞向上.连杆机构带刀从主轴头部退出，此时，另有所需刀的油缸由电机与换向阀控制，活塞下降，连杆机构带刀进人主轴头部，完成整个换刀过程。
3连杆机构的尺寸参狱和运动软迹

　　四连杆机构中连杆3, 4和刀托5通过焊接固联，连杆机构的运动轨迹如图3所示。连杆尺寸分别为连杆1为57rrm，连杆2为52nnn.连杆3为20~，连杆4为43mm，刀托5为暇坛川1。活塞行程为20. 5mm。

　　4液压控侧系统设计

连杆机构的油路系统图如图4所示。其中活塞杆(图4中5所示)的材料为45钢.选取活塞杆直径d为blhrim,液压缸(图4中1所示)材料为HI'350,系统图中的分流器示意图如图5所示，他的作用是将液流(图5中4所示)分到9个不同的液压缸进行换刀，分油盘为口形(图5中3所示)，由步进电机(图5中1所示)控制，由于每个油缸都有编号，只要电机转到所需油缸的对应角度即可。

　　5结束语

本设计省去了刀在刀库中的运行以及机械手的换刀时间，节约了时间，整个换刀装里由机、电、液控制，加强了稳定性与准确性，提高了时间响应速度。他最大的缺点是刀数少，油缸附在主轴箱支架上，使得空间占用较大。因此此类结构适合于以钻铣为主的小型加工中心。设计中参考了199，年4月号的《机械设计与制造》的一个图例，是由德国FE了氏)公司生产，但由于仅是图例，因此，对其换刀装置进行了一些改动，但从另一方面肯定了此类方案设计的可行性。

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