一種便于更換切割刀具的機械加工用數控機床的設計

萬志強，王江平，張青，劉丹

（1.安徽機電職業技術學院機械工程學院；2.蕪湖工望機械科技有限公司，安徽 蕪湖 241000）

機械加工是改變生產對象的形狀、尺寸、位置和性質等，使其成為成品或者半成品的過程，按加工方式上的差別可分為切削加工和壓力加工，在進行機械加工的切削加工時常常會使用切割數控機床，利用切割數控機床快速便捷的對工件進行切割。但是，現有的機械加工用數控機床在使用的過程中仍存在不足之處，不能方便的對切割刀具進行拆卸更換，使用的便利性較低，不便于對切割刀具進行維護，且在加工過程中出現切割刀具故障時，不能快速的對刀具進行更新，影響后續的加工效率。本設計目的在于提供一種便于更換切割刀具的機械加工用數控機床，以解決以上提出的目前市場上現有的機械加工用數控機床不能方便的對切割刀具進行拆卸更換，在加工過程中出現切割刀具故障時，不能快速的對刀具進行更新的問題。

1 技術設計方案

一種便于更換切割刀具的機械加工用數控機床，包括工作臺、電機和液壓缸，工作臺的內部軸承連接有轉桿，且轉桿的外側鍵連接有半齒輪，電機的輸出端與轉桿的下端連接，半齒輪的右方嚙合連接有全齒輪，且全齒輪鍵連接在刀架下端的外側，刀架軸承連接在工作臺的上方，且刀架上方的外側安裝有安裝架，安裝架的內部設置有切割刀具本體。該便于更換切割刀具的機械加工用數控機床利用齒塊實現切割刀具本體和調節齒輪之間的聯動，并利用絲桿轉動帶動調節桿移動，調節棘爪和棘齒之間的位置，利用棘爪和棘齒對調節齒輪的轉動進行限定，從而對切割刀具本體進行鎖定，快速的實現切割刀具本體的拆卸和安裝。

與現有技術相比，便于更換切割刀具的機械加工用數控機床具有的優點是：（1）利用齒塊實現切割刀具本體和調節齒輪之間的聯動，并利用絲桿轉動帶動調節桿移動，調節棘爪和棘齒之間的位置，利用棘爪和棘齒對調節齒輪的轉動進行限定，從而對切割刀具本體進行鎖定，快速的實現切割刀具本體的拆卸和安裝。（2）半齒輪轉動帶動全齒輪轉動1/4，從而控制刀架轉動1/4 面，對不同方位的安裝架的位置進行調節，從而對切割刀具本體進行更新，此設計不會影響數控機床的運行，且可方便的對切割刀具本體進行更換。

2 實例說明

一種便于更換切割刀具的機械加工用數控機床，如圖1 所示：包括工作臺1、轉桿2、半齒輪3、電機4、全齒輪5、刀架6、調節桿7、安裝架8、滑塊801、壓縮彈簧802、卡座803、絲桿9、齒塊10、卡塊11、液壓缸12、切割刀具本體13、調節齒輪14、棘齒15、棘爪16、轉軸17 和渦旋彈簧18，工作臺1 的內部軸承連接有轉桿2，且轉桿2 的外側鍵連接有半齒輪3，電機4 的輸出端與轉桿2 的下端連接，半齒輪3 的右方嚙合連接有全齒輪5，且全齒輪5 鍵連接在刀架6 下端的外側，刀架6 軸承連接在工作臺1 的上方，且刀架6 上方的外側安裝有安裝架8，安裝架8 的內部設置有切割刀具本體13，且切割刀具本體13 的外側安裝有齒塊10，齒塊10 的外側嚙合連接有調節齒輪14，且調節齒輪14 的內側連接有棘齒15，棘齒15 的外側貼合設置有棘爪16，且棘爪16焊接連接在轉軸17 的外側，轉軸17 通過渦旋彈簧18 與調節桿7 連接，調節桿7 的內部螺紋連接有絲桿9，且絲桿9 軸承連接在安裝架8 上，液壓缸12 螺栓固定在工作臺1 的上方，且液壓缸12 的下端安裝有卡塊11。

圖1 一種便于更換切割刀具的機械加工用數控機床結構示意圖

半齒輪3 和全齒輪5 的大小相同，且半齒輪3 的齒數是全齒輪5 齒數的1/4，此設計可帶動刀架6 一次轉動1/4 面，方便快速的對安裝架8 的位置進行更換。

圖3 安裝架和切割刀具本體連接處結構示意圖

刀架6 與工作臺1 構成轉動機構，且刀架6 的俯剖面為圓形結構，并且刀架6 的外側等角度的分布有安裝架8，此設計可穩定的控制刀架6 轉動，對不同方位的安裝架8 的位置進行調節。

安裝架8 包括滑塊801、壓縮彈簧802 和卡座803，且安裝架8 的外端固定安裝有滑塊801，并且滑塊801 的下側連接有壓縮彈簧802，同時安裝架8 的上側焊接連接有卡座803，此設計可控制安裝架8 上下往復移動，從而控制切割刀具本體13 上下往復移動，利用切割刀具本體13 對工件進行切割。

滑塊801 的俯剖面為“工”字形結構，且滑塊801通過壓縮彈簧802 與刀架6 構成彈性結構，此設計可保證安裝架8 穩定的豎直移動，避免安裝架8 與刀架6 脫離連接。

圖6 半齒輪和全齒輪連接處結構示意圖

齒塊10 等間距的分布在切割刀具本體13 和調節齒輪14 的連接處，且調節齒輪14 的中心線與調節桿7 的中心線相互重合，并且調節桿7 的俯剖面為“T”形結構，同時調節桿7 與安裝架8 為滑動連接，此設計可實現切割刀具本體13 和調節齒輪14 之間的聯動，通過鎖定調節齒輪14 便可鎖定切割刀具本體13。

3 工作原理

在使用該便于更換切割刀具的機械加工用數控機床時，首先，使用者先將圖1 所示的整個裝置平穩的放置到工作區域內，利用數控機床對工件進行切割，若在加工過程中，切割刀具本體13 出現損害需要對切割刀具本體13 進行更新時，將液壓缸12 打開，液壓缸12 控制卡塊11 上移，解除卡塊11 與卡座803 的連接，便可將電機4 外接電源，控制電機4 帶動轉桿2 轉動，轉桿2 帶動半齒輪3 轉動，半齒輪3 帶動全齒輪5 轉動1/4，新的安裝架8 上的完整的切割刀具本體13 移動到切割區，停止電機4 的工作，并控制液壓缸12 帶動卡塊11 下移，將卡塊11 卡進對應位置的卡座803 內，需要對工件進行切割時，便可持續控制液壓缸12 帶動卡塊11 下移，同步推動安裝架8 下移，結合圖2 所示，安裝架8 通過“工”字形的滑塊801 在刀架6 內豎直移動，并對壓縮彈簧802進行擠壓，使得壓縮彈簧802 開始蓄力，而安裝架8 帶動切割刀具本體13 下移對工件進行切割，切割之后，控制液壓缸12 帶動卡塊11 連同卡座803 和安裝架8 上移，此時壓縮彈簧802 也同步推動安裝架8 上移復位，帶動切割刀具本體13 上移，根據上述步驟，控制切割刀具本體13 上下運動對工件進行切割。

圖2 刀架結構示意圖

而工作人員可對磨損的切割刀具本體13 拆卸，根據圖5 所示，轉動絲桿9，絲桿9 帶動外側螺紋連接的調節桿7 后移，調節桿7 的俯剖面為“T”形結構，調節桿7后端左右兩側的凸出部分在安裝架8 內滑動，保證調節桿7 穩定水平后移，調節桿7 帶動棘爪16 后移，結合圖4 所示，解除棘爪16 對棘齒15 的卡合，此時便可將切割刀具本體13 拉出，接著反向轉動絲桿9，絲桿9 帶動調節桿7 前移，將棘爪16 復位與棘齒15 卡合，此時便可將新的切割刀具本體13 從下向上推入安裝架8，切割刀具本體13 左側的齒塊10 帶動嚙合連接的調節齒輪14 逆時針轉動，調節齒輪14 內側安裝的棘齒15 便可撥動棘爪16 通過轉軸17 轉動，轉軸17 端部的渦旋彈簧18 同步轉動進行蓄力，使得切割刀具本體13 順利上移，安裝完畢之后，同時切割刀具本體13 的移動，從而停止調節齒輪14 的轉動，此時渦旋彈簧18 帶動轉軸17 反轉復位，從而帶動棘爪16 反轉復位，利用棘爪16 對棘齒15 進行鎖定限位，從而穩固的完成切割刀具本體13 的安裝。

圖4 圖3 中的A 處放大結構示意圖

圖5 安裝架結構示意圖

4 結語

所設計的一種便于更換切割刀具的機械加工用數控機床利用齒塊實現切割刀具本體和調節齒輪之間的聯動，可以解決目前市場上現有的機械加工用數控機床不能方便的對切割刀具進行拆卸更換，在加工過程中出現切割刀具故障時，不能快速的對刀具進行更新的問題。該設計結構簡單，操作方便，具有廣闊的市場應用前景。