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一種四軸精密車床的研製及應（yīng）用

2020-12-10 來（lái）源：長沙航空職業技術學院（yuàn）作者：周誌平　陳勇

摘要：普通車床上車削工件內圓時，通常需要將工件拆下重新裝夾才能加工工件的另一端，而拆裝工件易導致安裝誤差，降低加工精度，且（qiě）二（èr）次裝夾也易造成已加工表（biǎo）麵（miàn）的夾傷。本文展示了四軸精密車床的研究成果，具體包括設計裝夾兩個工件（jiàn）的夾具，兩套車削裝置，而每套車削裝置包括兩套主軸裝（zhuāng）置。隻需一次裝夾，即可四軸（zhóu）同時運轉加工兩個（gè）工件。該車床特別適合兩端都需要加（jiā）工的工件（jiàn），能極大（dà）地提高加工精度和生產效率。

關（guān）鍵詞：四軸精密車床研製

普通車床加（jiā）工工件的常用方法是將工件裝夾在三爪卡盤上（shàng），車刀安裝在刀架上，通過工件的旋轉運動和車刀的直線運動，完成對工件的內外表麵或端麵的切削。在車削工件外圓時，通常可以采用外圓車刀進行端麵車削，但是車削內圓時必須（xū）更換車刀（dāo）；加工完工件的一端後，通常需要（yào）將工件拆下重新裝夾（jiá）才能加工工（gōng）件的另一端，拆裝工件易導致安裝誤差（chà），從而降低加工精度；二次裝夾也易造（zào）成已加工表（biǎo）麵夾傷。

本文展示了（le）一種四軸精密（mì）車床的結構設計和應用方法。通過設計機床夾具，一次裝夾兩個工（gōng）件，同時設置兩套車削裝置，每（měi）套車削裝置（zhì）設置（zhì）兩套主軸（zhóu）裝置，隻需一次裝（zhuāng）夾，即可四軸同時運轉加工兩個工件（jiàn）。

1、四軸精密車床（chuáng）主要設計方案

為提高零件的加工精度和加工效率，本車床采用的（de）主要技術方案是：在機架上設置基板，在基板上（shàng）安裝夾具；以夾具為中心，位於夾具的橫向兩側對稱位置設有兩套車削（xuē）裝置；在基板的下方設有切削液過濾循環裝置；在機（jī）架上還設有（yǒu）控製箱、控（kòng）製麵板和操作裝置。本文研製的（de）四（sì）軸車床（chuáng）結構示意圖如（rú）圖 1 和圖（tú） 2 所示，機床主視（shì）圖和俯視圖分別見圖 3 和圖 4。

圖 1　機（jī）床結構示意圖

圖 2　去除機罩的機床結構示意（yì）圖

圖 3　機床主視圖

2、四（sì）軸精密（mì）車床主要結構及工作原理

由上述四軸精密車床（chuáng）結構圖可以看出：在機架 1 上設有基板 2，在（zài）基板 2 上設有夾具 3（夾具結構示意（yì）圖見圖（tú） 5，夾具俯視圖和右視圖分別（bié）見圖 6 和圖 7）。以夾具 3 為中心，位於夾具（jù） 3 的橫向兩側對稱設有兩套車削裝置 4A 和（hé） 4B，兩套車削裝置結構相同（車削裝置結構示意圖見圖（tú） 8）；在（zài）基板 2 的下方設有切削液過（guò）濾循環裝置 5。夾具 3 包括安裝板（bǎn）31，安裝板 31 設在基板 2 上，在安裝板 31 上設置有基座32，在基座 32 上設（shè）置有第一 V 形塊 33 和第二 V 形塊 34，在第一 V 形（xíng）塊 33 的一（yī）端位於基座 32 上設置（zhì）有第一工件端麵定位裝置 35，在第二 V 形塊（kuài） 34 的一端位於基座 32 上設置有第二工件端麵定位裝置 36。

圖 4　機床俯視（shì）圖

圖 5　夾具結構示意（yì）圖

圖 6　夾具俯視圖（tú）

圖（tú） 7　夾具右（yòu）視圖（tú）

圖 8　車削裝置（zhì）結構示意圖

第一工（gōng）件端麵定位裝置 35 包（bāo）括第一滑軌 351、第一滑塊 352、第一定位塊 353、第一（yī）連接塊 354、第一卡扣 355和第一推拉氣缸 350。第一（yī）滑軌 351 設置在基座 32 上，第一滑塊 352 滑動地設（shè）置（zhì）在第一滑軌 351 上，第一定位塊 353設置在第（dì）一滑塊 352 上，第一連接塊 354 設置在第（dì）一定（dìng）位塊 353 上，第一卡扣 355 設置在第一連接塊（kuài） 354 上，第一推拉氣缸（gāng） 350 的活塞杆 3501 與第一卡扣 355 連接，第一推拉氣缸 350 的缸（gāng）體 3502 設置在安裝板（bǎn） 31 上。活塞杆 3501驅動第一卡（kǎ）扣 355、第一連接塊 354、第一定位塊 353 和（hé）第一滑塊 352，沿第一滑軌 351 上下運（yùn）動給工件 310 提供定位。

第（dì）二工（gōng）件端麵（miàn）定（dìng）位裝置 36 包括第二滑軌 361、第二滑塊 362、第二定位塊 363、第二連接塊 364、第二卡扣 365和（hé）第二推拉氣缸 360，第二（èr）滑軌 361 設置在基（jī）座 32 上，第二（èr）滑塊 362 滑動地設置在第一滑軌（guǐ） 361 上，第二定位塊 363設置在第二滑塊 362 上，第二連接塊 364 設置在第二定位塊 363 上，第二卡扣 365 設置（zhì）在第二連接塊 364 上，第二推拉氣缸 360 的活塞杆 3601 與第二卡扣 365 連接（jiē），第二推拉氣缸 360 的缸體 3602 設置在安裝板 31 上。活塞杆 3601驅動第二卡扣 365、第二連接塊 364、第二定（dìng）位塊 363 和第二滑塊 362 沿第二（èr）滑軌 361 上下運動給工件 311 提供定位。在基座 32 的下麵設有旋轉夾持裝置 37，旋轉夾持裝置37 包括旋（xuán）轉軸 371、馬達 372、第一夾持氣缸 373、第二夾持氣缸 374、第三卡扣 375、第（dì）四卡扣 376、推拉板 377、固定塊 378 和壓板（bǎn） 379。第一夾持氣缸 373 和第二夾持氣缸374 的缸（gāng）體均固定（dìng）在基（jī）座 32 上，第一夾持氣缸 373 的活塞杆 3731 通過第三卡扣 375 與（yǔ）推拉板 377 相連，第二夾持氣缸 374 的活塞杆（gǎn） 3741 通過第四卡扣 376 與推拉板 377 相連，固定塊 378 安裝在推（tuī）拉板 377 上，馬達 372 的本體安裝在固定塊 378 上（shàng），馬達 372 的輸出軸 3720 與（yǔ）旋轉軸（zhóu） 371 的下端相連，壓板 379 安裝在旋轉軸 371 的上端。第一夾持氣缸373 的活（huó）塞杆 3731 和（hé）第（dì）二夾持氣缸 374的（de）活塞杆 3741 推動推拉（lā）板 377 帶動第三卡扣 375、第四卡（kǎ）扣 376、推拉板 377、固定塊 378、旋（xuán）轉軸（zhóu） 371、壓板 379 和馬達 372 上下運動（dòng）為壓板 379 壓（yā）緊工（gōng）件 310 和工件 311 提（tí）供壓力，馬達 372 帶動旋轉軸 371 旋轉（zhuǎn），方便放置和取出工件 310 和工件 311。在基座 32 的橫向兩側對稱設有導套座（zuò） 38，導套座 38上（shàng）設有導套 39。車（chē）削裝置 4B 包括安裝（zhuāng）在基板 2 上的滑軌 41，滑軌 41上設有（yǒu）可沿滑軌 41 滑動的滑座 42。滑座 42 上靠近夾具 3的一端設有第一主軸座 43 和（hé）第二（èr）主軸座 44，第一主軸座43 上設（shè）有第一主軸裝置 45，第二主（zhǔ）軸座 44 上設有第二主軸裝置 46。滑座 42 的另一端設有電動馬（mǎ）達（dá） 47，電動馬（mǎ）達47 的輸出（chū）軸上設有主動皮（pí）帶輪

470。

第一主軸裝置 45 靠近（jìn）夾（jiá）具3的一端設有第一刀座451，第一刀座 451 上設有外圓車刀安裝孔、內孔車刀安裝孔和端麵車刀安（ān）裝孔，在外圓車刀安（ān）裝孔內安裝外圓車刀4511、在（zài）內孔車刀（dāo）安裝（zhuāng）孔內安裝內孔車（chē）刀 4512、在端麵車刀（dāo）安裝孔（kǒng）內安裝端麵車刀 4513；第一主軸（zhóu）裝置 45 的（de）另一端設有第一從動皮帶輪 450，第一從動皮帶輪 450 與主動（dòng）皮帶輪 470 之間（jiān）設有第一皮帶（dài） 471；第二主軸裝置 46 靠近（jìn）夾具3 的一端設有第（dì）二刀座 461，第二刀座 461 上設有外圓車刀安（ān）裝孔、內孔車刀安裝孔和端麵車刀安裝孔，在外圓車刀（dāo）安裝孔內安裝外圓車刀 4611、在內孔車刀安裝孔內安裝內孔車刀 4612、在端麵車刀安裝孔內安裝端麵車刀 4613，第二主軸裝置 46 的另一（yī）端設有第二從動皮（pí）帶輪（lún） 460，第二（èr）從動皮帶輪 460 與主動皮帶輪 470 之間設有第二皮（pí）帶 472。通過在外圓車刀安裝孔內安裝外圓車刀、在內（nèi）孔車刀安裝孔內安（ān）裝內孔車刀、在端麵車刀安裝孔內安裝端麵（miàn）車刀，主（zhǔ）軸裝置旋轉可（kě）同時加工工件的外圓、內孔（kǒng）和端麵，可極大提到加工效（xiào）率。

選用電動馬達作（zuò）為驅動裝置，結構（gòu）簡單，運行可靠，噪音小。主動皮帶輪和從動皮（pí）帶輪之間選用皮帶作為傳動件，結構簡單，成本低，運行噪音小。在滑座 42 上還設有導（dǎo）柱座 48，導柱座 48 上設有導柱49。工作時，滑座上設置的導柱與夾具的（de）基（jī）座上的導套配合，以提高加工精度。在滑座 42 和基板 2 之（zhī）間設有進給裝置（zhì） 40，進給裝置40 包括伺服電機 400、絲杠 401、螺母 402 和（hé）固定塊 403。固定塊 403 設置在（zài）滑座（zuò） 42 上，螺母 402 設置（zhì）在固定塊 403 上，伺服電機 400 固（gù）定在基板 2 上，絲（sī）杠 401 的一端與伺服電（diàn）機（jī） 400 相連，絲杠 401 的另一端（duān）與螺母 402 配合。進給裝置選用伺服電機作（zuò）為動力，伺服（fú）電機（jī）運行精度高，能（néng）提（tí）高工件（jiàn）的加工精度。傳動件選用絲杠，運行可靠，精度高。切削液過濾循環（huán）裝置 5包括過濾筐 51、儲液箱 52 和水泵 53。過濾（lǜ）筐 51 設在儲液箱（xiāng） 52 的上方，過濾筐 51 底部為多孔網狀結構，水（shuǐ）泵 53 安裝（zhuāng）在機架 1 上，水泵 53 的泵頭 530 設置在儲液箱 52 內。基板 1 上圍繞夾具 3 設有回（huí）形斜板 54，在基板 1 上回形斜板 54 圍繞（rào）的區域內（nèi）開有落料孔55，在基板 1 的底麵上圍繞落料孔 55 設有落料（liào）管 56，落料（liào）管 56 底部落料口的投影（yǐng）麵位於過濾筐 51 內。過濾筐底（dǐ）部為多孔網狀結構，能（néng）過濾切削（xuē）下來的廢料。回形斜板具有（yǒu）導（dǎo）流作用，落料管（guǎn）底部落料口的投影（yǐng）麵位於過濾筐內，能使從過濾筐流下的切削液完全（quán）流入儲液箱。機架 1 上（shàng）設有機罩 9，機罩 9 內頂部設有照明燈（圖中未（wèi）示出）。在機架 1 的前（qián）麵設有安全光幕 10，在機架 1 的底部設有旋轉腳輪 11 和固定腳蹄 12。機架上還設有控製箱6、控製麵板 7 和操作裝置 8，操作（zuò）裝置 8 上（shàng）設有啟動按鈕（niǔ）80 和急停按鈕 81。機罩能防止（zhǐ）切削液甩出，隔離加工區（qū），防止發生安全事故。安（ān）全光幕能（néng）防止發生安全事故。在機（jī）架的底部同時設置旋（xuán）轉腳輪（lún）和固定腳蹄，旋轉腳輪能方便移動車床，移（yí）動到預定的位置後，調整固定腳蹄的高度，使用固定腳蹄支（zhī）撐車床，並可通過固定腳蹄（tí）調整車床的水平度，確保車床的（de）加工精度。控製箱內安（ān）裝控製車床的電器元件，控製麵板用來設置（zhì）各項參數來控製車床。操作裝置上設置的啟動按鈕和急停按鈕方便（biàn）操作車床，緊急情況下可快速停（tíng）機。

3、結語

機床設（shè）置了四套主軸裝置，夾具能同時裝夾兩個（gè）工（gōng）件（jiàn），通過一次裝夾（jiá）即可完成對工件兩端外圓、內孔及端麵的加工，顯著（zhe）提高了（le）生（shēng）產（chǎn）效率。該機床夾具結構合理，裝夾和拆卸工件方便、可靠，並且能較好（hǎo）地保證工（gōng）件的同軸度，極大地提高了產品的加工精度和質量，特別適合大批量生產兩端都需（xū）要（yào）加工的工件。

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