槽輪機構在加工中心鼓輪式刀庫上應用

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槽輪機構在加工中心鼓輪式刀庫上應用簡介
加工中心是指帶有自動換刀裝置的數控機床。自動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機械手自動換刀裝置。自動換……
槽輪機構在加工中心鼓輪式刀庫上應用正文

     概述


加工中心是指帶有自動換刀裝置的數控機床。自動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機械手自動換刀裝置。自動換刀裝置的刀庫用來貯存加工中心機床在加工過程中所需要的各種刀具。在自動換刀過程中,要求刀庫能夠按照數控裝置發出的選刀指令選出所需要的刀具,並準確地停在換刀位置上,以便於自動更換刀具。加工中心機床的刀庫型式種類繁多,常見的有鼓輪式、鏈式、格子箱式等,其中鼓輪式刀庫由於其結構簡單,控制方便,在加工中心機床上獲得了廣泛的應用。鼓輪式刀庫的迴轉驅動方式通常有兩種,一種是由伺服電機通過減速裝置進行驅動;另一種是採用普通電機經減速后通過外嚙合槽輪機構進行驅動。前者結構簡單,迴轉速度快,定位準確,但由於選用了伺服電機,電氣控制複雜,製造成本高。後者採用機械方式分度定位,可靠性高,雖然定位精度較前者低,但完全能夠滿足加工中心機床的要求。由於選用了普通電機,電氣控制簡單,製造成本比前者低。在目前生產的鼓輪式刀庫的加工中心機床上很多採用槽輪機構來驅動刀庫的分度迴轉運動。

2 槽輪機構的工作原理和結構特點


槽輪機構(又稱馬爾他機構)能把主動軸的勻速連續運動轉換為從動軸的周期性間歇運動,常用於各種分度轉位機構中。槽輪機構有三種基本類型: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採用外嚙合槽輪機構。外嚙合槽輪機構工作原理,它由轉臂(主動曲柄)1、槽輪2、滾子3和鎖止盤4組成。



外嚙合槽輪機構的轉臂迴轉軸線與槽輪迴轉軸線平行。通常轉臂作等速迴轉,當轉臂上的滾子進入槽中,就拔動槽輪作反向轉位運動,當滾子從槽中脫出,槽輪即靜止不動,並由鎖止盤定位。當只有一個滾子時,轉臂轉一周,槽輪作一次轉—停的步進運動。

外嚙合槽輪機構的結構特點如下:

(1)滾子進入和脫出槽口的瞬時位置,轉臂中心線與槽的中心線相垂直,使槽輪轉位起、停瞬時的角速度ω0=0,避免了剛性衝擊。

(2)槽輪齒數z為3~18。

(3)槽輪轉位起、停時的角加速度ε0與槽數z有關,z越少,ε0越大,即有不同程度的柔性衝擊。

(4)鎖止盤的定位精度低。充分度精度要求高時,必須附加定位裝置。

(5)結構簡單,製造容易,工作可靠,機械效率高。

3 減小槽輪機構運動衝擊的措施


由於槽輪的角加速度變化較大,且在轉位過程的前半階段與後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,會產生衝擊。為了減小衝擊應採取以下措施:

(1)減小或消除滾子和槽之間的間隙。

(2)消除銷開始進入槽時的間隙,應使槽輪的實際外圓半徑Ra略大於槽輪名義外圓半徑R,取,式中rA為滾子半徑,見圖2,以消除滾子開始進入槽時滾子與槽兩側頂端的間隙△。



(3)使槽輪具有適當的轉動慣量J2,使|J2ε2|<mz,Mz為槽輪的負載轉矩。

(4)增加槽輪組件的迴轉阻尼。

4 應用實例


圖3為TH5640型立式加工中心鼓輪式刀庫的結構簡圖。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;(9)滾子;(10)刀位檢測開關;(11)滑動軸承;(12)迴轉軸等。



該刀庫可容納18把刀具,即槽輪的齒數為18。刀庫的迴轉選刀由刀庫電機通過減速器帶動曲柄迴轉,曲柄每迴轉一周,槽輪轉過20°,刀庫鼓輪轉過一個刀位,並由鎖止盤定位。刀庫上的刀位信號由兩隻開關聯合發出,在刀庫的一號刀位上安裝一隻擋鐵,在支架上安裝一隻檢測開關(圖3中均未表示出來),機床開機后,刀庫自動迴轉尋找一號刀位(基準刀位),當一號刀位上的擋鐵觸發支架上的檢測開關后刀庫停止迴轉,刀庫的當前刀位為一號刀位,刀庫處於初始狀態。其餘刀位信號由安裝在曲柄上的擋鐵觸發刀位檢測開關10進行累計計數,曲柄每迴轉一周即刀庫轉過一個刀位觸發一次。通過控制刀庫電機的旋轉方向,實現刀庫的雙向選刀。

為了減小刀庫的選刀轉位過程中的衝擊噪音,在設計上採取了如下一些措施。

(1)使槽輪的實際外圓半徑略大於名義外圓半徑。槽輪名義外圓半徑R=150 . cos10°=147.72,實際外圓半徑。

(2)通過調整兩隻平面軸承的壓緊力,適當增加槽輪組件的迴轉負載,同時選用鋁合金材料製造刀庫鼓輪,迴轉軸採用空心結構,減小槽輪組件的轉動慣量。

(3)迴轉軸的徑向支承軸承為滑動軸承,並選用聚四氟乙烯作為軸承材料,使軸承的間隙為零,增加槽輪組件的迴轉阻尼。

通過採取以上措施,在利用槽輪機構的優點的同時克服了其結構本身固有的缺點,取得了很好的實際效果。

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