【專利】自動換刀裝置-中文翻譯

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南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯系： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 陶翔 學(xué) 號： 060104219 外文出處： United States Patent Application 20010037888 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語：譯文基本上翻譯出原文的意思，邏輯層次清楚，具有條理，語句通暢，大體符合中文的表達(dá)習(xí)慣，翻譯質(zhì)量尚可。但是，一些中文表達(dá)欠妥當(dāng)，個別專業(yè)術(shù)語翻譯的不夠準(zhǔn)確。簽名： 年 月 日(用外文寫)注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件 1：外文資料翻譯譯文自動換刀裝置摘要:所提出的發(fā)明提供了一個自動換刀裝置,它適用于探測凸輪從動件軸承服務(wù)壽命的結(jié)束以便系統(tǒng)地更換軸承。自動換刀裝置包括：換刀機構(gòu)（26） ，它包括轉(zhuǎn)軸、固定在轉(zhuǎn)軸的換刀臂、依附于轉(zhuǎn)軸的凸輪從動件，并且有由軸承支撐的可旋轉(zhuǎn)嚙合滾輪、與凸輪從動輪的嚙合滾輪相嚙合的凸輪和驅(qū)動凸輪的驅(qū)動裝置以及控制換刀機構(gòu)操作的控制部分（57 ） 。換刀裝置進(jìn)而由服務(wù)壽命終結(jié)探測部分組成，探測部分用于計數(shù)換刀裝置（26 ）操作次數(shù)，并且判斷計數(shù)值是否達(dá)到作為軸承服務(wù)壽命終結(jié)探測基礎(chǔ)的參考操作次數(shù)。采用如此布置，維護(hù)能夠通過判定凸輪從動輪軸承服務(wù)壽命的終結(jié)而系統(tǒng)地進(jìn)行。發(fā)明背景:【0001】1. 發(fā)明領(lǐng)域【0002】提出的發(fā)明為機床自動換刀裝置，特別適用于旋轉(zhuǎn)凸輪和凸輪從動件嚙合機構(gòu)的自動換刀臂。【0003】2. 前景技術(shù)描述【0004】下面闡述帶一個自動換刀裝置的典型機床，如圖 3-5 所示。插圖 3 說明機床 12 是一個立式加工中心。機床 12 包括：床身 13;垂直于床身 13 的立柱 14；用立柱 14 支撐的主軸箱 15 為垂直可移動式；主軸 16 由主軸箱 15 支撐，并沿其軸線旋轉(zhuǎn)；工作臺 17 裝于主軸 16 下方，在床身 13 上；刀具庫 21 裝配在主軸箱15 左邊;換刀機構(gòu)在刀具庫 21 下端，用以換下軸 16 用的刀具 T，并存放在刀具庫21 的保持架 23 中；如圖 5 所示為數(shù)控裝置 50，它用于控制機床各部件。【0005】刀具庫 21 包括：多個保持架 23，用于保持刀具固定裝置 TH;在預(yù)定的時間間隔，用一個保持架盤 24 來固定保持架 23；用蓋子 22 保護(hù)保持架 23 和保持架盤。【0006】如圖 4 所示,換刀機構(gòu) 26 包括：一個轉(zhuǎn)軸 27 與主軸 16 保持平行 (見圖 3)；一個換刀臂 28 安裝在轉(zhuǎn)軸 27 下端，在 28 的兩端持有刀具。由輥形凸輪從動件 33圍繞轉(zhuǎn)軸 27 外圓周旋轉(zhuǎn)，提供一個圍繞中心軸線的有預(yù)定角度間隔的旋轉(zhuǎn)。杠桿凸輪從動件 34 在接觸輥 33 下方，參與控制轉(zhuǎn)軸 27 的旋轉(zhuǎn)?；∶嫱馆?35 在外周長的導(dǎo)向槽嚙合接觸輥 33，導(dǎo)槽從側(cè)面嚙合杠桿件 34；齒輪 41 完整固定在弧面凸輪 35 上；馬達(dá) 36 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力通過傳動裝置 38、39 驅(qū)動齒輪 41。接觸輥 33包括由軸承支撐的可旋轉(zhuǎn)輥并與弧面凸輪 35 嚙合。杠桿件 34 包括由軸承支撐的接觸輥，在弧面凸輪 35 的側(cè)面與導(dǎo)向槽嚙合?！?007】這種布局下，馬達(dá) 36 的動力通過傳動裝置 38、39、41 驅(qū)動弧面凸輪 35繞其軸線旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸 27 繞軸線旋轉(zhuǎn)通過接觸輥 33 的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)，接觸輥 33 與杠桿件 34 嚙合于弧面凸輪 35。轉(zhuǎn)軸 27 旋轉(zhuǎn)使換刀臂 28 進(jìn)行后文將描述的換刀操作?！?008】如圖 5 所示，數(shù)控裝置 50 包括計算機化數(shù)字控制裝置（CNC）54，可編程控制器（PLC）55，輸入/輸出接口 56 等。通過輸入/輸出接口 56 連接外部控制電路 51。外部控制電路 51 連接到操作面板 52,換刀裝置 26 等?！?009】CNC54 執(zhí)行預(yù)儲存的加工指令來控制機床 12 的基本操作，比如主軸箱 15和工作臺 17 的軸向移動，CRT 顯示器上 11 的數(shù)據(jù)顯示。PLC55 包含換刀控制部分57 等，并控制機床 12 的輔助動作，如刀具庫 21 的操作和換刀裝置 26 等。CRT 顯示器 11 顯示加工程序和刀具當(dāng)前坐標(biāo)位置?！?010】如上所述，換刀控制部分 57 通過控制線路 51 控制換刀機構(gòu) 26 動作。換刀控制部分 57 驅(qū)動換刀裝置 26 響應(yīng) CNC 54 的換刀指令。換刀指令可由操作面板52 手工輸入，作為預(yù)存指令。如此，從操作面板 52 輸入指令，由控制線路傳輸?shù)紺NC 54、輸入/輸出接口 56 和 PLC 55。然后，CNC54 發(fā)出換刀指令，傳到換刀控制部分 57，控制部分 57 接受指令后控制換刀裝置 26 進(jìn)行換刀。【0011】自動換刀裝置由換刀裝置 26 和換刀控制部分 57 等構(gòu)成。在自動換刀裝置控制下裝夾在主軸１６上的刀具Ｔ與另一把刀具依如下方式自動交換?！?012】首先，在刀具庫２１中存放刀架ＴＨ的保持架２３被移動到換刀位置準(zhǔn)備換刀。然后，接觸輥３３帶動轉(zhuǎn)軸２７按正常方向轉(zhuǎn)過９０度角。換刀臂２８隨轉(zhuǎn)軸２７一起旋轉(zhuǎn)９０度，刀架ＴＨ與主軸１６依附（以下簡稱當(dāng)前刀架），另一刀架ＴＨ在保持架２３里（以下簡稱下一刀架），各自由換刀臂 28 的兩端夾持?！?013】接著，杠桿件３４使轉(zhuǎn)軸 27 旋轉(zhuǎn)，換刀臂 28 所持的當(dāng)前刀架ＴＨ和下一個刀架ＴＨ把持用換刀臂２８各自從主軸１６和保持架２３移開。之后，接觸輥 33 接著轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸 27 按正常方向轉(zhuǎn) 180 度，杠桿件 34 縮回轉(zhuǎn)軸 27。于是，下一個刀架 TH 依附于主軸 16，當(dāng)前刀架 TH 留在保持架 23 里。【0014】接觸輥 33 帶動轉(zhuǎn)軸 27 反向旋轉(zhuǎn) 90 度將轉(zhuǎn)軸 27 返回初始位置。然后，保持架 23 移動到先前位置，蓋上端蓋 22。于是，依附于主軸 16 的當(dāng)前刀架 TH 已和下一刀架 TH 交換并存放進(jìn)刀具庫 21 中?！?015】以上所述，凸輪從動輪 33、34 都使用軸承，而軸承只有很短的耐久壽命。然而，傳統(tǒng)換刀裝置不能探測軸承壽命。因此，凸輪從動輪 33、34 的使用壽命可能在換刀操作中由于軸承破損而終結(jié)。凸輪從動件 33、34 的作業(yè)條件不利于延長其使用壽命?！?016】凸輪從動件失效的原因，是對軸承壽命過于依賴。必須及時修復(fù)破損零件。這些不利條件降低了機床的實用性。在新軸承到貨前換刀裝置無法工作。再一次降低了機床的實用性?！?017】考慮到前述問題，提出的發(fā)明使該裝置能自動探測軸承的使用壽命，以便有計劃地更換新軸承。發(fā)明的摘要：【0018】所提出的發(fā)明達(dá)到了上述對象的目標(biāo)，提出了一個自動換刀裝置，包含一個機械換刀裝置，其中有一個有支撐架的轉(zhuǎn)軸，一個安裝在轉(zhuǎn)軸上的換刀臂，一個凸輪從動件為可旋轉(zhuǎn)的接觸輥，由軸承支撐，一個有導(dǎo)向槽的凸輪，為接觸輥導(dǎo)向。驅(qū)動方式為驅(qū)動凸輪，然后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸，以及（或）通過依附于凸輪的凸輪從動件轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸；一個控制單元控制換刀裝置進(jìn)行換刀；一個壽命檢測裝置，計算已進(jìn)行的換刀次數(shù)，當(dāng)次數(shù)到達(dá)預(yù)定操作次數(shù)時，判定凸輪從動件上的軸承壽命已到?！?019】所提出的發(fā)明的自動換刀裝置，它的使用壽命是通過對換刀次數(shù)的計數(shù)來實現(xiàn)，當(dāng)計數(shù)值將近預(yù)定理論值時，可估計凸輪從動件上的軸承壽命將至。【0020】假使軸承工作時負(fù)載恒定，軸承的壽命可以在累計操作時間基礎(chǔ)上估計而得。如果凸輪從動件上軸承的負(fù)載已知（可以由設(shè)計的理論負(fù)載確定），理論運作時間為軸承壽命的理論計算結(jié)果。必須是每次換刀時間穩(wěn)定，且容易測量。軸承在換刀時的運作時間可以通過實驗測定或理論計算得知?！?021】因此，軸承的累計運作時間能通過計算換刀次數(shù)間接獲得，軸承的壽命能參考累計換刀運作時間。所提出的發(fā)明中，換刀操作在軸承壽命結(jié)束之前執(zhí)行了多少次，能通過理論計算軸承在每次換刀中的工作時間初步估計而知。換刀次數(shù)可計數(shù)，當(dāng)次數(shù)接近操作參考值時，判定壽命到期?！?022】由于依照提出的發(fā)明，軸承壽命可以檢測，維護(hù)工作可以有計劃地展開，只要在舊軸承壽命終結(jié)前及時換上備用新軸承就可以了。通過工作閑時進(jìn)行有計劃且有效的維護(hù)工作，機床的實用性將大大提高。因此，機床實用性的降低現(xiàn)象將不復(fù)存在。因為導(dǎo)致機床壽命減小的因素將被消除。機床換刀時軸承運作，軸承運作慢慢磨損，導(dǎo)致壽命降低。若非如此，臨時機床修復(fù)將耗費很長時間?！?023】當(dāng)前提出的自動換刀裝置中，換刀裝置適合執(zhí)行不同刀具直徑條件下的換刀操作，壽命檢測部分用增量計數(shù)原理計算換刀操作的次數(shù)?！?024】在一些機床中，換刀方式由于刀具直徑而不一樣。直徑不同的刀具（一個大直徑和一個小直徑）互換，軸上用過的刀具先回到刀具庫然后另一個被夾出來。如此，在換刀過程中裝置運行了兩次。那些直徑相同的刀具（直徑同大同?。┗Q時，換刀裝置只要開動一次?！?025】在這些情況下，換刀裝置的壽命不能簡單的參考數(shù)換刀次數(shù)和單次換刀時間來正確計算，因為軸承在刀具直徑不同時換刀引起的磨損是刀具直徑相同時的兩倍。因此，計數(shù)的增量應(yīng)該依照要求執(zhí)行換刀的次數(shù)。確切地說，刀具直徑不同時進(jìn)行換刀，計兩次換刀,刀具直徑相同時，計一次換刀。因此，軸承磨損程度還是可以精確計算出來，換刀情況異同引起的換刀次數(shù)已經(jīng)被詳細(xì)地考慮到了。因此，服務(wù)壽命能精確地檢測?！?026】該自動換刀裝置還能在顯示屏上顯示當(dāng)前使用時間與總壽命的比例值?！?027】如此設(shè)置，顯示屏以圖示顯示出當(dāng)前壽命值與參考壽命比值。所以操作員可以一眼看出軸承磨損程度。通過日常監(jiān)測，維護(hù)保養(yǎng)計劃能輕松制定。插圖簡述：【0028】圖 1 用框圖描述數(shù)控裝置和所提出發(fā)明的機床；【0029】圖 2 以簡圖顯示典型的 CRT 顯示屏，顯示機床相關(guān)信息；【0030】圖 3 是一般的機床的整體主視圖圖解；【0031】圖 4 關(guān)于圖 3 的部分重要細(xì)節(jié)詳圖；【0032】圖 5 是常見機床數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)圖。首先具體化的描述：【0033】下面將參考附圖詳細(xì)描述所提出的可自動換刀的機床。圖 1 是具體描述發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)及其機床；圖 2 是一個典型的 CRT 顯示器顯示圖。機床是由典型自動換刀的機床改進(jìn)而來，原機床如圖 3-5 所示，數(shù)控系統(tǒng)與原機床有所差別。因此，與參考機床（圖 3-5）相同細(xì)節(jié)不再累贅，而是引用來描述圖 1 和圖 2?！?034】如圖 1 所示，數(shù)控裝置 1 包括 PLC 6 與 PLC 55 結(jié)構(gòu)有所不同，PLC 6 有附加功能，更包含顯示控制部分 10 和壽命測定系統(tǒng) 9。【0035】壽命檢定部分 9 對換刀裝置 26 已進(jìn)行的換刀次數(shù)計數(shù)。具體來說，壽命測定系統(tǒng) 9 在收到 CNC54 的換刀命令時進(jìn)行增量計數(shù)，然后比較預(yù)定參考值，判斷是否相接近。如果結(jié)論是計數(shù)值已近參考，則壽命將終的信號發(fā)至顯示控制部分 10。【0036】這些參考價值在此意味著凸輪從動件 33、34 上的軸承壽命通過換刀工作時間來估計。該值可以通過以下方式確定，并在壽命測定系統(tǒng) 9 中儲存數(shù)據(jù)信息。【0037】首先，操作時間（服務(wù)期）L 在磨損直到壽命期到來前，凸輪從動輪33、34 上的每個軸承壽命能通過以下公式計算：L= ( a ×C )/( F × N 0.3 )【0038】其中 a 是一個常數(shù)，C 是軸承的額定載荷（常數(shù)）， F 是軸承的額外負(fù)載，而 N 是軸承旋轉(zhuǎn)的次數(shù)?！?039】然后，每個軸承在換刀操作執(zhí)行時的工作時間可以通過實驗或理論計算得出。通過上述方程式計算的服務(wù)期限被每次換刀操作時軸承的運作時間均分。因此，服務(wù)期限到來前已換刀執(zhí)行的次數(shù)將用來判斷每個軸承的磨損情況。數(shù)據(jù)最小的每一部分決定每個軸承按標(biāo)準(zhǔn)使用的情況?！?040】 數(shù)顯控制部分 10 收到計數(shù)信息和從標(biāo)準(zhǔn)壽命測定系統(tǒng) 9 那里得到的參考值，CNC 54 控制 CRT 11 顯示，得到如圖 2 所示的比例值。并且，數(shù)顯控制部分10 控制 CRT 11 顯示軸承壽命到期信息，指示更換軸承。在圖 2 所示的顯示屏中，參考數(shù)據(jù)顯示為當(dāng)前計數(shù)值和使用壽命之比（%）。因此，操作員能輕松判斷軸承磨損程度。【0041】在當(dāng)前發(fā)明中的擁有自動換刀系統(tǒng)的機床數(shù)控裝置 1 中，壽命測定系統(tǒng)9 是在接受到機床的換刀命令的時進(jìn)行計數(shù)的，換刀信號由 CNC 54 發(fā)出，在執(zhí)行換刀命令或進(jìn)行人工操作時傳至 PLC 6。然后，壽命測定系統(tǒng) 9 比較計數(shù)值與預(yù)定參考值，判斷是否數(shù)值已到。【0042】如果壽命測定系統(tǒng) 9 判斷計數(shù)值已達(dá)參考值，發(fā)出信息在 CRT 11 上顯示要求更換軸承。并詳細(xì)地如圖 2 所示，計數(shù)值與參考值的比例數(shù)據(jù)將明確顯示在CRT 11 上，所以操作員很容易就知道軸承磨損狀況?！?043】通過以上詳細(xì)描述，軸承壽命由壽命測定系統(tǒng) 9 來確定。因此，若預(yù)備了備用軸承，維護(hù)工作便能在工作閑時有效地進(jìn)行。機床的實用性在有效地維護(hù)下大大提高。因為軸承的磨損情況在 CRT 11 上能顯示出來，軸承壽命在日常監(jiān)控下輕松檢定。因此，維護(hù)計劃的制定方便且有效。【0044】在此前提下，支座軸承的壽命信息顯示在 CRT 11 上，隨時提醒操作人員及時更換軸承，還可以為其增加一個警報鈴聲或警報音?！?045】在一些機床中，換刀裝置執(zhí)行換刀的方式取決于刀具的直徑。那些不同直徑的刀具進(jìn)行換刀時，裝夾在主軸 16 上的刀具 T 回到刀具庫 21，然后下一把刀具庫中的刀具 T 換到主軸 16 上。因此，換刀裝置 26 進(jìn)行了兩次操作。那些相同直徑的刀具進(jìn)行換刀時，換刀裝置只需進(jìn)行一次操作?！?046】這種情況下，使用壽命不能通過比較換刀操作次數(shù)和參考值來準(zhǔn)確地計算，因為在換刀條件不同時，軸承磨損是不同的，刀具直徑不同，軸承兩次工作，刀具直徑相同則一次工作?！?047】因此，刀具壽命測定系統(tǒng) 9 將根據(jù)換刀具體情況的情況來計數(shù)。具體說來，換刀時，刀具直徑不同兩次計數(shù)，刀具直徑相同一次計數(shù)，按照這樣的規(guī)律進(jìn)行計數(shù)。因此，準(zhǔn)確的計數(shù)方式確保了軸承磨損的計算也準(zhǔn)確，服務(wù)期也能精確測定。要求：1.自動換刀裝置包括：換刀控制裝置包括一個可旋轉(zhuǎn)的主軸，一個換刀臂附于可旋轉(zhuǎn)的主軸上，一個有接觸輥的凸輪從動件，它由軸承支撐著旋轉(zhuǎn)，并與主軸嚙合。一個有導(dǎo)向槽的凸輪，與凸輪從動件嚙合。驅(qū)動方式為驅(qū)動凸輪，轉(zhuǎn)動主軸，或通過與凸輪相嚙合的凸輪從動件轉(zhuǎn)動主軸，依次方式傳輸動力。一個控制裝置，控制控制換刀裝置換刀。還有一個壽命測定系統(tǒng)，對換刀裝置進(jìn)行換刀次數(shù)的計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到參考壽命值時，判斷軸承壽命已至。2.如要求 1 所述的自動換刀裝置，換刀裝置適合執(zhí)行不同條件的換刀操作，取決于所需交換的刀具的直徑是否相同，壽命測定系統(tǒng)對換刀裝置操作次數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計數(shù)，據(jù)此判斷支撐軸承的工作壽命。3.如要求 1 和 2 所述的自動換刀裝置包括一個顯示設(shè)備，顯示當(dāng)前工作時間和理論參考壽命的比例。附件 2：外文原文