气液增压式浮动松拉刀机构设计研究

型的主轴 气液 增压 式浮 动松夹 刀机 构 的拉刀 力 为
Ｆ ． ． ＝
图２ 新型松拉刀机构 （ 松开刀具 ）
１ ．空气腔 ２ ．滑套 ６ ． 卡爪 ３ ．液压缸 ４ ．活塞杆 ５ ．定心套
（ ２ ）
式中，
刀 ，很 可能使 得 主 轴 的 轴 承受 到来 自轴 向冲 击 力 作
用 ，对 主轴 轴 承 的 精 度 产 生 重 要 影 响 ，进 而 影பைடு நூலகம்响 主
二、新型浮 动松拉 刀机构
为克 服现 有 技 术 中 存 在 的 不 足 ，我 们 开 发 了一 种新 型 的主 轴 气 液 增 压 式 浮 动 松 拉 刀 机 构 。该 松 拉 刀机 构结 构巧 妙 合 理 ，能 够 较 大 程 度 地 避 免 主 轴 松 刀 时 的打 刀 力 对 主 轴 以 及 主轴 轴 承 的 损 害 ，使 得 主 轴轴 承 的精度 和寿命 得 以延长 。
一
、
松拉 刀机构的基本情况
图１ 普通松夹刀机构结构示意图
１ ．主轴轴承 ２ ． 垫 ３ ．碟簧 ４ ．第一螺杆 ５ ．活塞杆 ８ ．主轴 ９ ．铣头体
松 拉 刀机 构 是 数 控 机 床 自动 装 夹 刀 具 的必 备 关 键 功 能部 件 ，按 松 刀 动 力 源 可 分 为 液 压 、气 动松 拉 刀 机构 两 种 。其 中的 液 压 松 拉 刀 机 构 一 般 用 于配 备 有 液压 站 的 机 床 上 ，而 气 动 松 拉 刀 机 构 采 用 压 缩 空 气 为 动力 源 ，简 单 经 济 ，市 场 认 可 度 较 高 ，故 在 没 有 配 备液 压 站 的 机 床 上 应 用 广 泛 。 目前 市 场 上 的气 动松 拉刀 机构 一般 有 以下两 种类 型 ： （ １ ）气 动松 拉刀 机构 机 构 采用 多 层气 缸 驱 动 ，
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Ｍ
。
Ｉ 刀 具
气液增压式浮动松拉刀机构设计研究
敏 嘉制造技术有 限公司 （ 广东 广东工业大 学 （ 广州 广州 ５ １ １ ４ ５ ３ ） 谢政平 ５ １ ０ ０ ０ ６ ） 郑秀 宏 李 锻能
随着 制 造 加 工 技 术 的迅 速 发 展 ，我 国 数 控 装 备
通 过垫 ２与主 轴 ８ 接触 ，推 动 主轴 向左运 动 ，直 至到 达 松刀 位 ， 完 成松 刀 。主轴 ８拉刀 时 ，气 液缸 ６ 恢 复 至初 始状态 ，碟 簧 ３ 不再 受 活塞杆 ５的压 力进行 复位 带 动 第 二 螺 杆 ７右 移 ，直 至 到 达 紧 刀 位 ，完 成 刀
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Ｉ 刀 具
回到液压 缸筒 内 ，活塞 杆 ４与卡 盘顶 杆 ９ 脱 开接 触 ，
１ ．工作原理
新型 主轴气 液 增 压 式 浮 动 松 拉 刀 机 构 的Ｔ 作 原
理 如图 ２ 、图 ３所示 。
和 寿命 。
但 因气 缸 体 积 大 、出 力 小 、重 量 重 、成 本 高 ，现 在
基本 已被 市场 淘 汰 。
（ ２ ）气 液增 压 式 松 拉 刀 机 构 采 用 气 液 增 压 缸 驱动 ，机 构较 为 简 单 、成 本 低 ，是 目前 市 场 上 广 泛
采用 的一 种松 拉 刀机 构 。 在 普通 的数 控 机 床 动 力 主 轴 中频 繁 的换 刀 、松
同时定 心套 ５ 在 空气 弹簧 的作用 下 ，带动液 压缸 ３和 卡爪 ６ 一起 向前 滑 移 ，碟形 弹簧 １ ０空套 在 卡 盘 顶 杆
９和机 床 主轴 ｌ １内 ，蝶形 弹簧 １ ０的 弹力 能够 使 卡 盘 顶杆 ９收 回 ，产生 预 紧力作用 到数 控机 床卡 盘上 ，拉 紧刀具 。卡爪 ６向前 滑移 后实 际上 是空 套 在 反扣 环 ８ 上 ．此 时 ，主轴 １ １与 液压 缸 脱 离 ，不 受 外 界影 响 的 以正常转 速 Ｔ 作 。在 不 考 虑摩 擦 力 的情 况 下 ， 该新
６ ．气液缸
７ ． 第二螺杆
可见 ，在松 刀过 程 中 ，碟 簧 ３ 受压 后通 过垫 ２在 主轴 ８ 的轴 向 上 给 主轴 施 加 压 力 ，打 刀 力 通 过碟 簧 ３ 、主轴 ８ 、主轴 轴 承 ｌ 、主轴轴 承 １ 的外 圈与外部 零
件 ，最终使力传递给铣 头体 ９ ，形成一个 以主轴 ８ 、
具 拉 紧。
２ ３ ４
技术 的发 展 也 越 来 越 快 ，特 别 在 关 键 技 术 部 件 方 面 越 来越 受到 业界 的 重视 。加工 中心 为 了 实现 高 精度 、 高 效率 的 生产 加 工 ，更 换 刀 具 过程 以 及 更 换 完 成 以 后 要求装 置 的夹 持 力 均 匀 可 靠 、动 作 敏 捷 以 及 回转 平 稳性好 ， 技 术 人员 为 此研 制 了各 种 主 轴 自动 松 拉 刀 机构 。 因此 数 控 机 床 动 力 主 轴 中 的 松 拉 刀 机 构 是 数 控机 床 实现 自动换 刀 的技术 关键 。
轴 的寿命 。如 图 １ 所示 是 一 台较 为 简单 的动力 主轴 ， 可 以看 到气 液 缸 ６通 过 第 一 螺 杆 ４连 接 在 铣 头 体 ９ 上 ，气液 缸在 正 常工 况 下 ，通 过 活 塞 杆 ５向 前 运 动 推动 第二 螺杆 ７ ， 由第 二 螺 杆 ７下压 碟 簧 ３ ，碟 簧 ３
主轴轴承 １ 和铣头体 ９之间的冲击力 ， 并且使得最终
的受 力 由主轴 轴承 ｌ 承担 。这 时 ，主轴 ８ 前端 在轴 向 方 向将产 生 一个 反 映 主轴 轴 承 １ 所 受 轴 向力 大 小 的 跳 动量 。 由于数控 机 床加 工 过 程 中必 然要 频 繁 换刀 ， 打 刀力产 生 的跳 动量 将 严 重 影 响主 轴 轴 承 ｌ的精 度