1、復(fù)合回轉(zhuǎn)主軸打刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)陳增哲（山東魯南機(jī)床有限公司，山東 滕州 277500）摘要：以玻璃車刻加工中心為例，介紹了復(fù)合回轉(zhuǎn)主軸的傳動(dòng)系統(tǒng)及打刀機(jī)構(gòu)。闡述了主軸打刀缸的安裝、流體介質(zhì)在復(fù)合回轉(zhuǎn)部件間的傳輸及通過壓力傳感器檢測刀具位置等方面的問題。關(guān)鍵詞：加工中心；復(fù)合回轉(zhuǎn)；打刀缸；流體介質(zhì)；TH132.BThe design of unclamping mechanism of composite rotational spindle CHEN Zengzhe（Shandong Lunan Machine Tool Co.,Ltd.，Tengzhou 277500,CHN）Abstract:

2、 With machining center of glass processing as an example,the transmission system of composite rotational spindle and the unclamping mechanism are described in this paper.In the paper, the installation process of spindle unclamping cylinder is presented. The transmission procedure of fluid medium in

3、the composite rotating parts is given. And the problem of measuring the position of the tool through the pressure sensor as well as some corresponding problems are also discussed.Keywords: Machining center; composite rotational spindle; unclamping cylinder; fluid medium數(shù)控機(jī)床配以刀具庫和自動(dòng)換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心。加工中心的

4、刀具庫能存放幾十把甚至更多的刀具，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，工件在加工中心上經(jīng)一次裝夾后，能依次自動(dòng)完成工件多工序的加工，從而使生產(chǎn)效率大大提高。加工中心主軸一般依靠蝶簧結(jié)構(gòu)使刀具在主軸錐孔內(nèi)定位并夾緊。換刀時(shí)，打刀缸克服蝶簧彈力松開拉刀爪，使刀柄脫離主軸錐孔，由換刀系統(tǒng)進(jìn)行刀具交換。加工中心打刀缸由增壓器及油壓缸兩部分組合而成，由增壓器為油壓缸中的油液增壓。為保證換刀時(shí)刀柄完全松開、保證刀具及機(jī)器安全，打刀缸設(shè)計(jì)有油壓缸活塞行程檢測裝置，用以檢測油壓缸活塞行程的上限與下限位置。近年來，玻璃車刻工藝因環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)得到推廣，傳統(tǒng)加工中心在藝術(shù)玻璃冷加工行業(yè)中的應(yīng)用也越來越

5、多。由于藝術(shù)玻璃車刻工藝的特殊性，玻璃車刻加工中心的主軸及打刀機(jī)構(gòu)，相對(duì)于金屬切削機(jī)床均采用了不同的設(shè)計(jì)，現(xiàn)以BKH-3020玻璃車刻加工中心的主軸打刀機(jī)構(gòu)為例說明。1.主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為滿足玻璃車刻加工中心車刻復(fù)雜曲線的要求，BKH-3020玻璃車刻加工中心主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了圖1所示的結(jié)構(gòu)。主軸單元13固定于磨軸箱16中，其中心軸線與工作臺(tái)平行。主軸動(dòng)力由主軸伺服電機(jī)由同步帶通過同步帶輪26-傳動(dòng)軸23-錐齒輪副18-傳動(dòng)軸17-同步帶輪5由同步帶傳遞至主軸單元13，車刻刀具旋轉(zhuǎn)。主軸單元13及其他部件均安裝于滑板3上，由Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿橫梁托板導(dǎo)軌作上下進(jìn)給。車刻加工過程中，主軸單元

6、13在上下進(jìn)給的同時(shí)還需要繞傳動(dòng)軸23中心回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，回轉(zhuǎn)擺動(dòng)的角度由數(shù)控系統(tǒng)集中控制，即為C數(shù)控軸。為此加入旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2的設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2由圓錐滾子軸承支承軸向固定于滑板3的內(nèi)孔中，而傳動(dòng)軸13由角接觸球軸承支承軸向固定于旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2內(nèi)孔中并繞其中心旋轉(zhuǎn)，用以傳遞主軸動(dòng)力。C軸伺服電機(jī)通過同步帶驅(qū)動(dòng)同步帶輪1使旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2產(chǎn)生回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)固定于旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2下端面的磨軸箱16及主軸單元13繞傳動(dòng)軸23的中心回轉(zhuǎn)擺動(dòng)。玻璃車刻加工過程中，車刻刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡即為刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、刀具的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)及刀具上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合成。2、主軸打刀缸的安裝由于玻璃車刻工序要求其加工刀具需根據(jù)加工線條的寬窄、線形、光亮程度

7、來更換使用，因此要求車刻機(jī)床必須具有自動(dòng)快速更換各種刀具的能力。因?yàn)樵诓Ａк嚳踢^程中主軸單元不但自身旋轉(zhuǎn)，還需要以傳動(dòng)軸為中心回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，如按常規(guī)方式安裝主軸單元打刀缸，則無法解決打刀缸的位置檢測線路、壓力油管路及壓縮氣體管路的安裝、連接等一系列問題。為解決上述問題，如圖1，把增壓缸分拆為增壓器19與油壓缸兩部分。油壓缸由油壓缸體10、油壓缸蓋8、活塞桿11、復(fù)位彈簧9、調(diào)節(jié)螺釘12組成。油壓缸安裝于回轉(zhuǎn)主軸箱對(duì)應(yīng)主軸單元中心的位置上，而增壓器19固定于滑板3上。當(dāng)需要進(jìn)行交換刀具時(shí)，增壓器19中的壓力油通過管路進(jìn)入油壓缸上腔，使活塞桿11伸出，推動(dòng)主軸拉刀桿，拉刀爪松開，完成打刀動(dòng)作。3、流體

8、介質(zhì)在復(fù)合回轉(zhuǎn)部件間的傳輸為實(shí)現(xiàn)增壓器19中的壓力油傳輸至打刀油壓缸上腔，在圖1中，將旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2安裝于滑板3內(nèi)孔中，在旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2外表面加工兩道環(huán)形導(dǎo)流槽，槽間及兩槽端用多組O型密封圈4徑向密封，使兩個(gè)導(dǎo)流槽在滑板3內(nèi)孔成為各自獨(dú)立的密封空間。對(duì)應(yīng)兩個(gè)導(dǎo)流槽的位置在滑板3外表面加工兩個(gè)外部傳輸孔，分別與兩個(gè)導(dǎo)流槽相通。然后在旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2下端面加工兩個(gè)垂直導(dǎo)流孔，分別與兩個(gè)導(dǎo)流槽連通。對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2兩個(gè)導(dǎo)流孔位置，在磨軸箱16上表面加工兩個(gè)垂直孔，并在其側(cè)面加工兩個(gè)外部輸出孔與之貫通。其中，旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2與磨軸箱16兩處對(duì)應(yīng)孔上下之間均以O(shè)型密封圈15端面密封。經(jīng)此設(shè)計(jì)，從增壓器19至打刀油壓缸上腔構(gòu)成

9、密封回路，即使在主軸單元自身旋轉(zhuǎn)及擺動(dòng)回轉(zhuǎn)的同時(shí)，也可將增壓器19中的壓力油通過進(jìn)油管20-滑板3進(jìn)油孔-旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2導(dǎo)流槽-旋轉(zhuǎn)內(nèi)套2導(dǎo)流孔-O型密封圈15-磨軸箱16內(nèi)孔-管接頭14-壓力油管7-打刀油壓缸上腔，實(shí)現(xiàn)了流體介質(zhì)在復(fù)合回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件間的輸送。4、刀具位置的檢測在加工中心換刀機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，為避免過早拔刀與過早松刀對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損壞，需要確定打刀缸活塞行程的上限與下限位置，從而對(duì)刀具的換刀位置進(jìn)行確認(rèn)。在圖1中，壓縮氣體由進(jìn)氣管21至油壓缸蓋8進(jìn)氣孔之間構(gòu)成另一密封回路。同增壓器19的輸送油路一樣，即使在主軸單元自身旋轉(zhuǎn)及擺動(dòng)回轉(zhuǎn)的同時(shí)，也可將進(jìn)氣管21中的壓縮氣體傳輸至油壓缸蓋8進(jìn)氣孔。在車刻正常工作時(shí)，增壓器19不動(dòng)作，油壓缸活塞桿11依靠復(fù)位彈簧9的彈力復(fù)位。活塞桿11復(fù)位時(shí)，其進(jìn)氣孔與油壓缸蓋8的進(jìn)氣孔間以O(shè)型密封圈作密封，油壓缸蓋8進(jìn)氣孔中的壓縮氣體無法進(jìn)入活塞桿11進(jìn)氣孔中，管路氣體保持常規(guī)壓力。壓力傳感器22檢測管路氣體壓力正常，并把信號(hào)反饋給數(shù)控系統(tǒng)。當(dāng)需要進(jìn)行刀具交換時(shí)，增壓器19里的壓力油被注入油壓缸下腔，油壓缸活塞桿11伸出推動(dòng)拉刀桿。當(dāng)活塞桿11到達(dá)設(shè)計(jì)位置時(shí)，油壓缸蓋8的進(jìn)氣孔與活塞桿11的進(jìn)氣孔貫通，將從進(jìn)氣管21輸入的壓縮氣體輸送至活塞桿11中，并通過調(diào)節(jié)螺釘12中的出氣孔溢出，管路氣體壓力隨之降低。壓力傳感器22檢測出管