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车铣复合机床的核心——动力刀塔结构设计

时间:2020-09-04 点击次数:100

    刀塔(也称刀架)是车铣复合机床上所使用的最关键核心部件,目前的传统刀塔(也称刀架)只能安装车刀或镗刀进行最基本的车削加工。利用单个内藏式伺服电机实现控制刀塔精确转位(也称换刀)和控制旋转刀具高速旋转两种功能,集车铣加工功能于一体。

    传统刀塔在其刀盘的圆周上有多个安装平面和安装槽,用于固定车刀刀座或镗刀刀座,与刀塔的内部结构是完全隔离的。传统刀塔的电机置于箱体的外面,通过同步带把动力传给驱动轴,驱动轴的端部与第一齿轮固定连接在一起,刀盘与第二齿轮固定连接在一起,第一齿轮和第二齿轮相啮合,

    从而实现电机转动带动刀盘转动的目的,控制单元通过电机内置的编码器反馈信息进行控制电机的转速、圈数和旋转角度,来实现刀盘的转位控制。刀座通过定位键和螺钉固定在刀盘的圆周各刀位上,刀座上可安装车刀或镗刀,但此类刀具只能实现直线进给进行车削加工的要求,且外形尺寸较大。改变了传统刀塔各安装刀具位置的结构,使每个刀具位置既可安装车刀,又可安装旋转刀具。

    基本功能——刀塔转位(也称换刀):

    当离合器活动转齿与离合器固定转齿啮合时,是电机动力传递给旋转刀具的必须条件;当离合器活动转齿与离合器固定转齿脱离时,电机动力就不再驱动旋转刀具旋转,此状态下正是离合器活动转齿通过其圆周齿轮与刀塔转位齿轮(即第一齿轮)进行啮合的状态,达到电机旋转带动刀塔转位的目的。概括地说,通过控制离合器活动转齿的两个位置(即啮合与脱离状态),达到电机动力输出给刀塔转位或输出给旋转刀具旋转的目的。

    旋转刀具旋转的实现如下:首先离合器活动转齿与离合器固定转齿的啮合,使刀塔处于刀具旋转状态,控制单元通过外置的编码器5反馈信息进行控制电机的转速、启停和正反转动,来实现刀具任意速度的正转、反转及停止;另外,该动力刀塔采用的动力刀柄为尾部扁尾结构,因此,在旋转刀具停止时需要停止在固定的角度位置上,才能保证下一把旋转刀具顺利地插入槽中,刀具的固定角度停止功能靠编码器的角度反馈来实现。

    车铣复合机床用的动力刀塔(也称刀架),传统刀塔(也称刀架)只能安装车刀或镗刀,进行最基本的车削加工,本发明打破了原传统刀塔在功能和结构的限制,同时具备了安装车刀、镗刀和旋转刀具(如铣刀、钻头、丝锥等)的功能,可实现车削加工和铣削、钻削、攻丝等加工,是车铣复合加工机床上必备的功能部件。因具备了刀具旋转加工,故称之为动力刀塔。

    利用单个内藏式伺服电机实现控制刀塔精确转位(也称换刀)和控制旋转刀具高速旋转两种功能,涉及到了复杂的机械传动、互锁、定位机构和合理巧妙的电气、气动、液压控制技术。作为车铣复合机床上所使用的最关键核心部件—动力刀塔,目前尚无专业厂家生产,刀塔生产厂家都以生产传统车削功能的刀塔(或称刀架)为主,这深深制约了我国车铣复合加工机床的发展,导致车铣复合机床也只能依靠进口。车铣复合加工机床是集成车削加工和铣削加工于一身的高档加工设备,被加工的零件一次装夹在机床上,可实现车削、铣削、钻孔、攻丝镗孔、扩孔等多种加工,解决了加工一个零件需要多台加工设备的问题,且可显著提高被加工零件的精度和加工效率,是车床的延伸和发展方向。具有高刚性、重切削、体积小、集成化等优点。

    传统刀塔在其刀盘的圆周上有多个安装平面和安装槽,用于固定车刀刀座或镗刀刀座,与刀塔的内部结构是完全隔离的。传统刀塔的电机置于箱体的外面,通过同步带把动力传给驱动轴,驱动轴的端部与第一齿轮固定连接在一起,刀盘与第二齿轮固定连接在一起,第一齿轮和第二齿轮相啮合,从而实现电机转动带动刀盘转动的目的,控制单元通过电机内置的编码器反馈信息进行控制电机的转速、圈数和旋转角度,来实现刀盘的转位控制。刀座通过定位键和螺钉固定在刀盘的圆周各刀位上,刀座上可安装车刀或镗刀,但此类刀具只能实现直线进给进行车削加工的要求,且外形尺寸较大。改变了传统刀塔各安装刀具位置的结构,使每个刀具位置既可安装车刀,又可安装旋转刀具。

    为实现旋转刀具的旋转,需解决动力源问题,特设计了一套机械传动机构与电机连接。电机为内藏式电机,电机定子固定连接在刀塔的箱体上,电机转子和中空花键轴固定连接在一起;离合器活动转齿与中空花键轴连接在一起,并可沿中空花键轴的轴向移动;离合器固定转齿通过涨套与第一传动轴紧固在一起;中空花键轴通过离合器的啮合与其内部的第一传动轴间接相连;第一传动轴通过一对螺旋伞齿轮(即第一螺旋伞齿轮和第二螺旋伞齿轮)与第二传动轴连接,实现传动方向的90度转向;第二传动轴与旋转刀具的连接处为凹槽结构,可与旋转刀具尾部的扁尾结构进行紧密啮合;通过上述传动链,电机转子的旋转动力便可传递给旋转刀具,实现电机与旋转刀具的同步同转速旋转。

    为实现传统刀塔具备的所有功能,通过离合器活动转齿沿中空花键轴的轴向移动,使离合器活动转齿与第一齿轮进行啮合,同时与离合器固定转齿脱离,从而把电机的动力传递给与第一齿轮连接成一体的第三传动轴,第三传动轴与第二齿轮是一体的,第二齿轮与第三齿轮相啮合,因刀盘固定连接在第三齿轮上,所以电机最终把动力传递给了刀盘,电机的旋转会带动刀盘旋转,达到刀盘的转位控制。

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