一种回转刀架的结构及干涉原因分析

一种回转刀架的结构及干涉原因分析摘要:数控机床的回转刀架发展很快，现正逐步形成标准定型产品，尤其是国外的产品，开发较早，经验丰富，使得其产品的可靠性比较高。就一种回转刀架做了分析，对其内部机械结构、总体尺寸、电气接线图、时序说明做了介绍，并就使用过程中不慎发生干涉(碰撞)后的状况，给出了几种校正解决办法。回转刀架的优劣与否直接影响数控机床的性能和技术水平，因此分析，回转刀架的结构及干涉原因，对国产数控机床的发展具有十分重要的意义。关键词:回转刀架;结构;干涉;校正AnalysisofRotatingTurretStructureandInterferenceFactorFANFeng},YUCheng-liang(NanjingCNCMachineToolCo.，Ltd.，Nanjing211100,China)Abstract:ThefuringheadofCNCmachinetoolisdevelopedquickly.Itisgraduallyformedintothestandardproduct,especiallyfor-eignproductswhicharedevelopedearlierwithrichexperience,sothatthereliabilityoftheproductsisrelativelyhigh.Thispaperan-alysesaTurninghead,introducestheinternalmechanicalstructure,overalldimensions,electricalwiringdiagram,timinginstructionsandgiveoutsomecorrectingsolutionswhentheinperferencehappensintheprocess.Theturningheaddirectlyaffectstheperform-anceandtechnicallevelofNCmachinetool,sotheanalysisofthefurningheadisofimprofantsignificanceofthedevelopmentofthedomesticCNCmachinetools.Keywords:circularcutterholder;structure;interference;correction0引言回转刀架是数控车床的重要组成部分。刀架是用于夹持切削用的刀具，实现自动换刀的机构，具有机械、电气的综合特点，是数控机床的核心部件。其结构直接影响机床的切削性能和切削效率，在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。合理正确地使用回转刀架，能够有效地提高劳动生产率。但是回转刀架在数控加工过程中也是容易出现故障的，因而了解回转刀架的结构，对使用过程中出现的故障进行分析显得尤为重要。1回转刀架的内部结构这是一种新型的塔型电动回转刀架，其结构是电机设在刀架的上端，刀架驱动采用轮系行星减速机构，升降采用凸轮副升降。利用齿盘锁紧，具有极高的刚性和精度;机身防水，内部结构油浸，充分润滑;用一个三相电机转位和锁紧;冷水盘可转动，使出水口在不同位置范围。因此，该回转刀架安装、调整简单快速，维护方便。如图1，图z所示。图1刀架安装示意图1-(三相)电机;;2一减速传动箱;;3一转位及凸轮锁紧机构;4一定位电磁阀;5一定位接近开关;;6一预加载锁紧弹簧;7一前端齿盘;;8一锁紧接近开关;;9一绝对角度编码器;10一转盘;11一冷水法兰;12一快换冷水阀图2刀架内部结构2刀架总体尺寸(图3)图3刀架总体尺寸刀架总体说明:1冷却液进口位置，可选:连续供液最大压力:0.7MPa;转位时关断供液，最大压力1.4MPao2左型或者右型出水口位置;3可调节冷水环;4出水口位置范围;5定位销平面;6定位销，可置于左侧或者右侧;7刀盘和刀塔之间的定位销;8电气连接，可置于两侧，可选(连接电缆需带有接线端子和密封垫，以防止水侵入刀塔内部);9刀盘电气结构图(图4)时序说明4.1信号要改变刀架的位置，数控车床必须根据编制好的顺序，控制三相电机、制动器、预定位电磁铁，根据角度编码器给出的角度位置，预定位控制开关、锁紧控制开关从刀架输出信号，用于驱动刀架转位。1一三相电机;;2一热保护器;;3一制动器;;4一预定位电磁铁;5一预定位控制开关;;6一锁紧控制开关;;7一绝对式角度编码器图4电气结构图4.2操作顺序说明控制操作根据以下的顺序完成:u制动器失电，电机以选定的方向转动。2)如果下一位置为所选位置，当选通信号到达零位，电磁铁得电。3)刀架继续转动，直到预定位插销，在电磁铁的推动下，进入机械停止沟槽。此动作由预定位开关操作，此时必须停止电机转动，一旦超过写入程序时间，电机重新反方向转动。4)检测，此信号用来停止电机转动，锁紧信号与电机停止转动之间的最大延迟时间，一定不能超过允许值。5)当读到锁紧信号，经过写入程序标准时间后，电磁铁失电。6)如未接收到锁紧信号，必须在2-3、内停止电机反转。5回转刀架干涉分析回转刀架在操作过程中不慎发生干涉即碰撞，一般有以下几种情况:S.1回转刀架在锁紧状态下发生干涉或过载由于刀盘和回转齿盘(与刀盘同步回转)是通过接触面间的摩擦力(螺钉连接无定位销)紧固和承受切削力的。当发生干涉而干涉力又超过预定摩擦力时，刀盘与回转齿盘将产生周向位移，此时控制系统将发出信号使机床停车。修复方法如下:通常将刀盘与刀架之间的紧固螺钉拆下，检查刀盘与刀架联接处有无损坏，联接螺钉是否损坏，判断碰撞后的刀盘是否能继续使用，如仍能使用，则可将刀盘重新修复。按《合格证明书》中与刀架精度有关项目进行复查，合格后即可使用。若刀盘与刀架之间配有用于刀盘复位的圆锥销孔，可用随机供应的圆锥销将刀盘复位。5.2回转刀架在换位时发生干涉这种干涉常发生在换位时刀具或刀盘与它物发生碰撞。干涉后将使刀盘与回转轴产生周向位移，可能会使刀架内部的换位机构损坏。刀架的修复则需与刀架生产厂家联系，请求帮助。刀架修好后应按要求进行复查，同时应编程检查刀架按指令要求换位的正确性。a回转刀架刀位号检验及校正换位机构损坏修复后，逻辑编码器上齿轮的啮合位置很可能改变，即荧光屏上显示的刀位号与工作位置的实际刀位号不同，修复方法如下:I检验将机床操作方式定在“MDI”位置。若在相应的输入区输入所选刀号，执行换刀位后，刀盘实际位置应为所选刀号，如刀盘处于工作位置的实际刀位号不符，则说明回转刀架上的逻辑编码器位置不对，需进行校正。2)校正手动将刀盘的工作位停在1”刀位，并锁紧。松开固定编码器的螺钉，调整编码器，并使编码器的红灯调亮为止。再将螺钉上紧即可。键入换刀指令，使刀盘换位，最后停在1”位，检查编码器的红灯，应该点亮，否则需重新调整。h)回转刀架换位检验换位时发生干涉修复后，还需检查其换位的正确性，可用编程的方法检查。检查方法见5.2.1条的第a)项。5.3回转刀架在横拖板上后移a回转刀架若因干涉使整体在横拖板上后移，可按下述办法进行检验校正。1松开刀架体与横拖板的连结螺钉;z)将千分表安装在主轴箱上，使测头触及刀盘上的刀夹安装面;3)用12mm的内六角扳手转动:轴丝杆，使十字拖板移动;4)按图5检验校正刀夹安装面对:轴方向的平行度。在刀盘宽度上允差不得超过0.005mm;图5刀盘z向校正5)拧紧连接螺钉。h)回转刀架因干涉后移经上述校正后，刀具或刀夹参考点相对于机床参考点M在x向的位置与原始位置比较会出现误差，须进行校正。检验:1)在刀盘上安装内圆加工刀夹;2)在卡盘上安装指示器;3)从基点x=+450mm(直径值)处将刀夹的刀具安装孔中心进到与主轴回转中心重合位置(x=+70mm);4)转动主轴，用指示检验刀具安装孔，转动手轮，沿x向反复调整拖板位置，直至指示器的读数差值为零;5)记录荧光屏中的x值后，按以下方法校正。将操作方式选择开关旋到“JOG”或“手轮”位置，并将“数据输入开关”置于“}”位置，若以上检验所得刀夹的刀具安装孔中心线至机床参考点在x向的值如下:x理论值=70.00(mm)x实际值=69.89(mm)直径误差=110(gym)设原参数值为920}m，则校正的新参数值为:新参数值=王丝竺堕二王主鱼值+2x原参数值=(70.00-69.89)x10002+920=975(gym)输入所得新参数值。注意:直径误差值只允许为正值且小于4000}m，若大于4000}m时，则不是由于上述干涉引起的，不宜采用此办法解决。图6孤面凸轮仿真结果曲线将运动输出曲线与设计时的数据和理论曲线进行对比，运动曲线与理论曲线一致，从图表数据来看，满足了设计时的包括动静比等各项参数，角度偏差小于0.040,属于系统误差;在仿真过程中也没有发生干涉现象，证明了该机构的三维实体模型的可靠性，建模方法是正确性。4弧面凸轮分度箱的虚拟装配按照标准完成弧面凸轮分度箱的整体设计，对所有零件进行三维实体建模，包括箱体，凸轮轴，端盖，油封，轴承，螺纹连接件，键等;然后建立弧面凸轮分度箱装配体文件，导入所有零部件，利用UG软件提供并行的自上而下和自下而上相结合的装配建模方法，运用同心，接触对齐，角度，距离等约束方式完成装配，结果如图7所示。在UG软件里，控制组件装配或者拆卸的顺序，并仿真组件运动，以动画的方式模拟装配过程，及时发现装配过程中是否存在干涉问题;对装配体进行多方面的检测与分析，选择装配体为对象，进行间隙检查，结果显示所有的干涉都是接触型干涉，即零部件的表面接触，存在共同的点、线或者面，但结构上没有冲突，没有发生干涉。图7孤面凸轮分度箱5结语本文选定了弧面凸轮分度机构的运动规律和设计参数，完成了弧面分度凸轮、分度盘和分度箱的三维建模、装配、机构运动仿真及干涉检查、模拟装配等，结果证明弧面分度凸轮的建模方法可行，分度箱的装配不存在干涉。参考文献:[i」刘言松，贺炜，唐学飞.弧面分度凸轮三维实体模型的建立田.组合机床与自动化加工技术，200412(6):35-37.[2]吴文山，王莉，周林航，等.基于LG软件的弧面分度凸轮机构的造型理论与设计田.轻工机械，2007}8(4):47-50.〕」黄信林，曹巨江.基于LG的弧面凸轮复杂轮廓曲面的构建〕].陕西科技大学学报，20048(4):55-59.[4]谢政，马秋成，姚新元.基于滚子轴心线转角的弧面凸轮三维模型的构建田.机械工程师，20085(5):65-67.〕」化学兵，吴耀，林洁.弧面分度凸轮廓面方程的推导〕」.浙江工贸职业技术学院学报，20099(9):53-59.C2]韩建海.数控技术及装各CM].第2版.武汉:华中科技大学出版社，2011.[3]赵玉刚，宋现春.数控技术[M].北京:机械工业出版社，2003.C4]王爱玲.数控机床故障诊断与维修CM].北京:机械工业出版社，2009.CS]王三民，诸文俊.机械原理与设计CM].北京:机械工业出版社，2000.Ci」韩鸿莺，吴海燕.数控机床机械维修CM].北京:中国电力出6结语本文对回转刀架的内部机械结构及工作原理做了简单的介绍，在此基础上又对回转刀架在操作过程中不慎发生干涉即碰撞的几种情况做了分析，并给出了校正方法。为更好的使用和维护回转刀架提供了借鉴，对提高数控机床的整体品质，降低故障率也起到了一定的作用。