卧式数控镗铣床自动换刀装置设计

随我国科学技术飞速发展，数控机床生产制造能力得以提升，其中应用最为广泛的换刀装置为刀库式换刀装置，该装置以自动换刀为基本模式，通过设计换刀程序，提高刀库自动换刀效率，能依据生产制造需求自行换刀，落实自动化换刀及数控机床操作目标，达到提高生产制造效率，节约机床生产制造时间的目的。卧式数控镗铣床自动换刀程序相对较为复杂，其换刀前提是将全部刀具纳入该装置中，通过调节尺寸，使刀库安装科学合理，继而削减非切削时间，提高数控机床生产效率。基于此，为使卧式数控镗铣床自动换刀更为科学高效，分析其装置设计方略显得尤为重要。

1 概述自动换刀装置在数控机床内工件、刀具二者相对运动产生工作表面，为使数控机床运行高效、稳定，需在刀库内安装足够多的刀具，用以满足数控机床运行需求，避免换刀程序过于复杂或换刀时间过长，降低数控机床加工效率，为此需依据数控机床生产加工切实需求，装置自动换刀系统，满足各个工件表面加工需求，通过灵活调换刀库内刀具，使数控机床生产制造效率得到保障。

在安装刀具时刀架位置需精准合理，刀具选择需灵活高效，在自行换刀时，需保障进行交换的若干刀具位置正确，能有效保障其精度，使处于刀库内刀具位置精准、稳定，为数控机床长期使用刀具，提升刀具自动化运行成效。处于刀架上的刀具重量、用途、尺寸均存在极大差异，刀具自动化运行程序较为复杂，徒增自动化换刀装置运行压力，尤其对于有些需承担切削力的刀具来讲，其在换刀过程中需合理控制其方向，避免刀具在更换过程中出现碰撞、交叉等消极现象，为此机械手、刀库均需具有一定稳定性及刚度，确保切削过程平稳，换刀过程合理高效，达到提高数控机床生产旨在效率的目的[1]。

2 分析卧式数控镗铣床自动换刀装置设计方略通过对自动换刀装置进行分析可知，该装置具有一定设计难度，并能有效提高数控机床生产制造效率，为此在当前数控机床加工体系中必不可少，为充分发挥自动换刀装置应用效用，分析卧式数控镗铣床自动换刀装置设计方略势在必行。

（1）机械手结构设计。机械手是控制自动换刀装置的基础，只有该环节设计得当，技术人员才能保障自动换刀装置设计科学合理。机械手的手部结构需能适应驱动力、夹紧力，依据转动机构及驱动力进行设计，手指张开范围需达标，并具有一定的开闭程度，使工件抓取得当且稳固，机械手需重量轻、结构紧凑、效率高、刚度强，使手抓夹精度得到保障。通常情况下，卧式数控镗铣床自动换刀装置所需机械手结构多为移动型（手指可以做简单的往复动作）、回转性（分为连杆杠杆式、滑槽杠杆式两种）、平面平移型（按照一定凹槽及既定轨迹进行移动）。手指夹紧力需依据 FN≥K1K2K3G 来计算，其中K1表示安全系数（1.2/2.0），K2表示工作情况系数，受惯性影响，（K2=1+b/a），K3为方位系数，依据卧式数控镗铣床自动换刀需求，以及工件和手指位置设计，G 为机械手抓取工件重力。

机械手通常情况下由动力源、传送机构、控制装置、机体四个环节构成，其中本体、小车等元件构成机体，抓紧机构及伸缩手臂为传送机构主要构件，动力源则由机械驱动及液压驱动两种形式构成。

为使机械机构设计科学得当，技术人员需在掌握卧式数控镗铣床自动换刀需求基础上，秉持运动平稳、传动率高、能源预紧、工作寿命长、同步性能好、定位精准、可靠性高、不自锁、经济性强、成本低等原则进行设计，使数控机床运行成效得到保障[2]。

（2）刀库设计。刀库驱动方式通常情况下分为普通电动机驱动、伺服电动机驱动、液动机驱动等形式，为使刀库设计科学合理，且符合数控机床设计需求，以液动机驱动（齿轮式液压马达 CBF—F10，其中转速为每分钟 2500 转，最高转速可得到每分钟 3000 转，10.8kW 为驱动功率，10mk/r 为排量）为例，对刀库设计进行分析，确保刀库设计科学可行。结合液动机驱动条件，能计算出卧式数控镗铣床自动换刀装置转矩 T，其中 T=35.45N·m，刀库转动轴功率及转速分别为 187.5r/min，750r/min，为使设计精度得以提升，其圆柱齿轮转转动之比（nm/i1、nm/i2）中i的取值范围控制在3—5之间，本次计算取平均值 4。联轴器效率为 η=0.99，η=0.995 为滚动轴承效率，齿轮转动效率为 η=0.97。经计算各轴转矩分别为 136.14N·m、525.58N·m，依据公式 dmin=A03计算自动换刀装置轴最小直径分别为dmin1=42.65mm，dmin2=39.84mm，经计算得出齿轮重要几何尺寸为：d1=m，z1=84mm，d2=m，z2=268mm，a=m/2(z1+z2)=176mm，b=φd，d1=58.8mm，经计算刀库设计强度满足卧式数控镗铣床自动换刀装置设计需求[3]。

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结束语

综上所述，为使卧式数控镗铣床生产制造效率得以提升，技术人员需结合该机床运行需求，合理设计换刀装置，通过刀库设计及机械手设计，使换刀装置精准高效，满足该机床运行切实需求。技术人员需不断累积数控机床自动化体系优化经验，在设计实践进程中累积经验，用以提高相关装置设计质量，助力我国机械加工产业稳健发展。

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