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刀库在数控立式车床上应用 　　摘要 工业化生产中需要大批量的零部件，每个零部件都要求有较好的互换性，以及较好的加工精度。传统数控立车只适合做小规模的单件加工，要想实现批量生产，就要解决重复装卡工件所造成的时间浪费问题。近年来，刀库系统在数控立车上有所应用，组成某种意义上的加工中心。节约加工时间，提高生产率。本文介绍数控立式车床刀库系统的结构特点、工作原理及其在立式车床上的应用，并说明刀库系统存在问题及解决办法。 　　关键词 数控；立式车床；刀库 　　中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0084-02 　　0 引言 　　随着工业生产活动的产业化，人们越来越要求工件的互换性。为了保证工件的互换性较好，必然要求工件有好的加工精度，这样数控机床就成为保证加工精度的重要设备。数控机床具有高度自动化，可以避免手工操控所产生的误差。由于较复杂的工件可能需要相对较多的加工步骤，如果每个步骤都停车换刀，再重新对刀、找正工件，肯定会使生产节拍加长，降低生产率。数控车床的加工时间主要由上活、找正、车削、卸活几个工序组成，重复上活、找正两个工序会造成大量的时间浪费，增加加工成本，降低生产率。为了解决这个问题，就要为数控机床增加刀库，使其能在不停车的情况下，自动换不同工序的刀。 　　1 立式车床加刀库的作用 　　由于提前对每把刀的刀尖都设定有刀具补偿，所以换刀后不用再重新对刀、找正。可以实现一次装卡过程中，对多个工序的连续加工。能够大大提高生产效率，也使人工操作的不确定因素达到最小，提高工件的成品率。对于数控立式车床的刀库系统，更换预先装有车刀的刀夹是一种较简单的换刀方式。 　　2 刀库的工作原理 　　具体原理如图1所示：将车刀预先安装在刀夹11上，再将刀夹依次按放在刀夹架5的径向位置上，需要换刀的时候，数控系统发出指令，驱动伺服电机1，通过消隙齿轮3带动大齿圈4转动相应的角度，使对应的刀具旋转到换刀位置，这时垂直刀架进入换刀位置，取走刀夹，回到工件位置继续加工下一个工序。 　　3 刀库结构特点 　　1.伺服电机 ；2.联轴器；3.消隙齿轮；4.大齿圈；5.刀夹架；6.轴承；7.压盖；8.限位检测；9.刀柄；10.防护罩；11.刀夹 　　这个过程中，必需要求刀夹架径向上的多个刀夹相对于垂直刀架的位置一致，否则就会发生换刀故障。所以要有一个检测刀夹位置的开关8，这样每个刀夹在进入换刀位置时的位置就可以反馈至数控系统，保证换刀的准确无误。如果刀库始终向一个方向旋转，固然能找到所需的刀具号，但有时可能造成时间的浪费，所以伺服电机必需要有反转功能。但齿轮传动具有反向间隙，为了消除反向间隙，齿轮3就要采用特殊的结构，即齿轮3为两个可以拆分的齿轮，其中一个齿轮在正转传动时保证零间隙，另一个齿轮在反转传动时保证零间隙，两个齿轮找好间隙后用销钉固定在一起作为消除反向间隙的齿轮。为了保证刀库主轴的旋转精度，在主轴上选用调心滚子轴承6，由于其外圈滚道的圆弧中心与轴承中心一致，具有调心性能，因此可自动调整因主轴或外壳的挠曲或不同心引起的轴心不正。 　　4立式车床取刀部分工作原理及结构特点 　　垂直刀架结构如图2所示，在垂直刀架的滑枕A中安装有国际标准的自动拉刀机械手B，通过电气控制换向阀使液压缸换向，带动机械手B张开及夹紧。由于只靠机械手夹??力来定位刀夹的刚性不好，故在刀夹的径向方向应设有四个圆柱型销C，也由油缸带动夹紧及放松，实现对刀夹的轴向定位。垂直刀架的轴向设有基准孔D，与刀夹顶端的圆柱体E配合，实现对刀夹的径向定位。 　　5刀库换刀过程 　　换刀时，垂直刀架移至换刀位，解发电气限位开关，电气控制开始：刀库旋转至预定工位，垂直刀架向+Z方向进给至预定位置，使刀夹靠近被夹紧位置，机械手夹紧，径向圆柱销夹紧，完成刀夹的取出，垂直刀架向-Z方向进给至参考点，完成换刀整个过程。 　　6刀库存在的问题及解决办法 　　由于数控立式车床工作环境相对较恶劣，每道工序的加工过程中，会产生很多从工件上切削下来的碎屑。如果不及时清理，在将刀夹放入刀库的时候，容易使碎屑粘附在刀夹盘上，使刀夹放入不到位，在下次到该工件取刀夹的时候，滑枕与刀夹间形成负间隙，导致刀夹不能正确定位，或将刀夹盘撞裂，使整个刀库系统失效。针对这个问题，在刀库系统上应引入气源，当垂直刀架进入换刀位置后，不马上进入换刀动作，电气控制延时3秒钟，打开气源，对刀夹盘吹压力气体，将刀夹盘上粘附的碎屑清除干净，再进行换刀工作。经过实验验证，通过引入气源吹气的方法，可有效解决上述问题。 　　7 刀库的故障及检修方法 　　刀库结构较复杂，且在工作中又频繁运动，所以故障率较高，目前机床上有50％以上的故障都与之有关。如运动故障，定位误差过大等。这些