0 引言
ATC (自動換刀系統) 是加工中心的重要功能部件, 多采用槽輪機構作為其刀庫分度機構,將刀庫電機的連續運動轉換為刀具分度盤的間歇運動[1-3];為了縮短換刀時間,提供工作效率,需要分度機構在進行高強度啟、停運動同時,盡量減少連續運動構件與間歇運動構件之間的沖擊,保證運動平穩性[4-5];本文作者從嚙合類型和槽輪槽數等方面,分析外嚙合和內嚙合槽輪、以及槽輪槽數對分度運動平穩性的影響,為加工中心ATC 刀庫槽輪式分度機構的選型和設計提供參考[1]。
1 斗笠式刀庫分度裝置的工作原理
圖1 所示是ATC 刀庫分度裝置結構示意圖,其中法蘭軸是主動輸入件,其由刀庫電機驅動,分度盤是從動輸出件,其與安裝有刀具的刀盤聯接,與法蘭軸固定連接的左、右銷軸,將法蘭軸的連續運動轉換為分度盤的間歇運動;法蘭軸每轉動半圈,分度盤轉過一個分度槽,左、右銷軸間斷性地進入分度槽,使分度盤產生周期性的分度運動,從而實現刀庫的分度功能。
在分度過程中,分度盤軸心位置O1與法蘭軸軸心位置O2之間的距離固定,分度盤軸心位置O1與銷軸軸心位置O3 之間的距離也固定,銷軸從分度槽的槽口進入后,沿分度槽徑向前進到槽底,隨著槽輪轉動再沿分度槽徑向后退到槽口,銷軸軸心位置O3 與分度盤軸心位置O1 之間的距離也隨之改變;根據法蘭軸轉動半圈、單個銷軸進入再推出分度槽以及法蘭盤轉動一個分度角度的分度過程, 可將槽輪機構等效為擺動導桿機構, 其中 L1 是機架、L2 是曲柄、L3 是導桿、銷軸是滑塊, 當銷軸接觸分度槽時, 勻速轉動的曲柄 L2 通過滑塊帶動導桿 L3 做反向變
速運動, 當銷軸脫離分度槽時, 曲柄 L2 勻速轉動, 導桿 L3 靜止不動。
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結論
為了分析槽輪機構的嚙合類型和槽輪槽數對加工中心ATC 刀庫槽輪式分度裝置換刀運動平穩性的影響,將槽輪機構簡化為擺動導桿機構,得到并計算了表征運動平穩性的評價指標類角速度和類角加速度。計算結果表明:槽輪槽數越大,運動平穩性越好;相同槽數下,內嚙合槽輪機構的運動平穩性更優;隨著槽數增加,內、外嚙合槽輪機構的運動平穩性差距趨小。該研究可為加工中心ATC 刀庫槽輪式分度機構的選型和設計提供設計參考。
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