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1、X加工中心弧面凸轮式自动换刀装置(ATC)西北轻工业学院贺炜蔚泽峰陈婵娟曹巨江曹西京摘要文章在比较加工中心传统的液压式ATC和新兴的凸轮式ATC的基础上,论述了弧面分度凸轮的性能最优,分析了自动换刀装置的基本动作规律及工作循环图,并给出一些主要计算公式及装配图,指出弧面凸轮式ATC可大大缩短换刀时间,是ATC的发展方向。关键词加工中心自动换刀装置液压式ATC弧面凸轮式ATC我院开发的凸轮CADöCAM软件,以及我院研制的专1液压式与凸轮式ATC的比较用数控机床得到完满的解决。弧面凸轮必须用专用数传统的加工中心大
2、多采用液压式ATC,国内厂家控机床或五坐标联动加工中心,售价较高。但是随着将目前基本上还采用和生产这种ATC。根据《加工中心来采用凸轮式ATC厂家的增多,生产成本估计会降应用与维修》列出的技术参数显示,其换刀时间大多为低到与液压式ATC相当,且因其功能成本低,推广应5～20s,换刀时间较长,大大降低了经济效益。用弧面凸轮式ATC还是大势所趋。凸轮式ATC的刀具交换时间已达到2s以内。如3工作循环图分析日本滨井产业的DZ216型立式加工中心的换刀时间为1s,日本丰和工业的MMN2400VCJ型超小型高速在设计的A
3、TC机构中,两个核心部件弧面分度加工中心的换刀时间为0.8s。凸轮与平面槽凸轮配合运动的工作循环图如图1所与液压式ATC相比,凸轮式ATC由于动作可重示。叠、运动规律可选择、几乎无定位误差以及没有中间环节的控制,具有更高的可靠性与较高的自动换刀速度,因而成为目前最为理想的ATC。2弧面分度凸轮机构的优缺点弧面凸轮分度装置的性能优于其他凸轮分度装置,它有以下一些特点:(1)凸轮廓面是按最佳动力性能的运动规律设计的,又在数控机床上按包络原理加工出来,无理论误图1弧面分度凸轮与平面槽凸轮配合运动的工作循环图差,分度准
4、确;图1a中,ab、cd、ef、gh段为停歇段,bc段为凸轮(2)中心距可调,能在凸轮与滚子之间施加预紧右旋向,机械手逆时针旋转65°,de段为凸轮右旋向,力,消除了传动间隙;机械手逆时针旋转180°,fg段为凸轮左旋向,机械手(3)分度盘停歇时,分度盘上相邻两个滚子卡在凸顺时针旋转65°,回到原位置。轮的凸脊上,定位准确、可靠;图1b中,a′c′段为停歇段,c′d′段为下降段(机械(4)机构刚度大,强度高,寿命长。手拔刀),e′f′段为上升段(机械手插刀);d′e′f′h′段为弧面凸轮分度机构存在的一个问题是
5、工作曲面复停歇段。杂,在设计和制造上有很大难度。因此,在我国生产的平面槽凸轮的曲线部分c′d′段、e′f′段均采用修正加工中心上所配的这种ATC装置,整个部件都是从正弦运动规律(MS),其特点是在曲线前后段针对正弦国外进口的。要实现凸轮式ATC的国产化,解决该凸加速度曲线做了改进,使曲线前后段变得更平缓,运动轮的设计和加工是关键。设计和制造问题现已能利用无冲击。X该项目为陕西省自然科学基金项目(编号:99C01)。《制造技术与机床》2000年第8期·23·弧面分度凸轮的曲线部分bc段、fg段采用修正120×12
6、5tg42.38°lf2==31.767(mm)125tg42.38°+180×1.76等速运动规律(MCV),de段采用修正正弦运动规律(MS)。故取:lf=42.5mm(2)计算凸轮最小基圆半径4主要计算公式r0=120-42.5=77.5(mm)(3)计算分度角(1)计算滚子盘分度圆半径(mm)Hth1=60°(由初始条件给定)lf=cH2htgAmö(H2htgAm+HthVm)Hth2=2P×Gmöm=2P×3ö6=P式中c——凸轮与滚子盘中心距,mm(4)动程角H2h——动程角,(°)H2h1=50
7、°H2h2=125°Am——最大压力角,(°)(5)计算滚子盘转位时间Hth——滚子盘分度角,(°)th1=60H2h1ö360N=0.2778(s)(MCV)Vm——无因次最大速度th2=60H2h2ö360N=0.6944(s)(MS)(2)凸轮最小基圆半径(mm)r0=c-lf(6)计算最大惯性扭矩(3)分度角Hth=2Pönf2IfHth1式中nf——分度数,nf=möGmMCV:Mimax=t2(AV)m=9.036(Nõm)h1H2h1m——滚子数I2maxHth2MS:Mimax=2(AV)m=3
8、0.706(Nõm)Gm——凸轮头数th2H2h2(4)动程角H2h=2KfPö(1+Kf)式中Imax——滚子盘、机械手、刀具的总转动惯量,2式中Kf——动停比kg·m2(5)滚子盘转位时间(s)If——滚子盘、机械手的转动惯量,kg·m60H2hth=360N式中N——凸轮轴转速,römin(6)最大输入轴扭矩(N·m)22mcm=IHth(AV)mö(thH2h)+mfHthVm
