自動換頭頭庫機(jī)構(gòu)在五面體龍門加工中心的應(yīng)用

高力

（常州昌隆機(jī)床制造有限公司，江蘇 常州　213125）

自動換頭頭庫機(jī)構(gòu)在五面體龍門加工中心的應(yīng)用

高力

（常州昌隆機(jī)床制造有限公司，江蘇 常州213125）

隨著制造業(yè)發(fā)展，風(fēng)電船舶葉片、大型柴油機(jī)體等復(fù)雜零件的加工需要用到自動分度附件頭，因此對頭庫的要求也越來越高。龍門五面體加工中心的頭庫必需具有合理的布局、較高的自動化程度、高精度以及良好地可靠性。該結(jié)構(gòu)的合理與否，直接影響整個機(jī)床的加工范圍、加工效率和加工精度。

自動換頭；伺服頭庫；5軸聯(lián)動；自動分度

1　頭庫的種類

自動換頭頭庫機(jī)構(gòu)為龍門五面體加工中心的關(guān)鍵部件，由獨(dú)立的床身和傳動及定位機(jī)構(gòu)組成，頭庫主要有3種布局。

（1）安裝固定在工作臺局部。這種是最常見的頭庫形式之一，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對簡單，安裝和修理方便；頭庫容量符合一般使用要求，通過驅(qū)動X軸工作臺和Y軸拖板以及Z軸方滑枕驅(qū)動主軸定位到附件頭庫的位置進(jìn)行附件頭交換。受臺面及兩立柱之間龍門檔寬度的影響，頭庫容量有限，而且影響機(jī)床的X軸方向的加工范圍。頭庫與工作臺一同移動，需定期調(diào)整。此外在加工時切削液飛濺，對頭庫的密封要求較高。

（2）安裝在機(jī)床立柱正面或側(cè)面。自動頭庫安裝在立柱面上，一般分上下兩層，上層為頭罩，下層為附件頭。通過驅(qū)動Y軸拖板和Z軸方滑枕定位到頭庫位置進(jìn)行自動換頭。頭庫通過氣缸驅(qū)動頭罩支架移動來實(shí)現(xiàn)頭罩和附件頭的交替轉(zhuǎn)換。受立柱面大小的影響，頭庫只能容納頭罩和一個附件頭，對機(jī)床Y軸加工范圍也有影響。

（3）伺服頭庫。脫離機(jī)床主體獨(dú)立安裝的伺服頭庫，頭庫的容量大，能自如應(yīng)對復(fù)雜的加工工件。文章主要針對這種頭庫做詳細(xì)闡述。

2　五面體頭庫的原理與動作介紹

（1）頭庫的工作原理。由圖1所示，伺服自動頭庫主要由床身1、頭支架2、附件頭3、小車平臺7四部分組成，分別設(shè)有安全裝置和頭定位裝置10。

圖1　伺服自動頭庫示意圖

頭庫床身1安裝在機(jī)床旁的地基上。各種五面體頭安裝在各自的頭支架2上，支架上“一面兩銷”定位，各附件頭都有等高墊定位，保證換頭程序一致性。頭支架2底部裝有導(dǎo)軌滑塊，頭庫放置區(qū)和小車送頭區(qū)都安裝交換導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間交換間隙控制小于0.05mm，保證滑塊從頭庫放置區(qū)順利交換到小車平臺7上而滑塊內(nèi)鋼球不會脫落。送頭區(qū)域是由與機(jī)床X軸平行的送頭導(dǎo)軌5、伺服電機(jī)6以及滾珠絲杠9組成，換頭時，全防護(hù)移門16由氣缸控制打開，電機(jī)6驅(qū)動絲桿7轉(zhuǎn)動，小車平臺空車沿機(jī)床X軸方向移動至指定頭庫位置，并由信號開關(guān)8發(fā)信，送頭氣缸執(zhí)行導(dǎo)軌交換，將所選頭支架2一并送到小車平臺上；平臺上信號開關(guān)發(fā)信，電機(jī)反轉(zhuǎn)回到方滑枕15自動取頭位置（位置精度由伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器定位控制），防護(hù)移門16關(guān)閉，完成小車取頭送頭動作。而頭庫操縱箱12是在緊急情況下可以對頭庫系統(tǒng)單獨(dú)控制。

（2）頭庫自動換頭拉緊設(shè)計(jì)。五面體機(jī)床能自動識別附件頭，實(shí)現(xiàn)對頭的拉緊、松開動作，頭的轉(zhuǎn)向從而形成第5軸聯(lián)動動作，具體如圖2所示。

圖2　機(jī)床對附件頭動作原理圖

滑枕取頭時主軸拉釘6、拉頭拉釘3全都松開，滑枕接近附件頭，鼠牙盤2精確定位（齒數(shù)可選），信號開關(guān)識別附件頭種類和位置，通過液壓回油復(fù)位，拉頭拉釘（一頭上均布4只）由碟簧5拉緊，完成拉頭動作。

當(dāng)?shù)谖遢S（附件頭自動回轉(zhuǎn)）回轉(zhuǎn)時，液壓閥進(jìn)油動作，壓縮碟簧5，拉頭卡爪4松開而主軸拉釘6仍拉緊，拉環(huán)體7連同附件頭體由重力一起落下約3mm，此時鼠牙盤2脫開，主軸傳動鍵仍與頭鍵槽嚙合，可驅(qū)動整個頭體1旋轉(zhuǎn)（根據(jù)鼠牙盤齒數(shù)等分，一般有144齒或72齒等）角度后，液壓閥回油動作，碟簧拉緊拉釘，完成第五軸動作，位置精度完全保證。

（3）頭庫的保險(xiǎn)裝置。從頭庫動作的安全考慮，設(shè)計(jì)如圖3所示的保險(xiǎn)裝置。工作時，壓板4固定在小車平臺7上隨動，當(dāng)經(jīng)過取頭區(qū)時，壓下帶柄軸承3，從而使固定銷5縮進(jìn)定位座1內(nèi)，此時送頭氣缸工作推動頭庫支架交換至小車平臺7上。而當(dāng)小車平臺7離開或未到取頭工位區(qū)時，壓縮彈簧2推動固定銷5復(fù)位，保護(hù)頭庫支架由于氣缸誤動作而不被推出。同時在定位座1上設(shè)定接近開關(guān)，當(dāng)壓板4接近后才有反饋信號響應(yīng)動作，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電氣雙保護(hù)。

圖3　頭庫安全裝置示意圖

（4）頭庫的電氣控制主要代碼。由于本機(jī)床配置有直角頭、延伸頭、扁直角頭，以及一個立式頭罩。附件頭庫放置在左立柱側(cè)，通過手動推送當(dāng)前附件頭和目標(biāo)附件頭，進(jìn)行附件頭位置定位，實(shí)現(xiàn)半自動附件頭的卸載和裝載。為了方便操作，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)分別定義立式頭罩設(shè)置為“1號頭”；直角頭設(shè)置為“2號頭”；扁直角頭設(shè)置為“3號頭”；延伸頭設(shè)置為“4號頭”。當(dāng)需要更換附件頭時，執(zhí)行這樣的程序：

R90=*

M106

（注：其中*代表1/2/3/4/5附件頭號碼，M106為調(diào)用換頭子程序CHG.SPF M功能代碼）。

當(dāng)出現(xiàn)“綠色”報(bào)警信息后，程序進(jìn)入讀入禁止?fàn)顟B(tài)，必須RESET復(fù)位后才能解除讀入禁止?fàn)顟B(tài)。處理報(bào)警后才能重新執(zhí)行子程序。假如在主程序中調(diào)用子程序的話必須重新定位主程序。

下面對換頭子程序作詳細(xì)說明：CHG.SPF

附件頭安裝在滑枕上后，對于直角頭、扁直角頭需要實(shí)現(xiàn)第五軸的旋轉(zhuǎn)時，可以進(jìn)行最小單位

2.5°分度（假設(shè)鼠牙盤為144齒）旋轉(zhuǎn)操作，在AUTO/MAD方式下執(zhí)行以下程序：

R102=***

M101

其中***是0～360內(nèi)的整數(shù)，而且必須是2.5的整數(shù)倍。

ROT子程序說明如下：

3　結(jié)語

自動換頭頭庫結(jié)構(gòu)獨(dú)立于機(jī)床安裝，互換性好，定位精度高，加工中心一次裝夾工件后，通過自動換頭可以實(shí)現(xiàn)五面體加工，提高加工效率，經(jīng)用戶長期使用后，反饋良好。

Application of Automatic swap Servo head library in Five face body Longmen processing center

GAO Li
（Changlong Machine tool Manufacturing CO.LTD.，Changzhou，Jiangsu 213125，China）

With the development of manufacturing industry，the processing of wind power ship leaves and large diesel engine and other complex parts need to use automatic indexing attachment head，so the requirements for head library are also getting higher and higher.The pentahedral machining center head library must have reasonable layout，high degree of automation，high precision and reliability.Whether the structure is reasonable or not directly affects the machining range of the machine tool，machining efficiency and machining precision.

Automatic swap；Servo head library；five axis linkage；automatic indexing

TG659

A

2095-980X（2016）04-0056-02

2016-03-25

高力（1980-），男，機(jī)械工程師，主要研究方向：數(shù)控龍門機(jī)床及附件裝備的設(shè)計(jì)與研究。