一種全新的氣動打刀缸

梁 煒

（常州市國鼎機(jī)械有限公司，江蘇常州 213118）

1 打刀缸的現(xiàn)狀

打刀缸是數(shù)控機(jī)床自動換刀必備的部件。打刀缸通常有氣動打刀缸和液壓打刀缸2種。其中液壓打刀缸一般在帶有液壓站的機(jī)床上使用，而沒有液壓站的機(jī)床一般均采用氣動打刀缸，因氣動打刀缸采用壓縮空氣為動力源，簡單經(jīng)濟(jì)，廣受市場認(rèn)可。氣動打刀缸一般有2種形式:（1）純氣動打刀缸。這種打刀缸一般采用多層氣缸形式，該氣缸體積大、重量重、出力小、成本高。現(xiàn)該打刀缸基本上被市場淘汰。（2）氣液增壓式打刀缸。這種打刀缸是目前市場上普遍采用的一種打刀缸。如圖1所示，壓強(qiáng)較小的氣壓作用在活塞片2的A面上，活塞片2與活塞桿3剛性連接，在活塞片2的A面上所產(chǎn)生的壓力全部傳給活塞桿3，這樣，在活塞桿3的B面上將產(chǎn)生較大的壓強(qiáng)，再利用油缸筒4里的液壓油所傳遞的壓強(qiáng)不變的原理，即在活塞5的C面上所承受的壓強(qiáng)與活塞桿3B面上的壓強(qiáng)相等，而活塞5的C面的面積遠(yuǎn)大于活塞桿3B面的面積，故在活塞5的C面上將產(chǎn)生較大的輸出壓力。在不考慮摩擦力的情況下，氣液增壓式打刀缸的打刀力F為

式中:F為打刀力，N;SA為A面的面積，cm2;SB為B面的面積，cm2;SC為C面的面積，cm2;P為壓縮空氣壓強(qiáng)，N/cm2;FT為彈簧6的彈力，N。

從圖1可以看出:SA和SB遠(yuǎn)大于SC，這樣只要選擇適當(dāng)?shù)腟A、SB和SC就能使數(shù)控機(jī)床能利用成本較低的氣壓產(chǎn)生其主軸所需的較大松刀力。

氣液增壓式打刀缸具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點，故受到市場的廣泛認(rèn)同，是目前市場上使用最多的一種打刀缸。但由于其受到結(jié)構(gòu)的制約，其存在下列缺點:

（1）由于采用液壓油，長期使用后易產(chǎn)生漏油、泄油現(xiàn)象，從而導(dǎo)致無法松刀及污染環(huán)境。

（2）氣液增壓缸的活塞片2行程較長。從而導(dǎo)致活塞5運(yùn)行速度較慢，數(shù)控機(jī)床的主軸松刀時間較長，影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率。

2 機(jī)械增力式打刀缸

為了克服氣液增壓式打刀缸的缺點，我公司在2010年8月開發(fā)出一種全新結(jié)構(gòu)的打刀缸——機(jī)械增力式打刀缸。該打刀缸具有快速、高效、環(huán)保和免維修的特點，是氣液增壓式打刀缸的替代產(chǎn)品。

2.1 工作原理

機(jī)械式增力氣缸的工作原理如圖2所示:作用在活塞片2A面上的氣壓通過錐體6的兩錐面把力傳遞給2個滾柱5，滾柱5上的力作用于軸承4，其中有2個軸承4安裝在活塞9上，作用于軸承4上的力最終將體現(xiàn)到活塞9上;錐體6的兩錐面在傳遞力時將起到增力作用。在不考慮摩擦力的情況下，機(jī)械式增力氣缸的打刀力F為

式中:F為打刀力，N;SA為A面的面積，cm2;θ為滾柱5和軸承4的中心連線與2個滾柱5中心連線的夾角，（°）;α為錐體6兩錐面的夾角，（°）;P為壓縮空氣壓強(qiáng)，N/cm2;FT為6根彈簧7的總彈力，N。

從公式（2）中看出:當(dāng)輸入的壓縮空氣壓強(qiáng)P一定時，打刀力F的大小與錐體6的兩錐面夾角α有關(guān)，α越小，打刀力F就越大;另外，打刀力F的大小與滾柱5和軸承4的中心連線與2個滾柱5中心連線的夾角θ有關(guān)，θ越大，打刀力F就越大，而θ在活塞9運(yùn)動過程中處于不斷的變化狀態(tài)，隨著活塞9的伸出，θ角將逐漸變大，故機(jī)械增力式打刀缸的打刀力F是隨著活塞9的伸出而逐漸增大的。理論上，打刀力F越大越有利機(jī)床打刀，要得到足夠大的打刀力F只要使錐體6的兩錐面夾角α足夠小，但數(shù)控機(jī)床需要打刀缸具有一定的打刀行程;錐體6的兩錐面夾角α越小，為得到一定的打刀行程，就需要活塞片2的行程越長，這樣將增加打刀缸的打刀時間，影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率。故錐體6的兩錐面夾角α的大小選擇至關(guān)重要，一方面要確保打刀缸具有數(shù)控機(jī)床松刀所需的足夠打刀力，另一方面要在保證打刀缸打刀行程的條件下使活塞片2的行程盡量短，以便機(jī)床提高打刀效率。

2.2 特點

機(jī)械增力式打刀缸與氣液增壓缸相比，具有以下特點:

（1）不用液壓油，節(jié)省能源。

（2）不會產(chǎn)生漏油、泄油現(xiàn)象，沒有環(huán)境污染。

（3）打刀速度快。打刀時間比同等規(guī)格的氣液增壓式打刀缸可減少40%。

（4）打刀力隨打刀行程增加逐漸加大，減小打刀螺栓與主軸拉桿的沖擊力，延長主軸軸承壽命。

機(jī)械增力式打刀缸為數(shù)控機(jī)床提供了一種新的松刀用裝置，其具有快速、高效、環(huán)保和高可靠性的特點。

該缸為我公司專利產(chǎn)品，自2010年下半年投放市場后，受到所有用戶的一致認(rèn)可，目前其市場占有率越來越高。事實證明:機(jī)械增力式打刀缸的采用將會有效地減少機(jī)床的故障率，提升機(jī)床的換刀性能。