加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數控機（jī）床。本文通（tōng）過對一些加（jiā）工中（zhōng）心換刀過程的分析和研究，提出了基於刀庫合理布置、機械手類型的合理選擇和特殊（shū）刀座的應（yīng）用，來減少自動換刀裝置的動作、機（jī）構的複雜（zá）程（chéng）度（dù）及故障次數，以提高（gāo）加工中心的效率、可（kě）靠性和可維護性。

      1 加工中心刀（dāo）庫與主軸的布置方式

      加工中心（xīn）刀庫與主軸的（de）布置方式有四種。圖1 中（a）、（b）一般用於臥（wò）式加工中心，（c）、（d）一般用於立式加工中心。刀（dāo）庫與主軸的布（bù）置方式，決定著機械手的抓刀方式、動作多少和換刀路線，進而影響（xiǎng）機械手（shǒu）動作實現機構的（de）複雜程度和機械手的（de）可靠性。為了減少（shǎo）刀庫/ 機械（xiè）手的故障率，同時提高其可靠性，縮短換刀時間，我們先對一些加工中心的刀庫（kù）布置（zhì）和（hé）機械手（shǒu）的換刀試（shì）作分析。

      2 加工中心刀庫布置和機（jī）械手換刀的（de）分析（xī）

      2.1 日本牧野MARKINO 1210

      臥式加工中心換刀過程MARKINO 1210 是（shì）臥式（shì）加工中心，采用盤式刀庫，刀庫容量為60 把刀具，刀柄（bǐng）為BT50，刀庫刀套采用傳統的炮筒式結構（gòu），機械手采用回（huí）轉式結構，換刀示意圖如圖2。P1 為送刀機構取送刀的工位。假設現在主軸上（shàng）正工作的刀（dāo）具是T01，而要被換（huàn）上的（de）下一把刀具是T02，繼T02 之後要被換上的刀具（jù）是T03。換刀過程為：

      （1）刀庫（kù）取刀：主軸正常（cháng）工（gōng）作，刀（dāo）庫旋轉，將（jiāng）T02 所在的滑板由刀庫沿滑道上移，並將T02 所在的刀座中心與P1 重合，等待換（huàn）刀。當係統發出換刀指令後，送刀機構將刀具T02 及其刀座一起沿（yán）軌道移動到P2，等（děng）待換刀機械（xiè）手換刀，在送刀機構工作的同時，主軸（zhóu）快速停轉並回到主軸換刀（dāo）點，主軸應離開被加工工件一段距（jù）離，為換刀留出一個足夠的空間，避免換刀被工件幹涉。

      （2）主軸換刀（dāo）：主軸回到換刀點，刀（dāo）具T02 在P2。機械手旋轉（zhuǎn）抓刀，外伸拔刀。旋轉180°換刀，機械手裝刀，機械手複位。主軸（zhóu）開始工作（zuò），送刀機構要將剛換下的（de）刀具T01 放回刀庫中。

      （3）刀庫裝刀：送刀機構將剛（gāng）才換下的（de）刀具T01 沿軌道送到P1 處的滑（huá）板裏，滑板沿軌道下移回到刀庫中（zhōng），刀庫旋轉，將T03 所在的滑板由刀庫沿軌道上移，並（bìng）將T03 所在的刀座中（zhōng）心與P1 重合，等待下次換刀（dāo）。

      換刀（dāo）過程就是這樣，由刀庫（kù）取刀→送刀→機械手換刀→刀庫裝刀→刀庫取刀循環，直到工件加（jiā）工完成。

      2.2 缺點（diǎn）分析

      刀庫容（róng）量大，加上采用盤式刀庫引起刀庫所占的空間較大，刀具由刀庫到換刀點P2，並最終（zhōng）完成換刀和刀庫裝刀（dāo）的操作太複雜，分（fèn）別（bié）由刀庫旋轉→滑（huá）板上移→送刀機構→機械手換刀→送刀機構→滑板下移來完成。換刀過程（chéng）中，如（rú）果其中一個環節出現問題，都可（kě）能無法正常工作，降低了效率，甚（shèn）至發生事故。

      3 提高自（zì）動換刀裝置效率和（hé）可靠性（xìng）的改進思路

      通過對多台加工中心（xīn）換刀和機械手的（de）研究（jiū）和分析，我們發現許多（duō）加工（gōng）中心都存在和MARKINO 1210 臥式加工中心類似的缺點。為了克服這些不足，我們從影（yǐng）響（xiǎng）加工中心（xīn）自動換刀裝置效率（lǜ）和可靠性的若幹方麵（miàn）做了改進。通過刀庫與主軸的合理布置，機械手類型的（de）選擇，特殊（shū）刀座、刀座的應用（yòng）來簡化換刀的過程(原理示意圖如圖3)。

      圖3 中機（jī）械手采（cǎi）用直（zhí）抓式，利用（yòng）一種特殊的刀座[1]，刀庫和主（zhǔ）軸的布置如（rú）圖4。假設主軸上現在（zài）的刀具是T01，將要換上的刀具是T02，繼（jì）T02 之後被換上的刀具是T03。

      改進後的優（yōu）點：通過分析，圖4 所示的刀庫是理想的，因為機械手換刀（dāo）時（shí），被換刀具必須和要換的刀（dāo）具（jù）在同一個平麵，且刀柄方向相同。這樣機械手才能安全、快速的完成換刀，動作也少，實現較容易。直抓式機（jī）械手（shǒu）與刀庫沒有（yǒu）幹涉，回轉式機械手與刀庫中刀具間有幹涉（如圖5 所示）。

      采用直（zhí）抓式機械手還有的好處是，它與采（cǎi）用的（de）特殊刀座和主軸的配合動作有關。這種刀座，機械手可以直接（jiē）從刀座中將刀具（jù）拿出或放入，換刀過程流程圖如圖6 所示。

      4 結束語

      影響加工中心自動（dòng）換刀裝置效（xiào）率（lǜ）和可靠性有諸多因素，刀庫的合（hé）理布置和選擇與之相適（shì）應的機械手，可以提高加工中（zhōng）心自動換刀裝置（zhì）的效率和可靠性。減少了加工（gōng）中心的非切削時間（jiān），降低了故障率，有實用（yòng）價值。刀庫和機（jī）械手（shǒu）的合理配置後，取刀和裝刀是同時進行的，並且由機械手來獨自完成，刀庫取刀、主軸（zhóu）換刀和刀庫放刀的過程，比改變前減少了（le）送刀機構的整個工作環節，減少（shǎo）了動作（zuò），提高了（le）安（ān）全性、效率和可靠性（xìng）。