铣头式加工中心自动松拉刀实验装置的结构设计

陈秀梅

(北京信息科技大学机电工程学院，北京 100192)

直驱技术是一种新技术，国外的直驱控制及加工技术已经进入工业应用阶段，而我国尚处于起步阶段，国内一些科研院所和企业也相继开展了直驱技术和产品的研究应用。电主轴是直驱单元的典型代表，5轴联动加工中心的铣头采用电主轴直驱技术，其体积小，结构紧凑。因此碟型弹簧式自动松拉刀机构由于空间的限制已经不能应用于铣头式加工中心。设计了应用于铣头电主轴的自动松拉刀系统，为了验证所设计的自动松拉刀系统的使用性能，进行了铣头式加工中心自动松拉刀实验装置的结构设计。

1 自动松拉刀系统的工作原理

1.1 工作原理

图1所示为自动松拉刀系统的结构图。拉刀运动的实现过程是:当活塞2上部通压力油、下侧回油时，液压力推动活塞2向下运动，活塞2压迫挤压卡紧环3径向收缩，卡紧环3作用在拉杆4的锁紧斜面，拉杆4向上运动，拉杆4下部末端夹紧刀柄，实现刀具的拉紧动作;松刀运动实现过程:活塞2下侧通压力油，压力油推动活塞2向上运动，同时拉杆4锥形部分的上端面在液压力的作用下向下运动，卡紧环3径向扩张，拉杆4向下运动，实现刀具的松开。夹紧状态时，活塞2的上下侧都不通压力油，其锁紧完全通过卡紧环3实现，从而保证了在拉爪拉紧状态下不会意外反向运动，刀柄不会自行松脱，保证了加工操作的安全性［1］。

图1 松拉刀系统结构图

1.2 自动松拉刀验证结构设计

由于要验证自动松拉刀系统松开刀具和拉紧刀具的动作，需要将设计的铣头中完成松开、拉紧刀具的部分设计成一验证缸，以便于模拟松开刀具及拉紧刀具动作，模拟自动松拉刀动作的验证机构如图2所示。

图2 自动松拉刀验证结构

2 实验装置工作原理

铣头式加工中心自动松拉刀实验装置主要针对自动松拉刀的使用寿命进行检测。在整个实验过程中，模拟实际零件加工过程中松开刀具、拉紧刀具的情况，通过光敏传感器检测拉杆的位置变化，间接测量松拉刀的工作寿命。

为模拟验证结构中拉杆工作时所承受的轴向切削力，在检测松开和拉紧刀具时，利用一个对顶液压缸为拉杆提供切削时刀具所承受的模拟负载。根据工况分析，所设计的实验装置液压原理图如图3所示。液压系统启动，液压泵开始供油，换向阀7左位工作，液压油进入自动松拉刀验证机构9右腔，推动活塞杆向左伸出，此时，液压缸8对验证机构9施加负载，模拟铣刀的工作过程。电磁铁动作顺序表如表1所示。

图3 实验装置液压原理图

表1 电磁铁动作顺序表

3 实验装置的结构设计

试验方案描述:将自动松拉刀验证机构水平放置在油箱顶盖上，通过一个活塞式的液压缸对拉杆施加轴向拉力。由于拉杆主要承受轴向力和径向力，在拉紧刀具和松开刀具时，缩紧环斜面将力分解为径向力和轴向力，径向力由缸体承受，而刀具轴承受轴向载荷。若轴向力大，对轴的影响也大，因此需要对拉紧刀具的拉杆进行轴向位置检测，通过光电传感器检测其位置变化。实验装置结构如图4所示。

图4 铣头式加工中心的自动松拉刀检验装置

4 结论

自动松拉刀实验装置实现了对自动松拉刀轴向负载情况测试，通过拉杆的位置是否到位来检测自动松拉刀系统是否存在锁紧环的磨损及其拉杆的轴向弯曲，以此来判断自动松拉刀机构的寿命及锁紧情况，为加工中心的自动松拉刀系统的研制及高档数控机床的国产化提供了理论依据及技术支撑。

［1］陈秀梅，杨庆东，于潇客.五轴数控机床铣头自动松拉刀方法分析研究［J］.中国制造业信息化，2010，39(3):69－71.

［2］陈秀梅，杨庆东，杨亢亢.多轴机床铣头新型自动松拉刀结构设计研究［J］.机械工程师，2009(10):31－32.

［3］孙再富，陈秀梅，杨庆东.多轴机床的自动松拉刀机构的锁刀分析研究［J］.机械设计与制造，2012(8):188－190.

［4］徐灏.机械设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2000.

［5］德国西泰克(CyTec)公司.Cypull·Cyblock［OL］.［2008－02］.http://www.cypull.de/download/cypull_katalog_d_pdf.pdf.