2 槽轮机构的工作原理和结构特点
槽轮机构(又称马尔他机构)能把主动轴的匀速连续运动转换为从动轴的周期性间歇运动,常用于各种分度转位机构中。槽轮机构有三种基本类型:外啮合槽轮机构、内啮合槽轮机构和球面槽轮机构。加工中心鼓轮式刀库采用外啮合槽轮机构。外啮合槽轮机构工作原理如图1所示,它由转臂(主动曲柄)1、槽轮2、滚子3 和锁止盘4组成。
图1 外啮合槽轮机构原理图
外啮合槽轮机构的转臂回转轴线与槽轮回转轴线平行。通常转臂作等速回转,当转臂上的滚子进入槽中,就拔动槽轮作反向转位运动,当滚子从槽中脱出,槽轮即静止不动,并由锁止盘定位。当只有一个滚子时,转臂转一周,槽轮作一次转—停的步进运动。
外啮合槽轮机构的结构特点如下:
(1)滚子进入和脱出槽口的瞬时位置,转臂中心线与槽的中心线相垂直,使槽轮转位起、停瞬时的角速度ω0=0,避免了刚性冲击。
(2)槽轮齿数z为3~18。
(3)槽轮转位起、停时的角加速度ε0与槽数z有关,z越少,ε0越大,即有不同程度的柔性冲击。
(4)锁止盘的定位精度低。充分度精度要求高时,必须附加定位装置。
(5)结构简单,制造容易,工作可靠,机械效率高。
3 减小槽轮机构运动冲击的措施
由于槽轮的角加速度变化较大,且在转位过程的前半阶段与后半阶段的角加速度方向不同,因此当槽与滚子之间存在间隙时,会产生冲击。为了减小冲击应采取以下措施:
(1)减小或消除滚子和槽之间的间隙。
(2)消除销开始进入槽时的间隙,应使槽轮的实际外圆半径Ra略大于槽轮名义外圆半径R,取
图2 滚子开始进入槽时的示意图
(3)使槽轮具有适当的转动惯量J2,使|J2ε2|<mz,Mz为槽轮的负载转矩。
(4)增加槽轮组件的回转阻尼。
4 应用实例
图3为TH5640型立式加工中心鼓轮式刀库的结构简图。主要元件有:(1)刀库电机;(2)减速器;(3)支架;(4)曲柄;(5)刀柄;(6)槽轮;(7)鼓轮;(8)锁止盘;(9)滚子;(10)刀位检测开关;(11)滑动轴承;(12)回转轴等。
图3 刀库结构简图
该刀库可容纳18把刀具,即槽轮的齿数为18。刀库的回转选刀由刀库电机通过减速器带动曲柄回转,曲柄每回转一周,槽轮转过20°, 刀库鼓轮转过一个刀位,并由锁止盘定位。刀库上的刀位信号由两只开关联合发出,在刀库的一号刀位上安装一只挡铁,在支架上安装一只检测开关(图3中均未表示出来),机床开机后,刀库自动回转寻找一号刀位(基准刀位),当一号刀位上的挡铁触发支架上的检测开关后刀库停止回转,刀库的当前刀位为一号刀位,刀库处于初始状态。其余刀位信号由安装在曲柄上的挡铁触发刀位检测开关10进行累计计数,曲柄每回转一周即刀库转过一个刀位触发一次。通过控制刀库电机的旋转方向,实现刀库的双向选刀。