一种便于更换切割刀具的机械加工用数控机床的设计

2022-08-19万志强王江平张青刘丹

中国设备工程 2022年15期

万志强，王江平，张青，刘丹

（1.安徽机电职业技术学院机械工程学院；2.芜湖工望机械科技有限公司，安徽芜湖 241000）

机械加工是改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质等，使其成为成品或者半成品的过程，按加工方式上的差别可分为切削加工和压力加工，在进行机械加工的切削加工时常常会使用切割数控机床，利用切割数控机床快速便捷的对工件进行切割。但是，现有的机械加工用数控机床在使用的过程中仍存在不足之处，不能方便的对切割刀具进行拆卸更换，使用的便利性较低，不便于对切割刀具进行维护，且在加工过程中出现切割刀具故障时，不能快速的对刀具进行更新，影响后续的加工效率。本设计目的在于提供一种便于更换切割刀具的机械加工用数控机床，以解决以上提出的目前市场上现有的机械加工用数控机床不能方便的对切割刀具进行拆卸更换，在加工过程中出现切割刀具故障时，不能快速的对刀具进行更新的问题。

1 技术设计方案

一种便于更换切割刀具的机械加工用数控机床，包括工作台、电机和液压缸，工作台的内部轴承连接有转杆，且转杆的外侧键连接有半齿轮，电机的输出端与转杆的下端连接，半齿轮的右方啮合连接有全齿轮，且全齿轮键连接在刀架下端的外侧，刀架轴承连接在工作台的上方，且刀架上方的外侧安装有安装架，安装架的内部设置有切割刀具本体。该便于更换切割刀具的机械加工用数控机床利用齿块实现切割刀具本体和调节齿轮之间的联动，并利用丝杆转动带动调节杆移动，调节棘爪和棘齿之间的位置，利用棘爪和棘齿对调节齿轮的转动进行限定，从而对切割刀具本体进行锁定，快速的实现切割刀具本体的拆卸和安装。

与现有技术相比，便于更换切割刀具的机械加工用数控机床具有的优点是：（1）利用齿块实现切割刀具本体和调节齿轮之间的联动，并利用丝杆转动带动调节杆移动，调节棘爪和棘齿之间的位置，利用棘爪和棘齿对调节齿轮的转动进行限定，从而对切割刀具本体进行锁定，快速的实现切割刀具本体的拆卸和安装。（2）半齿轮转动带动全齿轮转动1/4，从而控制刀架转动1/4 面，对不同方位的安装架的位置进行调节，从而对切割刀具本体进行更新，此设计不会影响数控机床的运行，且可方便的对切割刀具本体进行更换。

2 实例说明

一种便于更换切割刀具的机械加工用数控机床，如图1 所示：包括工作台1、转杆2、半齿轮3、电机4、全齿轮5、刀架6、调节杆7、安装架8、滑块801、压缩弹簧802、卡座803、丝杆9、齿块10、卡块11、液压缸12、切割刀具本体13、调节齿轮14、棘齿15、棘爪16、转轴17 和涡旋弹簧18，工作台1 的内部轴承连接有转杆2，且转杆2 的外侧键连接有半齿轮3，电机4 的输出端与转杆2 的下端连接，半齿轮3 的右方啮合连接有全齿轮5，且全齿轮5 键连接在刀架6 下端的外侧，刀架6 轴承连接在工作台1 的上方，且刀架6 上方的外侧安装有安装架8，安装架8 的内部设置有切割刀具本体13，且切割刀具本体13 的外侧安装有齿块10，齿块10 的外侧啮合连接有调节齿轮14，且调节齿轮14 的内侧连接有棘齿15，棘齿15 的外侧贴合设置有棘爪16，且棘爪16焊接连接在转轴17 的外侧，转轴17 通过涡旋弹簧18 与调节杆7 连接，调节杆7 的内部螺纹连接有丝杆9，且丝杆9 轴承连接在安装架8 上，液压缸12 螺栓固定在工作台1 的上方，且液压缸12 的下端安装有卡块11。

图1 一种便于更换切割刀具的机械加工用数控机床结构示意图

半齿轮3 和全齿轮5 的大小相同，且半齿轮3 的齿数是全齿轮5 齿数的1/4，此设计可带动刀架6 一次转动1/4 面，方便快速的对安装架8 的位置进行更换。

图3 安装架和切割刀具本体连接处结构示意图

刀架6 与工作台1 构成转动机构，且刀架6 的俯剖面为圆形结构，并且刀架6 的外侧等角度的分布有安装架8，此设计可稳定的控制刀架6 转动，对不同方位的安装架8 的位置进行调节。

安装架8 包括滑块801、压缩弹簧802 和卡座803，且安装架8 的外端固定安装有滑块801，并且滑块801 的下侧连接有压缩弹簧802，同时安装架8 的上侧焊接连接有卡座803，此设计可控制安装架8 上下往复移动，从而控制切割刀具本体13 上下往复移动，利用切割刀具本体13 对工件进行切割。

滑块801 的俯剖面为“工”字形结构，且滑块801通过压缩弹簧802 与刀架6 构成弹性结构，此设计可保证安装架8 稳定的竖直移动，避免安装架8 与刀架6 脱离连接。

图6 半齿轮和全齿轮连接处结构示意图

齿块10 等间距的分布在切割刀具本体13 和调节齿轮14 的连接处，且调节齿轮14 的中心线与调节杆7 的中心线相互重合，并且调节杆7 的俯剖面为“T”形结构，同时调节杆7 与安装架8 为滑动连接，此设计可实现切割刀具本体13 和调节齿轮14 之间的联动，通过锁定调节齿轮14 便可锁定切割刀具本体13。

3 工作原理

在使用该便于更换切割刀具的机械加工用数控机床时，首先，使用者先将图1 所示的整个装置平稳的放置到工作区域内，利用数控机床对工件进行切割，若在加工过程中，切割刀具本体13 出现损害需要对切割刀具本体13 进行更新时，将液压缸12 打开，液压缸12 控制卡块11 上移，解除卡块11 与卡座803 的连接，便可将电机4 外接电源，控制电机4 带动转杆2 转动，转杆2 带动半齿轮3 转动，半齿轮3 带动全齿轮5 转动1/4，新的安装架8 上的完整的切割刀具本体13 移动到切割区，停止电机4 的工作，并控制液压缸12 带动卡块11 下移，将卡块11 卡进对应位置的卡座803 内，需要对工件进行切割时，便可持续控制液压缸12 带动卡块11 下移，同步推动安装架8 下移，结合图2 所示，安装架8 通过“工”字形的滑块801 在刀架6 内竖直移动，并对压缩弹簧802进行挤压，使得压缩弹簧802 开始蓄力，而安装架8 带动切割刀具本体13 下移对工件进行切割，切割之后，控制液压缸12 带动卡块11 连同卡座803 和安装架8 上移，此时压缩弹簧802 也同步推动安装架8 上移复位，带动切割刀具本体13 上移，根据上述步骤，控制切割刀具本体13 上下运动对工件进行切割。

图2 刀架结构示意图

而工作人员可对磨损的切割刀具本体13 拆卸，根据图5 所示，转动丝杆9，丝杆9 带动外侧螺纹连接的调节杆7 后移，调节杆7 的俯剖面为“T”形结构，调节杆7后端左右两侧的凸出部分在安装架8 内滑动，保证调节杆7 稳定水平后移，调节杆7 带动棘爪16 后移，结合图4 所示，解除棘爪16 对棘齿15 的卡合，此时便可将切割刀具本体13 拉出，接着反向转动丝杆9，丝杆9 带动调节杆7 前移，将棘爪16 复位与棘齿15 卡合，此时便可将新的切割刀具本体13 从下向上推入安装架8，切割刀具本体13 左侧的齿块10 带动啮合连接的调节齿轮14 逆时针转动，调节齿轮14 内侧安装的棘齿15 便可拨动棘爪16 通过转轴17 转动，转轴17 端部的涡旋弹簧18 同步转动进行蓄力，使得切割刀具本体13 顺利上移，安装完毕之后，同时切割刀具本体13 的移动，从而停止调节齿轮14 的转动，此时涡旋弹簧18 带动转轴17 反转复位，从而带动棘爪16 反转复位，利用棘爪16 对棘齿15 进行锁定限位，从而稳固的完成切割刀具本体13 的安装。