數控機床氣液增壓式打刀缸結構改進研究

唐建林 康進昌

【摘要】本文分析了氣液增壓式打刀缸的工作原理，并依據該種打刀缸在數控機床換刀過程中出現的震動、磨損情況，提出在裝置氣動機構及液動機構的兩處結構改進，改進方案在相關企業已經得到應用，證明了改進的科學性和可行性。

【關鍵詞】氣液增壓式打刀缸；震動；磨損；結構改進

1、引言

隨著科技的發展，在機械制造領域，數控機床的使用越來越普及，如用數控銑床代替普通銑床，在提高機床使用效率的同時也提高了生產效率。普通銑床的刀柄通過拉桿由人工進行夾緊的工序已經很難滿足高效高品質的生產需求，銑床主軸的改變徹底改變了這種夾緊方式?，F在，數控銑床主軸基本都是通過蝶形彈片的彈性變形和恢復，來實現刀柄的松開和夾緊，此間需要一個很大的力作用于蝶形彈片使之發生彈性變形，這就需要提供一個動力源來提供力的輸出，這就是俗稱的打刀缸。打刀缸的主要用途是用于加工中心機床、數控銑床刀具自動或半自動交換機構中的主軸打刀，還可以作為夾具及其它機構的夾緊裝置。

氣液增壓打刀缸是一種增力氣液轉換裝置，由上部的氣動單元和下部的液動單元構成，氣動單元進氣，壓縮空氣作用于氣缸活塞和推桿，產生推力，推動液動單元的油缸活塞，使高于壓縮空氣數倍的油壓作用于壓桿，產生推力，實現機械裝置的動作。

筆者從事數控裝調技術教學與研究多年，在實際的使用中發現，氣動單元和液動單元的活塞及推桿，由于需要不斷的進行往返運動，在運動過程中不停的震動，長期使用減少了裝置的使用壽命。本文以以上問題為導向，探討研究通過對結構的改進，達到減小震動、減少磨損、提高裝置使用壽命的目的。

2、氣液增壓式打刀缸工作原理

如圖1、2所示，打刀缸從上至下連接依次為氣動機構1、液動機構2及打刀機構3，氣動機構1上端、氣動機構1與液動機構2之間、液動機構2與打刀機構3之間分別設有上端蓋4、中端蓋5及下端蓋6，上端蓋4上設有調節閥19，中端蓋5及下端蓋6上對應設有微動開關16，氣動機構1與液動機構2之間外部連接有管路單元7。

氣動機構1包括氣動缸體，氣動缸體內設有可上下滑動的活塞9，在活塞9上通過螺釘剛性聯接有一根可穿過中端蓋5伸入液動機構2的推桿10，中端蓋5內側與推桿10之間設有密封圈20。氣動機構1外側設有電磁閥17及空氣接頭18。液動機構2包括液壓缸體，液壓缸體內開設有液壓腔11，液壓腔11與設置于氣動機構1外側的油杯導通且可容納液壓油，推桿10下端設有油封12，推桿10可伸入液壓腔11。油杯包括油杯杯體13和油杯杯蓋14，油杯杯蓋14上設有油塞15，油杯杯體13底端側部設有出油口，該出油口與中端蓋5上的進油口連接，進油口與液壓腔導通。

打刀缸在工作時，油杯中的液壓油通過出油口、進油口進入液壓缸體的液壓腔內，然后接通電磁閥，空氣接頭進氣進入氣缸缸體的上腔，推動氣動缸體內的活塞向下運動，從而帶動推桿伸出進入液壓缸體的液壓腔內，此時，推桿在液壓腔內產生高壓，利用高壓推動打刀機構使主軸進行松刀動作。松開電磁閥按鈕使電磁閥斷電，空氣接頭進氣通過管路單元7進入氣缸缸體的下腔，推動氣缸缸體內的活塞向上運動，從而帶動推桿退出液壓腔回到氣缸缸體，作用在打刀機構上的力消失，使主軸進行緊刀操作。當需要更換刀具的時候，重復以上操作。該打刀缸的增壓原理為：壓縮空氣從空氣接頭18進入氣動缸體上腔，作用在活塞9上并產生向下的推力，該推力通過活塞9與活塞桿10的剛性聯接傳給活塞桿，由于活塞桿截面積遠小于活塞截面積，因此，在活塞桿下端產生數倍于壓縮空氣壓強的壓強，該壓強通過液壓油傳遞作用在打刀機構上，滿足機床主軸松刀所需要的克服蝶形彈片的彈性變形恢復力。

3、結構改進

3.1氣動機構結構改進

從打刀缸的工作過程來看，出現的震動主要在兩處：（1）活塞9在下推到底之后與氣動機構1內部下端的撞擊；（2）打刀機構螺栓與機床主軸蝶形彈片的撞擊。目前，大多數打刀缸都未對以上兩種撞擊產生的震動有所回應。由于第二種撞擊在所難免，針對第一種撞擊，筆者提出：在氣動機構1內部下端增設減震機構，該減震機構為減震橡膠或減震樹脂。

3.2液動機構結構改進

在打刀缸的工作過程中，活塞桿10與液壓腔11的內壁頻繁接觸與摩擦，長期使用，會使液壓強腔11內壁磨損和活塞桿10的磨損，兩者之間間隙加大，造成液壓油在液壓腔11內飛濺甚至是泄漏，降低裝置的使用壽命。筆者研究發現此問題之后，提出在液壓腔11內壁增加鍍鉻層，如圖2中8所示，鍍鉻層厚度為0.001～0.1mm，原因是鍍鉻層具有很高的硬度、較好的耐熱性、良好的化學穩定性，尤其是鍍鉻層摩擦系數?。ǜ赡Σ料禂翟谒薪饘僦凶畹停?，耐磨性好，能夠很好的降低活塞桿10與液壓腔11內壁之間的摩擦，從而減少相關零部件的磨損，延長裝置的使用壽命。

4、結論

數控機床打刀缸相關方面的應用研究較少，筆者深入企業，結合自己的相關實踐經驗，提出的關于氣液增壓式打刀缸的兩處結構改進，改進方案無需對現有結構進行大規模改變，易于實現，適合推廣使用。

參考文獻

[1]梁煒.一種全新的氣動打刀缸.制造技術與機床，2012（6）：205-206.

作者簡介

唐建林，男，1982.10，2006年畢業于哈爾濱工業大學機械系，獲工學碩士學位，現任昆山登云科技職業學院機電工程系數控教研室主任，講師職稱，主要研究方向：數控加工技術、數控裝調技術。

康進昌，男，1963年7月生，高級工程師，現任昆山登云科技職業學院機電工程系兼職教授，主要研究方向：數控加工技術。