可保持主軸精度的自動(dòng)換刀主軸的打刀反扣機(jī)構(gòu)*

王世鵬 解艷彩 王俸林

(①大連交通大學(xué)現(xiàn)代軌道交通研究院，遼寧 大連116021;②大連華根有限公司，遼寧 大連1166620)

在重大專項(xiàng)的要求指引下，重大專項(xiàng)“千臺(tái)國(guó)產(chǎn)加工中心可靠性提升工程”項(xiàng)目由大連華根機(jī)械有限公司承擔(dān)，根據(jù)該專項(xiàng)指導(dǎo)精神，我們部門(mén)對(duì)機(jī)床進(jìn)行了大規(guī)模的升級(jí)整頓，為了提高機(jī)床可靠性和有效的使用壽命，我們對(duì)傳統(tǒng)的主軸打刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，新結(jié)構(gòu)可有效提高機(jī)床主軸精度的保持時(shí)間，從而有效提高機(jī)床的可靠性。

普通的主軸打刀裝置如圖1，主要包括打刀缸、主軸體、主軸拉桿、碟簧等。主軸拉桿位于主軸體內(nèi)，與打刀缸的活塞桿在同一軸線上，主軸拉桿在主軸體內(nèi)上下滑動(dòng)。機(jī)床在換刀時(shí)，打刀缸活塞的力作用于主軸拉桿上，迫使碟簧變形松刀。此打刀作用力，經(jīng)主軸體通過(guò)主軸軸承傳遞到主軸箱體。為了保證拉刀可靠，主軸拉刀力都較大，例如，加工中心常用BT40 刀柄，拉刀力在8 kN 左右，打刀缸打刀力在10 kN 左右;BT50 刀柄拉刀力在15 kN 左右，打刀缸打刀力在20 kN左右。這么大的作用力頻繁作用在主軸軸承上，將造成主軸軸承滾道受損，影響主軸精度，使主軸軸承壽命大大縮短。一般來(lái)說(shuō)，加工中心的精密主軸軸承都比較昂貴，在軸承配置上承受反向作用力的能力比較差，因此這種打刀裝置使用起來(lái)很不經(jīng)濟(jì)。

2 主軸打刀新結(jié)構(gòu)

為了解決此問(wèn)題，現(xiàn)在的機(jī)床一般使用如圖2 所示的帶反扣卸荷主軸打刀裝置，包括打刀缸、主軸、拉桿、碟簧、彈性體、主軸箱體、主軸軸承，主軸通過(guò)軸承與主軸箱體活動(dòng)連接，主軸拉桿位于主軸體中心的空腔中，與打刀缸的活塞桿在同一軸線上，其上端套接在一圓筒形滑動(dòng)壓塊中，并與滑動(dòng)壓塊固定連接，滑動(dòng)壓塊的外徑與主軸體的內(nèi)徑相配合，可在主軸體內(nèi)上下滑動(dòng)，主軸拉桿的下端穿過(guò)環(huán)形下限位塊，主軸拉桿的末端通過(guò)拉釘與刀柄連接，碟簧位于滑動(dòng)壓塊與環(huán)形下限位塊之間，其外徑與主軸體內(nèi)徑相配合，還包括環(huán)形連接塊、反扣盤(pán)和浮動(dòng)反扣壓塊;環(huán)形連接塊為圓筒形結(jié)構(gòu)，位于打刀缸的法蘭的下方，浮動(dòng)反扣壓塊為中間有階梯孔的圓柱形結(jié)構(gòu)，該階梯孔上大下小，浮動(dòng)反扣壓塊位于環(huán)形連接塊的下方，通過(guò)連接螺栓將浮動(dòng)反扣壓塊、法蘭及環(huán)形連接塊固定在一起;反扣盤(pán)為T(mén) 形環(huán)狀體結(jié)構(gòu)，套在浮動(dòng)反扣壓塊的階梯孔中，其外徑小的部分的直徑比浮動(dòng)反扣壓塊中大孔的直徑稍小，其外徑大的部分的直徑比浮動(dòng)反扣壓塊中大孔的直徑稍小，反扣盤(pán)與浮動(dòng)反扣壓塊之間有0.3～0.5 mm 的間隙;主軸體的尾端插在反扣盤(pán)的通孔中，與反扣盤(pán)固定連接。

浮動(dòng)反扣壓塊的外緣處的圓周上開(kāi)有通孔，彈性體導(dǎo)桿的下端穿過(guò)該通孔，鎖緊在位于浮動(dòng)反扣壓塊下方與主軸箱體固定連接座板的螺紋孔里，形成固定連接，彈性體穿設(shè)在導(dǎo)桿上，其頂端與彈性體導(dǎo)桿的頂端固定，其末端與浮動(dòng)反扣塊的上頂面相接觸。

3 主軸打刀新結(jié)構(gòu)工作原理

采用上述結(jié)構(gòu)后，由于浮動(dòng)反扣壓塊與打刀缸是一體的，機(jī)床需要換刀時(shí)，打刀缸的活塞桿往下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)打刀缸的活塞桿力作用在主軸拉桿上時(shí)，主軸體內(nèi)碟簧的反作用力很大，彈性體被壓縮，使浮動(dòng)反扣壓塊連同打刀缸被向上頂起，使得反扣盤(pán)和浮動(dòng)反扣壓塊之間0.3～0.5 mm 的間隙被消除，浮動(dòng)反扣壓塊與反扣盤(pán)結(jié)合成一體，即浮動(dòng)反扣壓塊向上浮動(dòng)托住反扣盤(pán)，從而使打刀缸的活塞桿的力不會(huì)通過(guò)主軸體作用到主軸軸承上，保證了主軸軸承的精度不受損。

彈性體可以使松刀動(dòng)作完成后，浮動(dòng)反扣壓塊可靠復(fù)位，反扣盤(pán)和浮動(dòng)反扣壓塊之間0.3～0.5 mm 的間隙可靠回復(fù)，避免主軸高速回轉(zhuǎn)時(shí)，反扣盤(pán)和浮動(dòng)反扣壓塊之間發(fā)生劇烈摩擦。

由于彈性體導(dǎo)桿的導(dǎo)向，可防止彈性體歪斜，也可防止打刀缸歪斜。

這種結(jié)構(gòu)中，彈性體的選擇至關(guān)重要，彈性體剛度小了，反扣盤(pán)和浮動(dòng)反扣壓塊之間0.3～0.5 mm 的間隙不能可靠保持，主軸高速回轉(zhuǎn)時(shí)，反扣盤(pán)和浮動(dòng)反扣壓塊之間可能發(fā)生劇烈摩擦;彈性體剛度大了，打刀缸的打刀力又大部分作用到主軸軸承上，起不到卸荷的作用。

力學(xué)分析表明，主軸軸承承受的作用力如果忽略打刀缸的重力作用和相關(guān)磨擦力，正好等于反扣盤(pán)和浮動(dòng)反扣壓塊之間0.3～0.5 mm 的間隙消除時(shí)，彈性體的彈力。

顯然，當(dāng)彈性體此時(shí)的彈力等于或大于碟簧的彈力時(shí)，此機(jī)構(gòu)將不起任何作用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了主軸打刀新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)避免了將打刀力作用于主軸軸承，從而有效增加了主軸精度保持時(shí)間，該結(jié)構(gòu)有效提升機(jī)床的可靠性。

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