張愛明

（梅州農(nóng)業(yè)學校模具數(shù)控教研室，廣東梅州514011）

數(shù)控車削定位裝置創(chuàng)新

張愛明

（梅州農(nóng)業(yè)學校模具數(shù)控教研室，廣東梅州514011）

挖掘機“斗軸”是一種典型的長軸類零件，利用數(shù)控車床進行加工時，長度方向的定位相當困難，制約了數(shù)控車床的生產(chǎn)效率.筆者在生產(chǎn)實踐中設計制作出方便實用的“組合式可調定位裝置”，成功解決了長軸類零件的定位問題.

數(shù)控車削；生產(chǎn)工藝；斗軸；定位裝置

1 背景

筆者所在學校與工程機械挖斗生產(chǎn)企業(yè)建立合作關系，承接企業(yè)的斗軸生產(chǎn)訂單.企業(yè)訂單通常是小批量、多規(guī)格、工期緊，因此必須制定合理的工藝方案，充分利用數(shù)控機床自動高效的性能，才能創(chuàng)造良好的效益.本文以斗軸的加工為例對數(shù)控車床的定位問題進行深入分析，并詳細介紹定位裝置的結構原理、制作方法及使用方法.

2 斗軸的生產(chǎn)工藝

斗軸的使用場合對強度要求較高，毛坯材料為調質40C r.

圖1

如圖1所示是斗軸的典型結構，其生產(chǎn)過程一般包括以下幾個工序：

定位問題分析：數(shù)控機床必須通過對刀建立工件坐標及刀補才能進行自動加工，批量生產(chǎn)時為避免重復對刀，提高效率，往往需要定位裝置輔助裝夾.若無方便實用的工裝，批量化生產(chǎn)則無從談起，數(shù)控機床自動高效的性能也無法得到充分的發(fā)揮.斗軸粗加工主要在數(shù)控車床上進行，因此，斗軸在數(shù)控車上的定位問題最為突出.

定位裝置必須在機床上安裝可靠，不松動不位移才能實現(xiàn)對工件的可靠定位.在車床上加工斗軸外圓時，采用“一夾一頂”的裝夾方式，定位裝置可利用主軸前端錐孔或卡盤端面進行安裝，對此有許多現(xiàn)成可用或可借鑒的解決方案，其定位裝置也容易制作.在斗軸的整個生產(chǎn)流程中，最難定位的是“車端面”.因為車端面時工件不可懸伸過長，否則容易發(fā)生振動，而斗軸的長度往往比較大，裝夾時其端部深入主軸孔，超出了常規(guī)定位裝置的適用范圍.在主軸孔內，定位裝置自身難以固定，因此，如何在主軸孔內固定定位裝置是設計定位裝置的關鍵.

端面是后續(xù)工序的定位基準，也是編程基準.斗軸“車端面”后必須保證工件長度一致，后續(xù)工序才能順利開展.若長短不一則后續(xù)工序就需要調整刀補或重新對刀，這樣不僅制約了效率還容易出現(xiàn)質量問題.可見“車端面”不僅定位難，而且定位精度要求高.從斗軸的使用角度來看，對端面及長度的要求并不高，工廠師傅在設備有限的情況下傾向于用普通車床加工，這在一定程度上回避了定位問題.但是這種加工方法勞動強度大，效率較低，與制造技術高速發(fā)展的形勢格格不入。對于小批量、多規(guī)格的生產(chǎn)任務，數(shù)控機床才是首選的加工設備.通過請教企業(yè)技術人員及大量的網(wǎng)絡搜索，均未找到理想的解決方案.可見解決斗軸這一類的長工件在數(shù)控車床上的定位問題是對生產(chǎn)方式的改進，具有重大的現(xiàn)實意義.

3 斗軸定位裝置設計方案

經(jīng)過潛心研究、反復試驗，筆者成功設計制作出“組合式可調定位裝置”，一舉解決定位難及定位要求高的問題.

圖2 結構原理示意圖

3.1 工作原理

如圖2所示為定位裝置的結構原理圖，該裝置由一對開合錐套和一個錐軸組成，錐套與錐軸通過錐面配合.當工件頂住錐軸時，往前推動錐套（推力F），則兩半錐套同時沿錐面移動，其徑向相對距離逐漸增大，直至其外表面壓緊主軸內孔，依靠壓緊主軸內孔產(chǎn)生的摩擦力將三個部件“自鎖”固定.此時錐軸具有“單向性”，即只能前進而不能后退，若工件往后推動錐軸則會撐開錐套，使其鎖得更緊.依靠這個原理即可實現(xiàn)工件的可靠定位.

3.2 結構設計

由于該定位裝置工作于主軸孔內，因此結構設計必須同時滿足兩個基本要求：一是要方便安裝，二是要可靠“自鎖”.實際上這兩個要求是相互矛盾的。從安裝角度看，錐套外徑必須小于主軸孔才能順利進出；另一方面由工作原理可知，錐套沿錐面移動以實現(xiàn)“自鎖”，當內外錐面完全配合時，達到其最大相對距離，這個最大相對距離即錐套的外徑.從可靠性角度看，錐套的外徑明顯不得小于主軸孔，否則錐套相對距離最大時仍無法壓緊主軸孔.為克服這個矛盾，將錐套表面在外圓的基礎上設計成橢圓，如圖3-2所示，長軸對應錐套外徑.這種結構允許將錐套的外徑設計得比主軸孔大，以確保錐套有充裕的放大行程，提高“自鎖”定位的可靠性.

圖3-1 錐套

圖3-2 錐套加工成橢圓

圖3-3 錐套切開

我校所用的數(shù)控車床型號為沈陽機床CA K3665，其主軸孔徑約為55mm（由于主軸孔的公差較大，并且存在灰塵、油漬、生銹等情況，其實際尺寸通常小于55mm）.下面以此為例設計具體尺寸.對于其他規(guī)格的主軸孔徑，只需根據(jù)實際情況調整相應尺寸即可.

（1）錐套外徑：錐套設計成橢圓結構為加工帶來一定難度，綜合考慮定位的可靠性及加工工藝性來看：長軸比主軸孔大1mm，短軸比主軸孔小2mm為宜，即長軸取56mm，短軸取53mm。加工時沿短軸方向將其切開（如圖3-3所示）.安裝時錐套處于錐度配合低點，長短軸方向距離均小于主軸孔，可順利的進入主軸孔.當錐套與主軸孔貼緊時，因短軸方向只有53mm，錐套兩側不會與主軸孔接觸，這樣可以確保拆卸時錐套能自動脫落，避免錐套兩側的接觸將錐套“架空”卡在主軸孔內，難以取出.

（2）錐度：定位裝置工作時所承受的軸向力與錐度成正比，錐度大則所受軸向力也大，容易造成松動，因此錐度不宜過大.另一方面錐度也不宜過小，錐度過小則必須增加長度才能產(chǎn)生足夠的放大行程，這樣不僅加工工藝性差，結構也顯得笨重.綜合考慮可靠性及工藝性來看：錐度取20o～30o為宜，為保證合適的配合接觸面，長度則取30mm.

（3）錐套內徑：當內外錐面完全配合時，錐套便無法繼續(xù)向前移動，因此定位裝置必須在這個極限位置之前實現(xiàn)“自鎖”.擴大錐套內徑可適當增加其前行的移動量，即可增加錐套的放大行程，但是，擴大錐套內徑必然會使得錐套變簿，降低了其強度.綜合考慮可靠性及工藝性來看：錐套大徑取51mm，小徑取39mm.

（5）凸環(huán)、凹槽、臺階：錐軸和錐套的尾部結構，主要起到安裝作用.安裝及拆卸時，錐套臺階卡著錐軸的凹槽，由錐軸的凸環(huán)帶動前進.凸環(huán)、凹槽及臺階的尺寸應當確保卡擋有效，以免出現(xiàn)錐套“脫落”而錐軸“獨行”的現(xiàn)象.

圖4 錐軸

（6）錐軸球頭：帶鋸床下料的毛坯通常都帶有飛邊毛刺.錐軸前端結構設計成球頭，定位時球頭頂?shù)焦ぜ嗣嬷行?，這樣可避免飛邊毛刺造成的定位誤差.

4 定位裝置加工方法

由工作原理可知該設計方案對三個部件的精度及材料性能要求并不高，選用常用的45#鋼即可.如圖4所示錐軸的加工沒有什么難度，加工錐套則相對復雜，主要有三個步驟：一是先加工出圖3-1所示的錐套；二是在對稱方向加工偏心，將錐套外表面加工成橢圓狀（如圖3-2），三是用8mm的銑刀沿短軸方向將錐套切開，分成兩半，再將銳邊倒角即可（如圖3-3所示）.

5 使用方法

安裝定位裝置時先將工件以合適的懸伸長度夾緊，把定位裝置組合好后從后端放入主軸孔內，再用細長的鐵棒往前推動錐軸直至頂?shù)焦ぜ?，在此過程中依靠錐軸后端的凸環(huán)拖著半錐套一起移動，移動到位后再往前敲緊錐套，使定位裝置“自鎖”.取出的操作則是：先拆下工件，然后用鐵棒往前推動錐軸，三者松開后半錐套的臺階自動落入錐軸后端的凹槽，由錐軸后端的凸環(huán)拖著從主軸前端取出.

使用時應注意的問題：

（1）從工作原理可知，該定準裝置適用于伸入長度超過主軸錐孔的工件.定位裝置若安裝在主軸前端的錐孔內，則可能工作不穩(wěn)定.

（2）安裝定位裝置時，應交替敲緊上下錐套，用力要均勻，然后再用工件輕輕撞擊錐軸前端，以檢查固定是否可靠.

（3）工件的夾緊要可靠，否則加工時的軸向推力可能會影響定位精度.

6 使用性能

該定位裝置可在主軸孔內靈活調整位置，可適用的工件長度范圍很大。如圖1所示，斗軸長度的公差為±0.1mm.反復測試表明該定位裝置的定位精度可滿足±0.1mm的公差要求，生產(chǎn)實踐也顯示其具有良好的穩(wěn)定性，所加工的工件尺寸一致性很好.

7 結語

該“組合式可調定位裝置”結構簡單，調整方便，對深入主軸孔的長工件有很好的定位效果，在“小批量多規(guī)格”的生產(chǎn)實踐中充分接受了可靠性及靈活性的考驗，具有較高的實用推廣價值.

［1］孫建東，袁鋒.數(shù)控機床加工技術［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［2］周虹.數(shù)控加工工藝與編程［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［3］楊仲岡.數(shù)控設備與編程［M］.北京：高等教育出版社，2005.

The InnovationofCNCTurning PositioningDevice

Z H A N G A iming
（M ei z hou A gricul tural S chool，M ei z hou G uanggong 514011）

The buc k et a x is of e x cavator is a typical long a x is part，and the positioning of the length is di f f icul t，which l imits the productionef f iciency of C N C lathe.I n the production practice，the author designs a convenient and practical"combined ad j ustable positioning device"，which successful ly solves theproblemof thepositioningof the longa x is parts.

N umerical C ont rol Turning；P roduction Technology；B uc k et A x is；P ositioning D evice

TG519.1

A

1672-2094（2015）03-0163-03

責任編輯：張隆輝

2015-03-03

張愛明（1968-），女，廣東梅州人，梅州農(nóng)業(yè)學校講師.研究方向：數(shù)控加工技術課程教學和實踐教學改革.