基于數(shù)字化加工的柔性花盤的研究及應(yīng)用

馬英霞 錢立民

【摘 要】本文著重解決普通車床夾具與數(shù)控車床液壓卡盤的柔性連接。設(shè)計(jì)了一種柔性花盤，以液壓卡盤上常用的軟爪作介質(zhì)，將使用法蘭盤或莫氏錐度為連接方式的普通車床夾具過(guò)渡到這種花盤上，在數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)柔性連接，方便、實(shí)用；并為數(shù)控車床夾具的設(shè)計(jì)和制造提供了標(biāo)準(zhǔn)化的連接窗口，最大限度地降低了車床夾具的成本。

【關(guān)鍵詞】液壓卡盤 柔性連接 花盤 通用性 經(jīng)濟(jì)性

隨著數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控設(shè)備逐漸代替了普通設(shè)備，同時(shí)在普通車床上加工零件的專用夾具也被適合在數(shù)控車床上加工這些零件設(shè)計(jì)的新專用夾具代替，但這些新夾具只適合一臺(tái)或同型號(hào)的數(shù)控車床使用，無(wú)通用性。于是存在大量的普通車床夾具被閑置，又需花費(fèi)大量的人力、時(shí)間、財(cái)力去設(shè)計(jì)制造新的車床夾具。

1 車床夾具的使用現(xiàn)狀

目前，主要采用以下幾種方式或方法來(lái)解決車床夾具的使用問(wèn)題。

1.1 用反三爪夾持大夾具體

將夾具上的法蘭盤卸掉，用反三爪夾持找正環(huán)兩邊的較短的圓柱體。如圖1上箭頭所示的兩段圓柱體。

圖1某車床夾具

因反三爪的長(zhǎng)度限制，一般情況下只能夾持靠基準(zhǔn)端面一邊的短圓柱。夾具較大，夾持的圓柱體太短，主軸轉(zhuǎn)起來(lái)很危險(xiǎn)，在切削抗力的作用下容易發(fā)生安全事故。

1.2 用正三爪夾持小夾具

這種裝夾方法與上述大夾具的裝夾方法幾乎相同，用正三爪替代反三爪。

制造的夾具大多如圖2、圖3所示。若沒(méi)有圖2所示的圓柱面供三爪夾持，需在莫氏錐柄上車出一段圓柱體，供三爪夾持使用，如圖3。

圖2 莫氏錐柄夾具 圖3 直柄夾具

這種小夾具找正不容易。隨著使用次數(shù)的增加，夾傷痕跡會(huì)越來(lái)越多，夾具的使用性能將會(huì)越來(lái)越差。

1.3 采用老式花盤連接夾具

要將老式花盤裝到數(shù)控車床的主軸上，需要做一套輔助裝置，或者是對(duì)該花盤的背面進(jìn)行加工，使其與主軸實(shí)現(xiàn)連接。問(wèn)題是這套裝置只能在這臺(tái)設(shè)備上或同品牌的設(shè)備使用，沒(méi)有互換性，如圖4所示。

圖4 老式花盤

另外，這種花盤沒(méi)有定心裝置，缺少重力支撐點(diǎn)，夾具體用螺釘連接到花盤上后，旋轉(zhuǎn)中心沒(méi)有參照物可供參考，開始找正費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且還有安全隱患。

1.4 專用車床配專用夾具

圖5所示是一臺(tái)簡(jiǎn)易數(shù)控車床，因其主軸的外接口與CA6140型車床完全一致，曾經(jīng)很受歡迎。但目前，我廠只擁有一臺(tái)這樣的設(shè)備。圖6所示的貨架上的夾具都是為這臺(tái)車床制作的專用夾具，別的設(shè)備無(wú)法使用。

這臺(tái)設(shè)備有兩大缺陷：一是刀位較少，只有四個(gè)，很難在一次裝夾中完成較多尺寸內(nèi)容的加

圖5 簡(jiǎn)易數(shù)控車床 圖6 專用車床夾具

工；二是該機(jī)床是手動(dòng)變速，無(wú)法使用G96進(jìn)行恒線速度的車削，加工出來(lái)的零件端面質(zhì)量較差。

1.5 夾具擱置，用加工中心代替車床

加工中心的功能比較強(qiáng)大，在許多時(shí)候都能完成數(shù)控車床的加工內(nèi)容。但從生產(chǎn)效率上看，數(shù)控車床在許多情況下優(yōu)于加工中心。比如，某殼體零件上有一段50mm長(zhǎng)，規(guī)格為M30x2-6h的外螺紋，其外圓的加工余量為4mm。在數(shù)控車床上加工，車外圓，切退刀槽，車螺紋，再用外圓刀和螺紋刀對(duì)螺紋毛刺進(jìn)行清理和修光，大約需要5分鐘時(shí)間。在加工中心進(jìn)行加工，需要35分鐘左右，再加上鉗工5分鐘的去毛刺時(shí)間，實(shí)際的加工時(shí)間應(yīng)為40分鐘。5分鐘與40分鐘的差異，也就是這個(gè)零件在數(shù)控車床與加工中心的差異。

拋開效率不說(shuō)，有些零件的加工內(nèi)容，加工中心很難替代數(shù)控車床，或根本替代不了。

圖7 某前殼體零件的加工工序圖

圖7所示的某前殼體零件，若是采用銑削加工，∮47.6的孔只能采用直徑小于5mm、長(zhǎng)度大于60mm的銑刀進(jìn)行加工，這樣刀具的強(qiáng)度很差；加工78°30′和45°的型面需訂購(gòu)專用刀具，因?yàn)榻佑|面積較大，振動(dòng)和讓刀現(xiàn)象在所難免。在尺寸、精度、表面光潔度等方面，銑削加工的質(zhì)量要比車削加工低很多。

2 花盤的設(shè)計(jì)

2.1 花盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)思路。車床夾具，主要采用法蘭盤或莫氏錐柄與車床主軸連接，為了使車床夾具重新使用，故花盤的結(jié)構(gòu)需考慮與法蘭盤或莫氏錐柄的連接，對(duì)于小型夾具使用孔定位連接，對(duì)大型夾具使用止口定位連接。因此花盤定位孔的尺寸根據(jù)車床夾具使用的最小莫氏錐柄大端直徑設(shè)計(jì)，花盤定位止口的尺寸根據(jù)車床夾具法蘭盤內(nèi)孔的尺寸大小設(shè)計(jì)。

（2）整體結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述設(shè)計(jì)理念，將花盤設(shè)計(jì)成如圖8所示結(jié)構(gòu)。

圖8 花盤結(jié)構(gòu)示意圖 圖9 軟爪工程圖

（3）軟爪的設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)便的方法是將普通軟爪進(jìn)行改制，增加螺紋連接，如上圖9所示。

2.2 花盤材料的選擇

花盤所用的材料，以使用性能優(yōu)良、韌性和強(qiáng)度高，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用為原則。