一种数控剖竹机换刀机构的制作方法

本发明涉及竹子加工领域中的一种数控剖竹机换刀机构，具体地说：在剖开竹条的宽度要求下，根据测量出的竹筒小头直径，更换不同竹筒对心机构与剖竹组合刀时，既能使换刀轻便、准确定位，剖竹时，在巨大撞击力作用下又不会使刀盘变形的一种数控剖竹机换刀机构。
背景技术：
：：现有的一种数控剖竹机示意图如图1所示，其工作原理是：推板1停在机架尾部，竹筒由输送机构从机架左侧送入两个V形支撑4中，竹筒在送入到两个V形支撑的过程中，由测量装置测出竹筒小头直径(竹筒输送机构和竹筒测量装置图中未画出)，控制系统根椐测量出的竹筒小头直径和要求剖开竹条的宽度计算出竹筒能剖开的竹条片数，步进电机6经蜗杆减速器5带动刀盘8转动，将对应的竹筒对心机构与剖竹组合刀7(7-12片刀，如图5所示)转至与竹筒3对心的位置；然后驱动链2带动推板1将竹筒3推向竹筒对心机构与剖竹组合刀7后，竹筒3与剖竹组合刀自动对心，竹筒3被等分剖开，随后退回到机架尾部停下(在推板1将竹筒3推向剖竹组合刀的过程中，两个V形支撑4需要让开推板1前行的通道；当推板1返回到机架尾部的过程中，两个V形支撑4回到初始位置，具体内容略)，完成一根竹筒的剖开。在竹片制成的竹制品中，通常需将剖竹机剖开的扇形截面竹条经四面刨加工后成矩形截面的竹片，然后再进行后续加工，所以剖竹机剖开的扇形截面竹条在宽度方向必须留有一定的加工余量，例如：矩形截面的竹片宽度要求20mm，那么剖开的扇形截面竹条小头弦宽至少22mm，下表中列出了剖竹组合刀刀片数与对应的竹筒小头直径范围。剖竹组合刀刀片数789101112对应的竹筒直径范围50.5-57.358.4-64.664.7-70.171.2-7878.1-84.985-91.8剖竹组合刀刀片数1314151617对应的竹筒范围91.9-98.798.8-105.7105.8-112.6112.7-119.5119.6-126.4毛竹接近根部的直径通常在100mm左右，一般可锯成二至三段(每段1900mm)，靠近竹尖的一段竹筒小头直径最小，所以竹筒小头直径范围大多数都在50-120mm之间，截断竹筒时按直径大小将竹筒分为两类，即直径50-90mm和90-120，当加工完直径50-90mm后，再换一批与90-120mm相对应的竹筒对心机构与剖竹组合刀(12-17片刀)在剖竹过程中，若不同的竹筒对心机构与剖竹组合刀所处的位置如图5所示，11片刀所处的位置是剖竹组合刀的工作位置，当测量装置测出竹筒小头直径分别在85-91.8mm或50.5-57.3mm范围内时，对应的刀片数分别为12和7，刀盘需顺时针旋转60度或120度；当测量装置测出竹筒小头直径在71.2-78mm、64.7-70.1mm范围内时，对应的刀片数分别为10和9，刀盘需逆时针旋转60度或120度；当测量装置测出竹筒小头直径为58.4-64.6mm时，对应的刀片数为8，刀盘需顺时针旋转180度；当测量装置测出竹筒小头直径为78.1-84.9mm时，对应的刀片数为11，刀盘无需旋转，由此可以看出，在换刀过程中，刀盘旋转走的是最近路径，刀盘旋转的最大角度为180度。而现有的数控剖竹机剖一根竹筒较理想时间为8.5秒钟，其中，竹筒输送机构将竹筒输送至竹筒V形支撑所需时间为2秒，换刀时间确定为2.5秒(若测量出的竹筒小头直径与上一次剖开的竹筒小头直径在同一直径范围内，就不需要换刀，所以换刀时间为0秒；若测量出的竹筒小头直径与上一次剖开的竹筒小头直径不在同一直径范围内，刀盘就需要转动，按刀盘设置的转速，最远路径时需要2.5秒，因此换刀工序设置的时间为2.5秒)，其中有0.5秒与竹筒输送所花的2秒中的后0.5秒重叠(此时竹筒输送机构已运行1.5秒，即测量装置测出竹筒小头直径后，换刀机构就随即启动)，锁住刀盘后延时0.2秒，圆盘磁铁吸合吸盘轴0.3秒；推板在剖竹完成后并退回到机架尾部所花时间4.2秒(其中有0.2秒与竹筒输送所花的2秒中的前0.2秒重叠，即推板在没有完全退回到机架尾部前0.2秒时，竹筒输送就开始启动)，在各个环节所分配的时间中，还包括了电器元件通电后的反应时间。然而，现有的数控剖竹机在使用过程中刀盘极易变形，大大降低了刀盘的使用寿命，而且在8.5秒时间内也完不成一次剖竹过程，其主要原因是：由于加工误差始终存在(若刀盘背面和刀盘挡件均按8级精度要求来加工，其平面度误差分别为80um和50um)，再加上安装误差和初期使用后刀盘的微变形，其总误差可能达到200um；又由于刀盘挡件安装好后的位置是固定的，所以将6把不同刀片数的剖竹组合刀的刀盘背面分别转至与刀盘挡件相对的位置时，可能出现的情况是：要么是刀盘背面只有一次与刀盘挡件紧贴，其余5次均有贴合不好或有间隙的情况；要么是刀盘转动时摩擦阻力大或根本转不动。若是前者，剖竹时，在巨大撞击力的作用下，就会使刀盘产生变形，缩短刀盘的使用寿命；若是后者，延长了换刀时间或刀盘根本无法转动。为解决上述问题，换刀前，最好使刀盘背面不与刀盘挡件接触，两端面之间留有一定的间隙，换刀结束后，刀盘作轴向移动，使刀盘背面紧贴刀盘挡件，剖竹结束后，再使刀盘回到刀盘作轴向移动前的位置，这样就能保证6把不同刀片数的剖竹组合刀的刀盘背面分别转至与刀盘挡件相对的位置时都能与刀盘挡件紧贴，既可解决刀盘在巨大撞击力作用下的变形问题，也可使换刀时刀盘背面无摩擦阻力；然而，由于刀盘直径为1000mm，质量大，按12r/min的转速旋转起来到达指定位置后，步进电机停止旋转，尽管步进电机有制动功能，单级蜗杆减速器也有自锁功能，但由于刀盘质量大，按12r/min转动后突然停下，会产生很大的惯性力，再加上传动机构中的微小间隙，所以刀盘旋转到位后不能立即停下，会来回缓慢摆动多次才能停下，这样缓慢摆动多次约花3-5秒的时间，就会使剖一根竹筒多花3-5秒的时间，大大降低了剖竹机的生产率(因为只能在刀盘停止摆动后，剖竹才能开始)，所以，换刀到位后需有一锁紧装置瞬间锁住刀盘，延时一会后松开，然后刀盘作轴向移动。技术实现要素：：本发明的目的是为数控剖竹机提供一种在换刀前后能使刀盘产生轴向移动，既能使换刀轻便、准确定位，剖竹时在巨大撞击力作用下又不会使刀盘变形的一种换刀机构。本发明的目的是这样实现的：一种数控剖竹机换刀机构，包括刀盘、刀盘挡件、圆弧摩擦件、摩擦件支座、电动推杆、刀盘轴、圆盘挡板、导向平键、圆柱销、磁铁安装座、圆盘磁铁、吸盘轴、压簧、螺钉、带滚动轴承的轴承座，其特征是：刀盘轴前端开有一个中心盲孔，在接近盲孔尾部垂直于中心盲孔加工了一个U形槽，刀盘、圆盘挡板、压簧依次从刀盘轴前端装入，直至刀盘靠紧刀盘轴上的轴环，然后分别从刀盘轴两端装入带滚动轴承的轴承座；将吸盘轴插入刀盘轴的中心盲孔中，圆柱销分别穿过圆盘挡板上的径向孔、刀盘轴上的U形槽、吸盘轴上的圆孔、刀盘轴上的U形槽和圆盘挡板上的径向孔后，用两个螺钉将圆盘挡板紧固在刀盘上；在吸盘轴前面安装有磁铁安装座，圆盘磁铁固定在磁铁安装座上，安装好圆盘磁铁的端面与吸盘轴端面的间距为L2；在刀盘左侧的机架上装有摩擦件支座、电动推杆，摩擦件支座的孔中置有圆弧摩擦件，圆弧摩擦件一头与电动推杆铰接，另一头与刀盘外圆相对；与竹筒正对的刀盘背面设置了一个刀盘挡件，刀盘挡件与刀盘背面的间距为L1。剖竹前，竹筒由输送机构从机架左侧送入两个V形支撑中，竹筒在送入到两个V形支撑的过程中，由测量装置测出竹筒小头直径，控制系统根椐测量出的竹筒小头直径和要求剖开竹条的宽度计算出竹筒能剖开的竹条片数后，步进电机经蜗杆减速器带动刀盘转动，将与被测竹筒小头直径对应的竹筒对心机构与剖竹组合刀转到与竹筒正对的位置，与此同时，电动推杆动作，带动圆弧摩擦件压向刀盘，使刀盘急停，延时0.2秒后，电动推杆反向动作，带动圆弧摩擦件离开刀盘，接着圆盘磁铁通电，对吸盘轴产生吸力，吸盘轴通过圆柱销带动圆盘挡板和刀盘向前移动，吸合动作完成后，刀盘背面紧贴刀盘挡件，接着推板将竹筒推向竹筒对心机构与剖竹组合刀，竹筒被等分剖开，待推板回到机架尾部后，圆盘磁铁断电，对吸盘轴的吸力消失，在压簧的推动下，圆盘挡板、圆柱销分别使刀盘和吸盘轴相对于刀盘轴移动，直到刀盘靠紧刀盘轴上的轴环，此时，刀盘挡件与刀盘背面的间距回到L1，圆盘磁铁端面与吸盘轴端面的间距回到L2。所述的导向平键与刀盘轴上的键槽为过盈配合、与刀盘轮毂中的键槽为间隙配合，刀盘毂孔与刀盘轴之间为间隙配合。所述的压簧安装后所能产生的推力必须大于刀盘相对于刀盘轴移动时，毂孔与刀盘轴轴颈、毂孔中键槽与导向平键两侧、吸盘轴与刀盘轴中心盲孔之间的摩擦力之和。由于刀盘背面和刀盘挡件的加工误差、安装误差和初期使用后的微变形量约为200um，所以在刀盘安装好后，在刀盘挡件的安装位置将刀盘挡件贴紧刀盘背面，然后慢慢转动刀盘一周，找出刀盘背面离刀盘挡件最近的位置(其方法是：若刀盘转动一周，刀盘挡件未移动，说明刀盘背面与刀盘挡件最初的接触位置为最近的位置；若刀盘转动一周，刀盘挡件已移动，说明使刀盘挡件移动到此位置的刀盘背面是最近的位置)，此位置应作为刀盘挡件的安装位置，但是，为保证换刀时，刀盘背面与刀盘挡件之间不产生摩擦力，就应使刀盘背面与刀盘挡件不接触，那就必须在刀盘背面离刀盘挡件最近的位置之间有一定的间隙L1，本设计确定此间隙为：L1＝0.2mm，所以装在刀盘上的6把剖竹组合刀处的刀盘背面距刀盘挡件之间的间距是变化的，其间距的变化范围为0.2-0.4mm。为保证换刀时6把不同刀片数的剖竹组合刀分别转至与刀盘挡件对应的位置时都能紧贴刀盘挡件，所以，安装好后的圆盘磁铁端面与吸盘轴端面之间的间距L2＝0.4mm，并保证两端面平行且圆盘磁铁与吸盘轴同心。所述的圆盘磁铁与吸盘轴间距为0.4mm时，圆盘磁铁所能产生的吸力必须大于压簧安装后再压缩0.4mm时所产生的推力加上刀盘相对于刀盘轴移动时，毂孔与刀盘轴轴颈、毂孔中键槽与导向平键两侧、吸盘轴与刀盘轴中心盲孔之间的摩擦力之和；所设计的吸盘轴端面直径等于圆盘磁铁的端面直径。所述的圆弧摩擦件由圆弧件和导向杆焊接而成，焊接时圆弧件相对于导向杆对称布置；导向杆置于摩擦件支座中，两者为间隙配合，导向杆伸出端与电动推杆铰接，圆弧件内侧粘贴有一层橡胶片，粘贴好橡胶片的圆弧件内侧的圆弧半径与刀盘外圆半径相同，导向杆的中心线水平并通过刀盘的中心。所述的刀盘轴上开的U形槽，是为了吸盘轴通过圆柱销带动圆盘挡板和刀盘移动时，圆柱销相对于刀盘轴可移动。本发明的优点与积极效果：根据测量出的竹筒小头直径的大小，需要匹配与之相对应的竹筒对心机构与剖竹组合刀，这就需要刀盘快速转动，将所需的竹筒对心机构与剖竹组合刀转至规定的位置停下；由于在刀盘轴轴系上采用了刀盘可移动的结构，在更换竹筒对心机构与剖竹组合刀前，圆盘磁铁断电，在压簧的推力作用下，刀盘背面与刀盘挡件之间的间距为L1；更换竹筒对心机构与剖竹组合刀工作完成后，刀盘停止转动，圆盘磁铁通电，对吸盘轴端面产生吸力，吸盘轴通过圆柱销带动圆盘挡板使刀盘背面紧贴刀盘挡件，不仅克服了由于加工及安装误差引起的刀盘背面与刀盘挡件之间摩擦力，使刀盘转动轻松，而且在剖竹时又能使刀盘背面与刀盘挡件紧贴，防止了剖竹时巨大的撞击力使刀盘产生变形，提高了刀盘组件的使用寿命；另外，由于在通过刀盘中心左侧采用了由电动推杆带动的圆弧摩擦件，只要协调好电动推杆、圆盘磁铁和步进电机之间的通断电时间，就能准确地让当下的竹筒对心机构与剖竹组合刀转至规定的位置准确停下。附图说明：下面结合附图和实施例对本发明进一步说明图1为现有数控剖竹机府视图图2为改进后数控剖竹机的府视图，主要表示刀盘轴系结构上的变化和刀盘摩擦锁紧机构的位置图3为换刀机构的局部放大图，表示刀盘转动时，刀盘背面和吸盘轴端面分别与刀盘挡件和圆盘磁铁之间的间距为L1和L2，及刀盘轴系各零件之间的相互位置关系图4为换刀机构的局部放大图，表示换刀结束后剖竹时，刀盘背面与刀盘挡件紧贴及刀盘轴系各零件之间的相互位置关系图5为圆弧摩擦件压紧刀盘外圆时电动推杆和圆弧摩擦件的位置图6为圆弧摩擦件离开刀盘时的电动推杆和圆弧摩擦件的位置图7为刀盘轴轴系的局部放大图图8为圆盘挡板的端面视图图中：1、推板2、驱动链3、竹筒4、竹筒V形支撑5、蜗杆减速器6、步进电机7、竹筒对心机构与剖竹组合刀8、刀盘9、刀盘挡件10、圆弧摩擦件11、摩擦件支座12、电动推杆13、刀盘轴14、圆盘挡板15、导向平键16、圆柱销17、磁铁支座18、圆盘磁铁19、吸盘轴20、压簧21、螺钉22、带滚动轴承的轴承座具体实施方式：所述的数控剖竹机换刀机构中，刀盘轴13前端开有一个中心盲孔，在接近盲孔尾部垂直于中心盲孔加工了一个U形槽，刀盘8、圆盘挡板14、压簧20依次从刀盘轴13前端装入，直至刀盘8靠紧刀盘轴13上的轴环，然后分别从刀盘轴13两端装入带滚动轴承的轴承座22；将吸盘轴19插入刀盘轴13的中心盲孔中，圆柱销16分别穿过圆盘挡板14上的径向孔、刀盘轴13上的U形槽、吸盘轴19上的圆孔、刀盘轴13上的U形槽和圆盘挡板14上的径向孔后，用两个螺钉21将圆盘挡板14紧固在刀盘8上；在吸盘轴19前面安装有磁铁安装座17，圆盘磁铁18固定在磁铁安装座17上，安装好圆盘磁铁18后的端面与吸盘轴19端面的间距为L2，其间距为0.4mm；在刀盘8左侧的机架上装有摩擦件支座11、电动推杆12，摩擦件支座11的孔中置有圆弧摩擦件10，圆弧摩擦件10一头与电动推杆12铰接，另一头与刀盘8外圆相对；与竹筒3正对的刀盘8背面设置了一个刀盘挡件9，刀盘挡件9与刀盘8背面的间距为L1，其中，刀盘挡件9与刀盘8背面的最小间距为0.2mm。剖竹前，竹筒3由输送机构从机架左侧送入两个V形支撑4中，竹筒3在送入到两个V形支撑4的过程中，由测量装置测出竹筒3小头直径，控制系统根椐测量出的竹筒3小头直径和要求剖开竹条的宽度计算出竹筒3能剖开的竹条片数后，步进电机6经蜗杆减速器5带动刀盘8转动，将与被测竹筒3小头直径对应的竹筒对心机构与剖竹组合刀7转至与竹筒3正对的位置，与此同时，电动推杆12动作，带动圆弧摩擦件10压向刀盘8，使刀盘8急停，延时0.2秒后，电动推杆12反向动作，带动圆弧摩擦件10离开刀盘8，接着圆盘磁铁18通电，对吸盘轴19产生吸力，吸盘轴19通过圆柱销16、圆盘挡板14带动刀盘8向前移动，吸合动作完成后，刀盘8背面紧贴刀盘挡件9，接着推板1将竹筒3推向竹筒对心机构与剖竹组合刀7，竹筒3被等分剖开，待推板1回到接近机架尾部时，圆盘磁铁18断电，对吸盘轴19的吸力消失，在压簧20的推动下，圆盘挡板14、圆柱销16分别使刀盘8和吸盘轴19相对于刀盘轴13移动，直到刀盘8靠紧刀盘轴13上的轴环，此时，刀盘挡件9与刀盘8背面的间距回到L1，圆盘磁铁18端面与吸盘轴19端面的间距回到L2所述的导向平键15与刀盘轴13上的键槽为过盈配合、与刀盘8轮毂中的键槽为间隙配合，刀盘8与刀盘轴13之间为间隙配合。所述的压簧20安装后所能产生的推力必须大于刀盘8相对于刀盘轴13移动时，毂孔与刀盘轴13轴颈、毂孔中键槽与导向平键15两侧、吸盘轴19与刀盘轴13中心盲孔之间的摩擦力之和。由于刀盘8背面和刀盘挡件9的加工误差、安装误差和初期使用后的微变形量约为200um，所以在刀盘8安装好后，在刀盘挡件9的安装位置将刀盘挡件9贴紧刀盘8背面，然后慢慢转动刀盘8一周，找出刀盘8背面离刀盘挡件9最近的位置(其方法是：若刀盘8转动一周，刀盘挡件9未移动，说明刀盘8背面与刀盘挡件9最初的接触位置为最近的位置；若刀盘8转动一周，刀盘挡件9已移动，说明使刀盘挡件9移动到此位置的刀盘8背面是最近的位置)，此位置应作为刀盘8挡件的安装位置；为保证换刀时，刀盘8背面与刀盘挡件9之间不产生摩擦力，就应使刀盘8背面与刀盘挡件9不接触，那就必须在刀盘8背面离刀盘挡件9最近的位置之间有一定的间隙，本设计确定此间隙为：L1＝0.2mm，所以装在刀盘8上的6把剖竹组合刀处的刀盘8背面距刀盘挡件9之间的间距是变化的，其间距的变化范围为0.2-0.4mm。为保证换刀时6把不同刀片数的剖竹组合刀分别转至与刀盘挡件9对应的位置时都能紧贴刀盘挡件9，所以，安装好后的圆盘磁铁18端面与吸盘轴19端面之间的间距L2＝0.4mm，并保证两端面平行且圆盘磁铁18与吸盘轴19同心。所述的圆盘磁铁18与吸盘轴19间距为0.4mm时，圆盘磁铁18所能产生的吸力必须大于压簧20安装后再压缩0.4mm时所产生的推力加上刀盘8相对于刀盘轴13移动时，毂孔与刀盘轴13轴颈、毂孔中键槽与导向平键15两侧、吸盘轴19与刀盘轴13中心盲孔之间的摩擦力之和；所设计的吸盘轴19端面直径等于圆盘磁铁18的端面直径。所述的圆弧摩擦件10由圆弧件和导向杆焊接而成，焊接时圆弧件相对于导向杆对称布置；导向杆置于摩擦件支座11中，两者为间隙配合，导向杆伸出端与电动推杆12铰接，圆弧件内侧粘贴有一层橡胶片，粘贴好橡胶片的圆弧件内侧的圆弧半径与刀盘8外圆半径相同，导向杆的中心线水平并通过刀盘8的中心。所述的刀盘轴13上开的U形槽，是为了吸盘轴19通过圆柱销16带动圆盘挡板14和刀盘8移动时，圆柱销16相对于刀盘轴13可移动。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。当前第1页1 2 3