加工中心托板交換裝置的快速抬起機構(gòu)簡介

   臥式加工中心由于具有良好的柔性，易于組成柔性加工自動線，成為現(xiàn)在制造廠商首選的裝備母機。其中，具有雙托板交換裝置的加工中心的應(yīng)用又最為廣泛，其所具備的雙工作臺，節(jié)省了用于工件裝夾與拆卸的耗時。

    由于托板交換裝置在轉(zhuǎn)動之前，需要將其抬起，以往的傳統(tǒng)設(shè)計都是利用無自鎖功能的油缸直接頂起抬起裝置，僅在慢速運行狀態(tài)下才能確保安全和平穩(wěn)，否則會造成沖擊力極大且不可靠。

    為此，在開發(fā)高速加工中心時，為了縮短托板交換裝置的抬起時間，設(shè)計出一種快速抬起機構(gòu)，其承載能力強，沖擊力又小，結(jié)構(gòu)簡單，真正實現(xiàn)了快速抬起。

工作原理

    高速加工中心雙托板交換裝置的快速抬起機構(gòu)，以油缸為動力驅(qū)動移動凸輪，準確實現(xiàn)了抬起裝置在全程抬起運行中的快速、平穩(wěn)、無沖擊、噪音小。凸輪的輪廓曲線由兩段直線、一段斜線、四段拋物線吻接而成，加速和減速區(qū)間凸輪的輪廓曲線設(shè)計為拋物線，拋物線加速度為常數(shù)，使抬起機構(gòu)變速時沖擊最小。

    在托板抬起過程中，為了減少工作時間，抬起機構(gòu)要快速運行。抬起時為減小抬起裝置在激活瞬間、與托板接觸瞬間、行程到終點時的瞬間所產(chǎn)生的沖擊力及噪聲，就必須降低這些瞬間的運行速度。

    所以，抬起機構(gòu)在整個運動過程中的速度不能恒定，而是變化的，同時考慮到變化率（加速度）越高沖擊力則越大，必須設(shè)計一條既能適應(yīng)速度變化、而且性能良好的特性曲線，從而實現(xiàn)抬起機構(gòu)既變速又能平穩(wěn)的快速運動。

    這一結(jié)構(gòu)以移動凸輪為主要部件，凸輪的輪廓曲線則由兩段直線、一段斜線、四段拋物線吻接而成。利用移動凸輪的曲面結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)連續(xù)抬起，由零速-加速-勻速-減速-勻速-加速-勻速-減速-零速。在速度變化區(qū)間的凸輪輪廓線采用拋物線，拋物線的運動加速度為常數(shù)，大幅降低了速度的變化率，減小了沖擊，從而令運動平穩(wěn)可靠。

機械結(jié)構(gòu)

    快速抬起機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)主要有四部分組成：驅(qū)動油缸；移動凸輪；支撐滾輪；推桿。

    抬起機構(gòu)的具體運動過程是：驅(qū)動油缸1推動移動凸輪2向前移動，移動凸輪的工作輪廓曲線推動支撐滾輪3作垂直運動，支撐滾輪通過銷軸帶動推桿4作垂直運動。

工作過程分析

    高速加工中心托板交換裝置在回轉(zhuǎn)前必須將托板快速抬起，兩個托板連同托板上的夾具重量大約為4噸，托板交換裝置本身重約1噸。

    整個抬起過程如下:抬起裝置加速抬起快速接近托板—慢速接觸托板并抬起托板—加速抬起托板—接近終點減速—進入承重狀態(tài)。推桿抬起行程50mm，要求時間0.8秒。

1.運動軌跡的分配

    第一段垂直行程0mm，水準行程5mm，由一段直線組成。

    第二段垂直行程12.5mm，水準行程48mm，由兩段拋物線組成，并且與下一段上升的直線相吻接。推桿先加速5.48m、后減速7.02m。抬起裝置已接近托板并插銷。

    第三段垂直行程5mm，水準行程80mm，由一段直線組成，慢速勻速運動，完成托板交換裝置慢速接觸托板（完成插銷）并準備抬起托板。

    第四段垂直行程32.5mm，水準行程112mm，由兩段拋物線組成，并且與下一段水準的直線相吻接。先加速抬起托板18.288mm再減速14.212mm，到達終點。

    第五段垂直行程0mm，水準行程5mm，由一段直線組成，托板交換裝置垂直不運動進入承重狀態(tài)。

2.參數(shù)

    驅(qū)動油缸1的水準行程是250mm,速度是一常數(shù)（0.3125m/s）,時間是0.8s；推桿在每一區(qū)間的運動速度、加速度、時間經(jīng)過推導(dǎo)列表見下表。     

    表移動凸輪輪廓曲線特性表（t:每曲線函數(shù)的瞬時時間） 

3.推桿在四段拋物線區(qū)間做勻加速、勻減速運動，加速度為常數(shù)，沖擊極小，運行平穩(wěn)。

結(jié)語

    上述快速抬起機構(gòu)的試制成功解決了困擾高速加工中心裝卸工位所占時間過長的問題，有效縮短了機床的生產(chǎn)節(jié)拍。而且，在速度變化的部位采用拋物線予以過渡，加速度保持常數(shù)，有效地控制了沖擊幅度。

    這一結(jié)構(gòu)的快速、平穩(wěn)運行，關(guān)鍵取決于移動凸輪的工作輪廓曲線的制造精度，在現(xiàn)有加工條件下凸輪的精確度很容易獲得保證。綜上所述，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行平穩(wěn)，可靠耐用。