钻攻中心新型自动换刀装置设计


0    引  言
钻攻中心属于一种多用途的数控机床,其主轴驱动刀具旋转,通过更换不同的刀具可以完成钻孔、镗孔、铣削等多种加工工序。换刀是钻攻中心加工过程的重要环节,快速、精确换刀是减少加工辅助时间、保证加工精度的重要手段[1]。
现有加工中心换刀装置主要有2种,一种是应用于大型加工中心的刀库系统,刀库系统往往存放几十种甚至上百种刀具[2],换刀时刀库系统先将所需刀具移动到相应位置,然后采用机械手实现与原刀具的互换;另一种是将各刀具分别预装在一个动力轴上,换刀时利用驱动机构驱动相应的动力轴旋转。第一种换刀机构的缺点是成本高、体积大,不适用于小型钻孔加工中心;第二种换刀机构由于换刀过程中动力的切换不流畅,难以对各动力轴实现精准定位,影响加工精度。为此,本文设计了一种结构简单、切换稳定准确、适合小型钻攻中心的自动换刀机构。
1    新型换刀装置总体设计
如图1所示,新型换刀装置采用由刀盘2和切削主轴3 组成的旋转式刀架结构。刀盘2安装在机箱1前端,刀盘外圆周均匀间隔设置多个用于装夹刀具的切削主轴3,各切削主轴可以沿刀盘径向转动,通过刀盘2的转动,可以改变切削主轴3的位置,达到换刀的目的。
加工时,切削主轴3动力由主驱动单元4提供。换刀时,刀盘通过换刀转动驱动单元5和换刀伸缩驱动单元6 实现旋转变位和前后伸缩运动,完成换刀动作。刀盘的定位、旋转和伸缩驱动机构等安装在机箱1中。

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本文设计了一种新型的钻攻中心换刀装置, 通过在刀盘周面上间隔设置多个用于装夹刀具的主轴,采用齿盘定位方式,利用2个驱动单元控制刀盘的转动与伸缩,使得整个换刀机构结构紧凑,切换稳定,定位准确。通过动密封装置,避免了加工过程中铁屑等杂物进入机箱内部。利用传感器,配合数控系统实现对整个换刀过程的精准控制。实际应用表明,该自动换刀机构结构简单,切换稳定准确,可广泛应用于各种小型钻攻中心。

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