数控镗铣加工中心自动换刀系统中的机_液机械手(1)

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数控镗铣加工中心自动换刀系统中的机-液机械手

杨可森,艾长胜,侯志坚

(济南大学机械工程学院,山东济南250022)

摘要:介绍了V116B 型数控镗铣加工中心自动换刀系统中的机-液机械手的结构与工作原理及其液压系统,该机械手具有结构紧凑、工作平稳、定位准确的优点。

关键词:镗铣加工中心;数控机床;自动换刀系统;机械手

中图分类号:TG 659　　文献标识码:B 　　文章编号:1001-3881(2003)3-216-2

The H ydro -mechanical Manipulator on Autom atic Tool Changer of

Numerical Control Boring &Milling Machine Center

Y ANG K e 2sen ,AI chang 2sheng ,H OU zhi 2jian

(School of Mechanical Engineering ,Jinan University ,Shandong Jinan 250022,China )

Abstract :An hydro -mechanical manipulator on automatic tool changer of the type V116B numerical control boring &milling machine center is described ,the construction ,w orking principle and hydraulic system of the manipulator is introduced.The advantage of the manipulator is com pact con 2struction ,steady w orking and accurate fixed position.

K eyw ords :D oring &milling machine center ;Numerical control machine ;Automatic tool changer ;Manipulator

0　引言

自动换刀系统主要由刀库、机械手及相应的控制系统组成,机械手主要完成将主轴上的工作刀具与刀库中的待用刀具两者位置交换的任务。对加工中心上的机械手而言,其应具有换刀时间短、工作平稳、定位准确的特点。目前立式数控加工中心上用得较多的是由气压驱动的回转式单臂双爪机械手,由于气体的可压缩性较大,工作压力较低(不高于1.0MPa ),使得该种结构型式的机械手工作平稳性较差、结构体积较大、换刀过程中存在噪声较大等问题。在V116B 型数控镗铣加工中心上使用的机械手,采用液压驱动方式,从而有效地避免了上述问题的出现。1　结构组成

机械手的结构如图1所示。主要由刀爪、换刀臂、刀臂轴、刀臂导套、圆柱凸轮轴、托架、回转座、液压马达、油缸等主要部分组成。整个机械手通过一对圆锥滚子轴承被支承在托架上,油缸通过球面单耳接杆与回转座相连,液压马达通过支架固定在回转座上,回转座在油缸杆伸缩时可以作60度范围内的回转,回转座通过键与刀臂导套相连。固定在刀臂轴上的销轴装有两个滚针轴承,销轴穿过刀臂导套的直槽插入凸轮槽中。液压马达的输出轴通过键、联轴套与凸轮轴相连,整个换刀过程由液压马达和油缸驱动完成。2　工作原理

(1)换刀动作过程

换刀过程主要动作有:主轴复位、刀库回转、刀杯垂直、抓刀、拔刀、换刀、插刀、松刀、刀杯水平、刀臂复位等。换刀前,首先是主轴复位,即主轴上的刀具回归到换刀位置,然后是刀库回转,使待换刀具转动到规定的换刀位置,刀库上的油缸向下运动,使得刀库上的刀柄垂直,这样,两把刀具都已处

待换状态,以下的动作过程就主要由机械手来完成

。

图1　机-液机械手结构原理图

换刀时,油缸杆伸出,带动回转座旋转,回转座

又带动刀臂导套与油压马达旋转,这时,马达转轴是不转动的,油压马达整体带动圆柱凸轮轴旋转,从而使换刀臂一起转动。当转过60度角位移时,机械手的两只刀爪分别抓住主轴中的刀具与刀库中已准备好的待换刀具,从而完成抓刀动作。

完成抓刀动作后,控制油缸运动的换向阀处于中位,油缸杆的位置被两个液控单向阀锁定。这时,油压马达供油,马达转轴带动凸轮轴一起转动。由于油缸杆不动,刀臂导套也不动,故刀臂导套的直槽将起导向作用。这时,假设销轴位于刀臂导套左边的直槽

?612?《机床与液压》2003.NO.3

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中,于是刀臂轴被销轴带动,随着凸轮轴的旋转而向下运动,从而完成拔刀动作。

当销轴运动到刀臂导套左边直槽的底端时,通过圆滑过渡,滚入刀臂导套的水平半圆槽中,与此同时,销轴也运动到凸轮曲线槽的底端,不再向下运动,而开始水平旋转。销轴带动刀臂轴沿刀臂导套的水平半圆槽转过180度后即到达水平半圆槽的末端,再通过圆滑过渡运动到刀臂导套的右边直槽中,销轴开始沿凸轮曲线槽上升。这时,换刀动作结束,插刀动作开始。

当销轴运动到凸轮曲线槽的顶端时,完成插刀动作。插刀结束时,停止对油压马达供油,而开始向油缸供油,油缸杆缩回,刀臂复位,整个换刀过程结束。

在下一次换刀时,由于此时销轴位于刀臂导套右边的直槽中,油压马达应作反方向旋转,其余过程与前一次换刀相同

。

图2　圆柱凸轮轴

轴切展开图

图3　刀臂导套轴　　　切展开图

圆柱凸轮曲线槽为封闭对称结构,其轴切展开图如图2所示。刀臂导套的导向槽的结构如图3所示。

(2)

液压系统工作原理

11变量泵　21滤油器　41压力表　5、81换向阀

61冷却器　71减压阀　91液控单向阀101单向节流阀　11、121油缸　13、141马达

图4　自动换刀系统液压原理图

换刀系统的液压工作原理如图4所示。系统压力

为510MPa ,油泵1为PVP -16型轴向柱塞泵,排量

16m L/r 。刀库回转马达14和机械手旋转马达13为BY M -160型双向摆线液压马达,排量160m L/r 。回转座转动油缸12和刀库刀杯垂直-水平作用油缸11的缸径均为40mm ,不同之处是后者的工作压力经由减压阀7减压后为110MPa ,两个油缸杆的位置可由

两个液控单向阀组成的液压锁锁定。液压马达和油缸的运动速度可由单向节流阀控制调节。3　结束语

加工中心自动换刀系统中的机械手的结构形式有多种,各有特色。而V116B 型立式数控镗铣加工中心中的机械手的特点在于:一是采用液压驱动,二是特殊结构的圆柱凸轮轴与刀臂导套(见图2,图3),再者就是采用凸轮轴、刀臂导套、刀臂轴同轴结构。在使用中证明,该机械手具有原理先进、结构紧凑、工作平稳、定位准确的优点,可以作为设计其它机床上的机械手的参考。参考文献

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作者简介:杨可森,男,1965年生,汉族,陕西省户县人,工程师,硕士,济南大学机械工程学院任教,1995年甘肃工业大学流体传动与控制专业毕业至今,一直从事试验机的开发研究与液压技术的教学工作。联系电话:0531-*******。

收稿时间:2002-08-08

(上接第347页)

批次、单件等不同角度来管理库存物品,使企业及时了解库存情况,降低库存资金占用,杜绝物料积压与短缺现象,为企业带来良好的效益,达到了预期目标。参考文献

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作者简介:李明裕,硕士研究生,研究方向:企业信息管理。电话(021)32261109,131********,E -mail :yusang123@

d4a6f1375a8102d276a22fc1 。

收稿时间:2002-06-26

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712?《机床与液压》2003.NO.3

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