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張家港市泓運鍛造有限公司

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槽輪機構于加工中心鼓輪式刀庫上應用

作者: 來(lái)源: 日期:2019-09-18 08:57:37 人氣:1219
加工中心是指帶有自動(dòng)換刀裝置的數控機床。自動(dòng)換刀裝置通常由刀庫和換刀機械手兩部分組成,也有將兩部分集成在一起組成無(wú)機械手自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置的刀庫用來(lái)貯存加工中心機床在加工過(guò)程中所需要的各種刀具。在自動(dòng)換刀過(guò)程中,要求刀庫能夠按照數控裝置發(fā)出的選刀指令選出所需要的刀具,并準確地停在換刀位置上,以便于自動(dòng)更換刀具。加工中心機床的刀庫型式種類(lèi)繁多,常見(jiàn)的有鼓輪式、鏈式、格子箱式等,其中鼓輪式刀庫由于其結構簡(jiǎn)單,控制方便,在加工中心機床上獲得了廣泛的應用。鼓輪式刀庫的回轉驅動(dòng)方式通常有兩種,一種是由伺服電機通過(guò)減速裝置進(jìn)行驅動(dòng);另一種是采用普通電機經(jīng)減速后通過(guò)外嚙合槽輪機構進(jìn)行驅動(dòng)。前者結構簡(jiǎn)單,回轉速度快,定位準確,但由于選用了伺服電機,電氣控制復雜,制造成本高。后者采用機械方式分度定位,可靠性高,雖然定位精度較前者低,但完全能夠滿(mǎn)足加工中心機床的要求。由于選用了普通電機,電氣控制簡(jiǎn)單,制造成本比前者低。在目前生產(chǎn)的鼓輪式刀庫的加工中心機床上很多采用槽輪機構來(lái)驅動(dòng)刀庫的分度回轉運動(dòng)。

2 槽輪機構的工作原理和結構特點(diǎn)

  槽輪機構(又稱(chēng)馬爾他機構)能把主動(dòng)軸的勻速連續運動(dòng)轉換為從動(dòng)軸的周期性間歇運動(dòng),常用于各種分度轉位機構中。槽輪機構有三種基本類(lèi)型:外嚙合槽輪機構、內嚙合槽輪機構和球面槽輪機構。加工中心鼓輪式刀庫采用外嚙合槽輪機構。外嚙合槽輪機構工作原理如圖1所示,它由轉臂(主動(dòng)曲柄)1、槽輪2、滾子3 和鎖止盤(pán)4組成。

圖1 外嚙合槽輪機構原理圖

  外嚙合槽輪機構的轉臂回轉軸線(xiàn)與槽輪回轉軸線(xiàn)平行。通常轉臂作等速回轉,當轉臂上的滾子進(jìn)入槽中,就拔動(dòng)槽輪作反向轉位運動(dòng),當滾子從槽中脫出,槽輪即靜止不動(dòng),并由鎖止盤(pán)定位。當只有一個(gè)滾子時(shí),轉臂轉一周,槽輪作一次轉—停的步進(jìn)運動(dòng)。
  外嚙合槽輪機構的結構特點(diǎn)如下:
  (1)滾子進(jìn)入和脫出槽口的瞬時(shí)位置,轉臂中心線(xiàn)與槽的中心線(xiàn)相垂直,使槽輪轉位起、停瞬時(shí)的角速度ω0=0,避免了剛性沖擊。
 ?。?)槽輪齒數z為3~18。
 ?。?)槽輪轉位起、停時(shí)的角加速度ε0與槽數z有關(guān),z越少,ε0越大,即有不同程度的柔性沖擊。
 ?。?)鎖止盤(pán)的定位精度低。充分度精度要求高時(shí),必須附加定位裝置。
 ?。?)結構簡(jiǎn)單,制造容易,工作可靠,機械效率高。

3 減小槽輪機構運動(dòng)沖擊的措施

  由于槽輪的角加速度變化較大,且在轉位過(guò)程的前半階段與后半階段的角加速度方向不同,因此當槽與滾子之間存在間隙時(shí),會(huì )產(chǎn)生沖擊。為了減小沖擊應采取以下措施:
 ?。?)減小或消除滾子和槽之間的間隙。
 ?。?)消除銷(xiāo)開(kāi)始進(jìn)入槽時(shí)的間隙,應使槽輪的實(shí)際外圓半徑Ra略大于槽輪名義外圓半徑R,取 ,式中rA為滾子半徑,見(jiàn)圖2,以消除滾子開(kāi)始進(jìn)入槽時(shí)滾子與槽兩側頂端的間隙△。

圖2 滾子開(kāi)始進(jìn)入槽時(shí)的示意圖

 ?。?)使槽輪具有適當的轉動(dòng)慣量J2,使|J2ε2|<mz,Mz為槽輪的負載轉矩。
 ?。?)增加槽輪組件的回轉阻尼。

4 應用實(shí)例

  圖3為T(mén)H5640型立式加工中心鼓輪式刀庫的結構簡(jiǎn)圖。主要元件有:(1)刀庫電機;(2)減速器;(3)支架;(4)曲柄;(5)刀柄;(6)槽輪;(7)鼓輪;(8)鎖止盤(pán);(9)滾子;(10)刀位檢測開(kāi)關(guān);(11)滑動(dòng)軸承;(12)回轉軸等。

圖3 刀庫結構簡(jiǎn)圖

  該刀庫可容納18把刀具,即槽輪的齒數為18。刀庫的回轉選刀由刀庫電機通過(guò)減速器帶動(dòng)曲柄回轉,曲柄每回轉一周,槽輪轉過(guò)20°, 刀庫鼓輪轉過(guò)一個(gè)刀位,并由鎖止盤(pán)定位。刀庫上的刀位信號由兩只開(kāi)關(guān)聯(lián)合發(fā)出,在刀庫的一號刀位上安裝一只擋鐵,在支架上安裝一只檢測開(kāi)關(guān)(圖3中均未表示出來(lái)),機床開(kāi)機后,刀庫自動(dòng)回轉尋找一號刀位(基準刀位),當一號刀位上的擋鐵觸發(fā)支架上的檢測開(kāi)關(guān)后刀庫停止回轉,刀庫的當前刀位為一號刀位,刀庫處于初始狀態(tài)。其余刀位信號由安裝在曲柄上的擋鐵觸發(fā)刀位檢測開(kāi)關(guān)10進(jìn)行累計計數,曲柄每回轉一周即刀庫轉過(guò)一個(gè)刀位觸發(fā)一次。通過(guò)控制刀庫電機的旋轉方向,實(shí)現刀庫的雙向選刀。
  為了減小刀庫的選刀轉位過(guò)程中的沖擊噪音,在設計上采取了如下一些措施。
 ?。?/span>1)使槽輪的實(shí)際外圓半徑略大于名義外圓半徑。槽輪名義外圓半徑R=150 . cos10°=147.72,實(shí)際外圓半徑 。
 ?。?/span>2)通過(guò)調整兩只平面軸承的壓緊力,適當增加槽輪組件的回轉負載,同時(shí)選用鋁合金材料制造刀庫鼓輪,回轉軸采用空心結構,減小槽輪組件的轉動(dòng)慣量。
 ?。?/span>3)回轉軸的徑向支承軸承為滑動(dòng)軸承,并選用聚四氟乙烯作為軸承材料,使軸承的間隙為零,增加槽輪組件的回轉阻尼。
  通過(guò)采取以上措施,在利用槽輪機構的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)克服了其結構本身固有的缺點(diǎn),取得了很好的實(shí)際效果。

 

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