朱红娟，刘 胜

（1.南京机电职业技术学院自动化工程系，南京 211135；2.南京众得利自动化机械有限公司，南京

210014）

一种精密换刀装置的研制*

朱红娟1，刘 胜2

（1.南京机电职业技术学院自动化工程系，南京 211135；2.南京众得利自动化机械有限公司，南京

210014）

精密换刀装置由刀盘、刀座体、刀盘拉紧机构、换位机构和定位机构组成，实现了粗加工到精加工的连续进行，使粗加工行程结束后刀具无需退回到加工前的起始位置就可以直接进行刀具的切换。该装置减少加工时间，提高加工效率、降低生产成本。

换刀装置；粗加工；精加工

0 引言

目前，随着社会的进步和科技的发展，数控机床逐渐取代传统机床，在机械生产和制造领域发挥着越来越重要的作用，自动换刀装置是目前数控机床的必备装置。现有的数控机床，其换刀装置的结构有多种式样，但在目前确定的使用条件下存在二个问题。①大部分结构形式的换刀装置在换刀时，刀具与被加工零件发生干涉而损坏刀具；而采取退回到加工前的起始位置再进行二次换刀，从刀具加工行程结束而返回到加工前起始位置的这一行程，是一段空行程，刀具不做任何有效工作，是一道无用的工序，不但浪费时间，而且严重制约生产效率的提高；②目前市场上所销售的自动刀架等换刀装置，其结构复杂，安装尺寸大、费用昂贵，不适合使用。为了克服现有技术中存在的不足，本文研制一种可以使粗加工和精加工得以连续进行的精密换刀装置。该装置减少加工时间，提高加工效率、降低生产成本。

1 精密换刀装置的结构与原理

本装置包括刀盘、刀座体、刀盘拉紧机构、换位机构和定位机构，如图1所示。

图1 精密换刀装置

刀盘1的端面上安装有粗加工刀具3和精加工刀具4，刀盘1的轴后部安装有刀盘拉紧机构，粗加工刀具3和精加工刀具4位置的切换通过换位机构实现，再由定位机构精确限定刀盘1的位置。

刀盘拉紧机构包括刀盘1、拉紧气缸、锁紧螺母7，刀盘1的轴安装在刀座体2的孔内，刀盘1的轴后部安装有拉紧气缸的活塞6和锁紧螺母7，刀座体的后部安装有拉紧气缸的缸体13。

图2 定位机构

定位机构包括挡杆8，挡杆8安装在刀盘1上，刀座体2上与挡杆8对应的位置设有圆弧槽9，挡杆8顶端插入圆弧槽9内，圆弧槽9两端分别设有对挡杆8起限位作用的第一螺栓10和第二螺栓11，如图2所示。当需要切换粗加工刀具3进行加工时，换位机构驱动刀盘1使得挡杆8沿圆弧槽9运动，直到挡杆8触碰到圆弧槽9另一端的第二螺栓11，说明精加工刀具4到达预设位置。第一螺栓10和第二螺栓11准确定位位置可以通过螺纹的旋合长度来进行调整，并且通过螺母将位置固定。

换位机构包括可驱动刀盘1转动的换位气缸12，换位气缸12一端固定在机架上，另一端与刀盘1通过连接杆连接。通常，粗加工刀具3和精加工刀具4安装角度为30°～45°，角度过小容易发生刀具之间的安装位置干涉，角度过大又会增大换位气缸12的运动行程。

粗加工刀具3或精加工刀具4在进行工件的加工时，会产生较大的切削力，使得安装刀具的刀盘1有发生转动的趋势，这时必须要有刀盘拉紧机构施加拉紧力来抵御切削力，保证刀盘的刚性并防止转动。当刀盘1的轴在刀座体上转动并在特定角度停住，刀具处于切削状态时，外来的气源通过管路通道向拉紧气缸内送气，拉紧气缸的内压力增大，推动活塞6相对于刀座体2及气缸体13向后移动，再通过刀盘的轴使刀盘1的后端面紧密贴合在刀座体2上，从而产生大的贴合力保证切削的刚性。当粗加工完成后，刀盘1准备换位时，首先断开拉紧气缸的进气，并使拉紧气缸内的压力气体排出，这时附加于刀盘1后端面的拉紧力也已消除，刀盘1仅依靠拉紧气缸内部涨紧圈14的弹力以保证刀盘1和刀座体2间不出现缝隙，防止脏物落入，此时刀盘1在换位机构的驱动下可在刀座2上自由顺畅的转动。

2 总结

本装置通过在刀盘上安装粗加工刀具和精加工刀具，并通过刀盘拉紧机构、换位机构、定位机构和刀盘的配合动作，使粗加工行程结束后刀具无需退回到加工前的起始位置就可以直接进行刀具的切换，继续进行精加工，实现粗加工和精加工的连续进行，即在粗加工后的返回行程中同时进行精加工，可以减少加工时间，大大提高加工效率，有效降低生产成本。

［1］闻邦椿.机械设计手册（第5版）第1卷［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］韩越梅.加工中心自动换刀装置的研究进展［J］.装备制造技术，2010（5）：128-129.

［3］杨威.高速加工中心自动换刀装置的研发［D］.武汉：武汉科技大学，2012.

［4］李南.刀库及自动换刀装置可靠性研究［D］.大连：大连理工大学，2012.

［5］官文.链式刀库及自动换刀装置的控制与检测系统研究［D］.北京：北京工业大学，2012.

（编辑 李秀敏）（编辑 李秀敏）

Development of Precision Tool Changer Device

ZHU Hong-juan1，LIU Sheng2
（1.Department of Automation Engineering，Nanjing Institute of Mechatronic Technology，Nanjing 211135，China；2.Nanjing the Public Benefit Automation Machinery Co.Ltd，Nanjing 210014，China）

Precision tool changer device consists of cutter，knife block body，cutter tensioning mechanism，transposition mechanism and positioning mechanism.The utility meet the needs of continuous roughing to finishing，and solve the critical process that the tool can be directly switched without pre-processing tool to make the trip back to the starting position.The device is to reduce the processing time and improve processing efficiency，reduce production costs.

tool changer device，roughing；finishing

TH162；TG65

A

1001-2265（2015）01-0133-02 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.01.037

2014-05-17

江苏省高等职业院校国内高级访问工程师计划资助项目（2013）

朱红娟（1983—），女，南京人，南京机电职业技术学院，讲师，硕士，研究方向为机电一体化，（E-mail）348643247@qq.com。