數(shù)控機(jī)床氣液增壓式打刀缸結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究

唐建林 康進(jìn)昌

【摘要】本文分析了氣液增壓式打刀缸的工作原理，并依據(jù)該種打刀缸在數(shù)控機(jī)床換刀過(guò)程中出現(xiàn)的震動(dòng)、磨損情況，提出在裝置氣動(dòng)機(jī)構(gòu)及液動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩處結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)方案在相關(guān)企業(yè)已經(jīng)得到應(yīng)用，證明了改進(jìn)的科學(xué)性和可行性。

【關(guān)鍵詞】氣液增壓式打刀缸；震動(dòng)；磨損；結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1、引言

隨著科技的發(fā)展，在機(jī)械制造領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床的使用越來(lái)越普及，如用數(shù)控銑床代替普通銑床，在提高機(jī)床使用效率的同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。普通銑床的刀柄通過(guò)拉桿由人工進(jìn)行夾緊的工序已經(jīng)很難滿(mǎn)足高效高品質(zhì)的生產(chǎn)需求，銑床主軸的改變徹底改變了這種夾緊方式?，F(xiàn)在，數(shù)控銑床主軸基本都是通過(guò)蝶形彈片的彈性變形和恢復(fù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)刀柄的松開(kāi)和夾緊，此間需要一個(gè)很大的力作用于蝶形彈片使之發(fā)生彈性變形，這就需要提供一個(gè)動(dòng)力源來(lái)提供力的輸出，這就是俗稱(chēng)的打刀缸。打刀缸的主要用途是用于加工中心機(jī)床、數(shù)控銑床刀具自動(dòng)或半自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)中的主軸打刀，還可以作為夾具及其它機(jī)構(gòu)的夾緊裝置。

氣液增壓打刀缸是一種增力氣液轉(zhuǎn)換裝置，由上部的氣動(dòng)單元和下部的液動(dòng)單元構(gòu)成，氣動(dòng)單元進(jìn)氣，壓縮空氣作用于氣缸活塞和推桿，產(chǎn)生推力，推動(dòng)液動(dòng)單元的油缸活塞，使高于壓縮空氣數(shù)倍的油壓作用于壓桿，產(chǎn)生推力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置的動(dòng)作。

筆者從事數(shù)控裝調(diào)技術(shù)教學(xué)與研究多年，在實(shí)際的使用中發(fā)現(xiàn)，氣動(dòng)單元和液動(dòng)單元的活塞及推桿，由于需要不斷的進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不停的震動(dòng)，長(zhǎng)期使用減少了裝置的使用壽命。本文以以上問(wèn)題為導(dǎo)向，探討研究通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，達(dá)到減小震動(dòng)、減少磨損、提高裝置使用壽命的目的。

2、氣液增壓式打刀缸工作原理

如圖1、2所示，打刀缸從上至下連接依次為氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1、液動(dòng)機(jī)構(gòu)2及打刀機(jī)構(gòu)3，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1上端、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1與液動(dòng)機(jī)構(gòu)2之間、液動(dòng)機(jī)構(gòu)2與打刀機(jī)構(gòu)3之間分別設(shè)有上端蓋4、中端蓋5及下端蓋6，上端蓋4上設(shè)有調(diào)節(jié)閥19，中端蓋5及下端蓋6上對(duì)應(yīng)設(shè)有微動(dòng)開(kāi)關(guān)16，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1與液動(dòng)機(jī)構(gòu)2之間外部連接有管路單元7。

氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1包括氣動(dòng)缸體，氣動(dòng)缸體內(nèi)設(shè)有可上下滑動(dòng)的活塞9，在活塞9上通過(guò)螺釘剛性聯(lián)接有一根可穿過(guò)中端蓋5伸入液動(dòng)機(jī)構(gòu)2的推桿10，中端蓋5內(nèi)側(cè)與推桿10之間設(shè)有密封圈20。氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1外側(cè)設(shè)有電磁閥17及空氣接頭18。液動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括液壓缸體，液壓缸體內(nèi)開(kāi)設(shè)有液壓腔11，液壓腔11與設(shè)置于氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1外側(cè)的油杯導(dǎo)通且可容納液壓油，推桿10下端設(shè)有油封12，推桿10可伸入液壓腔11。油杯包括油杯杯體13和油杯杯蓋14，油杯杯蓋14上設(shè)有油塞15，油杯杯體13底端側(cè)部設(shè)有出油口，該出油口與中端蓋5上的進(jìn)油口連接，進(jìn)油口與液壓腔導(dǎo)通。

打刀缸在工作時(shí)，油杯中的液壓油通過(guò)出油口、進(jìn)油口進(jìn)入液壓缸體的液壓腔內(nèi)，然后接通電磁閥，空氣接頭進(jìn)氣進(jìn)入氣缸缸體的上腔，推動(dòng)氣動(dòng)缸體內(nèi)的活塞向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)推桿伸出進(jìn)入液壓缸體的液壓腔內(nèi)，此時(shí)，推桿在液壓腔內(nèi)產(chǎn)生高壓，利用高壓推動(dòng)打刀機(jī)構(gòu)使主軸進(jìn)行松刀動(dòng)作。松開(kāi)電磁閥按鈕使電磁閥斷電，空氣接頭進(jìn)氣通過(guò)管路單元7進(jìn)入氣缸缸體的下腔，推動(dòng)氣缸缸體內(nèi)的活塞向上運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)推桿退出液壓腔回到氣缸缸體，作用在打刀機(jī)構(gòu)上的力消失，使主軸進(jìn)行緊刀操作。當(dāng)需要更換刀具的時(shí)候，重復(fù)以上操作。該打刀缸的增壓原理為：壓縮空氣從空氣接頭18進(jìn)入氣動(dòng)缸體上腔，作用在活塞9上并產(chǎn)生向下的推力，該推力通過(guò)活塞9與活塞桿10的剛性聯(lián)接傳給活塞桿，由于活塞桿截面積遠(yuǎn)小于活塞截面積，因此，在活塞桿下端產(chǎn)生數(shù)倍于壓縮空氣壓強(qiáng)的壓強(qiáng)，該壓強(qiáng)通過(guò)液壓油傳遞作用在打刀機(jī)構(gòu)上，滿(mǎn)足機(jī)床主軸松刀所需要的克服蝶形彈片的彈性變形恢復(fù)力。

3、結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1氣動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

從打刀缸的工作過(guò)程來(lái)看，出現(xiàn)的震動(dòng)主要在兩處：（1）活塞9在下推到底之后與氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1內(nèi)部下端的撞擊；（2）打刀機(jī)構(gòu)螺栓與機(jī)床主軸蝶形彈片的撞擊。目前，大多數(shù)打刀缸都未對(duì)以上兩種撞擊產(chǎn)生的震動(dòng)有所回應(yīng)。由于第二種撞擊在所難免，針對(duì)第一種撞擊，筆者提出：在氣動(dòng)機(jī)構(gòu)1內(nèi)部下端增設(shè)減震機(jī)構(gòu)，該減震機(jī)構(gòu)為減震橡膠或減震樹(shù)脂。

3.2液動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在打刀缸的工作過(guò)程中，活塞桿10與液壓腔11的內(nèi)壁頻繁接觸與摩擦，長(zhǎng)期使用，會(huì)使液壓強(qiáng)腔11內(nèi)壁磨損和活塞桿10的磨損，兩者之間間隙加大，造成液壓油在液壓腔11內(nèi)飛濺甚至是泄漏，降低裝置的使用壽命。筆者研究發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題之后，提出在液壓腔11內(nèi)壁增加鍍鉻層，如圖2中8所示，鍍鉻層厚度為0.001～0.1mm，原因是鍍鉻層具有很高的硬度、較好的耐熱性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，尤其是鍍鉻層摩擦系數(shù)?。ǜ赡Σ料禂?shù)在所有金屬中最低），耐磨性好，能夠很好的降低活塞桿10與液壓腔11內(nèi)壁之間的摩擦，從而減少相關(guān)零部件的磨損，延長(zhǎng)裝置的使用壽命。

4、結(jié)論

數(shù)控機(jī)床打刀缸相關(guān)方面的應(yīng)用研究較少，筆者深入企業(yè)，結(jié)合自己的相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出的關(guān)于氣液增壓式打刀缸的兩處結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)方案無(wú)需對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模改變，易于實(shí)現(xiàn)，適合推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]梁煒.一種全新的氣動(dòng)打刀缸.制造技術(shù)與機(jī)床，2012（6）：205-206.

作者簡(jiǎn)介

唐建林，男，1982.10，2006年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械系，獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)任昆山登云科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系數(shù)控教研室主任，講師職稱(chēng)，主要研究方向：數(shù)控加工技術(shù)、數(shù)控裝調(diào)技術(shù)。

康進(jìn)昌，男，1963年7月生，高級(jí)工程師，現(xiàn)任昆山登云科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系兼職教授，主要研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。