【专利】自动换刀装置-中文翻译

南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计(论文)外文资料翻译系： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 陶翔 学 号： 060104219 外文出处： United States Patent Application 20010037888 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：译文基本上翻译出原文的意思，逻辑层次清楚，具有条理，语句通畅，大体符合中文的表达习惯，翻译质量尚可。但是，一些中文表达欠妥当，个别专业术语翻译的不够准确。签名： 年 月 日(用外文写)注：请将该封面与附件装订成册。附件 1：外文资料翻译译文自动换刀装置摘要:所提出的发明提供了一个自动换刀装置,它适用于探测凸轮从动件轴承服务寿命的结束以便系统地更换轴承。自动换刀装置包括：换刀机构（26） ，它包括转轴、固定在转轴的换刀臂、依附于转轴的凸轮从动件，并且有由轴承支撑的可旋转啮合滚轮、与凸轮从动轮的啮合滚轮相啮合的凸轮和驱动凸轮的驱动装置以及控制换刀机构操作的控制部分（57 ） 。换刀装置进而由服务寿命终结探测部分组成，探测部分用于计数换刀装置（26 ）操作次数，并且判断计数值是否达到作为轴承服务寿命终结探测基础的参考操作次数。采用如此布置，维护能够通过判定凸轮从动轮轴承服务寿命的终结而系统地进行。发明背景:【0001】1. 发明领域【0002】提出的发明为机床自动换刀装置，特别适用于旋转凸轮和凸轮从动件啮合机构的自动换刀臂。【0003】2. 前景技术描述【0004】下面阐述带一个自动换刀装置的典型机床，如图 3-5 所示。插图 3 说明机床 12 是一个立式加工中心。机床 12 包括：床身 13;垂直于床身 13 的立柱 14；用立柱 14 支撑的主轴箱 15 为垂直可移动式；主轴 16 由主轴箱 15 支撑，并沿其轴线旋转；工作台 17 装于主轴 16 下方，在床身 13 上；刀具库 21 装配在主轴箱15 左边;换刀机构在刀具库 21 下端，用以换下轴 16 用的刀具 T，并存放在刀具库21 的保持架 23 中；如图 5 所示为数控装置 50，它用于控制机床各部件。【0005】刀具库 21 包括：多个保持架 23，用于保持刀具固定装置 TH;在预定的时间间隔，用一个保持架盘 24 来固定保持架 23；用盖子 22 保护保持架 23 和保持架盘。【0006】如图 4 所示,换刀机构 26 包括：一个转轴 27 与主轴 16 保持平行 (见图 3)；一个换刀臂 28 安装在转轴 27 下端，在 28 的两端持有刀具。由辊形凸轮从动件 33围绕转轴 27 外圆周旋转，提供一个围绕中心轴线的有预定角度间隔的旋转。杠杆凸轮从动件 34 在接触辊 33 下方，参与控制转轴 27 的旋转。弧面凸轮 35 在外周长的导向槽啮合接触辊 33，导槽从侧面啮合杠杆件 34；齿轮 41 完整固定在弧面凸轮 35 上；马达 36 产生旋转动力通过传动装置 38、39 驱动齿轮 41。接触辊 33包括由轴承支撑的可旋转辊并与弧面凸轮 35 啮合。杠杆件 34 包括由轴承支撑的接触辊，在弧面凸轮 35 的侧面与导向槽啮合。【0007】这种布局下，马达 36 的动力通过传动装置 38、39、41 驱动弧面凸轮 35绕其轴线旋转，转轴 27 绕轴线旋转通过接触辊 33 的转动而旋转，接触辊 33 与杠杆件 34 啮合于弧面凸轮 35。转轴 27 旋转使换刀臂 28 进行后文将描述的换刀操作。【0008】如图 5 所示，数控装置 50 包括计算机化数字控制装置（CNC）54，可编程控制器（PLC）55，输入/输出接口 56 等。通过输入/输出接口 56 连接外部控制电路 51。外部控制电路 51 连接到操作面板 52,换刀装置 26 等。【0009】CNC54 执行预储存的加工指令来控制机床 12 的基本操作，比如主轴箱 15和工作台 17 的轴向移动，CRT 显示器上 11 的数据显示。PLC55 包含换刀控制部分57 等，并控制机床 12 的辅助动作，如刀具库 21 的操作和换刀装置 26 等。CRT 显示器 11 显示加工程序和刀具当前坐标位置。【0010】如上所述，换刀控制部分 57 通过控制线路 51 控制换刀机构 26 动作。换刀控制部分 57 驱动换刀装置 26 响应 CNC 54 的换刀指令。换刀指令可由操作面板52 手工输入，作为预存指令。如此，从操作面板 52 输入指令，由控制线路传输到CNC 54、输入/输出接口 56 和 PLC 55。然后，CNC54 发出换刀指令，传到换刀控制部分 57，控制部分 57 接受指令后控制换刀装置 26 进行换刀。【0011】自动换刀装置由换刀装置 26 和换刀控制部分 57 等构成。在自动换刀装置控制下装夹在主轴上的刀具与另一把刀具依如下方式自动交换。【0012】首先，在刀具库中存放刀架的保持架被移动到换刀位置准备换刀。然后，接触辊带动转轴按正常方向转过度角。换刀臂随转轴一起旋转度，刀架与主轴依附（以下简称当前刀架），另一刀架在保持架里（以下简称下一刀架），各自由换刀臂 28 的两端夹持。【0013】接着，杠杆件使转轴 27 旋转，换刀臂 28 所持的当前刀架和下一个刀架把持用换刀臂各自从主轴和保持架移开。之后，接触辊 33 接着转动转轴 27 按正常方向转 180 度，杠杆件 34 缩回转轴 27。于是，下一个刀架 TH 依附于主轴 16，当前刀架 TH 留在保持架 23 里。【0014】接触辊 33 带动转轴 27 反向旋转 90 度将转轴 27 返回初始位置。然后，保持架 23 移动到先前位置，盖上端盖 22。于是，依附于主轴 16 的当前刀架 TH 已和下一刀架 TH 交换并存放进刀具库 21 中。【0015】以上所述，凸轮从动轮 33、34 都使用轴承，而轴承只有很短的耐久寿命。然而，传统换刀装置不能探测轴承寿命。因此，凸轮从动轮 33、34 的使用寿命可能在换刀操作中由于轴承破损而终结。凸轮从动件 33、34 的作业条件不利于延长其使用寿命。【0016】凸轮从动件失效的原因，是对轴承寿命过于依赖。必须及时修复破损零件。这些不利条件降低了机床的实用性。在新轴承到货前换刀装置无法工作。再一次降低了机床的实用性。【0017】考虑到前述问题，提出的发明使该装置能自动探测轴承的使用寿命，以便有计划地更换新轴承。发明的摘要：【0018】所提出的发明达到了上述对象的目标，提出了一个自动换刀装置，包含一个机械换刀装置，其中有一个有支撑架的转轴，一个安装在转轴上的换刀臂，一个凸轮从动件为可旋转的接触辊，由轴承支撑，一个有导向槽的凸轮，为接触辊导向。驱动方式为驱动凸轮，然后转动转轴，以及（或）通过依附于凸轮的凸轮从动件转动转轴；一个控制单元控制换刀装置进行换刀；一个寿命检测装置，计算已进行的换刀次数，当次数到达预定操作次数时，判定凸轮从动件上的轴承寿命已到。【0019】所提出的发明的自动换刀装置，它的使用寿命是通过对换刀次数的计数来实现，当计数值将近预定理论值时，可估计凸轮从动件上的轴承寿命将至。【0020】假使轴承工作时负载恒定，轴承的寿命可以在累计操作时间基础上估计而得。如果凸轮从动件上轴承的负载已知（可以由设计的理论负载确定），理论运作时间为轴承寿命的理论计算结果。必须是每次换刀时间稳定，且容易测量。轴承在换刀时的运作时间可以通过实验测定或理论计算得知。【0021】因此，轴承的累计运作时间能通过计算换刀次数间接获得，轴承的寿命能参考累计换刀运作时间。所提出的发明中，换刀操作在轴承寿命结束之前执行了多少次，能通过理论计算轴承在每次换刀中的工作时间初步估计而知。换刀次数可计数，当次数接近操作参考值时，判定寿命到期。【0022】由于依照提出的发明，轴承寿命可以检测，维护工作可以有计划地展开，只要在旧轴承寿命终结前及时换上备用新轴承就可以了。通过工作闲时进行有计划且有效的维护工作，机床的实用性将大大提高。因此，机床实用性的降低现象将不复存在。因为导致机床寿命减小的因素将被消除。机床换刀时轴承运作，轴承运作慢慢磨损，导致寿命降低。若非如此，临时机床修复将耗费很长时间。【0023】当前提出的自动换刀装置中，换刀装置适合执行不同刀具直径条件下的换刀操作，寿命检测部分用增量计数原理计算换刀操作的次数。【0024】在一些机床中，换刀方式由于刀具直径而不一样。直径不同的刀具（一个大直径和一个小直径）互换，轴上用过的刀具先回到刀具库然后另一个被夹出来。如此，在换刀过程中装置运行了两次。那些直径相同的刀具（直径同大同小）互换时，换刀装置只要开动一次。【0025】在这些情况下，换刀装置的寿命不能简单的参考数换刀次数和单次换刀时间来正确计算，因为轴承在刀具直径不同时换刀引起的磨损是刀具直径相同时的两倍。因此，计数的增量应该依照要求执行换刀的次数。确切地说，刀具直径不同时进行换刀，计两次换刀,刀具直径相同时，计一次换刀。因此，轴承磨损程度还是可以精确计算出来，换刀情况异同引起的换刀次数已经被详细地考虑到了。因此，服务寿命能精确地检测。【0026】该自动换刀装置还能在显示屏上显示当前使用时间与总寿命的比例值。【0027】如此设置，显示屏以图示显示出当前寿命值与参考寿命比值。所以操作员可以一眼看出轴承磨损程度。通过日常监测，维护保养计划能轻松制定。插图简述：【0028】图 1 用框图描述数控装置和所提出发明的机床；【0029】图 2 以简图显示典型的 CRT 显示屏，显示机床相关信息；【0030】图 3 是一般的机床的整体主视图图解；【0031】图 4 关于图 3 的部分重要细节详图；【0032】图 5 是常见机床数控装置结构图。首先具体化的描述：【0033】下面将参考附图详细描述所提出的可自动换刀的机床。图 1 是具体描述发明的数控系统及其机床；图 2 是一个典型的 CRT 显示器显示图。机床是由典型自动换刀的机床改进而来，原机床如图 3-5 所示，数控系统与原机床有所差别。因此，与参考机床（图 3-5）相同细节不再累赘，而是引用来描述图 1 和图 2。【0034】如图 1 所示，数控装置 1 包括 PLC 6 与 PLC 55 结构有所不同，PLC 6 有附加功能，更包含显示控制部分 10 和寿命测定系统 9。【0035】寿命检定部分 9 对换刀装置 26 已进行的换刀次数计数。具体来说，寿命测定系统 9 在收到 CNC54 的换刀命令时进行增量计数，然后比较预定参考值，判断是否相接近。如果结论是计数值已近参考，则寿命将终的信号发至显示控制部分 10。【0036】这些参考价值在此意味着凸轮从动件 33、34 上的轴承寿命通过换刀工作时间来估计。该值可以通过以下方式确定，并在寿命测定系统 9 中储存数据信息。【0037】首先，操作时间（服务期）L 在磨损直到寿命期到来前，凸轮从动轮33、34 上的每个轴承寿命能通过以下公式计算：L= ( a C )/( F N 0.3 )【0038】其中 a 是一个常数，C 是轴承的额定载荷（常数）， F 是轴承的额外负载，而 N 是轴承旋转的次数。【0039】然后，每个轴承在换刀操作执行时的工作时间可以通过实验或理论计算得出。通过上述方程式计算的服务期限被每次换刀操作时轴承的运作时间均分。因此，服务期限到来前已换刀执行的次数将用来判断每个轴承的磨损情况。数据最小的每一部分决定每个轴承按标准使用的情况。【0040】 数显控制部分 10 收到计数信息和从标准寿命测定系统 9 那里得到的参考值，CNC 54 控制 CRT 11 显示，得到如图 2 所示的比例值。并且，数显控制部分10 控制 CRT 11 显示轴承寿命到期信息，指示更换轴承。在图 2 所示的显示屏中，参考数据显示为当前计数值和使用寿命之比（%）。因此，操作员能轻松判断轴承磨损程度。【0041】在当前发明中的拥有自动换刀系统的机床数控装置 1 中，寿命测定系统9 是在接受到机床的换刀命令的时进行计数的，换刀信号由 CNC 54 发出，在执行换刀命令或进行人工操作时传至 PLC 6。然后，寿命测定系统 9 比较计数值与预定参考值，判断是否数值已到。【0042】如果寿命测定系统 9 判断计数值已达参考值，发出信息在 CRT 11 上显示要求更换轴承。并详细地如图 2 所示，计数值与参考值的比例数据将明确显示在CRT 11 上，所以操作员很容易就知道轴承磨损状况。【0043】通过以上详细描述，轴承寿命由寿命测定系统 9 来确定。因此，若预备了备用轴承，维护工作便能在工作闲时有效地进行。机床的实用性在有效地维护下大大提高。因为轴承的磨损情况在 CRT 11 上能显示出来，轴承寿命在日常监控下轻松检定。因此，维护计划的制定方便且有效。【0044】在此前提下，支座轴承的寿命信息显示在 CRT 11 上，随时提醒操作人员及时更换轴承，还可以为其增加一个警报铃声或警报音。【0045】在一些机床中，换刀装置执行换刀的方式取决于刀具的直径。那些不同直径的刀具进行换刀时，装夹在主轴 16 上的刀具 T 回到刀具库 21，然后下一把刀具库中的刀具 T 换到主轴 16 上。因此，换刀装置 26 进行了两次操作。那些相同直径的刀具进行换刀时，换刀装置只需进行一次操作。【0046】这种情况下，使用寿命不能通过比较换刀操作次数和参考值来准确地计算，因为在换刀条件不同时，轴承磨损是不同的，刀具直径不同，轴承两次工作，刀具直径相同则一次工作。【0047】因此，刀具寿命测定系统 9 将根据换刀具体情况的情况来计数。具体说来，换刀时，刀具直径不同两次计数，刀具直径相同一次计数，按照这样的规律进行计数。因此，准确的计数方式确保了轴承磨损的计算也准确，服务期也能精确测定。要求：1.自动换刀装置包括：换刀控制装置包括一个可旋转的主轴，一个换刀臂附于可旋转的主轴上，一个有接触辊的凸轮从动件，它由轴承支撑着旋转，并与主轴啮合。一个有导向槽的凸轮，与凸轮从动件啮合。驱动方式为驱动凸轮，转动主轴，或通过与凸轮相啮合的凸轮从动件转动主轴，依次方式传输动力。一个控制装置，控制控制换刀装置换刀。还有一个寿命测定系统，对换刀装置进行换刀次数的计数，当计数值达到参考寿命值时，判断轴承寿命已至。2.如要求 1 所述的自动换刀装置，换刀装置适合执行不同条件的换刀操作，取决于所需交换的刀具的直径是否相同，寿命测定系统对换刀装置操作次数进行准确计数，据此判断支撑轴承的工作寿命。3.如要求 1 和 2 所述的自动换刀装置包括一个显示设备，显示当前工作时间和理论参考寿命的比例。附件 2：外文原文