銑頭式加工中心自動(dòng)松拉刀實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳秀梅

(北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192)

直驅(qū)技術(shù)是一種新技術(shù)，國(guó)外的直驅(qū)控制及加工技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段，而我國(guó)尚處于起步階段，國(guó)內(nèi)一些科研院所和企業(yè)也相繼開(kāi)展了直驅(qū)技術(shù)和產(chǎn)品的研究應(yīng)用。電主軸是直驅(qū)單元的典型代表，5軸聯(lián)動(dòng)加工中心的銑頭采用電主軸直驅(qū)技術(shù)，其體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。因此碟型彈簧式自動(dòng)松拉刀機(jī)構(gòu)由于空間的限制已經(jīng)不能應(yīng)用于銑頭式加工中心。設(shè)計(jì)了應(yīng)用于銑頭電主軸的自動(dòng)松拉刀系統(tǒng)，為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的自動(dòng)松拉刀系統(tǒng)的使用性能，進(jìn)行了銑頭式加工中心自動(dòng)松拉刀實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 自動(dòng)松拉刀系統(tǒng)的工作原理

1.1 工作原理

圖1所示為自動(dòng)松拉刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。拉刀運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是:當(dāng)活塞2上部通壓力油、下側(cè)回油時(shí)，液壓力推動(dòng)活塞2向下運(yùn)動(dòng)，活塞2壓迫擠壓卡緊環(huán)3徑向收縮，卡緊環(huán)3作用在拉桿4的鎖緊斜面，拉桿4向上運(yùn)動(dòng)，拉桿4下部末端夾緊刀柄，實(shí)現(xiàn)刀具的拉緊動(dòng)作;松刀運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程:活塞2下側(cè)通壓力油，壓力油推動(dòng)活塞2向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)拉桿4錐形部分的上端面在液壓力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，卡緊環(huán)3徑向擴(kuò)張，拉桿4向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具的松開(kāi)。夾緊狀態(tài)時(shí)，活塞2的上下側(cè)都不通壓力油，其鎖緊完全通過(guò)卡緊環(huán)3實(shí)現(xiàn)，從而保證了在拉爪拉緊狀態(tài)下不會(huì)意外反向運(yùn)動(dòng)，刀柄不會(huì)自行松脫，保證了加工操作的安全性［1］。

圖1 松拉刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 自動(dòng)松拉刀驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于要驗(yàn)證自動(dòng)松拉刀系統(tǒng)松開(kāi)刀具和拉緊刀具的動(dòng)作，需要將設(shè)計(jì)的銑頭中完成松開(kāi)、拉緊刀具的部分設(shè)計(jì)成一驗(yàn)證缸，以便于模擬松開(kāi)刀具及拉緊刀具動(dòng)作，模擬自動(dòng)松拉刀動(dòng)作的驗(yàn)證機(jī)構(gòu)如圖2所示。

圖2 自動(dòng)松拉刀驗(yàn)證結(jié)構(gòu)

2 實(shí)驗(yàn)裝置工作原理

銑頭式加工中心自動(dòng)松拉刀實(shí)驗(yàn)裝置主要針對(duì)自動(dòng)松拉刀的使用壽命進(jìn)行檢測(cè)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，模擬實(shí)際零件加工過(guò)程中松開(kāi)刀具、拉緊刀具的情況，通過(guò)光敏傳感器檢測(cè)拉桿的位置變化，間接測(cè)量松拉刀的工作壽命。

為模擬驗(yàn)證結(jié)構(gòu)中拉桿工作時(shí)所承受的軸向切削力，在檢測(cè)松開(kāi)和拉緊刀具時(shí)，利用一個(gè)對(duì)頂液壓缸為拉桿提供切削時(shí)刀具所承受的模擬負(fù)載。根據(jù)工況分析，所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置液壓原理圖如圖3所示。液壓系統(tǒng)啟動(dòng)，液壓泵開(kāi)始供油，換向閥7左位工作，液壓油進(jìn)入自動(dòng)松拉刀驗(yàn)證機(jī)構(gòu)9右腔，推動(dòng)活塞桿向左伸出，此時(shí)，液壓缸8對(duì)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)9施加負(fù)載，模擬銑刀的工作過(guò)程。電磁鐵動(dòng)作順序表如表1所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置液壓原理圖

表1 電磁鐵動(dòng)作順序表

3 實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)方案描述:將自動(dòng)松拉刀驗(yàn)證機(jī)構(gòu)水平放置在油箱頂蓋上，通過(guò)一個(gè)活塞式的液壓缸對(duì)拉桿施加軸向拉力。由于拉桿主要承受軸向力和徑向力，在拉緊刀具和松開(kāi)刀具時(shí)，縮緊環(huán)斜面將力分解為徑向力和軸向力，徑向力由缸體承受，而刀具軸承受軸向載荷。若軸向力大，對(duì)軸的影響也大，因此需要對(duì)拉緊刀具的拉桿進(jìn)行軸向位置檢測(cè)，通過(guò)光電傳感器檢測(cè)其位置變化。實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 銑頭式加工中心的自動(dòng)松拉刀檢驗(yàn)裝置

4 結(jié)論

自動(dòng)松拉刀實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)松拉刀軸向負(fù)載情況測(cè)試，通過(guò)拉桿的位置是否到位來(lái)檢測(cè)自動(dòng)松拉刀系統(tǒng)是否存在鎖緊環(huán)的磨損及其拉桿的軸向彎曲，以此來(lái)判斷自動(dòng)松拉刀機(jī)構(gòu)的壽命及鎖緊情況，為加工中心的自動(dòng)松拉刀系統(tǒng)的研制及高檔數(shù)控機(jī)床的國(guó)產(chǎn)化提供了理論依據(jù)及技術(shù)支撐。

［1］陳秀梅，楊慶東，于瀟客.五軸數(shù)控機(jī)床銑頭自動(dòng)松拉刀方法分析研究［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化，2010，39(3):69－71.

［2］陳秀梅，楊慶東，楊亢亢.多軸機(jī)床銑頭新型自動(dòng)松拉刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究［J］.機(jī)械工程師，2009(10):31－32.

［3］孫再富，陳秀梅，楊慶東.多軸機(jī)床的自動(dòng)松拉刀機(jī)構(gòu)的鎖刀分析研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012(8):188－190.

［4］徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［5］德國(guó)西泰克(CyTec)公司.Cypull·Cyblock［OL］.［2008－02］.http://www.cypull.de/download/cypull_katalog_d_pdf.pdf.