薄壁零件加工車床夾具設計
2024-8-21 來源： 鄭州科技學院 機械工程學院 作者：張莉
摘要：薄壁零件外圓加工時，由于剛度差，容易造成零件變形。為克服上述問題，設計了一種適用于薄壁空心圓柱零件的車床夾具。夾具的安裝體一側中部開設有安裝孔，安裝孔的表面設置有主夾持機構，內(nèi)底部設置有副夾持機構。主夾持機構能夠在夾持零件外圓的同時增加與薄壁零件的接觸面積，副夾持機構能夠從內(nèi)弧夾持零件，達到內(nèi)外一起夾持的效果；夾具采用氣缸提供動力，可以獲得穩(wěn)定的夾持效果。利用該夾具能夠有效地增加薄壁零件加工時的剛度，提高零件的加工精度。
關鍵詞：薄壁零件；車床夾具；設計
０ 引言
數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是目前國內(nèi)使用量最大、覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床。零件外圓加工是對零件外表面進行切削加工，是車床最基本的切削加工之一。對于普通的零件車床夾具可直接進行夾持，而對于薄壁零件外圓加工時，車床夾具接觸面積較小，容易使薄壁零件產(chǎn)生形變。為克服上述缺陷，設計了一種用于薄壁零件加工外圓的車床夾具 。
１、車床夾具總體結構
設計的薄壁零件加工外圓的車床夾具如圖１和２所示 。安裝體１的一側中部開設有安裝孔３，安裝孔的表面設置有主夾持機構，內(nèi)底部設置有副夾持機構。主夾持機構包括主塊６、移動控制機構和氣缸控制機構。安裝體１的外表面開設有開口滑道５，開口滑道的內(nèi)頂部設置有氣缸控制機構４，氣缸控制機構的伸出端設置有主塊６，它與開口滑道的表面滑動連接。移動控制機構包括側向伸出機構和底部伸出機構，側向伸出機構包括延伸塊２、內(nèi)部齒輪１２、行走齒輪１３和行走齒道１４；底部伸出機構包括底部齒道８、旋轉齒輪９和伸出條１８。副夾持機構包括伸出機 構和滑動機構，伸出機構包括底槽１７、豎直條７、電動推桿１５和升降架１６；滑動機構包括底部滑道１０和側向滑道１１。
１－安裝體；２－延伸塊；３－安裝孔；４－氣缸控制機構；５－開口滑道；６－主塊；７－豎直條；８－底部齒道；９－旋轉齒輪；１０－底部滑道；１１－側向滑道
圖１ 車床夾具結構示意圖
１２－內(nèi)部齒輪；１３－行走齒輪；１４－行走齒道；１５－電動推桿；１６－升降架；１７－底槽；１８－伸出條；１９－卡條
圖２ 安裝體中部剖視圖
２、夾具設計及工作原理
本夾具設計方案是針對空心圓柱零件外圓表面加工的。安裝體１固定在機床的軸承上，可以進行旋轉。安裝孔３的設置就是為了針對類似空心圓柱零件的，主夾持機構的作用是夾持零件的外壁，且主夾持機構是通過氣缸進行控制的［７］，三個氣缸控制機構是同步控制的，而方案中的三組電動推桿（圖２零件１５）也是同步控制的。從圖２可以看出，利用主塊的移動帶動行走齒輪進行旋轉，因為行走齒道是設置在開口滑道上的，所以當主塊移動時行走齒輪就會旋轉，行走齒輪旋轉帶動內(nèi)部齒輪旋轉，內(nèi)部齒輪旋轉使延伸塊伸出，達到增加接觸點的效果，而且在主塊移動時還能在底部齒道的帶動下使旋轉齒輪旋轉，旋轉齒輪由中部一個小齒輪、兩側兩個大齒輪組成，三個齒輪一體設置組成旋轉齒輪，旋轉齒輪的兩側大齒輪嚙合底部齒道，而中部小齒輪嚙合伸出條，伸出條伸出帶動卡條伸出，卡條和工件直接接觸，作用是當零件外部具有凹槽時可以卡住凹槽，達到零件防脫的效果。本方案延伸塊、內(nèi)部齒輪、行走齒輪、旋轉齒輪和伸出條在主塊上都設置有對應的槽，側向伸出機構的行走齒道１４固定設置于開口滑道５的內(nèi)底部，行走齒道１４的表面嚙合有行走齒輪１３，行走齒輪１３的表面嚙合有內(nèi)部齒輪１２，內(nèi)部齒輪１２的一側嚙合有延伸塊２；底部伸出機構的底部齒道８設置于主塊６的下表面，旋轉齒輪９設置在安裝體１的內(nèi)部，旋轉齒輪９的兩側嚙合有底部齒道８，旋轉齒輪９的中部嚙合有伸出條１８，伸出條１８的 一側滑動連接有卡條１９，伸出條１８和卡條１９之間設置有彈簧。
安裝孔３的內(nèi)底部設置有副夾持機構，伸出機構的底槽１７開設于安裝孔３的上表面，電動推桿１５的作用就是帶動豎直條７伸出，而且豎直條在伸出時先豎直向上移動，然后斜向上移動，達到支撐零件內(nèi)弧的效果，并且能夠增加豎直條伸出的長度，也就是增大與零件內(nèi)弧的接觸面積；底部滑道的作用是使豎直條可以在升降架上滑動，而側向滑道的作用是為了方便豎直條先豎直升降再斜向上移動。升降架固定設置在電動推桿的輸出端上，電動推桿１５固定設置于底槽１７的內(nèi)頂部，電動推桿１５的伸出端設置有升降架１６；滑動機構的側向滑道１１設置于底槽１７的側壁，底部滑道１０開設于升降架１６的上表面，豎直條７的兩側均固定設置有可用于側向滑道１１滑動的滑塊，豎直條７的下表面固定設置有可用于底部滑道１０滑動的底部滑塊。
３、夾具使用步驟
該用于薄壁零件加工外圓的車床夾具，使用步驟如下［８］：
（１）將零件放入到安裝孔，先固定零件的外弧面，然后控制電動推桿使豎直條固定零件的內(nèi)弧面，達到多點支撐零件的效果。
（２）主塊夾持放置在安裝孔上的零件，在氣缸控制機構的帶動下向安裝孔圓心移動，并且在夾持零件的同時控制行走齒輪和旋轉齒輪進行旋轉。
（３）行走齒輪旋轉帶動內(nèi)部齒輪旋轉，內(nèi)部齒輪旋轉使延伸塊伸出，達到增加夾持點的效果，從而最終穩(wěn)定夾持薄壁零件。
４、總結
該夾具能夠在夾持零件的同時增加與薄壁零件的接觸面積，對于內(nèi)部具有空間的零件，能夠從內(nèi)部進行夾持固定，并且在內(nèi)部夾持時增加與薄壁的接觸面積，達到內(nèi)、外一起夾持的效果，也避免了零件外部夾持時夾持力度過大造成零件外部產(chǎn)生形變。在零件外表面具有凹槽時卡條能夠卡在凹槽上，防止零件脫離。該夾具可以實現(xiàn)對內(nèi)外徑不同、長度各異的常見不同薄壁類零件的裝夾，不僅適用于大批量薄壁零件的加工，而且適用于中小批量單件零件的加工。
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