采用排除法解決數控機床自動拉刀機構拉刀力不夠問題

孫玉民

(中捷機床有限公司，遼寧沈陽110142)

1 問題的提出

我公司新產品某型號落地式銑鏜床在裝配過程中發現拉刀力不夠。圖紙設計要求拉刀力24 000 N，松刀力27 000 N。實際檢測值:拉刀力16 000 N。

2 對設計結構分析及驗算

圖1為某型號落地式銑鏜床拉刀機構結構圖。此機構由卡爪、卡爪芯軸、連接套、碟簧、碟簧導向桿、限位螺母、支承軸、支撐軸承、活塞、油缸、油缸蓋、法蘭蓋、旋轉接頭、光電開關等主要件組成。主軸采用50刀柄，切削加工時拉刀力由碟形彈簧片提供，松刀力由液壓油缸提供(主軸松刀行程=6.8 mm)。

2.1 松刀、拉刀、無刀原理

(1)松刀時，松刀力由液壓缸提供，液壓油由管接頭24進入油缸油腔，推動活塞25向左移動，通過支承軸16、限位套14推動碟簧導向軸9并壓縮碟形彈簧片，經過連接套4、連接桿套5、卡爪芯軸2將卡爪3的前部推出至主軸孔內大空間，卡爪前部張開，松開拉釘1，活塞25前移到位后光電開關23發出信號，松刀完成。

(2)拉刀時，油路斷開，活塞25后移，解除對支承軸16的壓力，碟形彈簧片彈性恢復軸向張開，推動碟簧導向軸9、連接套4、連接桿套5、卡爪芯軸2后移，卡爪3在后移的過程中逐漸向內收攏，拉緊拉釘，活塞25后移到位后光電開關22發出信號，刀具夾緊。

(3)無刀時，碟形彈簧片彈性繼續釋放，連接桿套5右端面與隔套8左端面接觸后，光電開關21發出信號，確認無刀。

2.2 碟型彈簧松刀力、拉刀力計算

選擇德國 Mubea碟形彈簧，型號為180070，116片，2片1組疊合、58組對合如圖1所示。180070碟簧參數(圖2):De=63 mm;Di=31 mm;t=3.5 mm;I0=4.9 mm;h0=1.4 mm。根據德國Mubea碟形彈簧特性計算結果見表1、圖3。

表1 碟簧參數與載荷計算

由圖1得知拉刀時，組合碟簧高度Ib=461.524－11×2=439.524 mm;松刀時組合碟簧高Ia=439.524－6.8=432.724 mm;由此證明圖紙設計及計算是正確的，排除上述原因。

2.3 零件加工與裝配

第一步檢查件隔套11、12尺寸，符合圖紙要求;第二步檢查裝配尺寸461.524 mm符合圖紙要求;第三步檢查碟簧片疊合對合后的自由高度結果是481.98 mm，比理論高度小5.22 mm，每片碟簧自由高度平均小0.09 mm。根據德國Mubea碟形彈簧樣本查出，無支撐面碟簧，材料厚度t=3.0～3.8 mm的通用公差為上偏差+0.05 mm，下偏差－0.15 mm;(DIN2093標準)此批碟簧材料為減差0.09 mm。在公差范圍內。但因為碟簧生產制造的特點，即一批碟簧的公差都為加差或都為減差。由于此結構碟簧片數較多，累計公差就比較大即－5.22 mm，因此拉刀力不夠且相差很大。

2.4 解決方法

將零件調整套13軸向尺寸從20 mm調整到26 mm，包含調整0.78 mm。經現場裝配調試效果很好，拉刀力、松刀力完全達到圖紙要求。

3 結語

(1)在數控機床拉刀機構設計時，如采用碟簧卡緊結構應考慮碟形彈簧的公差及制造特點，增加一個大調整量的調整墊圈。

(2)裝配時首先檢查碟簧片總的自由高度尺寸，以確定調整墊圈尺寸，這樣既能避免重復裝配又能保證裝配質量。