◆李玉蘭 孔曉林 張麗 劉文

尚品打刀缸的工作原理及其應用

◆李玉蘭 孔曉林 張麗 劉文

通過分析尚品打刀缸的工作原理，介紹其在加工中心主軸自動抓刀和松刀控制回路中的應用。

打刀缸；工作原理；控制回路

10.3969 /j.issn.1671-489X.2016.02.046

1 前言

加工中心主軸的內(nèi)部有刀具自動夾緊機構(gòu)，換刀時，具有松開和夾緊刀柄的功用，是由打刀缸控制實現(xiàn)的。為培養(yǎng)北京電子科技職業(yè)學院數(shù)控設備應用與維護專業(yè)學生具備分析、維護和保養(yǎng)加工中心主軸打刀系統(tǒng)的專業(yè)技能，熟悉加工中心主軸打刀系統(tǒng)的組成及工作原理，開發(fā)以學生為主體的實踐教學項目，以企業(yè)實際應用為背景，以實訓設備為依托，自始至終貫穿工學結(jié)合的理念，購置尚品打刀缸，增加氣、液、電綜合控制回路設計和搭接。

2 尚品打刀缸工作原理

元件介紹尚品打刀缸上半部分是氣缸，下半部分是液壓缸，液壓缸與油杯相通，液壓缸底部為壓桿回程氣缸，如圖1所示。松開和夾緊刀柄的動作是打刀缸及其氣液回路控制完成。

如表1所示尚品打刀缸型號及技術(shù)參數(shù)，不同規(guī)格的主軸選用不同的打刀缸：30#主軸選用2.0 T*13 mm打刀缸、3.0 T*13 mm打刀缸；40#主軸選用3.5 T*13 mm打刀缸、4.5 T*13 mm打刀缸；50#主軸選用4.5 T*15 mm打刀缸、6 T*15 mm打刀缸。

表1 尚品打刀缸型號及技術(shù)參數(shù)

工作原理尚品打刀缸是氣液轉(zhuǎn)換增力裝置，打刀缸的氣缸上腔進氣，推動氣缸活塞，并通過活塞桿推動液壓缸中活塞向下運動，壓縮密封在液壓缸內(nèi)的液壓油，壓力倍增，以推動壓桿運動，作用于主軸。當液壓桿向下運動至終點位置時，壓桿上的一小孔與氣路相通，壓縮空氣從壓桿中心排出，實現(xiàn)主軸吹氣功能。打刀缸的氣缸下腔進氣，氣缸活塞返回，同時底部液壓桿回程氣缸接通，壓桿返回到起始位置，主軸打刀動作完成。壓桿上裝有行程撞塊，在其行程極限位置，分別撞其行程開關(guān)，其信號送入控制程序中，保證各部件間的協(xié)調(diào)，以免產(chǎn)生錯誤動作。

圖1 尚品打刀缸實物圖

尚品打刀缸主要用于加工中心刀具自動交換機構(gòu)中的主軸打刀，實現(xiàn)機械裝置的動作，還可作為夾具及其他機構(gòu)的夾緊裝置，能夠做到空氣、油液隔離，避免空氣和液壓油混合，造成出力不穩(wěn)定或出力達不到要求，氣壓變成液壓，充分發(fā)揮氣動供氣方便和液壓速度容易控制的優(yōu)點。

由圖2可知：

圖2 工作原理圖

圖3 加工中心主軸打刀系統(tǒng)的控制回路圖

說明氣液增壓缸輸出的液壓力p2增高了的倍數(shù)。

特點尚品打刀缸具有如下特點：液壓缸缸身，經(jīng)硬膜處理，耐磨、散熱快；低能源，低成本，安裝容易；運用較低氣壓轉(zhuǎn)為高液壓油壓力，達到與液壓油壓相對能量；密封元件選用進口密封圈，保證長期穩(wěn)定的良好密封；控制元件選用知名品牌，保證控制準確、迅速。

3 加工中心主軸打刀系統(tǒng)的控制回路

加工中心主軸換刀時，具有自動松開和夾緊刀具動作，根據(jù)動作要求，設計控制回路。如圖3所示，按下按鈕S1時，電磁換向閥左位工作，打刀缸活塞桿向下運動、伸出，主軸內(nèi)的四瓣爪打開，主軸完成松刀，松刀到位，行程開關(guān)1S發(fā)出電信號，電磁換向閥右位工作，打刀缸活塞桿向上運動、退回，主軸內(nèi)的四瓣爪收攏、抓緊刀柄，主軸完成抓刀（圖示是初始狀態(tài)）。

打刀缸活塞桿的伸出速度是由單向節(jié)流閥實現(xiàn)調(diào)節(jié)，打刀缸活塞桿的快速退回是由快速排氣閥實現(xiàn)。回路調(diào)試時，通氣后可按下電磁換向閥手動復位按鈕，檢查打刀缸的動作。

為了換刀時主軸不受磨損、保證精度，電磁換向閥應該在力量足夠時才推動打刀缸的活塞桿運動，否則控制打刀缸的活塞桿不運動。

4 打刀缸安裝使用注意事項

1）打刀缸停機前，最后加工的刀具應在主軸未冷機前送回刀庫，不可養(yǎng)成把刀具長期放在主軸上的不良習慣，因為刀柄長期熱脹冷縮和切削液的腐蝕，會發(fā)生刀柄處生銹而打不下刀。

2）壓縮空氣氣源應該為干燥、清凈。要經(jīng)常排放氣源三聯(lián)件中的積水，否則電磁換向閥的壽命會大幅度降低，致使打刀缸不能正常工作。壓縮空氣的壓力應該穩(wěn)定，應該保持在4.8～8.5 kgf/cm2范圍內(nèi)。壓力過小，打刀缸出力不夠；壓力過大，會影響油封的壽命。在氣路中增加壓力開關(guān)檢測，控制氣路壓力的最低值。

3）用于立式主軸的打刀缸必須垂直安裝，固定打刀缸的支架固定面應該與主軸軸線垂直，允許誤差不超過0.05/100 mm。

4）電磁換向閥線圈的電壓應該符合DC24V要求。

5）油杯內(nèi)應該加入R32-R68號液壓油，初始加油時應該將打刀缸上下運動多次，排出液壓缸中的空氣。油杯中的液面應該保持在刻線范圍內(nèi)，一般安全油量最低為1/5，安全油量最高為4/5。養(yǎng)成定期檢視油杯中的液壓油量的習慣，及時補油或者更換液壓油。一般首次加油應該使用六個月以上，以后如果補油，當間隔縮短到一個月內(nèi)時，建議更換油封。

6）選用合適規(guī)格的打刀缸，避免打刀過大或者過小，一般應該為主軸打刀力的3～4.5倍。30#主軸一般選用2.5 T的打刀缸，40#主軸一般選用3.5 T的打刀缸，50#主軸一般選用4.5 T的打刀缸，50#大功率主軸一般選用6 T的打刀缸。

7）加工中心最好單獨配置氣源，如果與多臺數(shù)控機床合用氣源，其容量配置要加大，避免壓力波動。

8）打刀缸的行程開關(guān)一定要安裝牢固，不允許松動，避免發(fā)出錯誤信號。選用的刀柄和拉釘要合格，與標準尺寸相符，不能過長或者過短，造成打刀不靈活，損壞主軸、刀臂或者刀盤。

[1]蘇新梅,周世琦,楊曾學.ZYG氣液增壓缸的原理及其應用[J].機械研究與應用,2008,21(2).

[2]打刀缸安裝使用注意事項[EB/OL].http://www.yanweipm. com.

[3]打刀缸結(jié)構(gòu)及工作原理[EB/OL].http://www.yanweipm. com.

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1671-489X(2016)02-0046-03

作者：李玉蘭，北京電子科技職業(yè)學院機械工程學院副教授，研究方向為數(shù)控機床安裝驗收；孔曉林、張麗、劉文平，北京電子科技職業(yè)學院（100176）。