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臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計

隨我國科學技術飛速發展，數控機床生產制造能力得以提升，其中應用最為廣泛的換刀裝置為刀庫式換刀裝置，該裝置以自動換刀為基本模式，通過設計換刀程序，提高刀庫自動換刀效率，能依據生產制造需求自行換刀，落實自動化換刀及數控機床操作目標，達到提高生產制造效率，節約機床生產制造時間的目的。臥式數控鏜銑床自動換刀程序相對較為復雜，其換刀前提是將全部刀具納入該裝置中，通過調節尺寸，使刀庫安裝科學合理，繼而削減非切削時間，提高數控機床生產效率?；诖?，為使臥式數控鏜銑床自動換刀更為科學高效，分析其裝置設計方略顯得尤為重要。

1 概述自動換刀裝置在數控機床內工件、刀具二者相對運動產生工作表面，為使數控機床運行高效、穩定，需在刀庫內安裝足夠多的刀具，用以滿足數控機床運行需求，避免換刀程序過于復雜或換刀時間過長，降低數控機床加工效率，為此需依據數控機床生產加工切實需求，裝置自動換刀系統，滿足各個工件表面加工需求，通過靈活調換刀庫內刀具，使數控機床生產制造效率得到保障。

在安裝刀具時刀架位置需精準合理，刀具選擇需靈活高效，在自行換刀時，需保障進行交換的若干刀具位置正確，能有效保障其精度，使處于刀庫內刀具位置精準、穩定，為數控機床長期使用刀具，提升刀具自動化運行成效。處于刀架上的刀具重量、用途、尺寸均存在極大差異，刀具自動化運行程序較為復雜，徒增自動化換刀裝置運行壓力，尤其對于有些需承擔切削力的刀具來講，其在換刀過程中需合理控制其方向，避免刀具在更換過程中出現碰撞、交叉等消極現象，為此機械手、刀庫均需具有一定穩定性及剛度，確保切削過程平穩，換刀過程合理高效，達到提高數控機床生產旨在效率的目的[1]。

2 分析臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計方略通過對自動換刀裝置進行分析可知，該裝置具有一定設計難度，并能有效提高數控機床生產制造效率，為此在當前數控機床加工體系中必不可少，為充分發揮自動換刀裝置應用效用，分析臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計方略勢在必行。

（1）機械手結構設計。機械手是控制自動換刀裝置的基礎，只有該環節設計得當，技術人員才能保障自動換刀裝置設計科學合理。機械手的手部結構需能適應驅動力、夾緊力，依據轉動機構及驅動力進行設計，手指張開范圍需達標，并具有一定的開閉程度，使工件抓取得當且穩固，機械手需重量輕、結構緊湊、效率高、剛度強，使手抓夾精度得到保障。通常情況下，臥式數控鏜銑床自動換刀裝置所需機械手結構多為移動型（手指可以做簡單的往復動作）、回轉性（分為連桿杠桿式、滑槽杠桿式兩種）、平面平移型（按照一定凹槽及既定軌跡進行移動）。手指夾緊力需依據 FN≥K1K2K3G 來計算，其中K1表示安全系數（1.2/2.0），K2表示工作情況系數，受慣性影響，（K2=1+b/a），K3為方位系數，依據臥式數控鏜銑床自動換刀需求，以及工件和手指位置設計，G 為機械手抓取工件重力。

機械手通常情況下由動力源、傳送機構、控制裝置、機體四個環節構成，其中本體、小車等元件構成機體，抓緊機構及伸縮手臂為傳送機構主要構件，動力源則由機械驅動及液壓驅動兩種形式構成。

為使機械機構設計科學得當，技術人員需在掌握臥式數控鏜銑床自動換刀需求基礎上，秉持運動平穩、傳動率高、能源預緊、工作壽命長、同步性能好、定位精準、可靠性高、不自鎖、經濟性強、成本低等原則進行設計，使數控機床運行成效得到保障[2]。

（2）刀庫設計。刀庫驅動方式通常情況下分為普通電動機驅動、伺服電動機驅動、液動機驅動等形式，為使刀庫設計科學合理，且符合數控機床設計需求，以液動機驅動（齒輪式液壓馬達 CBF—F10，其中轉速為每分鐘 2500 轉，最高轉速可得到每分鐘 3000 轉，10.8kW 為驅動功率，10mk/r 為排量）為例，對刀庫設計進行分析，確保刀庫設計科學可行。結合液動機驅動條件，能計算出臥式數控鏜銑床自動換刀裝置轉矩 T，其中 T=35.45N·m，刀庫轉動軸功率及轉速分別為 187.5r/min，750r/min，為使設計精度得以提升，其圓柱齒輪轉轉動之比（nm/i1、nm/i2）中i的取值范圍控制在3—5之間，本次計算取平均值 4。聯軸器效率為 η=0.99，η=0.995 為滾動軸承效率，齒輪轉動效率為 η=0.97。經計算各軸轉矩分別為 136.14N·m、525.58N·m，依據公式 dmin=A03計算自動換刀裝置軸最小直徑分別為dmin1=42.65mm，dmin2=39.84mm，經計算得出齒輪重要幾何尺寸為：d1=m，z1=84mm，d2=m，z2=268mm，a=m/2(z1+z2)=176mm，b=φd，d1=58.8mm，經計算刀庫設計強度滿足臥式數控鏜銑床自動換刀裝置設計需求[3]。

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結束語

綜上所述，為使臥式數控鏜銑床生產制造效率得以提升，技術人員需結合該機床運行需求，合理設計換刀裝置，通過刀庫設計及機械手設計，使換刀裝置精準高效，滿足該機床運行切實需求。技術人員需不斷累積數控機床自動化體系優化經驗，在設計實踐進程中累積經驗，用以提高相關裝置設計質量，助力我國機械加工產業穩健發展。

分類：臥式加工中心

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