換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)帶CAD圖
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一種新結(jié)構(gòu)的立臥換刀機(jī)械手濟(jì)南一機(jī)床集團(tuán)有限公司邵名健我廠接受的聯(lián)合國(guó)援助項(xiàng)目中, 要求設(shè)計(jì)試制五面加工中心, 其特點(diǎn)是主軸箱可進(jìn)行主臥轉(zhuǎn)換。 為此,提出立臥換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 在德國(guó)專家指導(dǎo)下, 所完成的換刀手方案是單向換刀。 我們經(jīng)過調(diào)研和討論, 認(rèn)為該方案存在以下缺點(diǎn): 1) 換刀手與主軸箱及防護(hù)的干涉大; 2) 換刀手體積大; 3) 換刀手在加工區(qū)內(nèi), 布局不合理; 4) 在加工過程中, 存在著主軸箱的重復(fù)定位誤差。 同時(shí), 肯定了在刀庫中刀具軸線與主軸軸線垂圖145 換刀手圖2移動(dòng)式換刀手直的情況下, 采用45 換刀手( 見圖1) 的優(yōu)點(diǎn)。 我們認(rèn)為這種換刀形式可加大刀庫容量, 簡(jiǎn)化換刀過程, 因此,提出將單向換刀手改為立臥轉(zhuǎn)換刀手的設(shè)計(jì)方案。 方案是將45 換刀手( 圖1) 與移動(dòng)式換刀手( 圖2) 相結(jié)合,增加立臥轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)形成立臥轉(zhuǎn)換換刀手, 如圖3所示。這種結(jié)構(gòu)吸取了45 換刀手和移動(dòng)式換刀手的優(yōu)點(diǎn), 換刀動(dòng)作簡(jiǎn)單( 兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng), 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)) , 再加上卡爪夾緊, 與普通移動(dòng)式換刀手動(dòng)作數(shù)相同, 但卻實(shí)現(xiàn)了立臥換刀。 該換刀手的設(shè)計(jì), 外型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式, 有所創(chuàng)新。1換刀手運(yùn)行原理如圖3所示, 換刀手由準(zhǔn)備位置 B 移至圖示位置A, 當(dāng)主軸箱1退出刀桿后, 在齒輪齒條機(jī)構(gòu)5的作用下, 換刀臂2、 4和聯(lián)接體3一起繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)180 , 主軸箱1再前移至圖示位置實(shí)現(xiàn)換刀, 卡爪松開后, 縱向差動(dòng)油缸8帶動(dòng)換刀手至位置 C( 此時(shí), 主軸已開始工作, 下述換刀動(dòng)作為輔助運(yùn)動(dòng), 與工件加工同步進(jìn)行) ; 橫向油缸帶動(dòng)換刀手至位置 P, 油缸8使其移至位置 E 而將刀具插入刀庫中, 橫向油缸回位, 使換刀手回到換刀準(zhǔn)備位置 B。 刀庫電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng), 將所需刀具轉(zhuǎn)至位置 E,換刀手在差動(dòng)油缸8和橫向油缸的共同作用下, 完成由位置BEDCB 的轉(zhuǎn)換過程, 此時(shí), 換刀手夾持著新刀具在換刀準(zhǔn)備位置 B 待命。 至此本輪換刀結(jié)束, 待接到新的換刀命令后, 重復(fù)上述過程。當(dāng)主軸箱1轉(zhuǎn)至立式位置, 需要立式換刀時(shí), 齒輪齒條機(jī)構(gòu)7便驅(qū)動(dòng)聯(lián)成一體的件2、 3、 4、 5和回轉(zhuǎn)體6, 使之繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)90 至立式換刀位置, 其他過程 與上述臥式換刀相同。圖3立臥轉(zhuǎn)換式換刀手2卡爪夾緊機(jī)構(gòu)圖4是去掉臂蓋的換刀臂內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖, 圖中油缸9、定位塊11固定在換刀臂2上, 活塞組件10可沿定位塊11滑動(dòng), 卡爪17、 18可分別繞軸15、 14轉(zhuǎn)動(dòng), 刀具定位鍵16固定于定位塊11上。換刀手由準(zhǔn)備位置移至換刀位置時(shí), 鍵16卡進(jìn)刀具定位槽中, 此時(shí), 油缸9中的油液推動(dòng)活塞組件10, 在定位塊11的導(dǎo)向下向前移動(dòng), 使得兩卡爪17、 18分46機(jī)械傳動(dòng)1998年圖4換刀臂內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖別繞軸15、 14轉(zhuǎn)動(dòng), 直至卡爪夾緊刀具, 此時(shí)活塞組件10將卡爪鎖上。 卡爪的松開是由油缸9內(nèi)的彈簧帶動(dòng)活塞組件10后移, 卡爪17、 18分別在彈簧球12、 13的作用下與件10保持接觸, 卡爪松開, 換刀手退至換刀準(zhǔn)備位置。 上述卡爪夾緊機(jī)構(gòu), 利用活塞組件10實(shí)現(xiàn)了卡緊、 鎖止的聯(lián)動(dòng)。 在油壓較小時(shí)也能有效地鎖緊刀具。 如圖4所示, 當(dāng)鎖止角為15 時(shí), F1= p / sin15 3. 9F。式中, p 為作用于件10上的油壓力; F1為作用于卡爪上的力。 所以, 作用于卡爪上的力( F1) 比所提供的作用于件10上的油的壓力大3. 9倍, 這樣便實(shí)現(xiàn)了鎖止的要求。 由此說明, 該夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。通過圖4可以看出, 該立臥轉(zhuǎn)換換刀機(jī)械手的換刀動(dòng)作少, 且各個(gè)動(dòng)作都是由簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn), 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠( 這樣便降低了制造成本) ; 由于機(jī)械手遠(yuǎn)離工作區(qū), 機(jī)床整體布局美觀, 同時(shí), 機(jī)械手立臥換刀, 去掉了主軸箱的重復(fù)定位誤差, 故提高了工件的加工精度。 下表為在電氣液壓和機(jī)械狀態(tài)相同的前提下, 與單向固定式換刀手在換刀時(shí)間上的比較。通過比較可知上述結(jié)構(gòu)的立臥換刀機(jī)械手, 在刀庫中刀具軸線與主軸軸線垂直的情況下, 省去了中間環(huán)節(jié), 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 雖比單向換刀手成本稍高, 但功能強(qiáng); 而與 NC 換刀機(jī)械手相比, 由于所用數(shù)控系統(tǒng)檔次降低減少了大量電氣元件, 因而制造成本下降了數(shù)倍, 而功能卻相同。 所以本文所介紹的立臥換刀機(jī)械手是一種結(jié)構(gòu)先進(jìn), 功能價(jià)格比合理的實(shí)用型機(jī)械手。時(shí)間 t/ s狀態(tài)立臥轉(zhuǎn)換移動(dòng)式45 換刀手單向固定式45 換刀手?臥式換刀立式換刀臥式換刀立式換刀切削 至切 削時(shí) 間1010816換刀時(shí)間6. 56. 55. 513輔助時(shí)間4600注:? 為德國(guó)HELLER公司的設(shè)計(jì)方案,結(jié)構(gòu)見圖1* 男35歲工程師郵編: 250021( 收稿日期: 1998. 02. 10)47第22卷第3期一種新結(jié)構(gòu)的立臥換刀機(jī)械手
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