一種全新的氣動打刀缸

梁 煒

（常州市國鼎機械有限公司，江蘇常州 213118）

1 打刀缸的現狀

打刀缸是數控機床自動換刀必備的部件。打刀缸通常有氣動打刀缸和液壓打刀缸2種。其中液壓打刀缸一般在帶有液壓站的機床上使用，而沒有液壓站的機床一般均采用氣動打刀缸，因氣動打刀缸采用壓縮空氣為動力源，簡單經濟，廣受市場認可。氣動打刀缸一般有2種形式:（1）純氣動打刀缸。這種打刀缸一般采用多層氣缸形式，該氣缸體積大、重量重、出力小、成本高。現該打刀缸基本上被市場淘汰。（2）氣液增壓式打刀缸。這種打刀缸是目前市場上普遍采用的一種打刀缸。如圖1所示，壓強較小的氣壓作用在活塞片2的A面上，活塞片2與活塞桿3剛性連接，在活塞片2的A面上所產生的壓力全部傳給活塞桿3，這樣，在活塞桿3的B面上將產生較大的壓強，再利用油缸筒4里的液壓油所傳遞的壓強不變的原理，即在活塞5的C面上所承受的壓強與活塞桿3B面上的壓強相等，而活塞5的C面的面積遠大于活塞桿3B面的面積，故在活塞5的C面上將產生較大的輸出壓力。在不考慮摩擦力的情況下，氣液增壓式打刀缸的打刀力F為

式中:F為打刀力，N;SA為A面的面積，cm2;SB為B面的面積，cm2;SC為C面的面積，cm2;P為壓縮空氣壓強，N/cm2;FT為彈簧6的彈力，N。

從圖1可以看出:SA和SB遠大于SC，這樣只要選擇適當的SA、SB和SC就能使數控機床能利用成本較低的氣壓產生其主軸所需的較大松刀力。

氣液增壓式打刀缸具有結構簡單、成本低的特點，故受到市場的廣泛認同，是目前市場上使用最多的一種打刀缸。但由于其受到結構的制約，其存在下列缺點:

（1）由于采用液壓油，長期使用后易產生漏油、泄油現象，從而導致無法松刀及污染環境。

（2）氣液增壓缸的活塞片2行程較長。從而導致活塞5運行速度較慢，數控機床的主軸松刀時間較長，影響數控機床的生產效率。

2 機械增力式打刀缸

為了克服氣液增壓式打刀缸的缺點，我公司在2010年8月開發出一種全新結構的打刀缸——機械增力式打刀缸。該打刀缸具有快速、高效、環保和免維修的特點，是氣液增壓式打刀缸的替代產品。

2.1 工作原理

機械式增力氣缸的工作原理如圖2所示:作用在活塞片2A面上的氣壓通過錐體6的兩錐面把力傳遞給2個滾柱5，滾柱5上的力作用于軸承4，其中有2個軸承4安裝在活塞9上，作用于軸承4上的力最終將體現到活塞9上;錐體6的兩錐面在傳遞力時將起到增力作用。在不考慮摩擦力的情況下，機械式增力氣缸的打刀力F為

式中:F為打刀力，N;SA為A面的面積，cm2;θ為滾柱5和軸承4的中心連線與2個滾柱5中心連線的夾角，（°）;α為錐體6兩錐面的夾角，（°）;P為壓縮空氣壓強，N/cm2;FT為6根彈簧7的總彈力，N。

從公式（2）中看出:當輸入的壓縮空氣壓強P一定時，打刀力F的大小與錐體6的兩錐面夾角α有關，α越小，打刀力F就越大;另外，打刀力F的大小與滾柱5和軸承4的中心連線與2個滾柱5中心連線的夾角θ有關，θ越大，打刀力F就越大，而θ在活塞9運動過程中處于不斷的變化狀態，隨著活塞9的伸出，θ角將逐漸變大，故機械增力式打刀缸的打刀力F是隨著活塞9的伸出而逐漸增大的。理論上，打刀力F越大越有利機床打刀，要得到足夠大的打刀力F只要使錐體6的兩錐面夾角α足夠小，但數控機床需要打刀缸具有一定的打刀行程;錐體6的兩錐面夾角α越小，為得到一定的打刀行程，就需要活塞片2的行程越長，這樣將增加打刀缸的打刀時間，影響數控機床的生產效率。故錐體6的兩錐面夾角α的大小選擇至關重要，一方面要確保打刀缸具有數控機床松刀所需的足夠打刀力，另一方面要在保證打刀缸打刀行程的條件下使活塞片2的行程盡量短，以便機床提高打刀效率。

2.2 特點

機械增力式打刀缸與氣液增壓缸相比，具有以下特點:

（1）不用液壓油，節省能源。

（2）不會產生漏油、泄油現象，沒有環境污染。

（3）打刀速度快。打刀時間比同等規格的氣液增壓式打刀缸可減少40%。

（4）打刀力隨打刀行程增加逐漸加大，減小打刀螺栓與主軸拉桿的沖擊力，延長主軸軸承壽命。

機械增力式打刀缸為數控機床提供了一種新的松刀用裝置，其具有快速、高效、環保和高可靠性的特點。

該缸為我公司專利產品，自2010年下半年投放市場后，受到所有用戶的一致認可，目前其市場占有率越來越高。事實證明:機械增力式打刀缸的采用將會有效地減少機床的故障率，提升機床的換刀性能。