王广来 南京四开电子企业有限公司 210007

一种新型旋转式刀库

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本文针对小型机床配对刀库难的问题，从理论设计的角度，提出了一种新型的刀库设计方案--旋转式刀库。为小型数控机床配比刀库提供更多一种的选择方式。

刀库；数控机床

数控行业发展到现在，在主体结构和性能上已经日益成熟，三维方向X、Y、Z轴的直线运动方式几乎应用到了所有的数控机床。刀库的发展也有了相对固定的模式，斗笠式、圆盘式、伞型、链式刀库等等都已成熟并且量产化，这些刀库都是可以装多把（10把以上）刀具以上的刀库，适用于大中型数控机床，近期兴起的适用于小型机床的直线排式、夹臂式等发展也很迅速，但是相对于大型机床刀库的丰富多样性和变化性，适用于小型机床的刀库种类过于稀少，并不能满足现代的设计生产需要。

1.机床大小型号的界定

小型机床、中型机床与大型机床在尺寸上没有明确的数值界定，而且每个企业制定的标准也不一样。一般1米[1]以内的为小型机床，1到2米为中型，2米以上就为大型机床，5米以上则为超大型机床。本文以1m以内行程的小型机床进行理论分析说明。

2.现有刀库与小型机床的主要矛盾

2.1 机械设计分析

小型机床的设计设计过程称一般是不设计刀库的。如果机床要带刀库，一般会先考虑匹配现有的刀库，设计机床，即以现有刀库为前提设计机床的样式，刀库则是从专门的刀库厂家采购或定做。

2.2 制造成本分析

刀库的增加会使机床的基础成本增加2万以上，而且在机床的机构上会让机床体积增大1/3左右。刀库一般是安装在立柱或外接梁上，这就对刚性提出了更高的要求，为满足这些要求，一般是以增加机床相应部分的质量和体积为代价的，在一定程度上也增加了机床的生产费用。

2.3 大型刀库在小机床上的不必要性

一般的小型机床作业并不需要太多的刀具，一般换刀都会在10把刀以内，而现有的成型刀库都是可以装10把以上的刀具，如果把这种“大型”刀库安装到小型机床上，难免会造成大物小用，甚至严重降低产品的性价比，这在设计过程中是不可取的。

2.4 小型刀库的发展现状

现有的刀库以“大而多”为主要发展方向。小型刀库则主要为直线排式和夹臂式2种，排式刀库的容量（10把以内）最小，夹臂式（20把以内）次之。

图1.直线排式刀库

排式刀库（图1所示）换刀动作简单，缺点是运用到了汽缸或油缸等动力部件，外加钣金件之后，整体尺寸也相对较大，安装在横梁的下面，从一定程度上也缩小了加工零件的尺寸。要保证没装刀库之前的加工尺寸，就要相对的加高立柱，机床体积也响应的增加。

图2.夹臂式刀库机床

夹臂式刀库（图2所示）是固定在Z轴上的一种刀库。优点是占用空间较小，换刀对工件也没有影响；缺点是刀库固定在Z轴，使得在X轴和Z轴（特别是Z轴）方向上的移动功率相对增加，因此，会把Z轴做成定轴而且对Z轴的刚性和加工都有更高的要求。这类机床的缺点还有就是不能加工较大尺寸的零件，一般会被约束到相对较小(≤50cm)的范围内。

3.旋转式刀库设计

图3.旋转刀库结构

旋转式刀库的结构（如图3所示）为2端带有圆弧刀套托板的对称性设置，它也可以看作是圆盘式刀库的改进结构。刀具分列于旋转板的两端，每端3～4个刀具安装位。由伺服电机带动转轴旋转，进而实现刀具的转动和机床的换刀动作。

刀库在机床上的安装位置跟直排式刀库类似，安装在横梁的下端面（如图4所示）。当机床处于工作状态时，刀库旋转到与横梁相对平行的位置，藏于横梁之下，对机床的正常作业不产生任何影响，这也是刀库设计的主要标准之一。

图4.机床工作状态

当机床工作需要换刀时，旋转板在电机的驱动下旋转到与横梁相垂直的位置（如图5所示），进而实现换刀动作，换刀后，旋转板按原方向旋转回到原位，结束换刀。

图5.机床换刀状态

旋转式刀库的机构优点：只需一个伺服电机驱动旋转板的转动就可实现，结构中也不存在大型刀库所需的气动或液压装置，机械机构也相对简单；换刀动作简单，不需要复杂的传动机构，无须机械手换刀，大大简化了换刀过程，有效的缩短了换刀时间。

4.结语

提高机床的作业效率，在小型机床上加装刀库是未来机床发展的一种必然趋势。丰富多样的刀库样式可以给机床设计人员提供更多的选择空间，进而可以提升机床设计的多样化。旋转式刀库在理论和实践中都是一种新颖的创意，在机床行业具有一定的推广应用价值。

[1]郭雷,谈勇.一种直取式排式刀库[P].CN 201109039Y.2007,09,13.

[2]邱焜城.刀库之发展趋势与未来展望[J].制造技术与机床.2007，（4）：114-115.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.055