論文-常見數(shù)控車床電動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)原理與故障診斷(編輯修改稿)
2025-02-13 02:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)位和定位銷定位之外，還可以采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離合器定位，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機(jī)構(gòu)。圖1數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架1－活塞 2－刀架體 7－齒輪 4－齒圈 5－空套齒輪6－活塞 8－齒條 9－固定插銷 11－推桿 12－觸頭 四方刀架（1）刀架抬起 當(dāng)換刀指令發(fā)出后，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過蝸桿連軸器帶動(dòng)渦輪絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，刀架體內(nèi)孔有螺紋，與渦輪絲杠旋合。渦輪絲杠內(nèi)孔與刀架中心軸是動(dòng)配合，在轉(zhuǎn)位換刀時(shí)，中心軸固定不動(dòng)，渦輪絲杠環(huán)繞中心軸旋轉(zhuǎn)。由于刀架底座和刀架體嚙合，且渦輪絲杠軸向固定，這時(shí)刀架抬起。（2）刀架換刀 當(dāng)?shù)都荏w抬至一定距離后，端面齒脫開。轉(zhuǎn)位套用銷釘與渦輪絲杠連接，隨渦輪絲杠一同轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160176。，球頭銷在彈簧作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套的槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。（3）刀架定位 刀架體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)電刷座一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號時(shí)，定位銷在彈簧作用下進(jìn)入粗定位盤的槽中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷接觸導(dǎo)面使電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于粗定位槽的限制，刀架體不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在該位置垂直落下，刀架體和刀架底座上的端面齒嚙合實(shí)現(xiàn)精確定位。（4）刀架鎖緊 刀架電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)渦輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨加緊力增加，轉(zhuǎn)矩不斷增大，達(dá)到一定值時(shí)，在傳感器的控制下，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刀架鎖緊。 更換主軸頭換刀在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭是一種簡單換刀方式。主軸頭通常有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。在轉(zhuǎn)塔的各個(gè)主軸頭上，預(yù)先安裝有各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具。當(dāng)發(fā)出換刀指令時(shí)，各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主軸運(yùn)動(dòng)，使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動(dòng)脫開。圖2為臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭。轉(zhuǎn)塔頭上徑向分布著八根結(jié)構(gòu)完全相同的主軸7，主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒輪12輸入。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時(shí)，先通過液壓撥叉將移動(dòng)齒輪3與齒輪12脫離嚙合，同時(shí)在中心液壓缸14的上腔通壓力油。由于活塞桿和活塞15固定在底座上，因此中心液壓缸14帶著由兩個(gè)推力軸承17和16支承的轉(zhuǎn)塔刀架體18抬起，離合器2和1脫離嚙合。然后壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸，推動(dòng)活塞齒條，再經(jīng)過中間齒輪使大齒輪4與轉(zhuǎn)塔刀架體18一起回轉(zhuǎn)45186。，將下一工序的主軸轉(zhuǎn)到工作位置。轉(zhuǎn)位結(jié)束后，壓力油進(jìn)入中心液壓缸14的下腔，使轉(zhuǎn)塔頭下降，離合器2和1重新嚙合，實(shí)現(xiàn)了精確的定位。在壓力油的作用下，轉(zhuǎn)塔頭被壓緊，轉(zhuǎn)位液壓缸退回原位。最后，通過液壓撥叉移動(dòng)齒輪3，使它與新?lián)Q上的主軸齒輪12相嚙合。為了改善主軸結(jié)構(gòu)的裝配工藝性，整個(gè)主軸部件裝在套筒5內(nèi)，只要卸去螺釘10，就可以將整個(gè)部件抽出。主軸前軸承9采用錐孔雙列圓柱滾子軸承，調(diào)整時(shí)，先卸下端蓋6，然后擰緊螺母8，使內(nèi)環(huán)做軸向移動(dòng)，以便消除軸承的徑向間隙。為了便于卸出主軸錐孔內(nèi)的刀具，每根主軸都有操縱桿13，只要按壓操縱桿，就能通過斜面推動(dòng)桿11，頂出刀具。轉(zhuǎn)塔主軸頭的轉(zhuǎn)位、定位和壓緊方式與鼠齒盤式分度工作臺極為相似，但因?yàn)樵谵D(zhuǎn)塔上分布著許多回轉(zhuǎn)主軸部件，使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)不可能設(shè)計(jì)得十分堅(jiān)實(shí)，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度。為了保證主軸的剛度，主軸數(shù)目必須加以限制，否則將會使結(jié)構(gòu)尺寸大為增加。轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點(diǎn)在于省去了自動(dòng)松夾、卸刀、裝刀、夾緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作。從而提高了換刀的可靠性，并顯著地縮短了換刀時(shí)間。但由于上述結(jié)構(gòu)上的原因，轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只是用于工序較少、精度要求不太高的機(jī)床，例如數(shù)控鉆床等。圖2臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭2一離合器12一齒輪5一套筒6一端蓋7一主軸8一螺母117一軸承10一螺釘1l一推動(dòng)桿13一操縱桿14一液壓缸15一活塞18一轉(zhuǎn)塔刀架體帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。首先把加工過程中需要的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后，按一定的方式放到刀庫中去。換刀時(shí)先在刀庫中選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，在進(jìn)行交換刀具后，將新刀裝入主軸，把舊刀放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為單獨(dú)部件安裝到機(jī)床外，并由搬運(yùn)裝置運(yùn)送刀具。與轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置數(shù)控機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個(gè)主軸，設(shè)計(jì)主軸部件就有可能充分加強(qiáng)它的剛度，因而能滿足精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具，因而能進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，這樣就明顯提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。所以帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置特別適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床。刀庫是自動(dòng)換刀裝置的主要部件，其容量、布局以及結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)有很大的影響。根據(jù)刀庫所需要的容量和取刀方式，可以將刀庫設(shè)計(jì)成多種樣式。以下列出了幾種。單盤式刀庫，為適應(yīng)機(jī)床主軸的布局，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置，刀具可做90176。翻轉(zhuǎn)的圓盤刀庫，采用這種結(jié)構(gòu)能夠簡化取刀動(dòng)作，刀庫容量通常為15~30把，因取刀方便，所以應(yīng)用最為廣泛。鼓輪彈倉式刀庫，其結(jié)構(gòu)十分緊湊，在相同的空間內(nèi)，它的容量較大，但取刀較復(fù)雜。鏈?zhǔn)降稁?，其結(jié)構(gòu)有較大的靈活性，存放刀具數(shù)量也較多，選刀和取刀動(dòng)作十分簡單。當(dāng)鏈條較長時(shí)，可以增加支承鏈輪的數(shù)目，使鏈條折疊回繞，提高了空間利用率。多盤式和格子式刀庫，他們雖然也具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，但選刀和取刀復(fù)雜，應(yīng)用較少。為一龍門加工中心采用的鏈?zhǔn)降?，為一立式加工中心的圓盤式刀庫。圖3 常用的刀庫形式圖4 龍門加工中心采用的鏈?zhǔn)降稁靾D5 盤式刀庫結(jié)構(gòu)示意圖 刀具交換裝置數(shù)控機(jī)床的刀具交換方式通常分為有刀庫與機(jī)床主軸的相對運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換和采用機(jī)械手交換刀具兩類。刀具的交換方式和它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)床的生產(chǎn)率和工作可靠性有直接影響。由刀庫與機(jī)床主軸的相對運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀的裝置，在換刀換刀時(shí)必須先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行，因此換刀時(shí)間長。采用機(jī)械手換刀的方式應(yīng)用最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性而且可以減少換刀時(shí)間。目前在加工中心上絕大多數(shù)都使用記憶式的任選換刀方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應(yīng)的記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中，不論刀具放在哪個(gè)刀套內(nèi)都始終記憶著它的軌跡。刀庫上裝有位置檢測裝置，可以檢測出每個(gè)刀套的位置，這樣刀具就可以任意取出并送回。
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