俄罗斯2A637 型数控镗铣床主轴松拉刀机构改造

张 帆

（宁夏天地奔牛实业集团有限公司，宁夏石嘴山 753001）

0 引言

公司1992 年从俄罗斯伊万诺瓦机床厂，引进了1 台型号为2A637 的数控镗铣床，用于镗孔和铣削平面。随着使用年限的增加，锁紧电机故障越来越频发，设备松拉刀机构经常处于带病工作状态，故障停机率高，工作可靠性差，近期出现了多次掉刀、撞刀现象，先后导致了多个工件的直接报废，给员工的生命财产和公司的生产经营带来严重威胁。考虑到设备主体结构合理，传动性能和精度保持较好，工作承载力较大等优点，经研究决定，对不适宜的松拉刀机构提出改造意见，编制了设计改造方案，经充分论证可行后实施了改造。

1 改造原因

由于设备生产制造年代久远，原有的专用非标电机现已淘汰，无法采购。虽然曾多次联系国内电机修理厂家寻求修理，最终因为电机本身结构复杂，电机修理可参考的资料非常有限等原因，许多修理厂家从技术层面对修复的可行性进行了否定。为此，在已有改造经验基础上，尝试对俄罗斯2A637 型数控镗铣床主轴松拉刀机构进行了设计改造。

2 改造可行性研究

2.1 改造前基本情况概述

2.1.1 松拉刀机构组成

改造前数控镗铣床主轴松拉刀机构，主要由锁紧电机和锁紧螺杆两部分组成，锁紧电机为铜滑环式三相异步电机，与行星齿轮减速器固连；锁紧螺杆由传动螺杆和弹簧两部分组成。

2.1.2 工作原理

刀具锁紧和松开是通过电机正反转来实现。具体过程为：电机带动行星齿轮减速器正反转运动，齿轮减速器驱动螺杆正反向旋转，旋转至锁紧和松开位置后，在行星齿轮减速器和锁紧螺杆上弹簧的共同作用下，行星齿轮减速器内的钢珠位置发生变化，使得锁紧电机内的圆柱销弹出和缩回，触动微动开关，对刀具锁紧到位和松开到位信号进行反馈来实现控制。

2.2 改造可行性分析

2A637 型数控镗铣床为公司二十多年前从俄罗斯购进的设备，当时由于受技术等条件的限制，设备主轴松拉刀机构采用电机驱动减速器，减速器带动螺杆旋转的方式来实现松刀和拉刀，这种结构设计本身比较繁琐，可靠性差，现在机床设计中基本已不再沿用。考虑到现行机床设计中主轴松、拉刀多采用液压松开、碟簧拉紧的设计思路，且之前有过类似的改造经验，改造后的设备经验证运行良好。基于此，我们在充分考虑主轴镗杆现有结构，核算主轴松、拉刀所需力的基础上，提出了利用碟簧拉刀、液压油缸松刀的设计方法，应用于2A637 型数控镗铣床主轴松拉刀机构的设计改造。

3 主轴松拉刀机构设计

3.1 设计简介

本设计采用拉杆式刀具锁紧、松开装置，其主要由液压油缸、拉杆、蝶形弹簧组等构成，拉刀机构采用蝶形弹簧实施拉紧，利用液压油缸克服碟簧拉力实现松刀，松拉刀工作安全可靠。

3.2 松拉刀工作原理

3.2.1 松刀过程

松刀过程中，双作用油缸在叶片泵输出的高压油驱动下，产生60 kN 的松刀力，用以克服35 kN 碟簧拉力，来实现松刀。具体过程：接到控制信号指令，二位四通电磁换向阀电磁铁得电，换向阀切换至右位工作，松刀油路接通；同时，电机启动，带动油泵开始工作。油泵输出的油液，经精过滤器、单向阀、二位四通电磁换向阀右位，进入松刀油缸无杆腔，活塞杆在压力油产生的推力下向左移动（液压油缸产生的推力随负载碟簧的增大而增大），当活塞杆上产生的推力足以克服负载碟簧的阻力时，油缸活塞接触并推动拉杆，使拉杆、拉爪向主轴前端移动并压缩蝶形弹簧组，蝶形弹簧组在拉杆的前移过程中产生很大的弹性变形，从而打开拉爪，拉抓将拉丁松开，以实现松刀的目的。与此同时，有杆腔的油液经换向阀回油箱，当感应开关收到反馈信号后，至此，一个松刀动作结束。新设计的松刀油缸液压控制原理如图1 所示。

3.2.2 拉刀过程

重新上刀后点击拉紧按钮，发出拉紧指令后，无需重新启动液压泵，松刀油缸在蝶形弹簧组复位力作用下自动缩回与拉杆脱开。与此同时，蝶形弹簧组带动拉爪、拉杆向主轴后端移动，直至蝶形弹簧组恢复到未受液压缸推动前的位置及状态，依靠蝶形弹簧组自身的弹力拉住拉爪，当接近开关收到反馈信号后，完成拉紧动作。

图1 松刀油缸液压原理

3.3 技术特点

刀具的刀柄完全依靠蝶形弹簧组产生的拉紧力进行拉紧，避免工作时因突然停电造成刀具脱落。液压油缸活塞杆前后设有两个极限位置，装有接近开关，用于刀具松开和拉紧到位后发出反馈信号。当蝶形弹簧组将刀具拉紧时，油缸伸出活塞杆端部与拉杆间有（2～4）mm 间隙，可有效避免主轴高速旋转时，造成端面摩擦粘连。

4 结论

采用碟簧拉刀，液压松刀的设计方法，重新设计了主轴松拉刀装置，有效解决了俄罗斯2A637 型数控镗铣床主轴掉到问题，增强了设备的安全可靠性和可维修性，降低了设备故障率，提高了设备技术状态，延长了设备使用寿命，确保了设备最大限度的发挥其使用效能。