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南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯系： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 陶翔 學(xué) 號(hào)： 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(píng)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(gè)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(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。附件 1：外文資料翻譯譯文自動(dòng)換刀裝置摘要:所提出的發(fā)明提供了一個(gè)自動(dòng)換刀裝置,它適用于探測(cè)凸輪從動(dòng)件軸承服務(wù)壽命的結(jié)束以便系統(tǒng)地更換軸承。自動(dòng)換刀裝置包括：換刀機(jī)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(dòng)件，并且有由軸承支撐的可旋轉(zhuǎn)嚙合滾輪、與凸輪從動(dòng)輪的嚙合滾輪相嚙合的凸輪和驅(qū)動(dòng)凸輪的驅(qū)動(dòng)裝置以及控制換刀機(jī)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(cè)部分組成，探測(cè)部分用于計(jì)數(shù)換刀裝置（26 ）操作次數(shù)，并且判斷計(jì)數(shù)值是否達(dá)到作為軸承服務(wù)壽命終結(jié)探測(cè)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(dòng)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(jī)床自動(dòng)換刀裝置，特別適用于旋轉(zhuǎn)凸輪和凸輪從動(dòng)件嚙合機(jī)構(gòu)的自動(dòng)換刀臂?！?003】2. 前景技術(shù)描述【0004】下面闡述帶一個(gè)自動(dòng)換刀裝置的典型機(jī)床，如圖 3-5 所示。插圖 3 說明機(jī)床 12 是一個(gè)立式加工中心。機(jī)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(dòng)式；主軸 16 由主軸箱 15 支撐，并沿其軸線旋轉(zhuǎn)；工作臺(tái) 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(jī)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(jī)床各部件。【0005】刀具庫 21 包括：多個(gè)保持架 23，用于保持刀具固定裝置 TH;在預(yù)定的時(shí)間間隔，用一個(gè)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?！?006】如圖 4 所示,換刀機(jī)構(gòu) 26 包括：一個(gè)轉(zhuǎn)軸 27 與主軸 16 保持平行 (見圖 3)；一個(gè)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(dòng)件 33圍繞轉(zhuǎn)軸 27 外圓周旋轉(zhuǎn)，提供一個(gè)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(dòng)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(dòng)力通過傳動(dòng)裝置 38、39 驅(qū)動(dòng)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(dòng)力通過傳動(dòng)裝置 38、39、41 驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jì)算機(jī)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(chǔ)存的加工指令來控制機(jī)床 12 的基本操作，比如主軸箱 15和工作臺(tái) 17 的軸向移動(dòng)，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(jī)床 12 的輔助動(dòng)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(jī)構(gòu) 26 動(dòng)作。換刀控制部分 57 驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)交換?！?012】首先，在刀具庫２１中存放刀架ＴＨ的保持架２３被移動(dòng)到換刀位置準(zhǔn)備換刀。然后，接觸輥３３帶動(dòng)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。【0013】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(gè)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(cè)軸承壽命。因此，凸輪從動(dòng)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(dòng)件 33、34 的作業(yè)條件不利于延長其使用壽命?！?016】凸輪從動(dòng)件失效的原因，是對(duì)軸承壽命過于依賴。必須及時(shí)修復(fù)破損零件。這些不利條件降低了機(jī)床的實(shí)用性。在新軸承到貨前換刀裝置無法工作。再一次降低了機(jī)床的實(shí)用性。【0017】考慮到前述問題，提出的發(fā)明使該裝置能自動(dòng)探測(cè)軸承的使用壽命，以便有計(jì)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(duì)象的目標(biāo)，提出了一個(gè)自動(dòng)換刀裝置，包含一個(gè)機(jī)械換刀裝置，其中有一個(gè)有支撐架的轉(zhuǎn)軸，一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)軸上的換刀臂，一個(gè)凸輪從動(dòng)件為可旋轉(zhuǎn)的接觸輥，由軸承支撐，一個(gè)有導(dǎo)向槽的凸輪，為接觸輥導(dǎo)向。驅(qū)動(dòng)方式為驅(qū)動(dòng)凸輪，然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸，以及（或）通過依附于凸輪的凸輪從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸；一個(gè)控制單元控制換刀裝置進(jìn)行換刀；一個(gè)壽命檢測(cè)裝置，計(jì)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(shí)，判定凸輪從動(dòng)件上的軸承壽命已到。【0019】所提出的發(fā)明的自動(dòng)換刀裝置，它的使用壽命是通過對(duì)換刀次數(shù)的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)計(jì)數(shù)值將近預(yù)定理論值時(shí)，可估計(jì)凸輪從動(dòng)件上的軸承壽命將至?！?020】假使軸承工作時(shí)負(fù)載恒定，軸承的壽命可以在累計(jì)操作時(shí)間基礎(chǔ)上估計(jì)而得。如果凸輪從動(dòng)件上軸承的負(fù)載已知（可以由設(shè)計(jì)的理論負(fù)載確定），理論運(yùn)作時(shí)間為軸承壽命的理論計(jì)算結(jié)果。必須是每次換刀時(shí)間穩(wěn)定，且容易測(cè)量。軸承在換刀時(shí)的運(yùn)作時(shí)間可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定或理論計(jì)算得知?！?021】因此，軸承的累計(jì)運(yùn)作時(shí)間能通過計(jì)算換刀次數(shù)間接獲得，軸承的壽命能參考累計(jì)換刀運(yùn)作時(shí)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(jì)算軸承在每次換刀中的工作時(shí)間初步估計(jì)而知。換刀次數(shù)可計(jì)數(shù)，當(dāng)次數(shù)接近操作參考值時(shí)，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(cè)，維護(hù)工作可以有計(jì)劃地展開，只要在舊軸承壽命終結(jié)前及時(shí)換上備用新軸承就可以了。通過工作閑時(shí)進(jìn)行有計(jì)劃且有效的維護(hù)工作，機(jī)床的實(shí)用性將大大提高。因此，機(jī)床實(shí)用性的降低現(xiàn)象將不復(fù)存在。因?yàn)閷?dǎo)致機(jī)床壽命減小的因素將被消除。機(jī)床換刀時(shí)軸承運(yùn)作，軸承運(yùn)作慢慢磨損，導(dǎo)致壽命降低。若非如此，臨時(shí)機(jī)床修復(fù)將耗費(fèi)很長時(shí)間?！?023】當(dāng)前提出的自動(dòng)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(cè)部分用增量計(jì)數(shù)原理計(jì)算換刀操作的次數(shù)?！?024】在一些機(jī)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(gè)大直徑和一個(gè)小直徑）互換，軸上用過的刀具先回到刀具庫然后另一個(gè)被夾出來。如此，在換刀過程中裝置運(yùn)行了兩次。那些直徑相同的刀具（直徑同大同小）互換時(shí)，換刀裝置只要開動(dòng)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(shí)間來正確計(jì)算，因?yàn)檩S承在刀具直徑不同時(shí)換刀引起的磨損是刀具直徑相同時(shí)的兩倍。因此，計(jì)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(shí)進(jìn)行換刀，計(jì)兩次換刀,刀具直徑相同時(shí)，計(jì)一次換刀。因此，軸承磨損程度還是可以精確計(jì)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(cè)。【0026】該自動(dòng)換刀裝置還能在顯示屏上顯示當(dāng)前使用時(shí)間與總壽命的比例值。【0027】如此設(shè)置，顯示屏以圖示顯示出當(dāng)前壽命值與參考?jí)勖戎怠Ｋ圆僮鲉T可以一眼看出軸承磨損程度。通過日常監(jiān)測(cè)，維護(hù)保養(yǎng)計(jì)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(jī)床；【0029】圖 2 以簡圖顯示典型的 CRT 顯示屏，顯示機(jī)床相關(guān)信息；【0030】圖 3 是一般的機(jī)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(jī)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(dòng)換刀的機(jī)床。圖 1 是具體描述發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)及其機(jī)床；圖 2 是一個(gè)典型的 CRT 顯示器顯示圖。機(jī)床是由典型自動(dòng)換刀的機(jī)床改進(jìn)而來，原機(jī)床如圖 3-5 所示，數(shù)控系統(tǒng)與原機(jī)床有所差別。因此，與參考機(jī)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。【0034】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(cè)定系統(tǒng) 9?！?035】壽命檢定部分 9 對(duì)換刀裝置 26 已進(jìn)行的換刀次數(shù)計(jì)數(shù)。具體來說，壽命測(cè)定系統(tǒng) 9 在收到 CNC54 的換刀命令時(shí)進(jìn)行增量計(jì)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(jì)數(shù)值已近參考，則壽命將終的信號(hào)發(fā)至顯示控制部分 10?！?036】這些參考價(jià)值在此意味著凸輪從動(dòng)件 33、34 上的軸承壽命通過換刀工作時(shí)間來估計(jì)。該值可以通過以下方式確定，并在壽命測(cè)定系統(tǒng) 9 中儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息。【0037】首先，操作時(shí)間（服務(wù)期）L 在磨損直到壽命期到來前，凸輪從動(dòng)輪33、34 上的每個(gè)軸承壽命能通過以下公式計(jì)算：L= ( a ×C )/( F × N 0.3 )【0038】其中 a 是一個(gè)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)。【0039】然后，每個(gè)軸承在換刀操作執(zhí)行時(shí)的工作時(shí)間可以通過實(shí)驗(yàn)或理論計(jì)算得出。通過上述方程式計(jì)算的服務(wù)期限被每次換刀操作時(shí)軸承的運(yùn)作時(shí)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(gè)軸承的磨損情況。數(shù)據(jù)最小的每一部分決定每個(gè)軸承按標(biāo)準(zhǔn)使用的情況?！?040】 數(shù)顯控制部分 10 收到計(jì)數(shù)信息和從標(biāo)準(zhǔn)壽命測(cè)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(jì)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(dòng)換刀系統(tǒng)的機(jī)床數(shù)控裝置 1 中，壽命測(cè)定系統(tǒng)9 是在接受到機(jī)床的換刀命令的時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)的，換刀信號(hào)由 CNC 54 發(fā)出，在執(zhí)行換刀命令或進(jìn)行人工操作時(shí)傳至 PLC 6。然后，壽命測(cè)定系統(tǒng) 9 比較計(jì)數(shù)值與預(yù)定參考值，判斷是否數(shù)值已到?！?042】如果壽命測(cè)定系統(tǒng) 9 判斷計(jì)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(jì)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(cè)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(shí)有效地進(jìn)行。機(jī)床的實(shí)用性在有效地維護(hù)下大大提高。因?yàn)檩S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(jì)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(shí)提醒操作人員及時(shí)更換軸承，還可以為其增加一個(gè)警報(bào)鈴聲或警報(bào)音?！?045】在一些機(jī)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(shí)，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(shí)，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(jì)算，因?yàn)樵趽Q刀條件不同時(shí)，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。【0047】因此，刀具壽命測(cè)定系統(tǒng) 9 將根據(jù)換刀具體情況的情況來計(jì)數(shù)。具體說來，換刀時(shí)，刀具直徑不同兩次計(jì)數(shù)，刀具直徑相同一次計(jì)數(shù)，按照這樣的規(guī)律進(jìn)行計(jì)數(shù)。因此，準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)方式確保了軸承磨損的計(jì)算也準(zhǔn)確，服務(wù)期也能精確測(cè)定。要求：1.自動(dòng)換刀裝置包括：換刀控制裝置包括一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的主軸，一個(gè)換刀臂附于可旋轉(zhuǎn)的主軸上，一個(gè)有接觸輥的凸輪從動(dòng)件，它由軸承支撐著旋轉(zhuǎn)，并與主軸嚙合。一個(gè)有導(dǎo)向槽的凸輪，與凸輪從動(dòng)件嚙合。驅(qū)動(dòng)方式為驅(qū)動(dòng)凸輪，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，或通過與凸輪相嚙合的凸輪從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，依次方式傳輸動(dòng)力。一個(gè)控制裝置，控制控制換刀裝置換刀。還有一個(gè)壽命測(cè)定系統(tǒng)，對(duì)換刀裝置進(jìn)行換刀次數(shù)的計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到參考?jí)勖禃r(shí)，判斷軸承壽命已至。2.如要求 1 所述的自動(dòng)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(cè)定系統(tǒng)對(duì)換刀裝置操作次數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)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(dòng)換刀裝置包括一個(gè)顯示設(shè)備，顯示當(dāng)前工作時(shí)間和理論參考?jí)勖谋壤?。附?2：外文原文