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車銑復合機床的核心——動力刀塔結構設計

時間:2020-09-04 點擊次數:2082

    刀塔(也稱刀架)是車銑復合機床上所使用的關鍵核心部件,目前的傳統刀塔(也稱刀架)只能安裝車刀或鏜刀進行基本的車削加工。利用單個內藏式伺服電機實現控制刀塔精確轉位(也稱換刀)和控制旋轉刀具高速旋轉兩種功能,集車銑加工功能于一體。

    傳統刀塔在其刀盤的圓周上有多個安裝平面和安裝槽,用于固定車刀刀座或鏜刀刀座,與刀塔的內部結構是完全隔離的。傳統刀塔的電機置于箱體的外面,通過同步帶把動力傳給驅動軸,驅動軸的端部與第一齒輪固定連接在一起,刀盤與第二齒輪固定連接在一起,第一齒輪和第二齒輪相嚙合,

    從而實現電機轉動帶動刀盤轉動的目的,控制單元通過電機內置的編碼器反饋信息進行控制電機的轉速、圈數和旋轉角度,來實現刀盤的轉位控制。刀座通過定位鍵和螺釘固定在刀盤的圓周各刀位上,刀座上可安裝車刀或鏜刀,但此類刀具只能實現直線進給進行車削加工的要求,且外形尺寸較大。改變了傳統刀塔各安裝刀具位置的結構,使每個刀具位置既可安裝車刀,又可安裝旋轉刀具。

    基本功能——刀塔轉位(也稱換刀):

    當離合器活動轉齒與離合器固定轉齒嚙合時,是電機動力傳遞給旋轉刀具的必須條件;當離合器活動轉齒與離合器固定轉齒脫離時,電機動力就不再驅動旋轉刀具旋轉,此狀態下正是離合器活動轉齒通過其圓周齒輪與刀塔轉位齒輪(即第一齒輪)進行嚙合的狀態,達到電機旋轉帶動刀塔轉位的目的。概括地說,通過控制離合器活動轉齒的兩個位置(即嚙合與脫離狀態),達到電機動力輸出給刀塔轉位或輸出給旋轉刀具旋轉的目的。

    旋轉刀具旋轉的實現如下:首先離合器活動轉齒與離合器固定轉齒的嚙合,使刀塔處于刀具旋轉狀態,控制單元通過外置的編碼器5反饋信息進行控制電機的轉速、啟停和正反轉動,來實現刀具任意速度的正轉、反轉及停止;另外,該動力刀塔采用的動力刀柄為尾部扁尾結構,因此,在旋轉刀具停止時需要停止在固定的角度位置上,才能保證下一把旋轉刀具順利地插入槽中,刀具的固定角度停止功能靠編碼器的角度反饋來實現。

    車銑復合機床用的動力刀塔(也稱刀架),傳統刀塔(也稱刀架)只能安裝車刀或鏜刀,進行基本的車削加工,本發明打破了原傳統刀塔在功能和結構的限制,同時具備了安裝車刀、鏜刀和旋轉刀具(如銑刀、鉆頭、絲錐等)的功能,可實現車削加工和銑削、鉆削、攻絲等加工,是車銑復合加工機床上*的功能部件。因具備了刀具旋轉加工,故稱之為動力刀塔。

    利用單個內藏式伺服電機實現控制刀塔精確轉位(也稱換刀)和控制旋轉刀具高速旋轉兩種功能,涉及到了復雜的機械傳動、互鎖、定位機構和合理巧妙的電氣、氣動、液壓控制技術。作為車銑復合機床上所使用的關鍵核心部件—動力刀塔,目前尚無專業廠家生產,刀塔生產廠家都以生產傳統車削功能的刀塔(或稱刀架)為主,這深深制約了我國車銑復合加工機床的發展,導致車銑復合機床也只能依靠進口。車銑復合加工機床是集成車削加工和銑削加工于一身的高檔加工設備,被加工的零件一次裝夾在機床上,可實現車削、銑削、鉆孔、攻絲鏜孔、擴孔等多種加工,解決了加工一個零件需要多臺加工設備的問題,且可顯著提高被加工零件的精度和加工效率,是車床的延伸和發展方向。具有高剛性、重切削、體積小、集成化等優點。

    傳統刀塔在其刀盤的圓周上有多個安裝平面和安裝槽,用于固定車刀刀座或鏜刀刀座,與刀塔的內部結構是完全隔離的。傳統刀塔的電機置于箱體的外面,通過同步帶把動力傳給驅動軸,驅動軸的端部與第一齒輪固定連接在一起,刀盤與第二齒輪固定連接在一起,第一齒輪和第二齒輪相嚙合,從而實現電機轉動帶動刀盤轉動的目的,控制單元通過電機內置的編碼器反饋信息進行控制電機的轉速、圈數和旋轉角度,來實現刀盤的轉位控制。刀座通過定位鍵和螺釘固定在刀盤的圓周各刀位上,刀座上可安裝車刀或鏜刀,但此類刀具只能實現直線進給進行車削加工的要求,且外形尺寸較大。改變了傳統刀塔各安裝刀具位置的結構,使每個刀具位置既可安裝車刀,又可安裝旋轉刀具。

    為實現旋轉刀具的旋轉,需解決動力源問題,特設計了一套機械傳動機構與電機連接。電機為內藏式電機,電機定子固定連接在刀塔的箱體上,電機轉子和中空花鍵軸固定連接在一起;離合器活動轉齒與中空花鍵軸連接在一起,并可沿中空花鍵軸的軸向移動;離合器固定轉齒通過漲套與第一傳動軸緊固在一起;中空花鍵軸通過離合器的嚙合與其內部的第一傳動軸間接相連;第一傳動軸通過一對螺旋傘齒輪(即第一螺旋傘齒輪和第二螺旋傘齒輪)與第二傳動軸連接,實現傳動方向的90度轉向;第二傳動軸與旋轉刀具的連接處為凹槽結構,可與旋轉刀具尾部的扁尾結構進行緊密嚙合;通過上述傳動鏈,電機轉子的旋轉動力便可傳遞給旋轉刀具,實現電機與旋轉刀具的同步同轉速旋轉。

    為實現傳統刀塔具備的所有功能,通過離合器活動轉齒沿中空花鍵軸的軸向移動,使離合器活動轉齒與第一齒輪進行嚙合,同時與離合器固定轉齒脫離,從而把電機的動力傳遞給與第一齒輪連接成一體的第三傳動軸,第三傳動軸與第二齒輪是一體的,第二齒輪與第三齒輪相嚙合,因刀盤固定連接在第三齒輪上,所以電機終把動力傳遞給了刀盤,電機的旋轉會帶動刀盤旋轉,達到刀盤的轉位控制。

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