梁 煒
(常州市國鼎機械有限公司,江蘇常州 213118)
打刀缸是數(shù)控機床自動換刀必備的部件。打刀缸通常有氣動打刀缸和液壓打刀缸2種。其中液壓打刀缸一般在帶有液壓站的機床上使用,而沒有液壓站的機床一般均采用氣動打刀缸,因氣動打刀缸采用壓縮空氣為動力源,簡單經(jīng)濟,廣受市場認(rèn)可。氣動打刀缸一般有2種形式:(1)純氣動打刀缸。這種打刀缸一般采用多層氣缸形式,該氣缸體積大、重量重、出力小、成本高?,F(xiàn)該打刀缸基本上被市場淘汰。(2)氣液增壓式打刀缸。這種打刀缸是目前市場上普遍采用的一種打刀缸。如圖1所示,壓強較小的氣壓作用在活塞片2的A面上,活塞片2與活塞桿3剛性連接,在活塞片2的A面上所產(chǎn)生的壓力全部傳給活塞桿3,這樣,在活塞桿3的B面上將產(chǎn)生較大的壓強,再利用油缸筒4里的液壓油所傳遞的壓強不變的原理,即在活塞5的C面上所承受的壓強與活塞桿3B面上的壓強相等,而活塞5的C面的面積遠(yuǎn)大于活塞桿3B面的面積,故在活塞5的C面上將產(chǎn)生較大的輸出壓力。在不考慮摩擦力的情況下,氣液增壓式打刀缸的打刀力F為
式中:F為打刀力,N;SA為A面的面積,cm2;SB為B面的面積,cm2;SC為C面的面積,cm2;P為壓縮空氣壓強,N/cm2;FT為彈簧6的彈力,N。
從圖1可以看出:SA和SB遠(yuǎn)大于SC,這樣只要選擇適當(dāng)?shù)腟A、SB和SC就能使數(shù)控機床能利用成本較低的氣壓產(chǎn)生其主軸所需的較大松刀力。
氣液增壓式打刀缸具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點,故受到市場的廣泛認(rèn)同,是目前市場上使用最多的一種打刀缸。但由于其受到結(jié)構(gòu)的制約,其存在下列缺點:
(1)由于采用液壓油,長期使用后易產(chǎn)生漏油、泄油現(xiàn)象,從而導(dǎo)致無法松刀及污染環(huán)境。
(2)氣液增壓缸的活塞片2行程較長。從而導(dǎo)致活塞5運行速度較慢,數(shù)控機床的主軸松刀時間較長,影響數(shù)控機床的生產(chǎn)效率。
為了克服氣液增壓式打刀缸的缺點,我公司在2010年8月開發(fā)出一種全新結(jié)構(gòu)的打刀缸——機械增力式打刀缸。該打刀缸具有快速、高效、環(huán)保和免維修的特點,是氣液增壓式打刀缸的替代產(chǎn)品。
機械式增力氣缸的工作原理如圖2所示:作用在活塞片2A面上的氣壓通過錐體6的兩錐面把力傳遞給2個滾柱5,滾柱5上的力作用于軸承4,其中有2個軸承4安裝在活塞9上,作用于軸承4上的力最終將體現(xiàn)到活塞9上;錐體6的兩錐面在傳遞力時將起到增力作用。在不考慮摩擦力的情況下,機械式增力氣缸的打刀力F為
式中:F為打刀力,N;SA為A面的面積,cm2;θ為滾柱5和軸承4的中心連線與2個滾柱5中心連線的夾角,(°);α為錐體6兩錐面的夾角,(°);P為壓縮空氣壓強,N/cm2;FT為6根彈簧7的總彈力,N。
從公式(2)中看出:當(dāng)輸入的壓縮空氣壓強P一定時,打刀力F的大小與錐體6的兩錐面夾角α有關(guān),α越小,打刀力F就越大;另外,打刀力F的大小與滾柱5和軸承4的中心連線與2個滾柱5中心連線的夾角θ有關(guān),θ越大,打刀力F就越大,而θ在活塞9運動過程中處于不斷的變化狀態(tài),隨著活塞9的伸出,θ角將逐漸變大,故機械增力式打刀缸的打刀力F是隨著活塞9的伸出而逐漸增大的。理論上,打刀力F越大越有利機床打刀,要得到足夠大的打刀力F只要使錐體6的兩錐面夾角α足夠小,但數(shù)控機床需要打刀缸具有一定的打刀行程;錐體6的兩錐面夾角α越小,為得到一定的打刀行程,就需要活塞片2的行程越長,這樣將增加打刀缸的打刀時間,影響數(shù)控機床的生產(chǎn)效率。故錐體6的兩錐面夾角α的大小選擇至關(guān)重要,一方面要確保打刀缸具有數(shù)控機床松刀所需的足夠打刀力,另一方面要在保證打刀缸打刀行程的條件下使活塞片2的行程盡量短,以便機床提高打刀效率。
機械增力式打刀缸與氣液增壓缸相比,具有以下特點:
(1)不用液壓油,節(jié)省能源。
(2)不會產(chǎn)生漏油、泄油現(xiàn)象,沒有環(huán)境污染。
(3)打刀速度快。打刀時間比同等規(guī)格的氣液增壓式打刀缸可減少40%。
(4)打刀力隨打刀行程增加逐漸加大,減小打刀螺栓與主軸拉桿的沖擊力,延長主軸軸承壽命。
機械增力式打刀缸為數(shù)控機床提供了一種新的松刀用裝置,其具有快速、高效、環(huán)保和高可靠性的特點。
該缸為我公司專利產(chǎn)品,自2010年下半年投放市場后,受到所有用戶的一致認(rèn)可,目前其市場占有率越來越高。事實證明:機械增力式打刀缸的采用將會有效地減少機床的故障率,提升機床的換刀性能。