设计与制造 多工位数控转塔动力刀架设计 郑 申，张瑞乾 (北京信息科技大学，北京100192) 一·机械研究与应用· 摘要：多工位数控转塔动力刀架是精密数控车削中心的核心功能部件。根据精密数控车削中心的研发要求，设计 了一种电液结合控制的多工住转塔动力刀架。该刀架依靠伺服电机和液压系统完成离合和转位控制，利用 高精度鼠牙盘进行精确定位。它能有效搭载12把动力刀具，搭载的刀具由伺服电机提供动力，根据刀具类型 的不同，可以实现车、铣等多种加工。其特点是刀具转位速度快，分位精度高，重复精度高，可靠性强。 关键词：转塔刀架；鼠牙盘；液压系统 中图分类号：TG51 文献标识码：A 文章编号：1006—4414(2010)05—0084—03 The of NCtool--holderturret designmulti—．position ZhengShen，ZhangRui—qian scienceand (Beijinginformation technologyuniversity，Beijing100192，China) Abstract：Multi—stationturretisa of CNC and tothe keydepartmentprecisionturningnlillingmachiningcenter．According of controlof turret of center．8combination requirements turning electro—hydraulicdynamicmulti—position designing锄CNC is ttmetus髓8ervomotorsand to on and thetool USes shifting position．andhigh designed．The hydraulicsystemgo clutching accurate carries12 toolsanddrivesthema$el-vOmotor．Be- tooth for —precisioncouplings positioning．Iteffectively power by canachieve and featuresfasttool esIlse0fthedifferentof other typestools，it milling，turningprocessing．It changeposition， sub—bit and lIish repeatabilityreliability． precision．high Key words：turret；toothcoupling；hydraulicsystem 1 转塔动力刀架设计要求及方案 多于0．5s；转位后，可以提供动力驱动动力刀具转 目前，在世界机床制造和机械加工领域，复合加 动，动力刀具转速不低于3000r／min；Y轴行程± 工技术是处于领先地位的技术。所谓复合加工技术， 50mm；分度精度±4”，重复定位精度±2”。根据以上 即是在一台设备上完成车、铣、钻、攻丝、铰孔、扩孔等 要求设计12工位转塔动力刀架，安装在组合机床及 多种加工要求。其主要优点是能够减少加工时间， 普通车床上使用。 减少辅助时间，以提高生产率，车铣复合加工就是这 1．2转塔动力刀架设计方案 一技术的典型代表。实现车铣复合加工，有许多可行 国际上的数控回转动力刀架的分为两个设计趋 方案，而卧式车床床身搭载转塔动力刀架就是其多种 势。按结构分为两种：①带刀库的自动换刀装置；② 方案中应用最广泛的一个。其中，数控转塔刀架是实 转塔式刀架心J。两种方案针对的加工对象有所不 现复合加工的核心功能部件，不仅可以像普通刀架装 同：①结构尺寸较大，适合搭载在立铣床上，对大尺寸 配多把普通车刀，并且能够同时提供动力驱动动力刀 工件进行加工；②结构尺寸比较小，适合搭载于数控 具，完成铣、钻、攻丝、铰孔等加工。 车床上，完成小尺寸零件的加工。针对于数控车床的 车铣复合加工中心从设计概念上解决了以下几 升级改造，采用方案二进行设计，如图1所示。 个问题：①缩减物流长度；②减少基准转换；③减少工 该结构由六大部分组 装夹具数量；④减少占地面积；⑤缩短新产品试验周 成，如图2所示。刀盘，动 期uJ。在保证加工质量的基础上，提高生产率、提高 力传动部分，精确分度机 自动化程度是当今世界制造业发展的大趋势。因此， 构，液压控制系统，粗分度 设计一种重复定位精度高，故障率低的转塔刀架具有 结构，动力刀具离合结构。 现实意义。 整个刀塔整体长度为 图1转塔刀架总装图 1．1转塔动力刀架设计要求 552mm(不包括电机)，宽度 刀架能根据需要自动转位，转塔动力刀架要求动 作平稳、转位准确、转位时间短，相邻刀具转位时间不 整个回转刀架安装在可以在l，方向和X方向的溜板 收稿日期：2010-08—27 作者简介：郑申(1980一)男，山东济宁人，硕士。研究方向：先进制造技术。 ·84· 万方数据 设计与制造 上，实现攻丝、扩孔等功能。 立于CNC，是数控改造和系统升级常选用的方式。 因为本次设计需要单独的分析和测试转塔刀架性能， 所以采用了分离式PLC系统方案。 1．刀盘 2．动力传动部分 转塔刀架的刀位 3．精确分度机构 4．液压控制系统 转换大致分为三个阶 5，粗分度结构 段旧’4J。第一阶段： 6．动力刀具离合结构 数控系统(NC)发出 换刀T指令后，控制 图2转塔刀架的机械结构简图 系统判断旋转方向和 需要旋转的角度，并 2转塔动力刀架功能部件及工作原理分析 发出相应的指令；第 2．1转塔动力刀架功能部件介绍 二阶段：液压系统工 (1)刀盘：安装动力刀具和普通的部件。为了实 作使鼠牙盘分离，取 现提高产品的互换性及标准化，并且有效的降低开发 消粗分度机构电机制 成本。国际上主流的刀塔生产企业都倾向于采用德 动，动力刀具离合机 国标准的动力刀具，因此该刀盘的设计接口按照德国 构分离，粗分度机构 标准进行设计。采用德国标准DIN6499—16增速动 的执行旋转及并达到 图3转塔刀架传动过程 X30× 力刀座(传动比1：4，连接齿形标准w16×0．8 相应的旋转度数，完 18)，动力刀具的转速可以成倍提高。 成粗分度；第三阶段：鼠牙盘闭合并锁紧，动力刀具离 (2)动力传动部分：这部分由一组齿轮组构成。 合机构也锁紧，完成精确分度，动力传动部分伺服电 由伺服电机Ⅱ直接驱动，提供动力给动力刀具。伺服 机旋转给动力刀具提供动力。图3是详细的转塔刀 电机的转速为3000／min，通过齿轮组传递到动力刀 架传动过程。 座，再经过1：4的增速，动力刀具部分可以达到 3转塔动力刀架的液压系统 12000／rain的高转速。 转塔动力刀架的整个液压系统由油泵、两个二位 (3)精确分度机构：精确分度机构主要是靠三片 四通阀及液压缸组成，分别控制鼠牙端齿盘和第六部 式精密端齿盘(鼠牙盘)来保证。根据端齿盘的齿数 分动力刀具离合结构。塔身离合控制机构与动力刀 z，因此可以确定的最小分度是360／z。高精度加工的 具离合结构的端部分别装有位置传感器，程序根据传 端齿盘，可以达到分度精度4-2．5”，重复定位精度± 感器的信号来判断两个液压缸是否运动到位。二位 1”，完全符合设计要求。 四通阀是通过电磁铁完成换位动作，根据二位四通阀 (4)液压控制系统：控制分度盘和动力刀具接头 的换位来控制液压缸是伸出还是收缩。程序根据第 的分离与锁紧。整个转塔刀架的塔身实际上被设计 四部分液压控制系统和第六部分的传感器信号进行 成一个液压缸，依靠搭载在机床上的油泵和二位四通 布尔运算，根据布尔运算的结果控制伺服电机。当塔 阀控制机构运动。 身离合控制系统和动力刀具离合结构分别完全脱离 (5)粗分度机构：控制刀盘的粗分度，由一个伺 时，伺服电机I才能旋转换位；当塔身离合控制系统 服电机I、行星减速机和传动轴组成。当机床发出换 和动力刀具离合结构分别完全结合时，伺服电机Ⅱ才 位指令后，伺服电机I通过传动轴带动刀盘换位，完 能提供动力。第四部分塔身离合控制系统本身就是 成粗分度。 一个液压缸，内部有活塞，活塞与三片式鼠牙盘的中 (6)动力刀具离合结构：由一个齿轮组和矩形花 的一片连接，鼠牙盘的 键轴组成的离合装置，用来控制动力刀具与动力传动 开合是通过控制活塞的 部分的结合与分离。刀盘需要转动时，离合器分离； 移动才实现的。第六部 当刀盘转动到确定位置时，离合器接口与动力刀具刀 分的控制是通过在外部 柄末端处相啮合，驱动动力刀具转动。

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