銑頭式加工中心自動松拉刀實驗裝置的結構設計

陳秀梅

(北京信息科技大學機電工程學院，北京 100192)

直驅技術是一種新技術，國外的直驅控制及加工技術已經進入工業應用階段，而我國尚處于起步階段，國內一些科研院所和企業也相繼開展了直驅技術和產品的研究應用。電主軸是直驅單元的典型代表，5軸聯動加工中心的銑頭采用電主軸直驅技術，其體積小，結構緊湊。因此碟型彈簧式自動松拉刀機構由于空間的限制已經不能應用于銑頭式加工中心。設計了應用于銑頭電主軸的自動松拉刀系統，為了驗證所設計的自動松拉刀系統的使用性能，進行了銑頭式加工中心自動松拉刀實驗裝置的結構設計。

1 自動松拉刀系統的工作原理

1.1 工作原理

圖1所示為自動松拉刀系統的結構圖。拉刀運動的實現過程是:當活塞2上部通壓力油、下側回油時，液壓力推動活塞2向下運動，活塞2壓迫擠壓卡緊環3徑向收縮，卡緊環3作用在拉桿4的鎖緊斜面，拉桿4向上運動，拉桿4下部末端夾緊刀柄，實現刀具的拉緊動作;松刀運動實現過程:活塞2下側通壓力油，壓力油推動活塞2向上運動，同時拉桿4錐形部分的上端面在液壓力的作用下向下運動，卡緊環3徑向擴張，拉桿4向下運動，實現刀具的松開。夾緊狀態時，活塞2的上下側都不通壓力油，其鎖緊完全通過卡緊環3實現，從而保證了在拉爪拉緊狀態下不會意外反向運動，刀柄不會自行松脫，保證了加工操作的安全性［1］。

圖1 松拉刀系統結構圖

1.2 自動松拉刀驗證結構設計

由于要驗證自動松拉刀系統松開刀具和拉緊刀具的動作，需要將設計的銑頭中完成松開、拉緊刀具的部分設計成一驗證缸，以便于模擬松開刀具及拉緊刀具動作，模擬自動松拉刀動作的驗證機構如圖2所示。

圖2 自動松拉刀驗證結構

2 實驗裝置工作原理

銑頭式加工中心自動松拉刀實驗裝置主要針對自動松拉刀的使用壽命進行檢測。在整個實驗過程中，模擬實際零件加工過程中松開刀具、拉緊刀具的情況，通過光敏傳感器檢測拉桿的位置變化，間接測量松拉刀的工作壽命。

為模擬驗證結構中拉桿工作時所承受的軸向切削力，在檢測松開和拉緊刀具時，利用一個對頂液壓缸為拉桿提供切削時刀具所承受的模擬負載。根據工況分析，所設計的實驗裝置液壓原理圖如圖3所示。液壓系統啟動，液壓泵開始供油，換向閥7左位工作，液壓油進入自動松拉刀驗證機構9右腔，推動活塞桿向左伸出，此時，液壓缸8對驗證機構9施加負載，模擬銑刀的工作過程。電磁鐵動作順序表如表1所示。

圖3 實驗裝置液壓原理圖

表1 電磁鐵動作順序表

3 實驗裝置的結構設計

試驗方案描述:將自動松拉刀驗證機構水平放置在油箱頂蓋上，通過一個活塞式的液壓缸對拉桿施加軸向拉力。由于拉桿主要承受軸向力和徑向力，在拉緊刀具和松開刀具時，縮緊環斜面將力分解為徑向力和軸向力，徑向力由缸體承受，而刀具軸承受軸向載荷。若軸向力大，對軸的影響也大，因此需要對拉緊刀具的拉桿進行軸向位置檢測，通過光電傳感器檢測其位置變化。實驗裝置結構如圖4所示。

圖4 銑頭式加工中心的自動松拉刀檢驗裝置

4 結論

自動松拉刀實驗裝置實現了對自動松拉刀軸向負載情況測試，通過拉桿的位置是否到位來檢測自動松拉刀系統是否存在鎖緊環的磨損及其拉桿的軸向彎曲，以此來判斷自動松拉刀機構的壽命及鎖緊情況，為加工中心的自動松拉刀系統的研制及高檔數控機床的國產化提供了理論依據及技術支撐。

［1］陳秀梅，楊慶東，于瀟客.五軸數控機床銑頭自動松拉刀方法分析研究［J］.中國制造業信息化，2010，39(3):69－71.

［2］陳秀梅，楊慶東，楊亢亢.多軸機床銑頭新型自動松拉刀結構設計研究［J］.機械工程師，2009(10):31－32.

［3］孫再富，陳秀梅，楊慶東.多軸機床的自動松拉刀機構的鎖刀分析研究［J］.機械設計與制造，2012(8):188－190.

［4］徐灝.機械設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，2000.

［5］德國西泰克(CyTec)公司.Cypull·Cyblock［OL］.［2008－02］.http://www.cypull.de/download/cypull_katalog_d_pdf.pdf.