一種新型摩擦楔塊式外圓磨削自動(dòng)夾具設(shè)計(jì)

林鈺珍 陳瀾 鄧玉娟 徐文俊 徐建亮

摘要：設(shè)計(jì)了一種摩擦楔塊式外圓磨削自動(dòng)夾具，采用液壓驅(qū)動(dòng)頭、尾架頂尖頂緊工件，由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)楔塊式夾具即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊工件、帶動(dòng)工件回轉(zhuǎn)和自動(dòng)松開(kāi)工件多重功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，為外圓磨床提供了一種新型、高效的自動(dòng)化夾具。

關(guān)鍵詞：楔塊式；自動(dòng)夾緊；自動(dòng)松開(kāi)；外圓磨床

引言

磨削加工作為一種高精度加工技術(shù)，對(duì)零件的加工質(zhì)量和裝配精度有著非常重要的影響。實(shí)際加工時(shí)，外圓磨所消耗的勞動(dòng)量和可能達(dá)到的精度與裝夾方式及夾具的定心精度有很大關(guān)系。傳統(tǒng)外圓磨床一般頭架上安裝有撥桿，裝夾前先給工件套上雞心夾頭，將工件和夾頭一起安裝到磨床的頭、尾架頂尖上，調(diào)整好頭架撥桿與雞心夾頭的角向位置，通過(guò)撥桿帶動(dòng)雞心夾頭和工件一起回轉(zhuǎn)。上述這種裝夾方式不僅不利提高裝夾精度和加工精度，也不利于推動(dòng)外圓磨削的自動(dòng)化高效生產(chǎn)。

近幾年，隨著自動(dòng)化生產(chǎn)浪潮的興起，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者和企業(yè)也對(duì)外圓磨床頭架展開(kāi)了一系列地研究工作。上海機(jī)床廠有限公司的郭靜靜，左旭芬[1]設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)夾緊工件的外圓磨床頭架，采用B-208型中空強(qiáng)力卡盤(pán)將液壓油提供給頭架卡盤(pán)的軸向力轉(zhuǎn)化成徑向力帶動(dòng)卡爪徑向運(yùn)動(dòng)來(lái)夾緊工件，然后尾架頂尖頂緊工件，最后通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡盤(pán)和工件回轉(zhuǎn)。浙江大學(xué)臺(tái)州研究院的王維銳[2]設(shè)計(jì)的外圓磨床自動(dòng)夾具由夾緊套、滾子架、滾子和防護(hù)蓋組成，初始時(shí)滾子位于夾緊套內(nèi)表面楔形槽的大端，裝夾時(shí)頭、尾架頂尖頂緊工件，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)夾緊套回轉(zhuǎn)并帶動(dòng)滾子向楔形槽的小端滾動(dòng)，使工件、滾子和夾緊套形成一個(gè)整體，工件跟隨夾緊套旋轉(zhuǎn)，停車(chē)后滾子回到楔形槽大端使工件與夾具分離。合肥華興機(jī)器人有限公司的汪軍、錢(qián)康[3]發(fā)明了一種帶浮動(dòng)盤(pán)的外圓磨床自動(dòng)三爪卡盤(pán)，浮動(dòng)盤(pán)有間隙地安裝在頭架頂尖上，沿浮動(dòng)盤(pán)圓周均布有三個(gè)卡爪，裝夾時(shí)采用頭、尾架頂尖頂緊工件，撥動(dòng)卡爪并借助卡爪內(nèi)扭轉(zhuǎn)彈簧的彈簧力限制工件的切線運(yùn)動(dòng)，最后通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)浮動(dòng)卡盤(pán)、卡爪和工件一起回轉(zhuǎn)。上述研究成果拓展了外圓磨床夾具的設(shè)計(jì)思路，存在的不足之處有：第一種外圓磨床夾具雖然提高了自動(dòng)化程度，卻增加了液壓驅(qū)動(dòng)部分使夾具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜不利于舊設(shè)備的改造，另外，夾具在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮解決過(guò)定位問(wèn)題。后兩種夾具依靠滾子或漸開(kāi)線卡爪與工件之間的預(yù)緊力來(lái)夾緊工件，裝夾時(shí)如果不給工件額外施加反向阻力，滾子或卡爪與工件之間就不會(huì)產(chǎn)生足夠的預(yù)緊力，磨削過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生滑移，同理，松開(kāi)時(shí)如果不給工件額外施加反向阻力夾具可能會(huì)一直夾緊工件。

隨著現(xiàn)代裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)加工生產(chǎn)效率和加工精度的要求不斷提高，特別是自動(dòng)化加工的需求日益迫切。為了適應(yīng)這些需求，國(guó)內(nèi)急需開(kāi)發(fā)研制高效、自動(dòng)化和高精密化的新型外圓磨床夾具。

1 設(shè)計(jì)思路

國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)希望通過(guò)對(duì)外圓磨床的傳統(tǒng)式夾具系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造實(shí)現(xiàn)外圓磨削工序的自動(dòng)化生產(chǎn)。本文在設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)式外磨夾具前充分分析了外圓磨自動(dòng)夾具的研究近況并總結(jié)其存在的不足之處，然后以傳統(tǒng)外圓磨床頭架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)展開(kāi)設(shè)計(jì)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)式外磨夾具由一個(gè)電機(jī)便可驅(qū)動(dòng)夾頭可靠地夾緊和松開(kāi)工件，因此不需要給外圓磨床頭架額外配置液壓或氣動(dòng)裝置。

2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)式外圓磨床自動(dòng)夾具的結(jié)構(gòu)

夾具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1（a）、（b）所示，總共有37種零件。連接法蘭1和定位法蘭9分別通過(guò)螺釘2和螺釘4與機(jī)床頭架8的帶輪和機(jī)體固定，中間套筒10用螺釘與定位法蘭9連接，左端蓋3通過(guò)螺釘與中間套筒10連接，軸承定位環(huán)17安裝在花鍵內(nèi)套筒19內(nèi)孔右側(cè)，成套滾針軸承14安裝在花鍵內(nèi)套筒19內(nèi)，隔墊6分別抵住成套滾針軸承14內(nèi)圈的左端和右端，并將成套滾針軸承14定位在頂尖5上，軸承定位套筒7抵住成套滾針軸承14外圈的左端，花鍵內(nèi)套筒19的螺紋孔與左端蓋3的螺紋孔對(duì)齊，內(nèi)錐彈簧12套在花鍵內(nèi)套筒19外圓上，外錐彈簧11安裝在中間套筒10和花鍵內(nèi)套筒19之間，彈簧定位片13套在花鍵內(nèi)套筒19上并抵住內(nèi)錐彈簧12右側(cè)，六角螺母15通過(guò)螺紋緊固在花鍵內(nèi)套筒19上其左側(cè)抵住彈簧定位片13，隔墊16固定在中間套筒10和花鍵內(nèi)套筒19之間，右端蓋18通過(guò)螺釘與中間套筒10固定，止動(dòng)環(huán)20卡在頭架頂尖5卡環(huán)槽內(nèi)，述零部件通過(guò)止動(dòng)環(huán)20定位在頂尖5上。

滾針軸承35套在支撐環(huán)定位套筒34上，支撐環(huán)定位套筒34內(nèi)嵌在支撐環(huán)25安裝孔內(nèi)，支撐環(huán)定位套筒34內(nèi)孔過(guò)盈聯(lián)接楔環(huán)26，止動(dòng)環(huán)23卡入楔環(huán)26卡槽，定位套筒22套在楔環(huán)26上，其左側(cè)抵住花鍵內(nèi)套筒19，滾針軸承21安裝在頭架頂尖5和楔環(huán)26之間，止動(dòng)環(huán)24卡在頂尖5卡環(huán)槽內(nèi)并抵住滾針軸承21，楔環(huán)26通過(guò)外花鍵與內(nèi)花鍵套筒19連接，隔墊33套在頭架頂尖5上其左抵住楔環(huán)26的內(nèi)端面，止動(dòng)環(huán)24卡在頂尖5卡環(huán)槽內(nèi)并抵住隔墊33，支撐環(huán)25用螺釘37與連接法蘭1固定。

復(fù)位彈簧28一端壓入彈簧套29，另一端壓入楔塊32的彈簧孔內(nèi)，撥環(huán)27的撥銷(xiāo)孔與楔塊32的撥銷(xiāo)孔對(duì)齊，通過(guò)撥銷(xiāo)30和撥銷(xiāo)螺母31使楔塊32連接在拔環(huán)27上，3個(gè)楔塊32分別嵌入楔環(huán)26的3個(gè)槽內(nèi)，撥環(huán)27通過(guò)螺釘36與支撐環(huán)25固定。

3 夾具的工作原理

圖2所示為夾具關(guān)鍵部件—夾頭夾持工件的示意圖。磨削外圓工件時(shí)，首先頭、尾架頂尖由液壓油提供驅(qū)動(dòng)力將工件頂緊，砂輪靠近工件，啟動(dòng)機(jī)床頭架電機(jī)和砂輪電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)機(jī)床頭架上的帶輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，帶輪帶動(dòng)連接法蘭1、支撐環(huán)25、撥環(huán)27和撥銷(xiāo)30轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閳D2逆時(shí)針?lè)较颍?，撥銷(xiāo)30轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并帶動(dòng)3個(gè)楔塊32沿楔環(huán)26斜面向下滑移，復(fù)位彈簧28預(yù)加的載荷可以保證楔塊斜面始終與楔環(huán)斜面保持接觸。由于圖1（a）中的內(nèi)錐彈簧12和外錐彈簧11脹緊在中間套筒10和花鍵內(nèi)套筒19之間會(huì)對(duì)楔環(huán)26產(chǎn)生摩擦力矩，加上砂輪磨削工件對(duì)工件及楔塊產(chǎn)生磨削力矩，促使楔塊32繼續(xù)沿楔環(huán)26的斜面移動(dòng)直至楔塊逐漸楔緊在楔環(huán)斜面和工件之間，楔塊便夾緊工件并帶動(dòng)工件一起回轉(zhuǎn)。

加工完畢時(shí)，砂輪退出工件，砂輪電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)床頭架電機(jī)帶動(dòng)帶輪8、連接法蘭1、支撐環(huán)25和撥環(huán)27反向轉(zhuǎn)動(dòng)（圖3順時(shí)針?lè)较颍姍C(jī)反轉(zhuǎn)瞬間內(nèi)錐彈簧12和外錐彈簧11產(chǎn)生的摩擦力矩使楔環(huán)26不動(dòng)，楔塊32沿著楔環(huán)26的斜面槽向上滑移，工件即被松開(kāi)。

4 總結(jié)

針對(duì)外圓磨工序自動(dòng)化生產(chǎn)的技術(shù)改造和外圓磨床的發(fā)展設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)夾緊和松開(kāi)工件的外圓磨削自動(dòng)夾具。磨削外圓工件時(shí)，夾具采用頂尖頂緊和夾頭夾緊的方式來(lái)夾持工件，頭架頂尖穿入夾具內(nèi)部，頭、尾架頂尖由液壓油提供驅(qū)動(dòng)力將工件頂緊，保證工件的同軸度；電機(jī)帶動(dòng)頭架帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶輪帶動(dòng)連接法蘭、支撐環(huán)和撥環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)撥環(huán)上的3個(gè)楔塊沿楔環(huán)斜面移動(dòng)，通過(guò)楔塊的微小移動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)夾緊，不僅節(jié)省夾緊時(shí)間，提高操作效率，還提高了裝夾精度。

夾具采用楔塊自動(dòng)夾緊方式代替現(xiàn)有常見(jiàn)的手動(dòng)卡盤(pán)和液壓驅(qū)動(dòng)卡盤(pán)，且?jiàn)A緊工件、松開(kāi)工件和帶動(dòng)工件回轉(zhuǎn)均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，為外圓磨床提供了一種新型、高效的自動(dòng)化夾具。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭靜靜，左旭芬- 卡盤(pán)自動(dòng)夾緊頭架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析[J]- 精密制造與自動(dòng)化，2014（1）：21-24

[2] 浙江大學(xué)臺(tái)州研究院.外圓磨床自動(dòng)夾緊和松開(kāi)圓形工件的夾具[P].2012-07-25.

[3] 合肥華興機(jī)械人有限公司.一種外圓磨床自補(bǔ)償式浮動(dòng)三爪動(dòng)力卡盤(pán)[P].2016-12-07.

[4] 臼井英冶，高希正，劉德忠- 切削磨削加工學(xué)第一版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982

[5] 葛便京，段華榮，趙一榮，易良均，張岑- 一種內(nèi)置式彈簧頂尖與端面定位彈性卡頭液壓夾緊卡盤(pán)[J]- 機(jī)床與液壓，2014，42（22）：40-43

[6] 曲秀全，陸念力- 一種新型楔塊式低副單向超越離合器[J]- 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004，40（1）：195-198

[7] 陳震，鐘再敏，章桐- 基于ADAMS的同步器同步過(guò)程仿真分析[J]- 汽車(chē)工程，2011，33（4）：340-344

[8] 黃京漢，張平格，康瑞婷，劉宇心，郭磊勇，王澤仁，李占方- 復(fù)合楔式動(dòng)力卡盤(pán)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]- 制造技術(shù)與機(jī)床，2014（10）：148-149

[9] 何大志，張嵐，潘毓學(xué)，宋可平- 離合器從動(dòng)盤(pán)軸向壓縮仿真試驗(yàn)分析[J]- 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2009，25（3）：71-74

[10] 王龍山，李國(guó)發(fā)- 磨削過(guò)程模型的建立及其計(jì)算機(jī)仿真[J]- 中國(guó)機(jī)械工程，2009，13（1）：3-3

第一作者：

林鈺珍（1984——），女，浙江金華，碩士，講師。