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加工中心托板交换装置的快速抬起机构

作者：admin 更新日期：2015-11-3 8:50:34 点击：

卧式加工中心由于具有良好的柔性，易于组成柔性加工自动线，成为现在制造厂商首选的装备母机。其中，具有双托板交换装置的加工中心的应用又最为广泛，其所具备的双工作台，节省了用于工件装夹与拆卸的耗时。
由于托板交换装置在转动之前，需要将其抬起，以往的传统设计都是利用无自锁功能的油缸直接顶起抬起装置，仅在慢速运行状态下才能确保安全和平稳，否则会造成冲击力极大且不可靠。
为此，在开发高速加工中心时，为了缩短托板交换装置的抬起时间，设计出一种快速抬起机构，其承载能力强，冲击力又小，结构简单，真正实现了快速抬起。
工作原理
高速加工中心双托板交换装置的快速抬起机构，以油缸为动力驱动移动凸轮，准确实现了抬起装置在全程抬起运行中的快速、平稳、无冲击、噪音小。凸轮的轮廓曲线由两段直线、一段斜线、四段抛物线吻接而成，加速和减速区间凸轮的轮廓曲线设计为抛物线，抛物线加速度为常数，使抬起机构变速时冲击最小。
在托板抬起过程中，为了减少工作时间，抬起机构要快速运行。抬起时为减小抬起装置在激活瞬间、与托板接触瞬间、行程到终点时的瞬间所产生的冲击力及噪声，就必须降低这些瞬间的运行速度。
所以，抬起机构在整个运动过程中的速度不能恒定，而是变化的，同时考虑到变化率（加速度）越高冲击力则越大，必须设计一条既能适应速度变化、而且性能良好的特性曲线，从而实现抬起机构既变速又能平稳的快速运动。
这一结构以移动凸轮为主要部件，凸轮的轮廓曲线则由两段直线、一段斜线、四段抛物线吻接而成。利用移动凸轮的曲面结构来实现连续抬起，由零速-加速-匀速- 减速-匀速-加速-匀速-减速-零速。在速度变化区间的凸轮轮廓线采用抛物线，抛物线的运动加速度为常数，大幅降低了速度的变化率，减小了冲击，从而令运动平稳可靠。
机械结构
快速抬起机构的机械结构如图1所示，该机构主要有四部分组成：驱动油缸；移动凸轮；支撑滚轮；推杆。

图1 抬起机构主视图
抬起机构的具体运动过程是：驱动油缸1推动移动凸轮2向前移动，移动凸轮的工作轮廓曲线推动支撑滚轮3作垂直运动，支撑滚轮通过销轴带动推杆4作垂直运动，图中所示为移动凸轮已经移动到终点位置，而推杆达到最高点的状态。
工作过程分析
高速加工中心托板交换装置在回转前必须将托板快速抬起，两个托板连同托板上的夹具重量大约为4吨，托板交换装置本身重约1吨。
整个抬起过程如下: 抬起装置加速抬起快速接近托板—慢速接触托板并抬起托板—加速抬起托板—接近终点减速—进入承重状态。推杆抬起行程50mm，要求时间0.8秒。
1. 运动轨迹的分配
第一段垂直行程0mm，水准行程5mm，由一段直线组成。

图2 移动凸轮轮廓曲线图
第二段垂直行程12.5mm，水准行程48mm，由两段抛物线组成，并且与下一段上升的直线相吻接。推杆先加速5.48m、后减速7.02m。抬起装置已接近托板并插销。
第三段垂直行程5mm，水准行程80mm，由一段直线组成，慢速匀速运动，完成托板交换装置慢速接触托板（完成插销）并准备抬起托板。
第四段垂直行程32.5mm，水准行程112mm，由两段抛物线组成，并且与下一段水准的直线相吻接。先加速抬起托板18.288mm再减速14.212mm，到达终点。

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