李 蕾

(北京中色建設(shè)機(jī)電設(shè)備有限公司， 北京 100029)

一種用于車(chē)削中心主軸鎖緊機(jī)構(gòu)

李 蕾

(北京中色建設(shè)機(jī)電設(shè)備有限公司， 北京 100029)

本文介紹一種鎖緊裝置用于車(chē)削中心的工件主軸在銑削狀態(tài)下的鎖緊定位。該裝置安裝在車(chē)削中心工件主軸尾端，安裝簡(jiǎn)便，空間小，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，通用性強(qiáng)。

車(chē)削中心； 工件主軸； 鎖緊裝置； 夾緊力

0 前言

對(duì)于車(chē)削中心機(jī)床，在車(chē)削狀態(tài)下和銑削狀態(tài)下，其工件主軸的功能不同。車(chē)削時(shí)，機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)充當(dāng)主切削運(yùn)動(dòng)；銑削加工時(shí)，主切削運(yùn)動(dòng)通常由刀塔上的動(dòng)力刀頭提供，此時(shí)工件主軸的功能為鎖緊定位或提供插補(bǔ)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通常稱(chēng)為C軸。在進(jìn)行銑削加工時(shí)，往往根據(jù)實(shí)際零件加工要求，使主軸處于一個(gè)特定的加工位置并保持固定。這就需要一個(gè)主軸夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)C軸的定位。這種夾緊機(jī)構(gòu)，要求只在銑削加工時(shí)鎖緊主軸防止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在車(chē)削加工時(shí)需要松開(kāi)主軸讓主軸高速旋轉(zhuǎn)，并且安全可靠，動(dòng)作迅速。

1 結(jié)構(gòu)原理

本文涉及的夾緊機(jī)構(gòu)安裝在主軸尾端，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，兩個(gè)對(duì)稱(chēng)安裝的壓板通過(guò)固定銷(xiāo)安裝到固定法蘭上，固定法蘭安裝在主軸箱端面上，如果主軸箱端面結(jié)構(gòu)空間允許，壓板也可直接安裝到主軸箱端面上，省去固定法蘭零件簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。壓板與主軸之間可采用V型塊式的接觸方式也可以采用圓弧接觸方式，采用圓弧接觸方式夾緊接觸區(qū)域?yàn)槊娼佑|，夾緊可靠，但要求接觸圓弧區(qū)域加工精度較高，安裝是不易調(diào)整；采用V型塊式的接觸方式，接觸區(qū)域?yàn)榫€(xiàn)接觸，壓板易于調(diào)整。

圖1 夾緊機(jī)構(gòu)的組成

彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)如圖2所示，主要由彈簧、壓緊螺母、螺桿、螺桿固定端、螺桿滑動(dòng)端組成及銷(xiāo)釘?shù)冉M成。螺桿一端為螺紋一端為光桿，螺紋端與螺桿固定端擰緊，螺桿固定端通過(guò)銷(xiāo)釘與壓板鉸接，光桿端，插入螺桿滑動(dòng)端可以自由滑動(dòng)。螺桿滑動(dòng)端與另一端壓板鉸接。彈簧套裝在螺桿上，一端靠緊連桿滑動(dòng)端，另一端靠緊壓緊螺母。當(dāng)機(jī)構(gòu)松開(kāi)時(shí)，通過(guò)壓緊螺母調(diào)整彈簧壓縮量，控制松開(kāi)時(shí)壓板壓緊限位銷(xiāo)釘?shù)牧Α?yīng)適當(dāng)調(diào)整彈簧壓縮量，使得彈簧的壓縮量在機(jī)構(gòu)能順利松開(kāi)并壓緊限位銷(xiāo)釘為宜。彈簧預(yù)壓力會(huì)抵消油缸部分的夾緊力，因此彈簧預(yù)壓不易過(guò)大。

2 理論計(jì)算

主軸的夾緊靠壓板與主軸之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)，夾緊力靠油缸提供。以一般V型接觸形式為例，夾緊機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型如圖3所示，根據(jù)力平衡原理，可知：

即：Fncosθ(L1-L3)+Fncosθ(L1+L3)=

F2(L1+L2)

(1)

圖2 彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

(2)

式中Fn—壓緊力；

F2—油缸拉力；

L1—固定銷(xiāo)中心到主軸中心在Y方向的投影距離；

L2—油缸作用點(diǎn)到主軸中心在Y方向的投影距離；

L3—壓板與主軸接觸點(diǎn)到主軸中心在Y方向的投影距離；

θ—壓板接觸點(diǎn)與主軸中心點(diǎn)間連線(xiàn)的夾角；

此時(shí)，夾緊機(jī)構(gòu)提供的夾緊力矩Mf為：

(3)

Fe=kF2

(4)

那么，公式(4)中的Fe為等效壓緊力；k可理解為力放大倍數(shù)。當(dāng)θ值很小時(shí)(<20°)時(shí)，夾緊機(jī)構(gòu)提供的夾緊力矩Mf可近似為：

Mf=μFed=μkF2d

(5)

無(wú)論壓板與主軸是Ⅴ型塊接觸或者圓弧接觸，只要接觸區(qū)域很小，都可等效成公式(5)的形式。而力放大倍數(shù)k也可由壓板結(jié)構(gòu)尺寸確定。此時(shí)，可以根據(jù)壓板連接點(diǎn)與接觸點(diǎn)的尺寸及油缸拉力計(jì)算夾緊扭矩。反過(guò)來(lái)，可根據(jù)要求的夾緊扭矩確定油缸推力及力放大倍數(shù)，進(jìn)而確定夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸。

圖3 夾緊機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型

上述夾緊力的計(jì)算模型為讀者提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。讀者可以根據(jù)實(shí)際機(jī)床實(shí)際安裝空間靈活布置，具有多種實(shí)現(xiàn)形式。

3 控制方式

主軸的夾緊和松開(kāi)動(dòng)作通過(guò)油缸和彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)機(jī)床進(jìn)行銑削加工時(shí)，主軸必須夾緊，此時(shí)通過(guò)油缸的拉力是夾緊機(jī)構(gòu)夾緊。當(dāng)機(jī)床處于停車(chē)狀態(tài)或者車(chē)削加工狀態(tài)時(shí)，要求夾緊機(jī)構(gòu)處于松開(kāi)狀態(tài)，主軸可以轉(zhuǎn)動(dòng)。這就要求夾緊機(jī)構(gòu)在油缸卸壓狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的松開(kāi)，松開(kāi)機(jī)構(gòu)需要克服機(jī)構(gòu)的摩擦阻力，因此通過(guò)彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)松開(kāi)，松開(kāi)的力由彈簧提供。從夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)序控制上將，油缸的動(dòng)作需要Y型閥實(shí)現(xiàn)。即當(dāng)機(jī)構(gòu)夾緊時(shí)，油缸拉行程作用，給機(jī)構(gòu)提供鎖緊力；當(dāng)機(jī)構(gòu)松開(kāi)時(shí)，油缸內(nèi)的液壓油返回油箱。機(jī)構(gòu)的松開(kāi)時(shí)的張開(kāi)角度受限位銷(xiāo)釘限制。相位銷(xiāo)釘固定在固定法蘭或主軸箱上，對(duì)應(yīng)在壓板上開(kāi)出通孔以限制壓板張開(kāi)的范圍。通孔的孔徑大小取決于壓板松開(kāi)時(shí)需要張開(kāi)的范圍。處于機(jī)構(gòu)安全考慮，限位銷(xiāo)釘限制的范圍應(yīng)在油缸行程方位內(nèi)，并且彈簧復(fù)位結(jié)構(gòu)能夠提供壓緊力是壓板靠緊限位銷(xiāo)釘。油缸和彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)的組合實(shí)現(xiàn)了主軸夾緊機(jī)構(gòu)的功能。

4 實(shí)施要點(diǎn)

通常夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力應(yīng)與機(jī)床的切削能力相協(xié)調(diào)，一般情況下選擇主軸夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力矩比主軸最大扭矩略大即可。為減小主軸芯軸零件表面在反復(fù)松夾動(dòng)作用下的磨損，通?？紤]在主軸相應(yīng)被夾持區(qū)域布置一小段圓柱面，并對(duì)進(jìn)行淬硬處理；對(duì)與其接觸的壓板則不做淬硬處理。夾緊機(jī)構(gòu)裝配過(guò)程中，如果發(fā)生偏心，則對(duì)主軸不利。因此在裝配夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)建議采用自定心裝配。具體實(shí)現(xiàn)方式為：在固定夾緊機(jī)構(gòu)到主軸箱之前，先將油缸通一定的壓力，使壓板夾緊主軸，在夾緊力的相互作用下，夾緊機(jī)構(gòu)將自行調(diào)整到平衡位置，然后再固定夾緊機(jī)構(gòu)到主軸箱上。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用的主軸夾緊機(jī)構(gòu)，并且提供讀者一種理論夾緊力計(jì)算模型，讀者可以根據(jù)實(shí)際機(jī)床結(jié)構(gòu)合理布局，靈活實(shí)現(xiàn)。本機(jī)構(gòu)安裝在車(chē)削中心工件主軸尾端，結(jié)構(gòu)緊湊，空間小，控制簡(jiǎn)單。

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A Locking Device Used in Spindle of Turning Center

LI Lei

The paper introduces a locking device used to lock the position of turning center on work piece spindle when milling. The advantage of this device is easily installed, less space occupation, simple structure, conveniently controlled, easily realized and highly optimized for general use.

turning center； work piece spindle； locking device； clamp force

2015-05-12

李 蕾(1982-)，女，河北秦皇島人，工程師，碩士，主要從事有色設(shè)備采購(gòu)工作，現(xiàn)任北京中色建設(shè)機(jī)電設(shè)備有限公司進(jìn)出口部副經(jīng)理。

TG51

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1003-8884(2015)04-0018-02