換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)帶CAD圖
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2 1 6 機(jī)床與液壓2 0 0 3 N O3 數(shù)控鏜銑加工 中心 自動(dòng)換 刀系統(tǒng) 中的機(jī) 一液機(jī)械手 楊 可森 ，艾長勝 ，侯志 堅(jiān) ( 濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東濟(jì)南2 5 0 0 2 2 ) 摘要：介紹了 V 1 1 6 B型數(shù)控鏜銑加工中心 自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的機(jī) 一液機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與工作原理及其液壓系統(tǒng)，該機(jī)械手具有 結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn) 、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：鏜銑加工中心；數(shù)控機(jī)床；自動(dòng)換刀系統(tǒng)；機(jī)械手 中圖分 類號 ： T G 6 5 9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：B 文章編號 ：1 0 0 1 3 8 8 1( 2 0 0 3 )3 2 1 6 2 ， I 1 鹼 Hy d r ome c ha ni c a l M a ni p u l a t o r o n Au t o ma t i c To o l Ch a ng e r o f Nu me r i c a l Co n t r o l r i n g M i l l i n g M a c h i n e Ce n t e r Y A N G K e s e n A I c h a n g - s h e n g 。H O U z h i j i a n ( S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， J i n a n U n i v e r s i t y，S h a n d o n g J i n a n 2 5 0 0 2 2 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：A n h y d r ome c h a n i c a l m a n i p u l a t o r o n a u t o ma t i c t o o l c h a n g e r o f t h e t y p e V1 1 6 B n u me ri c al c o n t r o l b o ri n g mi l l i ng ma c h i n e c e n t e r i s d e s c ri b e d，the c o n s t r u c ti o n ，w o r k i ng p ri n c i p l e a n d h y d r a uli c s y s t e m o f the m a n i p ula t o r i s i n tr o d u c e dT h e a d v an t a g e o f the ma n i p ula t o r i s c o mp a c t c o nst r u c ti o n，s t e a d y w o r k i ng and a c c u r a t e fi x ed p o s i ti o n Ke y wo r d s ：D o r i ng mi l l i n g ma c h i n e c e n t e r ； N u me ri c al c o n t r o l ma c h i n e ； A u t o ma t i c t oo l c h an g e r ； Ma n i p ula t o r 0 引言 態(tài) ，以下的動(dòng)作過程就主要由機(jī)械手來完成。 自動(dòng)換刀系統(tǒng)主要 由刀庫 、機(jī)械手及相應(yīng)的控制 系統(tǒng)組成 ，機(jī)械手主要完成將主軸上的工作刀具與刀 庫中的待用刀具兩者位置交換的任務(wù)。對加工中心上 的機(jī)械手而言，其應(yīng)具有換刀時(shí)間短 、工作平穩(wěn) 、定 位準(zhǔn)確的特點(diǎn)。目前立式數(shù)控加工中心上用得較多的 是由氣壓驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)式單臂雙爪機(jī)械手 ，由于氣體的 可壓縮性較大，工作壓力較低 ( 不高于 1 0 M r a ) ，使 得該種結(jié)構(gòu)型式的機(jī)械手工作平穩(wěn)性較差 、結(jié)構(gòu)體積 較大 、換刀過程中存在噪聲較大等問題。在 V 1 1 6 B型 數(shù)控鏜銑加工中心上使用的機(jī)械手 ，采用液壓驅(qū)動(dòng)方 式，從而有效地避免了上述問題的出現(xiàn)。 1 結(jié)構(gòu) 組成 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。主要由刀爪 、換刀臂 、 刀臂軸 、刀臂導(dǎo)套 、圓柱凸輪軸 、托架、回轉(zhuǎn)座、液 壓馬達(dá) 、油缸等主要部分組成。整個(gè)機(jī)械手通過一對 圓錐滾子軸承被支承在托架上 ，油缸通過球面單耳接 桿與回轉(zhuǎn)座相連，液壓馬達(dá)通過支架固定在回轉(zhuǎn)座上 ， 回轉(zhuǎn)座在油缸桿伸縮時(shí)可以作 6 0度范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)，回 轉(zhuǎn)座通過鍵與刀臂導(dǎo)套相連。固定在刀臂軸上的銷軸 裝有兩個(gè)滾針軸承，銷軸穿過刀臂導(dǎo)套的直槽插入凸 輪槽中。液壓馬達(dá)的輸出軸通過鍵 、聯(lián)軸套與凸輪軸 相連，整個(gè)換刀過程由液壓馬達(dá)和油缸驅(qū)動(dòng)完成。 2工作原 理 ( 1 )換 刀動(dòng) 作過程 換刀過程主要?jiǎng)幼饔?：主軸復(fù)位 、刀庫 回轉(zhuǎn) 、刀 杯垂直 、抓刀、拔刀 、換刀、插刀、松刀 、刀杯水平 、 刀臂復(fù)位等。換刀前 ，首先是主軸復(fù)位 ，即主軸上的 刀具 回歸到換刀位置，然后是刀庫 回轉(zhuǎn)，使待換刀具 轉(zhuǎn)動(dòng)到規(guī)定的換刀位置 ，刀庫上的油缸向下運(yùn)動(dòng) ，使 得刀庫上的刀柄垂直 ，這樣，兩把刀具都已處待換狀 圖 1 機(jī) 一液機(jī)械手結(jié)構(gòu)原理圖 換刀時(shí)，油缸桿伸出，帶動(dòng) 回轉(zhuǎn)座旋轉(zhuǎn) ，回轉(zhuǎn)座 又帶動(dòng)刀臂導(dǎo)套與油壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn) ，這時(shí)，馬達(dá)轉(zhuǎn)軸是 不轉(zhuǎn)動(dòng)的，油壓馬達(dá)整體帶動(dòng) 圓柱凸輪軸旋轉(zhuǎn) ，從而 使換刀臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)過 6 0度角位移時(shí)，機(jī)械手的 兩只刀爪分別抓住主軸 中的刀具 與刀庫 中已準(zhǔn)備好的 待換刀具，從而完成抓刀動(dòng)作。 完成抓刀動(dòng)作后 ，控制油缸運(yùn)動(dòng)的換 向閥處于中 位 ，油缸桿的位置被兩 個(gè)液控單向閥鎖定。這時(shí) ，油 壓馬達(dá)供油 ，馬達(dá)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)凸輪軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。由于油 缸桿不動(dòng)，刀臂導(dǎo)套也不動(dòng)，故刀臂導(dǎo)套的直槽將起 導(dǎo)向作用。這時(shí) ，假設(shè)銷軸位于刀臂導(dǎo)套左邊的直槽 維普資訊 http:/ 機(jī)床與液壓2 0 0 3 N O3 2 1 7 中，于是刀臂軸被銷軸帶動(dòng) ，隨著 凸輪軸的旋轉(zhuǎn)而向 下運(yùn)動(dòng)，從而完成拔刀動(dòng)作。 當(dāng)銷軸運(yùn)動(dòng)到刀臂導(dǎo)套左邊直槽 的底端時(shí)，通過 圓滑過渡，滾人刀臂導(dǎo)套的水平半圓槽 中，與此同時(shí) ， 銷軸也運(yùn)動(dòng)到凸輪曲線槽的底端 ，不再 向下運(yùn)動(dòng)，而 開始水平旋轉(zhuǎn) 。銷軸帶動(dòng)刀臂軸沿刀臂導(dǎo)套的水平半 圓槽轉(zhuǎn)過 1 8 0度后 即到達(dá)水平半圓槽的末端 ，再通過 圓滑過渡運(yùn)動(dòng)到刀臂導(dǎo)套的右邊直槽 中，銷軸開始沿 凸輪曲線槽上升。這時(shí)，換刀動(dòng)作結(jié)束 ，插刀動(dòng)作開 始。 當(dāng)銷軸運(yùn)動(dòng)到凸輪曲線槽的頂端時(shí) ，完成插刀動(dòng) 作。插刀結(jié)束時(shí) ，停止對油壓馬達(dá)供油 ，而開始向油 缸供油，油缸桿縮回，刀臂復(fù)位 ，整個(gè)換刀過程結(jié)束。 在下一次換刀時(shí)，由于此時(shí)銷軸位于刀臂導(dǎo)套右 邊的直槽中，油壓馬達(dá)應(yīng)作反方 向旋轉(zhuǎn) ，其余過程與 前一次換刀相同。 圖 2 圓柱凸輪軸 圖 3 刀臂導(dǎo)套軸 軸切展 開圖 切展開 圖 圓柱凸輪曲線槽為封閉對稱結(jié)構(gòu) ，其軸切展開圖 如圖 2所示。刀臂導(dǎo)套的導(dǎo)向槽的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。 ( 2 )液壓 系統(tǒng)工作原 理 1 變量泵2 濾油器4 壓力表5 、8 換向閥 6 冷卻器7 減壓閥9 液控單向閥 l 0 單向節(jié)流閥1 1 、1 2 油缸l 3 、l 4 馬達(dá) 圖 4自動(dòng)換 刀系統(tǒng)液壓原理 圖 換刀系統(tǒng)的液壓工作原理如圖 4所示。系統(tǒng)壓力 為 5 0 MP a，油泵 l 為 P V P一1 6型軸向柱塞泵 ，排量 1 6 m L r。刀庫回轉(zhuǎn)馬達(dá) l 4和機(jī)械手旋轉(zhuǎn)馬達(dá) l 3為 B Y M一1 6 0型 雙 向擺線 液 壓馬 達(dá) ，排 量 1 6 0 m L T。 回 轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)動(dòng)油缸 l 2和刀庫刀杯垂直 一水平作用油缸 l l 的缸徑均為 4 0 m i l l ，不同之處是后者的工作壓力經(jīng)由 減壓閥 7 減壓后為 1 0 M P a，兩個(gè)油缸桿的位置可由 兩個(gè)液控單向閥組成的液壓鎖鎖定。液壓馬達(dá)和油缸 的運(yùn)動(dòng)速度可由單向節(jié)流閥控制調(diào)節(jié)。 3 結(jié)束語 加工 中心 自動(dòng)換刀系統(tǒng) 中的機(jī)械手 的結(jié)構(gòu)形式有 多種 ，各有特色。而 V1 1 6 B型立式數(shù)控鏜銑加工 中心 中的機(jī)械手的特點(diǎn)在于 ：一是采用液壓驅(qū)動(dòng)，二是特 殊結(jié)構(gòu)的圓柱凸輪軸與刀臂導(dǎo)套 ( 見圖 2 ，圖 3 ) ，再 者就是采用凸輪軸 、刀臂導(dǎo)套、刀臂軸同軸結(jié)構(gòu)。在 使用中證明，該機(jī)械手具有原理先進(jìn) 、結(jié)構(gòu)緊湊 、工 作平穩(wěn) 、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn) ，可以作為設(shè)計(jì)其它機(jī)床上 的機(jī)械手的參考。 參考文獻(xiàn) 【 1 】李峻勤，費(fèi)仁元 數(shù)控機(jī)床及其使用與維修 M 北京： 國防工業(yè)出版社 2 0 0 0 【 2 】劉文信，孫學(xué)理 機(jī)床數(shù)控技術(shù) M 北京： 機(jī)械工業(yè)出 版社 1 9 9 5 作者簡介：楊可森，男，1 9 6 5年生，漢族 ，陜西省戶縣 人 ，工程師，碩士，濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院任教，1 9 9 5年甘 肅工業(yè)大學(xué)流體傳動(dòng)與控制專業(yè)畢業(yè)至今，一直從事試驗(yàn)機(jī) 的開發(fā)研 究 與液壓技 術(shù) 的教學(xué) 工作。聯(lián) 系 電話：0 5 3 1 71 5 8 5 5 7。 收稿 時(shí)間 ：2 0 0 2一O 80 8 ( 上接第 3 4 7頁) 批次、單件等不 同角度來 管理庫存物 品，使企業(yè)及 時(shí)了解庫存情 況，降低 庫存資金 占用 ，杜絕物料積 壓與短缺現(xiàn)象，為企業(yè)帶 來 良好 的效益 ，達(dá)到 了預(yù) 期 目標(biāo) 。 參考文獻(xiàn) 【 l 】奧古斯特 威廉企業(yè)管理的計(jì)算機(jī)化 M 科學(xué)技術(shù) 文獻(xiàn) 出版社 ，1 9 9 8 【 2 】劉超可視化面向?qū)ο蠼＜夹g(shù) M 北京航空航天 大學(xué) 出版社 ，1 9 9 9 【 3 】羅鴻 E R P 原理、 設(shè)計(jì)、實(shí)施 M 電子工業(yè)出版社， 2 0 01 【 4 】桂峰，陳海峰等著 P o w e r B u i l d e r 7 應(yīng)用開發(fā) M 機(jī) 械工業(yè) 出版社 ，1 9 9 9 【 5 】黃強(qiáng)等基于 I n t r a n e t 的庫存管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí) 施 【 J 】 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用 ， 2 O O O( 5 ) ：1 7 3 1 7 6 作者簡介：李明裕，碩士研究 生，研究方 向：企業(yè)信息 管 理。 電話( 0 2 1 )3 2 2 6 1 1 0 9 ，1 3 1 6 2 6 4 2 5 7 9 ，E m a i l ：y u s a n g 1 2 3 s j t u e d u c n 。 收稿 時(shí)間 ：2 0 0 2 0 6 2 6 維普資訊 http:/
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