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一種四軸精密車床的研（yán）製及應用

2020-12-10 來源：長沙航空（kōng）職業技（jì）術學院作者：周誌平　陳勇

摘要：普通車床上車削工件內圓時，通（tōng）常需要將工件拆下重（chóng）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（jiā）工精度，且二次裝（zhuāng）夾也易造成已（yǐ）加工表麵的（de）夾傷。本文展示了四（sì）軸精密車床的研（yán）究成果，具體包括設（shè）計裝夾兩（liǎng）個工（gōng）件的夾具，兩套車削裝置，而每套車削裝置包括兩套（tào）主軸（zhóu）裝置。隻需一次裝夾，即可（kě）四（sì）軸同時運轉加工兩個工件。該車床特別適合（hé）兩端都（dōu）需要加工的（de）工件，能（néng）極（jí）大地（dì）提高加工精度和生產效率。

關鍵詞（cí）：四軸精密車床研（yán）製

普通車床加工工件的常用方法是將工件裝（zhuāng）夾在三爪卡盤上，車刀安裝在刀架上，通（tōng）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（de）切削。在車削工件外圓時，通（tōng）常可以采用外圓車刀（dāo）進行端（duān）麵車削，但是車削內（nèi）圓時（shí）必須更換車刀；加工完工件的一端後，通常需要將工件（jiàn）拆下重新裝夾才（cái）能加工工件的另一端，拆裝（zhuāng）工（gōng）件易導致安裝誤差，從而降低加工（gōng）精度；二次裝夾也（yě）易造成已加工表麵夾傷。

本文（wén）展示了一種四軸精密車床的（de）結構設計和應用方法。通過設（shè）計機床（chuáng）夾具，一次（cì）裝夾兩個工件，同時設（shè）置兩套車（chē）削裝置，每套車削（xuē）裝置設置兩套主軸裝置，隻需一次裝夾（jiá），即可四軸同時運轉加工兩個工件。

1、四軸精密車床主（zhǔ）要設計方案

為提高零（líng）件的加工精度（dù）和加工效率，本車床采（cǎi）用的（de）主要技術方案是：在機架上設置基板，在基板上安裝夾具；以夾具為中心，位於夾具的橫向兩側對稱位置設有兩套車（chē）削裝置；在基板的下方設有切削液過濾（lǜ）循環裝置；在機架上還（hái）設有控製箱、控製（zhì）麵板（bǎn）和操作裝置。本文研製（zhì）的四軸車床結構示意圖如圖 1 和（hé）圖 2 所示，機床主視（shì）圖和俯（fǔ）視圖分別見圖 3 和圖 4。

圖 1　機床結（jié）構示意圖

圖 2　去除機罩的機床結構示意圖

圖 3　機床主視圖

2、四（sì）軸精（jīng）密車床主要結構及工作原理（lǐ）

由上述四軸精密車床結（jié）構圖可以看出：在機架 1 上設有基板 2，在基板 2 上設有夾具 3（夾具（jù）結構示意圖見圖（tú） 5，夾具俯視圖和右視（shì）圖分別見圖 6 和圖 7）。以夾具 3 為（wéi）中心，位於夾具 3 的（de）橫向兩側對稱設有兩套車削裝置 4A 和 4B，兩套車削裝置（zhì）結構相同（車削（xuē）裝置結構示意圖見（jiàn）圖 8）；在基板 2 的（de）下方設有切削液過濾循環裝置 5。夾具 3 包括安裝板31，安裝板 31 設在基板 2 上，在安裝板 31 上（shàng）設置有基座32，在基座 32 上設置有第一 V 形塊 33 和第二 V 形塊 34，在第（dì）一 V 形塊 33 的（de）一端位於基座 32 上設（shè）置（zhì）有第一工件端麵定位裝置 35，在第二 V 形塊 34 的一端位於基座 32 上設置有第二工（gōng）件端（duān）麵定位裝置 36。

圖 4　機（jī）床俯視圖

圖 5　夾具結構示（shì）意圖

圖 6　夾具（jù）俯視圖

圖 7　夾具右視圖

圖 8　車削裝置結構示意圖

第一工件端麵定位（wèi）裝（zhuāng）置 35 包括第一滑軌 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（hé）第一推拉氣缸 350。第一滑軌 351 設置在基座 32 上，第（dì）一（yī）滑塊 352 滑動地設置在第一滑（huá）軌 351 上，第一定位塊 353設置在（zài）第一滑塊 352 上，第一連接塊 354 設置在第一（yī）定位塊 353 上，第一卡扣（kòu） 355 設置在第一連接塊 354 上，第一（yī）推（tuī）拉氣缸 350 的（de）活塞杆 3501 與第一卡扣 355 連（lián）接，第一推拉氣缸 350 的缸體 3502 設置在安裝板 31 上。活塞杆 3501驅動第一卡（kǎ）扣 355、第（dì）一連接塊 354、第一定位（wèi）塊 353 和第一（yī）滑（huá）塊（kuài） 352，沿第一滑軌 351 上下運動給工件 310 提供定位。

第二工件端麵定位裝置（zhì） 36 包括第二滑軌 361、第二（èr）滑塊 362、第二（èr）定位塊 363、第二連（lián）接塊 364、第二卡扣 365和第二推拉氣缸 360，第二滑軌 361 設（shè）置在基座 32 上，第二滑塊 362 滑（huá）動地設置在第一滑軌 361 上，第二定位塊 363設置在第二滑（huá）塊 362 上，第二連接塊 364 設置在第二定位塊 363 上，第二卡扣 365 設置在第二（èr）連接塊 364 上，第二（èr）推拉氣缸 360 的活塞杆 3601 與第二卡扣 365 連接，第二推拉氣缸 360 的缸（gāng）體 3602 設置在安裝板 31 上。活塞（sāi）杆 3601驅動第二卡扣 365、第二連接塊 364、第（dì）二定位（wèi）塊 363 和第二（èr）滑塊 362 沿第二滑軌 361 上下運動給工件 311 提供（gòng）定位（wèi）。在（zài）基座 32 的下麵設有旋轉（zhuǎn）夾（jiá）持裝置 37，旋轉夾（jiá）持裝置37 包（bāo）括旋轉軸 371、馬（mǎ）達 372、第一夾持氣缸 373、第二夾持氣缸 374、第三卡扣 375、第四卡扣 376、推拉板 377、固定塊 378 和（hé）壓（yā）板 379。第（dì）一夾持氣缸 373 和第二夾持氣缸374 的缸體均固（gù）定在基座 32 上，第一夾持氣缸 373 的活塞杆 3731 通過第三卡扣（kòu） 375 與推拉板 377 相（xiàng）連，第（dì）二夾持氣缸 374 的活塞杆 3741 通過第四卡扣 376 與推拉板 377 相連，固定塊 378 安裝在（zài）推拉板 377 上，馬達 372 的本體安裝在固定塊 378 上，馬達 372 的（de）輸出軸 3720 與旋轉軸 371 的下端相連，壓板 379 安裝在旋轉軸 371 的上端。第一（yī）夾持氣缸373 的活塞杆 3731 和第二夾持氣（qì）缸 374的活塞杆 3741 推動推拉板（bǎn） 377 帶動第三卡扣（kòu） 375、第四卡扣 376、推拉（lā）板 377、固定塊 378、旋轉軸 371、壓板 379 和馬達 372 上下運動為壓（yā）板 379 壓緊工（gōng）件 310 和工件 311 提供壓力，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（cè）對稱設有導套座 38，導套座 38上設有導套 39。車削裝置 4B 包括安裝在（zài）基板（bǎn） 2 上的滑軌（guǐ） 41，滑軌 41上設有可沿滑軌 41 滑動的滑座 42。滑座 42 上（shàng）靠近夾具 3的一端（duān）設有第一主軸座 43 和第二主軸座 44，第一主軸座43 上設有第一主軸裝置 45，第二主軸座 44 上設（shè）有第（dì）二主軸裝置 46。滑座 42 的另一端設有電動馬達 47，電動馬達47 的輸出軸上設有主動皮帶輪

470。

第一主軸裝置 45 靠近夾具3的一端設有第一刀座451，第（dì）一（yī）刀座 451 上設有外（wài）圓車刀安裝孔、內孔車刀安裝孔和端麵車刀安裝孔，在（zài）外圓車刀安裝（zhuāng）孔內安裝外圓車刀4511、在內孔車刀（dāo）安裝孔（kǒng）內安裝內孔車刀 4512、在端麵車（chē）刀安裝孔內安裝端麵車刀 4513；第一主軸裝置 45 的另（lìng）一端設有第（dì）一從動皮帶輪 450，第一從動皮帶輪（lún） 450 與主動皮帶輪 470 之間設有第一皮帶 471；第二主軸裝置 46 靠（kào）近（jìn）夾具3 的一端設有（yǒu）第二刀座 461，第二（èr）刀座 461 上（shàng）設有外圓車刀安裝孔、內孔車刀（dāo）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（chē）刀 4611、在內孔車（chē）刀安裝孔內安（ān）裝內孔車刀 4612、在端麵車刀（dāo）安裝孔內安裝端麵車刀 4613，第二（èr）主軸裝置 46 的另一端設有第二從動皮帶輪 460，第二從動皮帶輪 460 與主動皮（pí）帶輪 470 之間設有第（dì）二皮帶 472。通過在外圓車（chē）刀（dāo）安裝孔（kǒng）內安（ān）裝外圓車（chē）刀、在內孔車刀安裝孔內安（ān）裝內孔車刀（dāo）、在端麵車刀安裝孔內（nèi）安裝端麵車刀，主軸裝置旋轉可同時加工工件（jiàn）的外圓、內孔和端麵，可極大提到加工效（xiào）率。

選用電動馬達作為驅（qū）動裝置（zhì），結構簡單，運行可靠，噪音（yīn）小。主動皮帶（dài）輪和從動皮帶輪之間選用皮帶（dài）作為傳動件，結（jié）構簡單，成本低，運行噪音（yīn）小。在（zài）滑座（zuò） 42 上還設有導柱座（zuò） 48，導（dǎo）柱（zhù）座 48 上設有導柱49。工作時，滑座上設置的導柱與夾具的基座上的導套配合，以（yǐ）提高加工精度（dù）。在滑座 42 和基板 2 之間設（shè）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（kuài） 403 設置在滑座 42 上，螺母 402 設置在固定塊 403 上（shàng），伺服電機 400 固定在基板 2 上，絲杠 401 的一端與伺服電機 400 相連，絲杠 401 的另一端與螺母 402 配合。進給裝置選用伺服電機（jī）作為動力，伺服電機運（yùn）行精度高，能提高工件的加工精度。傳動件選用絲杠，運行可靠，精度高。切削液過濾循環裝置 5包括過濾筐 51、儲液箱 52 和水泵 53。過濾筐 51 設（shè）在儲（chǔ）液箱 52 的上方（fāng），過濾筐 51 底部為多孔網（wǎng）狀結構，水泵 53 安裝在（zài）機架 1 上，水泵（bèng） 53 的泵頭 530 設置在儲液（yè）箱 52 內。基（jī）板 1 上（shàng）圍（wéi）繞夾具 3 設有回形斜板 54，在基板 1 上回形斜板 54 圍繞的區域內開有落料孔55，在（zài）基板 1 的底麵上圍（wéi）繞落料孔 55 設有落料管 56，落料管 56 底部落料口的（de）投影麵位於過濾（lǜ）筐 51 內。過濾筐底部為多孔網狀結構，能過濾切削下（xià）來的廢（fèi）料。回形斜板具有導流作用，落料管底部落料口（kǒu）的投影麵位於過濾筐內，能使從過濾筐流下的切（qiē）削液完全流入儲液箱。機（jī）架 1 上設有機罩 9，機罩 9 內頂部設有照明燈（圖（tú）中未示出）。在機架 1 的前麵設有安全光幕 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（shè）有控（kòng）製箱6、控製麵板（bǎn） 7 和操作裝置 8，操作裝置 8 上設有啟動按鈕80 和急停按鈕 81。機罩能防止切削液甩出，隔離加工區，防止（zhǐ）發生安全事故（gù）。安全光幕（mù）能防止（zhǐ）發生安全事故。在（zài）機架的底部同時設置旋轉腳輪（lún）和固定腳蹄，旋轉腳輪能方便移動車床，移動到預定的位置後，調整（zhěng）固定腳蹄的高度，使用固定腳蹄支撐車床，並可通過固定腳蹄調整（zhěng）車床的水平度，確保車床的加工精度。控製箱內安裝控製車床的電器元件，控製麵板用來設置各項參數來控製車床。操（cāo）作裝置上（shàng）設置（zhì）的啟動按鈕和急停按鈕方便操作車床，緊急情況下可快（kuài）速停機。

3、結語

機床設置了四套主（zhǔ）軸裝置，夾具能同時裝夾兩個工件，通（tōng）過一次裝夾即可完成對工件兩端（duān）外圓、內（nèi）孔及端麵的加工，顯著提高了生產效率。該機床（chuáng）夾具結構合理，裝夾和拆卸工件方便、可（kě）靠，並（bìng）且能較好地保證工件的同軸度，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要（yào）加（jiā）工的工件。

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