应用于高速高精加工的高效自动锁刀装置

张海涛 王传龙

（天津市中天海河职业培训学院，天津 300350）

随着现代工业不断迅猛的发展，制造业各种产品种类日益繁多，产品的结构造型日益复杂、生产批量变小、生产周期逐渐缩短，同时产品精度要求越来越高。能满足以上高速高精高效的制造要求的车铣加工中心，在当今的各种机械制造、模具生产等企业中得到了大量应用。现有的加工中心已经具备装夹各种刀具的刀库和自动换刀装置，却没有能够快速可靠装拆刀具的自动锁刀装置。操作机床的工作人员完全靠手动把刀具放在刀柄中然后用勾扳手拧紧。这样不但工作效率低，需要大的扭矩，而且锁紧力不容易控制，很容易影响刀具的装夹精度，使用过程中容易出现刀具因装夹力不够而滑脱的现象。这不仅会造成加工的工件容易报废，还可能导致意外伤害等。开发设计加工中心自动锁刀装置，可以大大解决传统利用勾扳手拧紧来进行刀具锁紧的锁刀方式产生的弊端，应用前景广阔。使用这种高效自动锁刀装置可以保证刀具安装精度，装刀方便快捷，减轻劳动者的劳动强度，从而提高生产率。

1 高效自动锁刀装置的设计思路及工作原理

首先对现有利用勾扳手拧紧来进行刀具锁紧的锁刀方式进行研究，然后利用三坐标测量仪测绘现今普遍使用的数控铣床和加工中心强力刀柄的参数，并且对参数进行分析，最后根据刀具锁紧的工作原理，设计出结构合理、操作简单、加工方便、加工成本低廉、动作灵活、夹紧力可靠的、能迅速进行刀具装夹的高效自动锁刀装置。

当前，锁刀座的刀柄通过标准的卡槽固定在刀座上，通过上下运动来完成锁刀，在运动过程中定心和力矩不够可靠，安全系数不高。因为运动不确定性，操作者还容易受伤。改进后的该装置采用蜗轮蜗杆传动的工作原理进行夹紧，机构简图如图1所示。

与带传动装置的工作原理相比，该装置具有以下优点：带传动锁刀装置的工作原理是电动机带动皮带轮，皮带轮带动刀头回转，达到锁刀的目的。这种方案中带传动两轴间传动时的中心距较大，在传动时无法保证正确的传动比，而且对轴和轴承的压力较大，在拉力长期的作用下，会发生塑性变形而伸长，导致带松弛和初拉力的减少，传动能力降低，很容易出现打滑不能正常工作现象，带的寿命短，需要经常更换。

图1 机构简图

采用蜗轮蜗杆传动原理来锁紧刀具，夹紧力是用蜗轮蜗杆两轴交错并且成90°垂直的运动，将夹紧力转化而来。若非平行轴斜齿圆柱齿轮机构轴角为90°，并且两个轮螺旋线旋向相同时，B1+B2=90°，当小齿轮变得很长，Z1很小，B1很大时，每个齿在齿根圆柱上围绕一周多，即一个蜗杆。同时，大齿轮直径很大时，齿数很多，B2很小，就为蜗轮，蜗轮的援助表面母线做成圆弧形，部分包住蜗杆。只有这样，蜗杆在垂直于蜗杆轴线的各截面均有一点接触，这些点连成曲线时，蜗轮蜗杆啮合为线接触，所以可以传递比较大的动力。

图2 高效自动锁刀装置的主要结构

2 高效自动锁刀装置的主要结构及参数

高效自动锁刀装置的主要结构如图2所示，其主要参数如下。

主体与支撑部分均采用铝合金制作；本装置蜗轮采用铜合金制作；本装置蜗杆采用45号钢制作；电动机的功率为1.1kW；转速控制范围为3～15r/min；蜗轮线数Z=1；中心距a选取为95m；蜗轮蜗杆导程角的大小与方向应相同。

3 高效自动锁刀装置的特点

该自动锁刀装置的刀柄可直接放入装置内，无需手工在刀刃面上旋转，不再每次只转动不到1/2圈。在旋转过程中，通过电机与压力传感器的配合，保证在装拆刀具的过程中缩短装夹时间，提高装夹的高效性。人们采用类蜗轮蜗杆配合的方法，在蜗杆与电机连接处采用液压台虎钳的方法，以保证装夹的可靠性。本装置提高了装夹的效率和质量，降低了设备造价，提高了设备的性价比，可用于大部分高速高精切削刀具的装拆。

[1]陈榕林，陆同理.新编机械工程师手册[M].北京：中国轻工业出版社，2011.

[2]陈榕林.机械设计应用手册[M].北京：科学技术文献出版社，2014.

[3]廖念钊.互换性与技术测量[M].北京：中国计量出版社，2010.