尚品打刀缸的工作原理及其應用

◆李玉蘭 孔曉林 張麗 劉文

尚品打刀缸的工作原理及其應用

◆李玉蘭 孔曉林 張麗 劉文

通過分析尚品打刀缸的工作原理，介紹其在加工中心主軸自動抓刀和松刀控制回路中的應用。

打刀缸；工作原理；控制回路

10.3969 /j.issn.1671-489X.2016.02.046

1 前言

加工中心主軸的內部有刀具自動夾緊機構，換刀時，具有松開和夾緊刀柄的功用，是由打刀缸控制實現的。為培養北京電子科技職業學院數控設備應用與維護專業學生具備分析、維護和保養加工中心主軸打刀系統的專業技能，熟悉加工中心主軸打刀系統的組成及工作原理，開發以學生為主體的實踐教學項目，以企業實際應用為背景，以實訓設備為依托，自始至終貫穿工學結合的理念，購置尚品打刀缸，增加氣、液、電綜合控制回路設計和搭接。

2 尚品打刀缸工作原理

元件介紹尚品打刀缸上半部分是氣缸，下半部分是液壓缸，液壓缸與油杯相通，液壓缸底部為壓桿回程氣缸，如圖1所示。松開和夾緊刀柄的動作是打刀缸及其氣液回路控制完成。

如表1所示尚品打刀缸型號及技術參數，不同規格的主軸選用不同的打刀缸：30#主軸選用2.0 T*13 mm打刀缸、3.0 T*13 mm打刀缸；40#主軸選用3.5 T*13 mm打刀缸、4.5 T*13 mm打刀缸；50#主軸選用4.5 T*15 mm打刀缸、6 T*15 mm打刀缸。

表1 尚品打刀缸型號及技術參數

工作原理尚品打刀缸是氣液轉換增力裝置，打刀缸的氣缸上腔進氣，推動氣缸活塞，并通過活塞桿推動液壓缸中活塞向下運動，壓縮密封在液壓缸內的液壓油，壓力倍增，以推動壓桿運動，作用于主軸。當液壓桿向下運動至終點位置時，壓桿上的一小孔與氣路相通，壓縮空氣從壓桿中心排出，實現主軸吹氣功能。打刀缸的氣缸下腔進氣，氣缸活塞返回，同時底部液壓桿回程氣缸接通，壓桿返回到起始位置，主軸打刀動作完成。壓桿上裝有行程撞塊，在其行程極限位置，分別撞其行程開關，其信號送入控制程序中，保證各部件間的協調，以免產生錯誤動作。

圖1 尚品打刀缸實物圖

尚品打刀缸主要用于加工中心刀具自動交換機構中的主軸打刀，實現機械裝置的動作，還可作為夾具及其他機構的夾緊裝置，能夠做到空氣、油液隔離，避免空氣和液壓油混合，造成出力不穩定或出力達不到要求，氣壓變成液壓，充分發揮氣動供氣方便和液壓速度容易控制的優點。

由圖2可知：

圖2 工作原理圖

圖3 加工中心主軸打刀系統的控制回路圖

說明氣液增壓缸輸出的液壓力p2增高了的倍數。

特點尚品打刀缸具有如下特點：液壓缸缸身，經硬膜處理，耐磨、散熱快；低能源，低成本，安裝容易；運用較低氣壓轉為高液壓油壓力，達到與液壓油壓相對能量；密封元件選用進口密封圈，保證長期穩定的良好密封；控制元件選用知名品牌，保證控制準確、迅速。

3 加工中心主軸打刀系統的控制回路

加工中心主軸換刀時，具有自動松開和夾緊刀具動作，根據動作要求，設計控制回路。如圖3所示，按下按鈕S1時，電磁換向閥左位工作，打刀缸活塞桿向下運動、伸出，主軸內的四瓣爪打開，主軸完成松刀，松刀到位，行程開關1S發出電信號，電磁換向閥右位工作，打刀缸活塞桿向上運動、退回，主軸內的四瓣爪收攏、抓緊刀柄，主軸完成抓刀（圖示是初始狀態）。

打刀缸活塞桿的伸出速度是由單向節流閥實現調節，打刀缸活塞桿的快速退回是由快速排氣閥實現?；芈氛{試時，通氣后可按下電磁換向閥手動復位按鈕，檢查打刀缸的動作。

為了換刀時主軸不受磨損、保證精度，電磁換向閥應該在力量足夠時才推動打刀缸的活塞桿運動，否則控制打刀缸的活塞桿不運動。

4 打刀缸安裝使用注意事項

1）打刀缸停機前，最后加工的刀具應在主軸未冷機前送回刀庫，不可養成把刀具長期放在主軸上的不良習慣，因為刀柄長期熱脹冷縮和切削液的腐蝕，會發生刀柄處生銹而打不下刀。

2）壓縮空氣氣源應該為干燥、清凈。要經常排放氣源三聯件中的積水，否則電磁換向閥的壽命會大幅度降低，致使打刀缸不能正常工作。壓縮空氣的壓力應該穩定，應該保持在4.8～8.5 kgf/cm2范圍內。壓力過小，打刀缸出力不夠；壓力過大，會影響油封的壽命。在氣路中增加壓力開關檢測，控制氣路壓力的最低值。

3）用于立式主軸的打刀缸必須垂直安裝，固定打刀缸的支架固定面應該與主軸軸線垂直，允許誤差不超過0.05/100 mm。

4）電磁換向閥線圈的電壓應該符合DC24V要求。

5）油杯內應該加入R32-R68號液壓油，初始加油時應該將打刀缸上下運動多次，排出液壓缸中的空氣。油杯中的液面應該保持在刻線范圍內，一般安全油量最低為1/5，安全油量最高為4/5。養成定期檢視油杯中的液壓油量的習慣，及時補油或者更換液壓油。一般首次加油應該使用六個月以上，以后如果補油，當間隔縮短到一個月內時，建議更換油封。

6）選用合適規格的打刀缸，避免打刀過大或者過小，一般應該為主軸打刀力的3～4.5倍。30#主軸一般選用2.5 T的打刀缸，40#主軸一般選用3.5 T的打刀缸，50#主軸一般選用4.5 T的打刀缸，50#大功率主軸一般選用6 T的打刀缸。

7）加工中心最好單獨配置氣源，如果與多臺數控機床合用氣源，其容量配置要加大，避免壓力波動。

8）打刀缸的行程開關一定要安裝牢固，不允許松動，避免發出錯誤信號。選用的刀柄和拉釘要合格，與標準尺寸相符，不能過長或者過短，造成打刀不靈活，損壞主軸、刀臂或者刀盤。

[1]蘇新梅,周世琦,楊曾學.ZYG氣液增壓缸的原理及其應用[J].機械研究與應用,2008,21(2).

[2]打刀缸安裝使用注意事項[EB/OL].http://www.yanweipm. com.

[3]打刀缸結構及工作原理[EB/OL].http://www.yanweipm. com.

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1671-489X(2016)02-0046-03

作者：李玉蘭，北京電子科技職業學院機械工程學院副教授，研究方向為數控機床安裝驗收；孔曉林、張麗、劉文平，北京電子科技職業學院（100176）。