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一種四軸精密車（chē）床（chuáng）的研製及應用

2020-12-10 來源：長（zhǎng）沙航空職（zhí）業技術學（xué）院作者：周誌平　陳勇

摘要：普通車床上車削（xuē）工件內圓時，通（tōng）常需要將工件（jiàn）拆下（xià）重新裝夾才（cái）能加工工件的另一端，而拆（chāi）裝工件易導致安裝誤差，降低（dī）加工精度，且二次裝夾也易造成已（yǐ）加工表麵的（de）夾傷。本文展示了四軸精密車床的研究（jiū）成（chéng）果，具體包括設計裝夾兩個工件的夾具，兩套車削裝置，而每套車削裝置包括兩套主軸裝置。隻需一次裝夾，即可四軸同時運轉加工兩個工（gōng）件。該（gāi）車床特別適合兩端都（dōu）需要加工的工件，能極大（dà）地提高加工精度和生產效率。

關鍵詞：四軸（zhóu）精密車床研製

普通車床加工（gōng）工件的常用方法是將工件裝夾在（zài）三爪卡盤（pán）上，車刀安裝在（zài）刀架上，通（tōng）過工件的旋轉運（yùn）動和車刀的（de）直線運動，完成對工件（jiàn）的內外（wài）表麵或（huò）端麵的切（qiē）削。在車（chē）削工（gōng）件外圓時，通常（cháng）可以采用外圓車刀進行端麵車削，但是（shì）車削內圓時必須更（gèng）換車刀；加工完工件的一端後，通常需要將工件拆下重新裝（zhuāng）夾才能加工工件（jiàn）的另一端，拆裝工件易導致安（ān）裝誤差，從而降低加工精度；二次裝夾也易造成已加工表麵夾傷。

本文展示了一種四軸（zhóu）精密車床的（de）結構設計和應（yīng）用（yòng）方法。通過設計機床夾具，一（yī）次裝夾兩個工件，同時設置兩套車削裝置，每套車削（xuē）裝置設置兩套主軸裝置，隻需（xū）一（yī）次裝夾，即可四軸同時運（yùn）轉加（jiā）工兩個工件。

1、四軸精密車床主要設計方案

為提高零件的加工精度和加（jiā）工效率，本車床采用的主要技術方案是：在（zài）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（wèi）置設（shè）有兩套（tào）車削裝置；在基板（bǎn）的下方設（shè）有切削液過濾循環裝置；在（zài）機架上還設有控製箱、控製麵（miàn）板和（hé）操作裝（zhuāng）置。本文研製的四軸車床結構示意圖如（rú）圖 1 和圖 2 所示，機床主視圖和（hé）俯視圖分別見圖（tú） 3 和圖 4。

圖（tú） 1　機床結構示意圖

圖 2　去除機罩的機床結構示意圖

圖 3　機床主視圖

2、四軸精密車床（chuáng）主要結構及工作原理（lǐ）

由上述四軸精密車床結構圖（tú）可以（yǐ）看出：在（zài）機架 1 上（shàng）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（jiá）具俯視圖和（hé）右視圖分別見（jiàn）圖 6 和圖 7）。以夾具 3 為中（zhōng）心，位於夾具 3 的橫向兩側對稱設有兩套車削裝置 4A 和 4B，兩套車削（xuē）裝置結構相同（車削裝（zhuāng）置結構示意圖見圖 8）；在基板 2 的下方設有切削（xuē）液過濾循環裝置 5。夾具 3 包括安裝板31，安裝板 31 設（shè）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 的一端位於基（jī）座 32 上設置有第一工（gōng）件端麵定位裝置 35，在第二 V 形塊 34 的一（yī）端位於基座 32 上設置（zhì）有第二工件端麵定位裝置（zhì） 36。

圖 4　機床俯視圖

圖 5　夾具結構示意圖

圖 6　夾具俯視圖

圖 7　夾具右視圖

圖 8　車削裝（zhuāng）置（zhì）結（jié）構示意（yì）圖（tú）

第一工件端麵定位裝置 35 包括第一滑軌 351、第一滑塊 352、第一定位塊 353、第一連接塊 354、第一卡扣 355和第一推拉（lā）氣缸 350。第一滑軌 351 設置在（zài）基座 32 上，第一滑塊 352 滑動地（dì）設置在第一滑軌 351 上，第一定位塊 353設置在第一滑塊 352 上，第一連接塊 354 設置在第一定位塊 353 上，第一卡扣 355 設置在第（dì）一連（lián）接塊 354 上，第一推拉氣缸 350 的活塞杆（gǎn） 3501 與第（dì）一卡扣 355 連接，第一推拉氣缸 350 的缸體 3502 設置在安（ān）裝板 31 上（shàng）。活塞杆 3501驅動第一卡扣 355、第一連接（jiē）塊 354、第一定位塊 353 和第一滑塊 352，沿第一滑（huá）軌 351 上下運動給（gěi）工件 310 提供定位。

第二工件端麵定位裝置 36 包括第二滑軌 361、第二滑塊（kuài） 362、第二定位塊 363、第二連（lián）接塊 364、第二卡扣 365和第二推拉氣缸 360，第（dì）二滑軌 361 設置在基座 32 上，第二（èr）滑塊 362 滑動地（dì）設置在第一滑軌 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（wèi）塊（kuài） 363 上，第二卡扣 365 設置在第（dì）二連接塊 364 上，第二（èr）推（tuī）拉氣缸 360 的活塞杆 3601 與第二卡扣 365 連接，第二推（tuī）拉氣缸 360 的缸體（tǐ） 3602 設置在安裝板 31 上（shàng）。活塞杆 3601驅動第二卡扣 365、第二（èr）連接塊 364、第二定位塊 363 和第（dì）二滑塊 362 沿第二滑軌 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、第四卡扣（kòu） 376、推拉板 377、固定塊 378 和壓板 379。第一夾持氣缸 373 和第二夾持氣缸（gāng）374 的缸（gāng）體均固定在基座 32 上（shàng），第一夾（jiá）持（chí）氣缸 373 的活塞杆 3731 通過第（dì）三卡扣 375 與推（tuī）拉板 377 相連，第二夾持氣缸 374 的活塞（sāi）杆（gǎn） 3741 通過第（dì）四卡扣 376 與推拉板 377 相連，固定塊 378 安裝（zhuāng）在推拉板 377 上，馬達 372 的本體安裝在固定塊 378 上，馬（mǎ）達 372 的輸出軸 3720 與旋（xuán）轉軸 371 的下端相連（lián），壓板（bǎn） 379 安裝在旋轉軸 371 的上端。第一夾持（chí）氣缸373 的活塞杆 3731 和第二夾持氣缸 374的活塞（sāi）杆（gǎn） 3741 推動推拉板 377 帶動第三卡扣 375、第四卡扣 376、推拉板 377、固定（dìng）塊 378、旋（xuán）轉軸 371、壓板 379 和馬達 372 上下運動為壓板 379 壓緊工件 310 和工件 311 提供壓力（lì），馬達 372 帶動旋轉（zhuǎn）軸 371 旋轉，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（dǎo）套座 38，導套座 38上設有導套 39。車（chē）削裝置 4B 包括安裝在基板 2 上的滑軌 41，滑軌 41上設有可（kě）沿滑軌（guǐ） 41 滑動的滑座 42。滑座 42 上靠近夾（jiá）具 3的一端設（shè）有第一主（zhǔ）軸座 43 和第二主軸座（zuò） 44，第一主軸座43 上設（shè）有第（dì）一主軸裝置 45，第二主軸座 44 上設有第二主軸裝置 46。滑（huá）座 42 的另一端設（shè）有電動馬達 47，電動馬達47 的輸出軸（zhóu）上設有主動皮帶輪

470。

第一（yī）主軸裝置 45 靠近夾具3的一端設有第一刀（dāo）座451，第（dì）一刀座 451 上設有（yǒu）外（wài）圓車刀安裝孔、內孔車刀安裝孔和端麵（miàn）車（chē）刀安裝孔，在外圓車刀安（ān）裝孔內安裝外圓車刀4511、在內（nèi）孔車刀安（ān）裝孔內安裝內孔車刀 4512、在端麵車（chē）刀安（ān）裝孔內安裝端麵車刀 4513；第（dì）一主軸裝置 45 的另一端設有第一（yī）從動皮帶輪 450，第一從動（dòng）皮帶（dài）輪 450 與主動皮（pí）帶輪 470 之間設有第一皮帶 471；第二主軸裝置 46 靠近夾具3 的一端設有第二刀座 461，第二刀座 461 上設有（yǒu）外（wài）圓車刀安裝孔、內孔車刀安裝（zhuāng）孔和（hé）端麵車刀安裝孔，在外圓車刀安裝孔內安裝外圓車刀 4611、在內孔車刀安裝孔內安裝內孔（kǒng）車刀 4612、在端麵車刀安裝孔內安裝端麵車（chē）刀 4613，第二主軸裝置（zhì） 46 的另一端設有第二（èr）從（cóng）動皮（pí）帶輪（lún） 460，第二從動皮帶輪 460 與主動皮帶輪 470 之間設有第二皮帶 472。通過在外圓（yuán）車刀安裝孔（kǒng）內安裝外（wài）圓車刀、在內孔車刀安裝孔內安裝內孔車刀、在端麵車刀安裝孔（kǒng）內安裝端麵（miàn）車刀，主軸裝置旋轉可同時加工工件的外圓、內孔和端麵，可極大提到加工（gōng）效率。

選用電動馬達作為驅動裝置，結構簡單（dān），運行可靠，噪音小（xiǎo）。主動皮（pí）帶（dài）輪和從動皮帶輪之間（jiān）選（xuǎn）用皮帶作為（wéi）傳動件，結構簡單，成本低，運行（háng）噪音小。在滑座 42 上還設有導柱座 48，導柱座 48 上設有導柱49。工作時，滑座上設置的導柱與（yǔ）夾具的基座（zuò）上的導套（tào）配（pèi）合，以提（tí）高加工精度。在滑座 42 和基（jī）板 2 之間設有進給裝置（zhì） 40，進（jìn）給裝（zhuāng）置40 包括伺服電機 400、絲杠 401、螺母 402 和固定塊 403。固定塊 403 設置在滑座 42 上，螺母 402 設置在固定塊 403 上，伺服（fú）電機 400 固定在基板 2 上，絲杠 401 的一（yī）端與伺（sì）服電（diàn）機（jī） 400 相連，絲杠 401 的另一端與螺母（mǔ） 402 配合。進給裝置選用伺服電（diàn）機作為動力，伺服電機運行精度高，能（néng）提高工件的加工精度。傳動件選用絲杠，運行可靠，精度（dù）高（gāo）。切（qiē）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 設在儲液箱 52 的上方（fāng），過濾筐 51 底部為多孔網狀結構，水泵 53 安裝在機架 1 上，水泵 53 的泵（bèng）頭 530 設（shè）置在儲液箱（xiāng） 52 內。基板 1 上圍繞夾具 3 設有回形斜板 54，在基板 1 上回形斜板 54 圍繞的區域內（nèi）開有（yǒu）落料孔55，在基（jī）板 1 的底麵上圍繞落料孔 55 設有落料管 56，落料管 56 底（dǐ）部落料口的投影麵位於過濾筐 51 內（nèi）。過濾筐底部為多（duō）孔網狀（zhuàng）結構，能過濾切（qiē）削下（xià）來的廢料（liào）。回形斜板具有導流作用，落料管底部落料口的（de）投影麵位於過濾筐內，能使從過濾筐流下的切削液完全流（liú）入儲液箱。機架 1 上設有（yǒu）機罩 9，機罩（zhào） 9 內頂部設有照明（míng）燈（圖中未（wèi）示出）。在機架 1 的前麵設有安全光幕 10，在（zài）機（jī）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（bǎn） 7 和操作裝置 8，操作裝置（zhì） 8 上設有啟動按鈕80 和（hé）急停按鈕 81。機罩能防止切削液甩出，隔離加工區，防止發生安全事故。安全光幕能防止發生安全事故。在機架的底部同時設置（zhì）旋轉腳輪和固定腳（jiǎo）蹄（tí），旋轉腳輪能方便移動車床，移動到預定（dìng）的位置後，調整固定腳蹄的高度，使（shǐ）用固（gù）定腳蹄支撐車床，並可通過（guò）固定腳蹄調整車床的水平度，確保車床的加工精（jīng）度。控製（zhì）箱內安裝控製車床的電器元件（jiàn），控（kòng）製（zhì）麵板用來設置各項參數來控製車床。操作裝置上設（shè）置的啟動按鈕和急（jí）停（tíng）按鈕方便操作車床，緊急（jí）情況下可快速停機。

3、結語

機床設置了四套（tào）主軸（zhóu）裝置，夾具能同時裝夾兩個工件（jiàn），通過一次裝夾即可完成對工件兩端外圓、內孔及端麵的加工，顯著提高了生產效率。該機床夾（jiá）具結構合理（lǐ），裝夾（jiá）和拆卸工件方便、可靠，並且能較好地保證工件的同軸（zhóu）度，極（jí）大地提高了產品的加工精度和（hé）質量，特別適合大批量生產兩（liǎng）端都需要加工的工件。

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