数控镗铣加工中心自动换刀系统中的机—液机械手

2 1 6 机床与液压 2 0 0 3 N O 3 数控镗铣加工 中心 自动换 刀系统 中的机 一液机械手 杨 可森 艾长胜 侯志 坚 济南大学机械工程学院 山东济南2 5 0 0 2 2 摘要 介绍了 V 1 1 6 B型数控镗铣加工中心 自动换刀系统中的机 一液机械手的结构与工作原理及其液压系统 该机械手具有 结构紧凑 工作平稳 定位准确的优点 关键词 镗铣加工中心 数控机床 自动换刀系统 机械手 中图分 类号 T G 6 5 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 0 3 3 2 1 6 2 I 1 硷 Hy d r o me c ha ni c a l M a ni p u l a t o r o n Au t o ma t i c To o l Ch a ng e r o f Nu me r i c a l Co n t r o l r i n g M i l l i n g M a c h i n e Ce n t e r Y A N G K e s e n A I c h a n g s h e n g H O U z h i j i a n S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g J i n a n U n i v e r s i t y S h a n d o n g J i n a n 2 5 0 0 2 2 C h i n a Ab s t r a c t A n h y d r o me c h a n i c a l m a n i p u l a t o r o n a u t o ma t i c t o o l c h a n g e r o f t h e t y p e V1 1 6 B n u me ri c al c o n t r o l b o ri n g mi l l i ng ma c h i n e c e n t e r i s d e s c ri b e d the c o n s t r u c ti o n w o r k i ng p ri n c i p l e a n d h y d r a uli c s y s t e m o f the m a n i p ula t o r i s i n tr o d u c e d T h e a d v an t a g e o f the ma n i p ula t o r i s c o mp a c t c o nst r u c ti o n s t e a d y w o r k i ng and a c c u r a t e fi x ed p o s i ti o n Ke y wo r d s D o r i ng mi l l i n g ma c h i n e c e n t e r N u me ri c al c o n t r o l ma c h i n e A u t o ma t i c t oo l c h an g e r Ma n i p ula t o r 0 引言 态 以下的动作过程就主要由机械手来完成 自动换刀系统主要 由刀库 机械手及相应的控制 系统组成 机械手主要完成将主轴上的工作刀具与刀 库中的待用刀具两者位置交换的任务 对加工中心上 的机械手而言 其应具有换刀时间短 工作平稳 定 位准确的特点 目前立式数控加工中心上用得较多的 是由气压驱动的回转式单臂双爪机械手 由于气体的 可压缩性较大 工作压力较低 不高于 1 0 M r a 使 得该种结构型式的机械手工作平稳性较差 结构体积 较大 换刀过程中存在噪声较大等问题 在 V 1 1 6 B型 数控镗铣加工中心上使用的机械手 采用液压驱动方 式 从而有效地避免了上述问题的出现 1 结构 组成 机械手的结构如图 1 所示 主要由刀爪 换刀臂 刀臂轴 刀臂导套 圆柱凸轮轴 托架 回转座 液 压马达 油缸等主要部分组成 整个机械手通过一对 圆锥滚子轴承被支承在托架上 油缸通过球面单耳接 杆与回转座相连 液压马达通过支架固定在回转座上 回转座在油缸杆伸缩时可以作 6 0度范围内的回转 回 转座通过键与刀臂导套相连 固定在刀臂轴上的销轴 装有两个滚针轴承 销轴穿过刀臂导套的直槽插入凸 轮槽中 液压马达的输出轴通过键 联轴套与凸轮轴 相连 整个换刀过程由液压马达和油缸驱动完成 2工作原 理 1 换 刀动 作过程 换刀过程主要动作有 主轴复位 刀库 回转 刀 杯垂直 抓刀 拔刀 换刀 插刀 松刀 刀杯水平 刀臂复位等 换刀前 首先是主轴复位 即主轴上的 刀具 回归到换刀位置 然后是刀库 回转 使待换刀具 转动到规定的换刀位置 刀库上的油缸向下运动 使 得刀库上的刀柄垂直 这样 两把刀具都已处待换状 图 1 机 一液机械手结构原理图 换刀时 油缸杆伸出 带动 回转座旋转 回转座 又带动刀臂导套与油压马达旋转 这时 马达转轴是 不转动的 油压马达整体带动 圆柱凸轮轴旋转 从而 使换刀臂一起转动 当转过 6 0度角位移时 机械手的 两只刀爪分别抓住主轴 中的刀具 与刀库 中已准备好的 待换刀具 从而完成抓刀动作 完成抓刀动作后 控制油缸运动的换 向阀处于中 位 油缸杆的位置被两 个液控单向阀锁定 这时 油 压马达供油 马达转轴带动凸轮轴一起转动 由于油 缸杆不动 刀臂导套也不动 故刀臂导套的直槽将起 导向作用 这时 假设销轴位于刀臂导套左边的直槽 维普资讯 机床与液压 2 0 0 3 N O 3 2 1 7 中 于是刀臂轴被销轴带动 随着 凸轮轴的旋转而向 下运动 从而完成拔刀动作 当销轴运动到刀臂导套左边直槽 的底端时 通过 圆滑过渡 滚人刀臂导套的水平半圆槽 中 与此同时 销轴也运动到凸轮曲线槽的底端 不再 向下运动 而 开始水平旋转 销轴带动刀臂轴沿刀臂导套的水平半 圆槽转过 1 8 0度后 即到达水平半圆槽的末端 再通过 圆滑过渡运动到刀臂导套的右边直槽 中 销轴开始沿 凸轮曲线槽上升 这时 换刀动作结束 插刀动作开 始 当销轴运动到凸轮曲线槽的顶端时 完成插刀动 作 插刀结束时 停止对油压马达供油 而开始向油 缸供油 油缸杆缩回 刀臂复位 整个换刀过程结束 在下一次换刀时 由于此时销轴位于刀臂导套右 边的直槽中 油压马达应作反方 向旋转 其余过程与 前一次换刀相同 图 2 圆柱凸轮轴 图 3 刀臂导套轴 轴切展 开图 切展开 图 圆柱凸轮曲线槽为封闭对称结构 其轴切展开图 如图 2所示 刀臂导套的导向槽的结构如图 3 所示 2 液压 系统工作原 理 1 变量泵2 滤油器4 压力表5 8 换向阀 6 冷却器7 减压阀9 液控单向阀 l 0 单向节流阀1 1 1 2 油缸l 3 l 4 马达 图 4自动换 刀系统液压原理 图 换刀系统的液压工作原理如图 4所示 系统压力 为 5 0 MP a 油泵 l 为 P V P一1 6型轴向柱塞泵 排量 1 6 m L r 刀库回转马达 l 4和机械手旋转马达 l 3为 B Y M一1 6 0型 双 向摆线 液 压马 达 排 量 1 6 0 m L T 回 转座转动油缸 l 2和刀库刀杯垂直 一水平作用油缸 l l 的缸径均为 4 0 m i l l 不同之处是后者的工作压力经由 减压阀 7 减压后为 1 0 M P a 两个油缸杆的位置可由 两个液控单向阀组成的液压锁锁定 液压马达和油缸 的运动速度可由单向节流阀控制调节 3 结束语 加工 中心 自动换刀系统 中的机械手 的结构形式有 多种 各有特色 而 V1 1 6 B型立式数控镗铣加工 中心 中的机械手的特点在于 一是采用液压驱动 二是特 殊结构的圆柱凸轮轴与刀臂导套 见图 2 图 3 再 者就是采用凸轮轴 刀臂导套 刀臂轴同轴结构 在 使用中证明 该机械手具有原理先进 结构紧凑 工 作平稳 定位准确的优点 可以作为设计其它机床上 的机械手的参考 参考文献 1 李峻勤 费仁元 数控机床及其使用与维修 M 北京 国防工业出版社 2 0 0 0 2 刘文信 孙学理 机床数控技术 M 北京 机械工业出 版社 1 9 9 5 作者简介 杨可森 男 1 9 6 5年生 汉族 陕西省户县 人 工程师 硕士 济南大学机械工程学院任教 1 9 9 5年甘 肃工业大学流体传动与控制专业毕业至今 一直从事试验机 的开发研 究 与液压技 术 的教学 工作 联 系 电话 0 5 3 1 71 5 8 5 5 7 收稿 时间 2 0 0 2一O 8 0 8 上接第 3 4 7页 批次 单件等不 同角度来 管理库存物 品 使企业及 时了解库存情 况 降低 库存资金 占用 杜绝物料积 压与短缺现象 为企业带 来 良好 的效益 达到 了预 期 目标 参考文献 l 奥古斯特 威廉 企业管理的计算机化 M 科学技术 文献 出版社 1 9 9 8 2 刘超 可视化面向对象建模技术 M 北京航空航天 大学 出版社 1 9 9 9 3 罗鸿 E R P 原理 设计 实施 M 电子工业出版社 2 0 01 4 桂峰 陈海峰等著 P o w e r B u i l d e r 7 应用开发 M 机 械工业 出版社 1 9 9 9 5 黄强等 基于 I n t r a n e