一種大孔徑工件機床輔助支撐裝置十字頂尖的設計與應用

陳沖鋒，潘 露，陳衛(wèi)林

（1.蕪湖機械工程學校，安徽 蕪湖241200；2.安徽機電職業(yè)技術學院 機械工程系，安徽 蕪湖241000；3.安徽天航機電有限公司，安徽 蕪湖241000）

0 引言

目前市面上銷售的頂尖大致分為兩種：活動頂尖、死頂尖。這兩種頂尖使用方法基本是先在零件端面上鉆削一個中心孔，后使用頂尖的前端頂住中心孔，從而達到輔助支撐的作用。如果加工大孔徑工件，傳統(tǒng)頂尖由于前端錐柄尺寸等原因的限制無法實現(xiàn)輔助支撐。目前常采用加大頂尖錐柄的方法，不僅浪費材料，而且可能因重量太大，伸出尾座過長影響機床尾座的精度[1]。

本文設計的十字頂尖通過十字架自適應調(diào)節(jié)方法，避免了傳統(tǒng)大錐柄的使用，解決了傳統(tǒng)頂尖的局限問題，且方法結構簡單，易于實現(xiàn)。

1 產(chǎn)品問題分析

圖1所示為企業(yè)生產(chǎn)加工的筒皮零件示意圖，根據(jù)大孔徑零件的結構特點，大孔徑零件大部分是通過卷圓機卷制而成，然后通過焊接將接縫補上，在卷制和焊接的過程中，難免使零件有一定的變形和不規(guī)則出現(xiàn)。如圖1（b）分析可知，該零件最大直徑需加工至φ1 250 mm，內(nèi)孔加工至φ1 195 mm，工件長度1 230 mm，毛坯件內(nèi)孔φ1 190 mm。由于工件直徑較大，長度較長，同時工件內(nèi)孔也有尺寸要求，需要加工，使用傳統(tǒng)的卡盤及頂尖已經(jīng)無法滿足工件的裝夾要求，要解決的問題在于既能夠輔助工件的支撐，又能夠加工工件內(nèi)孔，同時還要考慮支撐裝置與機床的裝配。

圖1 產(chǎn)品實物圖及零件圖

2 十字頂尖設計

根據(jù)產(chǎn)品加工中存在的問題，本文根據(jù)四爪卡盤的結構設計制作了一種十字形的頂尖，如圖2所示，該頂尖包括頂尖體和十字支撐桿，十字支撐桿通過螺紋連接安裝在頂尖體的四端，頂尖體內(nèi)部安裝有推力軸承和圓柱滾珠軸承，頂尖體的前側表面設置有頂尖莫氏錐柄，頂尖體通過推力軸承和圓柱滾珠軸承配合頂尖莫氏錐柄可以實現(xiàn)與機床尾座的完美配合。十字支撐桿的桿上均設有六個調(diào)整孔，可以靈活地調(diào)整支撐桿的伸縮長度，完成零件的裝夾，并實現(xiàn)自適應定位功能。推力軸承和圓柱滾珠軸承裝配可是實現(xiàn)固定支撐和定心，合理地分配承載各個方向的推力，延長頂尖的使用壽命。

圖2 十字頂尖結構示意圖

該頂尖采用的十字架自適應調(diào)節(jié)方法，避免了傳統(tǒng)大錐柄的使用，解決了傳統(tǒng)頂尖的局限問題，且方法結構簡單，易于實現(xiàn)，不僅可以輔助支撐內(nèi)孔，還可以用于輔助矯正零件裝夾[2]。

3 十字頂尖工作原理

如圖3所示，十字頂尖的具體配合關系：機床輔助支撐裝置十字頂尖，包括頂尖體1和十字支撐桿2，頂尖體1的四端均安裝有十字支撐桿2，頂尖體1內(nèi)部安裝有推力軸承3和圓柱滾珠軸承4，頂尖體1的前側表面設置有頂尖莫氏錐柄5，頂尖莫氏錐柄5與推力軸承3、圓柱滾珠軸承4配合。十字支撐桿2的桿上均設有六個調(diào)整孔6，用以調(diào)整十字支撐桿2的伸縮長度，完成零件的裝夾。

圖3 十字頂尖工作原理示意圖

工作過程中，頂尖體1與可調(diào)的十字支撐桿2基于一體，當調(diào)整十字支撐桿2和頂尖體1配合關系的時候，實現(xiàn)輔助支撐不同孔徑的零件；使用時十字頂尖深入工件內(nèi)孔內(nèi)部，可以不影響該零件內(nèi)孔的加工，頂尖體1通過推力軸承3和圓柱滾珠軸承4配合頂尖莫氏錐柄5可以實現(xiàn)與機床尾座的完美配合，采用推力軸承3和圓柱滾珠軸承4裝配可是實現(xiàn)固定支撐和定心，合理的分配承載各個方向的推力，延長頂尖的使用壽命[3]。

4 生產(chǎn)應用

設計制作好的十字頂尖安裝在機床的尾座上，通過設計的莫氏錐柄與尾座完美的配合，十字頂尖的十字支撐桿用于支撐大孔徑零件內(nèi)孔，通過十字支撐桿的伸縮可以支撐不同孔徑的零件，目前該裝置已經(jīng)在企業(yè)實際生產(chǎn)應用，如圖4所示生產(chǎn)現(xiàn)場。

圖4 生產(chǎn)應用現(xiàn)場圖

5 結論

本文針對大孔徑工件的輔助支撐裝夾裝置，設計了一種既可以輔助支撐裝夾大孔徑工件，又能夠不影響加工工件內(nèi)孔的十字頂尖，解決了大孔徑零件的裝夾難題，為大孔徑工件的加工生產(chǎn)提供了極大的便利。目前該裝置已經(jīng)獲得了國家實用新型專利（專利號：ZL201521137536.4），并且已經(jīng)在部分企業(yè)推廣應用，效果良好。