加工中心是帶有刀庫和自（zì）動（dòng）換刀裝置的數控機床。本文通過對一些加工中心換刀過程的分析和研究，提出了基於刀庫合理布（bù）置、機械手類型的合理選擇（zé）和特殊刀座的應（yīng）用，來（lái）減（jiǎn）少（shǎo）自動換刀裝置的動作（zuò）、機構（gòu）的複雜（zá）程度及故障次數，以提高加工中心的效率、可靠性和可（kě）維護性。

      1 加工中心刀庫與主軸的布置方式

      加工中心（xīn）刀庫與主軸的布置方式有四種。圖（tú）1 中（a）、（b）一般用（yòng）於臥（wò）式加工（gōng）中心，（c）、（d）一般用於立式加工中心。刀庫與主軸的布置（zhì）方式，決定著機（jī）械手的抓刀方式、動作多少和換刀路線（xiàn），進而影響機械手動作實現機構的複雜程（chéng）度和機械手（shǒu）的可靠（kào）性。為了減少刀庫/ 機械手的故障率，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布置和機（jī）械手的換刀試作分析。

      2 加工中心刀庫布置和機械（xiè）手換刀的分析

      2.1 日本牧野MARKINO 1210

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

      （1）刀庫取刀：主軸（zhóu）正常工作，刀庫旋轉，將T02 所在的滑板由（yóu）刀庫沿滑道上移，並將T02 所在的刀座中心與（yǔ）P1 重合，等待（dài）換刀（dāo）。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，等待換刀機械手換刀，在送刀機構工作的同時，主軸快速停轉並回到主軸換刀點，主（zhǔ）軸應離開被加工工件一段距離，為換刀留（liú）出一個足夠的空間，避免（miǎn）換刀（dāo）被工件幹涉。

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

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

      換刀過程就是這樣（yàng），由刀庫取刀→送刀→機（jī）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 缺點分析

      刀（dāo）庫容量大，加上（shàng）采用盤（pán）式刀庫引起刀庫所占（zhàn）的空間較大，刀具由刀庫（kù）到換刀點P2，並最終完成換刀（dāo）和刀（dāo）庫裝刀（dāo）的操作太複雜，分（fèn）別（bié）由刀庫旋轉→滑板上移→送刀機構→機（jī）械手換刀→送刀機構→滑板下移來完成。換刀過程中，如果（guǒ）其中（zhōng）一個環節出現問題（tí），都可能無法正常工作（zuò），降低（dī）了效率，甚至發生事故。

      3 提高自動換刀（dāo）裝（zhuāng）置效率和（hé）可靠性的（de）改進思路

      通過對多台加工中心換刀和機械手的研究（jiū）和分析，我們發現許多加工中心都（dōu）存在和（hé）MARKINO 1210 臥式加工中心類（lèi）似的缺點。為了（le）克服這些不足，我們從影（yǐng）響加（jiā）工中心自動換刀裝置效率和可靠性的若幹方麵做了改進。通過刀庫與主軸的合理布置，機械手類型的選擇，特殊刀座、刀座的應用來簡化換刀的過程(原理示意圖如圖3)。

      圖3 中機械手采用直抓式，利用一種特殊的刀座（zuò）[1]，刀庫和主軸的布置如圖4。假設主（zhǔ）軸上現在（zài）的刀具（jù）是T01，將要換上的刀具是（shì）T02，繼T02 之後被換上的刀（dāo）具是T03。

      改進後的優點：通（tōng）過分析，圖4 所示的刀庫是理想的，因為機械手換刀時，被換刀（dāo）具必須和要換的刀具在同一個平麵，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。直抓式機械手與刀庫沒有（yǒu）幹（gàn）涉，回轉式機械（xiè）手與刀庫（kù）中刀具間（jiān）有幹涉（如圖（tú）5 所示）。

      采用直抓式機械手還有的好處是，它與采用的特殊刀座和主軸的配合（hé）動作有關。這種刀座，機械手可以直（zhí）接從刀座（zuò）中將刀具拿出或放入，換刀過程流程圖如（rú）圖6 所示（shì）。

      4 結束（shù）語

      影（yǐng）響加工中心自動換刀裝置效率和可靠性有諸多因素，刀庫的合理布置和選擇與之相適應的機械手，可以提高加工中心自動換刀裝置的效率和可靠性。減少了加工中心的非切削（xuē）時間，降低了故障率，有實用價（jià）值。刀庫和機（jī）械手的合理（lǐ）配（pèi）置後，取刀和裝刀是同（tóng）時進（jìn）行的，並且由（yóu）機械手來獨自完成，刀庫（kù）取刀、主軸換刀和刀庫放刀的過程，比改（gǎi）變前減（jiǎn）少了送（sòng）刀機構的整個工作環節，減少了動作，提高了安全性、效率和可靠性。