應用于高速高精加工的高效自動鎖刀裝置

張海濤 王傳龍

（天津市中天海河職業培訓學院，天津 300350）

隨著現代工業不斷迅猛的發展，制造業各種產品種類日益繁多，產品的結構造型日益復雜、生產批量變小、生產周期逐漸縮短，同時產品精度要求越來越高。能滿足以上高速高精高效的制造要求的車銑加工中心，在當今的各種機械制造、模具生產等企業中得到了大量應用。現有的加工中心已經具備裝夾各種刀具的刀庫和自動換刀裝置，卻沒有能夠快速可靠裝拆刀具的自動鎖刀裝置。操作機床的工作人員完全靠手動把刀具放在刀柄中然后用勾扳手擰緊。這樣不但工作效率低，需要大的扭矩，而且鎖緊力不容易控制，很容易影響刀具的裝夾精度，使用過程中容易出現刀具因裝夾力不夠而滑脫的現象。這不僅會造成加工的工件容易報廢，還可能導致意外傷害等。開發設計加工中心自動鎖刀裝置，可以大大解決傳統利用勾扳手擰緊來進行刀具鎖緊的鎖刀方式產生的弊端，應用前景廣闊。使用這種高效自動鎖刀裝置可以保證刀具安裝精度，裝刀方便快捷，減輕勞動者的勞動強度，從而提高生產率。

1 高效自動鎖刀裝置的設計思路及工作原理

首先對現有利用勾扳手擰緊來進行刀具鎖緊的鎖刀方式進行研究，然后利用三坐標測量儀測繪現今普遍使用的數控銑床和加工中心強力刀柄的參數，并且對參數進行分析，最后根據刀具鎖緊的工作原理，設計出結構合理、操作簡單、加工方便、加工成本低廉、動作靈活、夾緊力可靠的、能迅速進行刀具裝夾的高效自動鎖刀裝置。

當前，鎖刀座的刀柄通過標準的卡槽固定在刀座上，通過上下運動來完成鎖刀，在運動過程中定心和力矩不夠可靠，安全系數不高。因為運動不確定性，操作者還容易受傷。改進后的該裝置采用蝸輪蝸桿傳動的工作原理進行夾緊，機構簡圖如圖1所示。

與帶傳動裝置的工作原理相比，該裝置具有以下優點：帶傳動鎖刀裝置的工作原理是電動機帶動皮帶輪，皮帶輪帶動刀頭回轉，達到鎖刀的目的。這種方案中帶傳動兩軸間傳動時的中心距較大，在傳動時無法保證正確的傳動比，而且對軸和軸承的壓力較大，在拉力長期的作用下，會發生塑性變形而伸長，導致帶松弛和初拉力的減少，傳動能力降低，很容易出現打滑不能正常工作現象，帶的壽命短，需要經常更換。

圖1 機構簡圖

采用蝸輪蝸桿傳動原理來鎖緊刀具，夾緊力是用蝸輪蝸桿兩軸交錯并且成90°垂直的運動，將夾緊力轉化而來。若非平行軸斜齒圓柱齒輪機構軸角為90°，并且兩個輪螺旋線旋向相同時，B1+B2=90°，當小齒輪變得很長，Z1很小，B1很大時，每個齒在齒根圓柱上圍繞一周多，即一個蝸桿。同時，大齒輪直徑很大時，齒數很多，B2很小，就為蝸輪，蝸輪的援助表面母線做成圓弧形，部分包住蝸桿。只有這樣，蝸桿在垂直于蝸桿軸線的各截面均有一點接觸，這些點連成曲線時，蝸輪蝸桿嚙合為線接觸，所以可以傳遞比較大的動力。

圖2 高效自動鎖刀裝置的主要結構

2 高效自動鎖刀裝置的主要結構及參數

高效自動鎖刀裝置的主要結構如圖2所示，其主要參數如下。

主體與支撐部分均采用鋁合金制作；本裝置蝸輪采用銅合金制作；本裝置蝸桿采用45號鋼制作；電動機的功率為1.1kW；轉速控制范圍為3～15r/min；蝸輪線數Z=1；中心距a選取為95m；蝸輪蝸桿導程角的大小與方向應相同。

3 高效自動鎖刀裝置的特點

該自動鎖刀裝置的刀柄可直接放入裝置內，無需手工在刀刃面上旋轉，不再每次只轉動不到1/2圈。在旋轉過程中，通過電機與壓力傳感器的配合，保證在裝拆刀具的過程中縮短裝夾時間，提高裝夾的高效性。人們采用類蝸輪蝸桿配合的方法，在蝸桿與電機連接處采用液壓臺虎鉗的方法，以保證裝夾的可靠性。本裝置提高了裝夾的效率和質量，降低了設備造價，提高了設備的性價比，可用于大部分高速高精切削刀具的裝拆。

[1]陳榕林，陸同理.新編機械工程師手冊[M].北京：中國輕工業出版社，2011.

[2]陳榕林.機械設計應用手冊[M].北京：科學技術文獻出版社，2014.

[3]廖念釗.互換性與技術測量[M].北京：中國計量出版社，2010.