车削加工圆柱体内孔但夹具限位块的设计 3.doc

车削刮板机滚筒内孔夹具限位机构的结构设计熊旭平，孙慧峰平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山 467001摘要：说明了设计限位机构的原因，并通过分析限位机构安装位置的选择，以及因安装的实际需要对限位机构结构设计的要求，同时还说明了限位机构的工作原理。关键词：车削加工；刮板机滚筒内孔；限位机构；结构设计；工作原理中图分类号：TH122 文献标识码：BTurning cylinders inner hole clamp limit mechanism designXIONGXu-ping,SUNHui-fengPingdingshan industrial vocational and technical college, henan pingdingshan 467001Abstract: The article introduces the derivation of reason, limit mechanism limit mechanism installation positions, and because of installation's actual need to limit mechanism structure design requirements and also that the limit mechanism principle of work. Keywords: turning processing, Cylinder inner hole; Limit mechanism; Structure design; Principle of work 1.引言在普通车床上车削加工圆柱体工件，通常都是将工件的一端用用车床卡盘夹紧，在工件的另一端中心钻上中心孔后用车床尾座的顶尖顶住，这样工件在随主轴高速旋转进行车削加工时，工件就不会摆动；但在车削刮板机滚筒内孔时，（后面简称滚筒工件内孔）因车削的是内孔，无法用车床尾座的顶尖顶住滚筒的另一端，通常采取的措施，详见【1】，这些方法各有其利弊，对于加工精度要求较高的内孔工件效果不是很好，有时甚至会出现达不到工件的质量加工要求的局面，若不采取相应措施，工件将以悬臂梁的方式安装在车床上，这样工件若随主轴高速旋转，易引起悬臂端的摆动（具体摆动量的大小与工件的材质、工件悬臂的长度、工件的刚度、主轴的转速及切削量的大小等因素有关），可能造成打刀现象的发生，即使不发生打刀，工件内孔的加工质量也会受不同程度的影响，为防止工件悬臂端在随主轴高速旋转时不发生摆动，我们设计了专用夹具，详见【2】，该夹具固定安装在车床上后，有效的限制了工件在高速旋转下的摆动，但实际使用中发现，由于夹具固定在车床上后，没有给工件的安装留下足够的安装空间，这样在往车床上安装工件时，工件经常碰撞夹具，会影响夹具在机床上的定位精度，同时使用这种夹具，工件只要安装在机床上，工件粗糟的外圆柱表面就会和三定位轴承接触，与定位轴承磨檫时间长，使定位轴承易因磨损导致寿命变短和定位精度降低，为避免工件与夹具间的碰撞，也为了减少定位轴承与工件粗糙外圆柱表面的接触时间，增加定位轴承的使用寿命，提高滚筒内孔的加工质量和机加工效率，我们采取以下方法来解决。方法一、通过提高工件的定位基准来提高内孔的加工质量，对滚筒在分析具体方法是给滚筒距两端等长的位置处用车刀车一个宽度比定位轴承宽度宽2mm的定位槽，并以车削后的圆环面作为定位基准面，代替粗糙的外圆柱定位面，用提高定位基准的定位精度来提高内孔的加工质量。方法二、为使工件安装时，不碰撞夹具，并使工件能快速、准确在车床上定位，我们对夹具进行二次改进【3】，改进的具体方法是在原改进夹具的基础上给夹具增加一个能与机床导轨配合并能在机床导轨上移动的底座，夹具移动底座的结构示意图如图1所示，并使夹具通过螺栓与夹具底座连接在一起，使二次改进后的夹具能通过专用连接机构与刀架连接，在需要往车床上安装工件时，通过摇动刀架移动手柄，把夹具拉动到不影响工件安装的位置，当工件的一端被卡盘卡爪夹住后，再把夹具推到使三定位轴承刚好与定位环接触面接触的位置，用手盘车900后，把夹具用夹紧机构在机床上夹紧，再拧紧卡盘的三卡爪，断开连接结构，使刀架能按实际加工需要进行加工，这样就避免引起夹具在机床上受工件碰撞因素的影响，提高夹具的使用寿命，提高工件的加工质量。 图4 车床坐标轴的规定示意图这样进行改进后，虽解决了原有的碰撞和磨损问题，但又代来了新的问题：（1）夹具移动时夹具在机床上的准确定位问题（即夹具移动时，保证每次移动后夹具的三定位轴承刚好与车削过的外圆柱环面接触）；但为了保证夹具每次能快速推到准确的位置，由于这一位置每次很难由操作人员用手工操作在很短时间来准确保证，为提高机加工效率，我们只能采用机械限位机构来限制，为此设计能满足实际需求的限位机构；（2）夹具在车床导轨上移动后夹具在机床上的夹紧问题，因为只有夹具在机床上准确定位并可靠夹紧后，工件的加工质量才有保证，本文仅就限位机构的安装位置的选择，限位机构结构的设计及限位机构的工作原理等方面作以简单介绍。2.限位机构安装位置的选择因为设计的限位机构是安装在车床上后才能起作用，而在设计限位机构时，必须考虑限位机构的安装位置，因为在不同的安装位置，因其安装空间不同，对限位机构的结构要求也不同，因此在设计前我们必须认真分析研究限位机构的最佳安装位置，考虑到机床的导轨平面比较重要且限位机构不易安装，为了避免划伤导轨平面而降低机床加工精度，同时也为了便于限位机构在机床上的安装，我们选机床床身凹槽处（为了论述方便称排屑槽）为限位机构的安装位置。图3限位机构结构示意图3 限位机构的结构设计要求由于限位机构的作用是使夹具在移动过程中能快速准确定位，减少工件在机床上安装所需的辅助时间，提高机床的加工效率。同时考虑到限位机构的安装空间和使用要求，对限位机构结构设计有如下要求：（1）限位机构结构要求简单，便于加工和安装；（2）为使限位机构满足所有车床的加工要求，限位机构上要设计有调节机构；（3）限位机构安装在车床上后不能影响工件的安装；（4）限位机构安装在车床上后不能影响刀架的正常移动；（5）限位机构上要有能使夹具在车床上夹紧的夹紧机构；4 限位机构的结构设计在考虑限位机构安装空间限制的条件下，为了满足限位机构的使用要求，设计限位机构的结构如图2所示；限位机构由箱体（为增加箱体的刚度，在箱体两侧及底部有一条宽15mm的加强筋），箱体两侧各有一个安装夹紧螺栓的螺纹孔；箱体的前面有一长方形孔；箱体前面有凸轮夹紧机构和缓冲机构；箱体底部有三个调节螺纹孔；5 限位机构的结构组成及作用（1）调节机构：由三调节螺钉通过箱体底部的三螺纹孔进行调节，其作用是通过调节螺钉伸出螺纹孔的长度来保证使限位机构安装在何种不平的排屑槽底部都能满足对限位机构水平的安装要求，把限位机构安装在车床上时，在选择好Z向位置后首先要用调节结构把限位机构调节水平，并保证使夹具孔的中心线机床主轴中心线及被加工工件的中心线三线同心，具体调节方法是通过调节限位机构箱体底部的三调节螺钉（因为不在同一平面上的三点可确定唯一平面）。（2）缓冲机构：为防止夹具在刀架手柄移动时与限位机构发生碰撞，用缓冲机构对夹具的运动进行限制，具体方法是在限位箱体的前上部攻上螺纹，在与之配合的螺栓上安装上弹簧后再与缓冲板连接，如图2所示。（3）限位机构与车床间的夹紧机构：具体夹紧装置是在夹具的底座上安装了一加压板，在限位机构箱体的前中下部安装有一个加压凸轮夹紧机构，在正确安装了限位机构，并把夹具推到限位位置后，夹具下部的加压板刚好与加压凸轮半径最小的边缘接触，转动凸轮加压机构夹紧夹具，如图2所示。（4）夹具与限位机构的夹紧机构：由两螺栓通过箱体两侧的螺纹孔的伸出长度实现限位机构在车床上的夹紧。如图2所示6限位机构的结构的定位工作原理（1）车床坐标的规定如果规定平行于机床主轴的刀具运动方向为Z向；X轴的方向为水平方向，它垂直于Z轴并平行于工件的装夹平面；Y轴垂直于X轴和Z轴，为了便于说明问题，我们规定，用A，B，C表示X，Y，Z轴方向的旋转，箭头方向表示其正方向；,表示X，Y，Z方向的移动，具体见图5所示。（2）限位机构的定位原理如果规定车床的坐标为如图3所示的坐标，由普通车床对工件限位的要求可知，对加工圆柱体工件，只容许工件有随主轴转动方向的自由度，其他各方向的自由度都必须加以限制对本文限位机构的限位原理分析如下：限位机构安装在机床上后，限位机构在机床上的具体位置限制了夹具的Z向移动自由度；再把夹具安装在车床上，并用限位机构上的夹紧机构夹紧夹具，由于夹具与机床导轨接触的底座板宽度限制了工件沿Z轴的旋转自由度C；工件随Y轴的旋转的自由度B由卡盘和夹具共同限制：Y轴方向的移动自由度由夹具底座上的加压板和限位机构的加紧凸轮来限制（通过调节使夹具改进后底板上的加压板刚好通过箱体上的长方形孔，并与限位机构上的凸轮夹紧机构凸轮半经最小的下边沿接触，并通过转动凸轮夹紧机构手柄，把夹具夹紧在限位机构上）；X轴方向的移动自由度由夹具底座与车床导轨配合来限制：由此只剩下沿Z轴方向的旋转自由度C，满足车床工件的定位要求。7结束语采用本限位机构后，由于夹具能快速准确的在机床定位，缩短了原人工操作辅助加工时间长的问题，提高了工件内孔的加工质量，提高了机加工的加工效率。参考文献：【1】熊旭平，孙慧峰，刮板输送机滚筒内孔夹具设计J矿山机械 2008.2（4）【2】熊旭平，杨秋鸽，刮板输送机滚筒内孔夹具的改进J矿山机械 2008.7（14）【3】成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社.2007作者简介：熊旭平（1969-）男，甘肃天水人，96年毕业于山西矿业学院矿山机械系，平顶山工业职业技术学院副教授，主要从事机械设计的教学和科研工作。联系方式：平顶山水库路3号平顶山工业职业技术学院图书馆转 熊旭平收 邮编467001联系电话：13569559198