加工中心机械手换刀与主轴松刀的凸轮液压联动技术

功能都件 F u n c c 0 n U n ifs 加工中心机械手换刀与主轴松刀的凸轮液压联动技术 马 骋 李全普 王 坤 大连华根机械有限公司 辽 宁 大连 1 1 6 6 2 0 摘要 J j r 中心机械手与主轴松刀的凸轮液压联动是一种利用电动机驱动刀具松拉凸轮 同时带动主轴松 刀油缸和机械手运动凸轮运动 实现快速换刀的技术 关键词 加工中心主轴换刀时间 凸轮液压联动 中图分类号 T H1 2 2 文献标志码 A Th e c a m a n d h y d r a u l i c p r e s s u r e l i n k a g e t e c h n o l o g y o f s p i n d l e l o o s e n i n g t o o l a n d ma n i p u l a t o r c h a n g i n g t o o l o n ma c h i n i n g c e n t e r MA C h e n g L I Q u a n p u WA N G K u n D a l i a n D r a g o n Ma c h i n e T o o l C o L t d D a l i a n 1 1 6 6 2 0 C HN Abs t r a c t I t i s a k i n d o f c h a ng i n g t o o l wi t h c a m a n d h y d r a u l i c p r e s s ur e l i n k a g e a p p l i e d t o s pi n dl e Th e h y d r a u l i c pr e s s u r e l o o s e n i n g t o o l c a m a n d t he c h a ng i n g t o o l c a m d r i v e n b y mo t o r d r i v e s c h a i ns c a r r y o u t r a pi d t o o l c h a n g e Ke y wo r d s Ma c h i n i n g C e n t e r S p i n d l e T o o l C h a n g e T i me C a m a n d Hy d r a u l i c P r e s s u r e L i n k a g e 卧式加工中心 目前在 国内各行业应用 E l 益广泛 机床结构变化也十分快速 机床 的运行速度对于客户 来说很重要 直接影响到加工工件的节拍时间 主轴换 刀时问的长短直接影响到机床的辅助加工时间 因此 改进换刀的结构 实现高速换刀是十分必要 的 现介 绍两种主轴换刀机构 通过对两种机构的比较和分析 说 明主轴换刀装置对机床的重要性 l 油缸驱动松 刀 电机控 制换 刀 主轴松刀和刀库换刀两个动作独立完成 通过电 信号控制相互完成时间和顺序 结构及工作原理如图 1 该机构可分为两部分 一部分为机械手换刀机构 另一部分为主轴的松刀机构 即件 1 2 3 4 5 6为换 刀机构 8 9为松刀机构 其工作过程为 主轴移动至 换刀位 系统信号发出 电动机6运转 凸轮5 旋转 六角轴 4旋转 滑动轴 2旋转 机械手 1 旋转 9 0 抓刀 检测信号发出 电动机 6停止 运转 松刀油缸9活塞推动主轴8中拉刀杆移动 主轴 松刀 检测 信 号 发 出 电动 机 6旋 转 凸轮 旋 转 连 杆 3 摆 动 机 械 手 移 动 机 械 手 拔 刀 机械手旋转 1 8 0 连杆摆动机械手向主轴 方向移动 机械手插刀 检测信号发 出 电动机 停止 油缸卸油主轴拉刀 检测信号发出 电动机 启动 机械手反向旋转 9 0 回零位 换刀完 成 从上面的工作过程可以看到在刀具交换全过程中 需要多次启动 电动机及 多次检测位 置 由此使得刀具 交换时间加长 同时运动过程不可靠 气和液压控制 该辅助支撑装置已经成功应用于我们 公司生产的T H 4 2 2 5 0 5 0 0 H五面体加工中心的进给 轴上 经过实践检验 该辅助支撑装置简单 可靠 合 理 有效 深受机床用户欢迎 参考文献 1 刘鑫 长跨距滚珠丝杠辅助支撑装置 J 制造技术与机床 2 0 0 9 1 2 1 4 3 1 4 4 2 黄成军 王哲元 王伟 长跨距滚珠 丝杠辅助支撑装置 J 机械工程 师 2 0 0 6 7 第一作者 夏向阳 工程师 从事数控机床及加工 中心的研究开发工作 已发表论文 2 0余篇 编辑谭弘颖 收稿日 期 2 o l 1 0 2 1 4 文章编号 1 2 l 4 2 如果您想发表对本文的看法 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置 高档数控机床与基础制造装备科技重大专项 系列高速立 卧式加工中心 课题 2 0 0 9 Z X 0 4 0 0 1 0 1 1 2 耋 l 一机械手 2 一滑动轴 3 一连杆 4 一六角轴 5 一复合凸轮 6 一减速 电动机 7 一刀具 8 一主轴 9 一松刀油缸 图1 凸轮机械手结构简图 2 凸轮液压联动换刀装置 凸轮液压联动快速换刀装置的结构简图如图 3所 示 动作时序图如图 4所示 其工作过程为 电动机运 转带动刀具松拉装置 凸轮与机械手运动 凸轮一起 旋 转 机械手运动凸轮驱动机械手部分工作 完成机械手 的旋转及直线运动 刀具松拉凸轮转动带动刀库油缸 运动将油缸内的液压油通过封闭管路挤入主轴松刀油 缸中 利用杠杆推动主轴内的松刀拉杆完成松刀动作 B 机械手锁紧销 A B 机械手拔刀 A 2 7 0 机械手旋转 1 8 0 9 0 O 开关 1 开关2 开 关3 开关4 主轴松 拉刀 二 二 三 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 图2 动作循环图 图3 凸轮液压联动换刀装置结构筒图 国一 K 一 l l 凸轮 凸轮 sl 2 7 0 s 0 F u n c li0 n U n its 功能郜件 刀 力 凸 誉 l I I 凸 一 二 鼍 6 0 8 5 1 2 1 5 2 丑 2 4 2 e 2 8 0 3 0 ff 3 5 2 7 6 2 8 3 0 3 图4 动作时序图 转角 转角 转角 由电动机驱动的凸轮液压联动换刀机构主要包含完成 以下不同动作所需的机构 接通与断开 A T C机构 由联轴器实现 A T C机械手进出机构 A T C机 械 手 9 0 回转机构 A T c机械手 1 8 0 回转机构 锁刀 机构 主轴松拉刀机构 机械手开始换刀动作前需准备下列动作 轴 和 l 轴处于第二参考点位置 z轴处于零点位置或 换刀点位置 刀库锁定 的刀具 从待机刀套上被取 出 待机刀套到达主轴侧 机械手装置处于待机状 态 主轴处于刀具锁紧状态 换刀操作开始时 A T C装置通过圆柱凸轮 机械手 回转用 平面凸轮 机械手插拔 刀 和主轴松拉 刀凸 轮这3 种凸轮进行动作 其动作顺序如下 电动机 待机刀套与主轴 刀具交换周期 l 待 机 状 态 1 换 刀 准 备 完 了 f 待机刀套主轴侧 2 AT C防护开 3 A T C 机械手9 0 C W 4 主轴 刀具松开 5 A T C 机械刀具锁紧 6 A T C机械 手出 A T c 机械手 8 0 CC W 8 A T C机械手ON 9 主轴刀具锁紧 1 0 A T C 机械手刀具不缩紧 I i A T C 机械手9 0 C C W 1 2 A T C 防护闭 轴移动 加工开始 图5 换刀动作顺序图 下转第1 4 5页 上 工作台底座处于最佳承载状态 静压压板与主承重 静压导轨板 圆导轨板共同组成恒流闭式静压导轨结 构 静压压板通过垫板固定在工作 台底 座静压导轨里 侧 圆导轨板安装在工作台下端面上 双蜗杆蜗轮消隙主传动结构是 双蜗轮安装在工 作台定心外 圆柱面上 双蜗杆安装在工作 台底座静压 导轨外侧 在双蜗杆 中 位于下部 的为主传动蜗杆 位 于主蜗杆上部的为消隙蜗杆 消隙油缸位于消隙蜗杆 左端 在工作 台工作过程中 液压系统控制消隙油缸施 加给消隙蜗杆的力始终与主传动蜗杆运动方 向相反 消隙蜗杆主要起消除主传动蜗杆反向间隙和阻尼的作 用 保证工作 台在工作过程中保持高精度和运转平稳 2 静压 工作台工作过程 如 图 1所 示 主轴电动机经减速器降速后直接驱动主蜗杆旋 转 主蜗杆与主蜗轮啮合 主蜗轮带动静压工作台旋 F u n cl 0 n U n its 功能部件 转 主蜗杆通过一对高精度齿轮驱 动消 隙蜗杆旋转 液压系统控制消隙油缸施加给消隙蜗杆的力始终与主 蜗杆运动方向相反 从而消除主蜗杆的反向间隙 并且 对静压工作 台转动起到阻尼的作用 静压工作 台的位 置信号通过主轴上部 圆光栅尺反馈给数控系统 使工 作 台 c轴形成闭环控制 数控高精度双蜗杆蜗轮消隙静压工作台结构已在 我公司5 1T I 数控立式滚齿机上投入使用 精度 良好 经 济效果显著 该结构 已被我公 司正式 申请 了国家实用 新型专利 第一作者 焦建华 男 1 9 8 1年 生 工程师 从事立 式车床 卧式车床 滚齿机 铣齿机及铣镗机床设计 发 明专if 0 2项 应用专利 1项 编辑余捷 收 稿日 期 2 0 1 1 0 3 0 3 文章编号 1 2 0 1 4 4 如果您想发表对本文的看法 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置 上接 第 1 4 3页 启动时 圆柱凸轮转动 通过传动装置使 A T C机 械手 顺时针回转9 0 此时的联动动作是 A T C防护罩打开 主轴松拉刀装置松刀的同时 A T C机械手 的锁刀装 置锁紧刀具 由于平 面凸轮 的作用 摆杆摇动 A T C 机械手拔刀 圆柱 凸轮使 A T C机械 手进行逆 时针 1 8 0 回转的同时 在平面凸轮的作用下 A T C机械手开 始插 刀动 作 主轴 松拉 刀装 置拉 刀 的 同时 解 除 A T C机械手的锁刀 通过圆柱凸轮回转 使 A T C机 械手逆时针回转 9 0 后 返 回 A T C原点 A T C机 械手 处于垂直状态 此时联动动作是 A T C防护门关闭 A T C机械手插拔刀动作和逆时针 回转 1 8 0 的动 作同时进行 以此缩短 A T C动作周期 主轴松拉刀动 作 通过联通油缸实现与 A T C动作的联动 从刀库中取出加工所需刀具 主轴上 的刀具 返回 到刀库的一系列动作按照图 5所示顺序进行 凸轮液压联 动换刀机构是 凸轮式 A T C与液压杠 杆主轴松拉刀机构相结合 的 由一台电动机驱动的新 型液压凸轮联动快速换刀机构和换刀方法 本方法的 优点是刀具松拉杆的动作由 A T C松拉装置凸轮驱动 的刀库油缸和主轴松刀油缸所组成的封闭油路联动完 成 利用联通器的原理不但使动力传动方便灵活 提高 了系统的可靠性 更大幅度缩短了换刀时间 通过对 驱动刀库油缸的松拉装置凸轮与驱动机械手的复合凸 轮 包括完成机械手转动的弧面分度凸轮和完成机械 手直线运动的平面沟槽 凸轮 曲线的匹配设计 保证 了换刀动作 的同步 高速 平稳 流畅 具有稳定的刀具 更换及耐久性 通过液压凸轮机构的联动实现了刀到 刀 1 2 S 的快速换 刀 处 于国内领先水平及 国际先进 水平 3 结语 凸轮液压联动换刀装置相比油缸驱动松刀 电动 机控制换刀装置 具有以下优点 1 较大幅度缩短 了 换刀时间 2 提高了运转的可靠性 3 减少了开关 检测 降低了成本 4 松刀动力传动灵活自由 该技 术已获得国家实用新型专利 参考文献 1 谭春晖 加工 中心换 刀方式 的选择 J 组合 机床 与自动化加 工技 术 2 0 0 4 3 1 1 4 2 刘瑞 已 加工 中心快 速 自动换 刀