链式刀库换刀控制和液压控制设计分析

王 盟（大连高金数控集团有限公司,辽宁 大连 116000）



链式刀库换刀控制和液压控制设计分析

王 盟
（大连高金数控集团有限公司,辽宁 大连 116000）

摘 要：刀库系统是实现自动化加工中必备的储备刀具和交换刀具的重要装置。其中，链式刀库因为结构紧凑、容量大等优势被广泛应用于大中型数控加工中心。本文将介绍链式刀库中自动换刀装置的设计原理，分析该设计的特点。并且介绍链式刀库液压控制的设计原理，分析液压控制系统的结构等内容。

关键词：链式； 刀库设计； 自动换刀； 设计

在链式刀库系统中自动换刀装置极为重要，该装置是将数控加工所需用到的刀具从刀库系统中传送到主轴。刀库系统结构以及自动换刀装置的运行方式，都会影响到机床换刀效率，而自动换刀装置更直接影响整机的运行成本。自动换刀装置一般分为气压机构、油压机构以及电气式凸轮机构。在链式刀库系统中机械手自动换刀装置是最关键的组成部分。该装置的作用是能减少加工过程中非切削的时间，并且降低多次装夹工件的出错率，提高生产效率，调节生产成本。因此自动换刀装置在整个数控机床加工中具有重要地位。随着自动换刀技术不断发展，现代机床行业对自动换刀装置有了更高的要求。因此，很多制造商加重了自动换刀装置的科研力度，投入大量人力和物力，不断提高自动换刀装置的运行速度和可靠性，带有液压结构的自动换刀装置由此而生。

1 自动换刀装置工作原理

链式刀库自动换刀装置的主要作用是实现从刀库中取出刀具，并将其插入主轴的锥孔中，以及将刀具从主轴上取下送回刀库。主轴在换刀位置上时，由图中油缸4就会将自动换刀装置从待机位置上转移到和主轴平行的位置上。再通过油缸5把机械手臂移送至主轴位置上，进一步实施抓刀动作，将刀具拔出之后，通过油缸旋转机械手臂180度进行换刀，之后机械手臂返回到原来位置，把旧刀放回刀库中。整个操作动作都需要通过电气系统和液压系统控制完成，并由电气开关进行监控，这样能够减少换刀时间，保证能够稳定换刀，但是工艺要求较高。

2 链式刀库自动换刀装置的设计分析

自动换刀装置有许多部分组成，即传动装置、自动换刀装置、动力装置以及倒刀装置等。自动换刀装置中，需要通过油缸推动齿轮链条带动机械手转动，在由机械手完成抓刀、插刀、换刀等动作。机械手部分的设计是将机械手转向主轴，转臂将油缸平行移动，进行抓刀动作，抓刀油缸5进行平移。机械手再进行拔刀动作，旋转180度进行更换刀具动作，然后机械手进行插刀、松刀动作，最后转移至其待机位置。整个过程中的抓刀和松刀过程是通过夹紧装置完成的，需要有两个夹紧装置分别进行夹紧刀具和松开刀具的动作。每个夹紧装置都需要由一组碟形弹簧进行夹紧，通过锥销进行锁死。整个过程需要限位开关和电气开关进行实时监控。

3 液压控制系统设计分析

自动换刀装置工作都是由电液系统进行控制，其中液压控制系统的控制工作可以分为五个部分，即双臂转至180度；手臂转至90度；双臂前后向移动；双臂水平移动；刀套链转动和刀座定位。

在设计时，需要保证机械手能自动换刀，其双臂能够转到180度，使电磁换向阀进行控制，节流阀调节旋转的速度，使机械手到达指定位置。其后，使机械手臂旋转90度。在机械手换刀持续换刀的过程中，应当将待机位置设置为出发点。当机械手取出刀具时它旋转的角度设置为36.98度（如图1所示），并停止在待机位置上。这个动作的完成需要由三位四通电磁换向阀对其中的一个油缸水平移动过程进行控制，仍旧由节流阀控制速度，电气开关同时进行监控。在换刀时，保证机械手能够直接由待机位置旋转到主轴位置进行抓刀，这个过程需另一个电磁换向阀控制另外一个油缸水平移动完成，同样由节流阀调整选择速度。双臂向前后移动，这个过程主要是为了完成插刀和拔刀的过程。机械手需要按照刀具移动的方向水平移动156毫米。使刀具离开主轴锥孔。这个动作需要通过二位四通电磁阀完成，在极限位置需要进行监控。双臂平移部分是为了实现机械手抓刀的过程，使机械手按照直线导轨方向移动，然后进行抓刀，这个过程需要电磁换向阀进行控制，电气开关进行监控。手动卸刀则是移动换塞杆将刀具从刀座中顶出，这个过程同样需要电磁换向阀进行控制，电气开关进行监控。

高速、高效、高精度将是未来机床的发展目标。在切削速度提升以及切削时间越来越短的基础上，不断减少换刀动作花费的时间，提高工作效率。所以，链式刀库系统设计中需要着重研究机械手、液压控制、电气设计等方面，对其进行改进，以此保证链式刀库系统具有较高的稳定性以及高刚性。

参考文献：

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［5］焦大蒙.加工中心链式刀库及机械手可靠性试验方法研究［D］.吉林大学,2014.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.205