數控機床拉釘器系列化設計

■常州機電職業技術學院（江蘇 213164）郝 超

數控機床工具系統中的拉釘，盡管各個國家的標準不同，但用于加工中心自動換刀的松、拉機構基本相同：松拉元件鋼球或彈簧爪作用、蝶形彈簧拉緊和液壓缸松開。鋼球是標準件極易配套，點接觸不如彈簧爪線接觸或面接觸使用壽命長；蝶形彈簧組動作速度響應快，但體積大，特別是本身軸向尺寸大，與松刀油缸軸向串聯安裝尺寸更大，使便于實現自動控制的拉釘使用場合受到了極大限制。

本文提出了拉釘器的新概念，提取了以運動活塞直徑為主參數，安裝方式、檢測方式、松拉程度、松拉行程和拉緊力等為技術參數，以壽命長的彈簧爪為松拉元件，直接用液壓或氣壓缸實現松拉動作，研發了拉釘器的多種結構圖譜，進行了系列化、標準化設計，作為數控機床新的基本功能部件，擴大應用范圍，解決了類似于雙工作臺或托盤交換的定位夾緊、銑頭自動更換定位夾緊、主軸自動更換定位夾緊等任意兩個機械部件間復雜的自動離合松拉問題。

1.拉釘應用結構圖譜設計

（1）安裝設計：兩個被拉釘所拉緊的部件稱為可動部件和固定部件，本拉釘應用結構裝置稱拉釘器。拉釘常與可動部件通過螺紋固定聯接，拉釘器的安裝需要考慮寬泛性，暴露在固定部件之外的拉釘器安裝空間大、管路布局方便，與固定部件間選用螺紋聯接，簡稱螺接式（見圖1）；安裝在固定部件實體內孔的拉釘器選用軸孔配合聯接，簡稱內嵌式（見圖2），固定部件實體中還可以開設管道通路，結構緊湊。

（2）檢測設計：為方便使用要求，拉釘器可以自帶拉釘拉緊、松開位置檢測感應塊或行程撞塊（見圖3、圖4），簡稱為檢測式拉釘器，與用戶安裝的無觸點開關或行程開關匹配，可以實現位置自動測量反饋功能，無檢測功能的拉釘器名稱中沒有“檢測字樣”。

圖1 螺接式拉釘器

圖2 內嵌式拉釘器

圖3 檢測式拉釘器

圖4 無檢測式拉釘器

（3）松開程度設計：根據拉釘器與拉釘的松開程度不同，設計兩種拉釘器（見圖5、圖6）。一種是松開后，拉釘器與拉釘能完全分離，簡稱離合式拉釘器；另一種是松開后，拉釘器與拉釘僅能離開一定距離，但始終連成一體、不能完全分離，簡稱松拉式拉釘器。

（4）拉釘器命名：可分為安裝方式、檢測方式和離合方式三大類，每類分兩種排列組合，可獲得8種拉釘器，分別命名為螺接測量離合式拉釘器、螺接離合式拉釘器、螺接測量松拉式拉釘器、螺接松拉式拉釘器、內嵌測量離合式拉釘器、內嵌離合式拉釘器、內嵌測量松拉式拉釘器和內嵌松拉式拉釘器。

（5）結構設計：以螺接測量離合式（見圖7）為例設計拉釘器具體結構，其他拉釘器可以觸類旁通。

缸體1用細牙螺紋與被離合某靜止部件（圖中未畫）固定聯接，拉釘7與可動部件（圖中未畫）也通過螺紋固定聯接。兩個部件靠近后由拉釘拉緊，松開拉釘后兩個部件可分離。拉釘被拉緊、松開的兩個位置由螺釘19固定在信號桿13上的信號塊20觸動用戶安裝的無觸點開關或行程開關測量反饋信號。

當拉釘7插入拉釘器一定位置后，即到達彈簧爪6收縮能抓住拉釘的頭部時，油口Ⅰ進、油口Ⅱ出壓力油或壓縮氣時，推動運動活塞2前行擠壓滑塊3沿靜止活塞4端面徑向向心收攏，滑塊3斜面推動內置拉釘5斜面帶動其后退，后退的同時拉動彈簧爪6收縮入襯套8、可靠抓住拉釘7，滑塊3繼續徑向下行移動的同時，逐漸被前行的運動活塞2的內腔所限位，信號桿13縮入拉釘器到位，完成拉緊動作。

當油口Ⅱ進、油口Ⅰ出壓力油或壓縮氣時，推動運動活塞2后退逐漸解除對滑塊3的徑向限位，壓力油或壓縮氣推動內置拉釘5前行的同時，其斜面頂起滑塊3沿靜止活塞4端面徑向離心發散、推動彈簧爪6前行伸出襯套8而逐漸自動脹開，運動活塞2后退頂觸堵蓋15時，信號桿13伸出拉釘器到位，彈簧爪6完全脹開，完成松開動作，拉釘7可完全脫離拉釘器。

襯套8、16和兩道活塞環11起耐磨支撐作用，擋圈17壓緊堵蓋15，橡膠密封圈9、12、14起密封作用。

（6）系列化參數設計：給定運動活塞一系列直徑主參數作為拉釘器型號，分別擬定安裝尺寸、外形尺寸、松拉程度等，計算松拉行程、在給定系統壓力下的相應拉緊力大小等，可獲得類似于標準件的拉釘器系列（見圖8）。

2.拉釘器應用實例

圖5 離合式拉釘器

圖6 松拉式拉釘器

圖7 螺接測量離合式拉釘器

圖8 系列化參數設計圖例

圖9 托盤定位夾緊

圖9所示100型內嵌離合式拉釘器應用于某高速高精度、630 mm×630 mm工作臺的柔性制造單元的托盤定位夾緊機構，每一個托盤下用4 只，布置在500 mm×500 mm矩形的4個角上。內嵌離合式拉釘器9安裝于工作臺滑鞍10的配合孔中，中空短錐銷6套在內嵌離合式拉釘器上，并用螺釘緊定于工作臺滑鞍，錐形定位套4通過調整墊3用螺釘與托盤2固定聯接，拉釘1螺接在錐形定位套上，錐形定位套和中空短錐銷錐面、端面同時接觸定位，內嵌離合式拉釘器通過拉釘拉緊托盤，內置拉釘8加修中孔，安置活動堵5、壓縮彈簧7用于防塵，孔堵12、橡膠密封圈11用于密封氣路，壓縮空氣將定位前的錐形銷副清理干凈。在70MPa系統壓力下，實測得總夾緊力為685 kN，穩定的夾緊總行程為10.3 mm，剝離托盤本身高度誤差后，托盤交換等高誤差在0.013 mm內、定位精度0.017 mm、重復定位精度0.067 mm，托盤夾緊前后，其臺面平面度變化誤差在0.003 mm內，基本沒有變形，獲得了滿意的應用效果。

3.結語

本系列拉釘器可以用于任意兩個機械部件靠近拉緊、松開離開或分離的場合，也可以用于航天、航空和軍工等領域的兩個部件對接后自動拉緊，用途廣泛。拉釘器結構緊湊、體積小，根據需要可以多點并列安裝，能成倍擴大拉緊力；拉釘器圖譜方便系列化研制，供用戶像標準件一樣選用；開放式設計，可以不斷增加、完善結構品種和規格大小，滿足更多場合的需求；精度高、拉緊行程一致性好、拉緊力大小波動小；松、拉速度快，安全可靠。

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