大型機(jī)床自調(diào)整輔助定位支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 （海口 570228） 劉世豪 張 燕

■無錫橋聯(lián)數(shù)控機(jī)床有限公司 （江蘇 214187） 周 暉 徐 彬

大型機(jī)床自調(diào)整輔助定位支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 （海口 570228） 劉世豪 張 燕

■無錫橋聯(lián)數(shù)控機(jī)床有限公司 （江蘇 214187） 周 暉 徐 彬

為了保證大型薄壁薄板類零件的加工精度，設(shè)計(jì)了一種新的自調(diào)整輔助定位支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)由彈簧提供支撐力，由浮動(dòng)壓頭調(diào)整支撐力的方向，可為難以裝夾的零部件提供穩(wěn)定可靠的輔助支撐力，適用于加工大型螺旋槳葉片、薄壁薄板類零部件的裝夾。

為了提高大型復(fù)雜零部件的加工質(zhì)量，除了要求機(jī)床本身的精度和性能較高以外，與機(jī)床相匹配的工裝結(jié)構(gòu)也必須得到合理的設(shè)計(jì)。為此，本文對一種大型機(jī)床的輔助定位支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和研究，以達(dá)到完善機(jī)床加工精度的目的。

1. 問題的提出

在各種的大型復(fù)雜零部件中，大型螺旋槳葉片這類非規(guī)則外形零部件以及薄壁薄板類零件是比較特殊的一類，該類零部件外形面復(fù)雜且壁厚較薄，雖然在零部件的主要支撐部位可設(shè)計(jì)比較規(guī)則的外形或承載能力較好的裝夾面用于工件的裝夾，但零部件除裝夾面外的薄壁薄板部分由于很難找到裝夾承力點(diǎn)，且在加工過程中加工點(diǎn)距離裝夾點(diǎn)遠(yuǎn)，較長的加工力臂使得再低的切削力都會(huì)造成薄壁部分的變形，從而影響精度。

大型螺旋槳葉片由于外形復(fù)雜，只能通過大型五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工，但如果僅對螺旋槳上外形規(guī)則的軸套部分裝夾而不對大型螺旋槳葉片部分進(jìn)行裝夾，由于缺乏支撐，葉片在加工中易產(chǎn)生振動(dòng)從而降低加工精度，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，大型螺旋槳葉片的加工只能通過根據(jù)葉片外形設(shè)計(jì)的特殊工裝進(jìn)行整體裝夾。同樣，大型薄壁薄板類零部件由于整個(gè)部件壁厚較薄，薄壁部位的裝夾支撐力經(jīng)常會(huì)造成零部件的受力變形，從而導(dǎo)致零部件無法滿足設(shè)計(jì)要求，所以在該類零件加工時(shí)，往往需根據(jù)加工需求以及生產(chǎn)單位擁有的機(jī)床的特點(diǎn)在零部件上設(shè)計(jì)專門的裝夾部分。上述方法都必須針對某類型產(chǎn)品單獨(dú)研發(fā)，生產(chǎn)設(shè)計(jì)成本高。

2. 新的解決方案

為了解決上述問題，設(shè)計(jì)了一種新的自調(diào)整輔助定位支撐結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)可穩(wěn)定、可靠地為具有復(fù)雜外形地薄壁薄板件提供支撐力。

按照本文的設(shè)計(jì)方案，自調(diào)整輔助定位支撐結(jié)構(gòu)包括支承座及壓桿，支承座上開有臺(tái)階孔，壓桿為階梯軸形，壓桿貫穿并滑動(dòng)配合在臺(tái)階孔內(nèi)，壓桿的外伸小軸上安裝有軸用擋圈，壓桿的軸肩與臺(tái)階孔的臺(tái)階之間安裝有壓縮彈簧，壓桿的外伸大軸的端部安裝有浮動(dòng)壓頭。

圖 1

壓桿的外伸小軸上安裝有墊圈，墊圈位于軸用擋圈與支承座之間。支承座設(shè)置有與臺(tái)階孔相通的軸向開口槽，支承座上固定有螺紋聯(lián)接開口槽上下兩部分的鎖緊螺釘。壓桿的外伸大軸的端部設(shè)置有外螺紋端頭，端頭的前端為球冠形，浮動(dòng)壓頭內(nèi)設(shè)置有容納端頭的空間，空間的開口端設(shè)置有與端頭的外螺紋相配合的螺紋孔，空間的封閉端設(shè)置有與端頭前端相配合的尖底孔。壓桿的外伸小軸的端部開有圓孔。

3. 工作原理與過程

本文所設(shè)計(jì)的自調(diào)整輔助定位支撐結(jié)構(gòu)的工作原理和實(shí)施過程如下：

（1）如圖1所示，由于各機(jī)床工作臺(tái)上T形槽的設(shè)置是根據(jù)該機(jī)床自身特點(diǎn)布置，所以本結(jié)構(gòu)在使用時(shí)，如果無法直接安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，可在機(jī)床工作臺(tái)上安裝聯(lián)接板，而本結(jié)構(gòu)中的支承座通過聯(lián)接螺釘與聯(lián)接板聯(lián)接，從而保證所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在機(jī)床工作臺(tái)上的安裝。

（2）支承座上開有臺(tái)階孔；壓桿為階梯軸形，由大軸和小軸構(gòu)成，其尺寸與支承座上的臺(tái)階孔相配合，壓桿貫穿并滑動(dòng)配合在臺(tái)階孔內(nèi)。壓桿的外伸小軸上安裝有軸用擋圈，軸用擋圈與支承座之間還安裝有墊圈，起調(diào)整作用。小軸的端部還開有圓孔，以方便拉動(dòng)壓桿。壓桿的軸肩與臺(tái)階孔的臺(tái)階之間安裝有壓縮彈簧，壓縮彈簧是本文所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在使用中支撐力的來源。壓縮彈簧套在小軸外，有一定的壓縮量，此時(shí)彈簧力的大小即為在使用中為工件提供的最小支撐力。

（3）壓桿外伸大軸的端部安裝有浮動(dòng)壓頭。在壓桿外伸大軸的端部設(shè)置有外螺紋端頭，端頭的前端為球冠形，浮動(dòng)壓頭內(nèi)設(shè)置有容納端頭的空間，該空間的開口端設(shè)置有與端頭的外螺紋相配合的螺紋孔，該空間的封閉端設(shè)置有與端頭前端相配合的尖底孔。浮動(dòng)壓頭裝配時(shí)，壓桿與浮動(dòng)壓頭通過螺紋配合，并使壓桿前端的端頭通過浮動(dòng)壓頭上的螺紋孔全長，最終端頭全部進(jìn)入浮動(dòng)壓頭內(nèi)，并能在浮動(dòng)壓頭內(nèi)部空間活動(dòng)。由于浮動(dòng)壓頭的內(nèi)部設(shè)計(jì)有尖底孔，壓桿的端頭采用球冠形設(shè)計(jì)，這就保證了在使用中，浮動(dòng)壓頭可根據(jù)工件的外形，自調(diào)整支撐力方向。

（4）在使用時(shí)，靠近需支撐的工件放置，通過壓桿上小軸端部的圓孔拉動(dòng)壓桿并壓縮壓縮彈簧，然后根據(jù)加工工件所需的支撐力的大小調(diào)整彈簧的壓縮量，最終使壓桿在放開后，浮動(dòng)壓頭作用在工件上的力不僅能有效地為工件提供大小適合的支撐力，同時(shí)使該力的大小處于工件所能承受的范圍內(nèi)，可有效地避免支撐力過大而導(dǎo)致工件變形或支撐力過小而起不到定位作用。

（5）由于本結(jié)構(gòu)支撐力的大小由彈簧力提供，在加工中無法保證穩(wěn)定，所以需將支撐力固定，以保證支撐力的穩(wěn)定，因此在支承座設(shè)置有與臺(tái)階孔相通的軸向開口槽。支承座上固定有螺紋聯(lián)接開口槽上下兩部分的鎖緊螺釘。要保持支撐力的大小不變，只需要擰緊鎖緊螺釘，使支承座上的開口槽發(fā)生變形，最終將壓桿抱緊固定，則浮動(dòng)壓頭作用在工件上的支撐力也隨之固定。

根據(jù)本文所提出的解決方案，無錫橋聯(lián)數(shù)控機(jī)床有限公司設(shè)計(jì)制造了一套相應(yīng)的自調(diào)整輔助定位支撐結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用于如圖2所示的大型龍門機(jī)床，并對如圖3所示的螺旋槳進(jìn)行裝夾定位和數(shù)控加工制造。加工完成后，用三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明加工后螺旋槳的各項(xiàng)精度指標(biāo)均符合預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，從而證明本文所提出的解決方案是合理可行的。

圖3 螺旋槳加工制造現(xiàn)場

圖2 大型龍門機(jī)床

4. 應(yīng)用前景展望

綜上所述，本文設(shè)計(jì)了一種機(jī)械加工中的工裝，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊、合理、成本低；可在加工中為大型螺旋槳葉片、薄壁薄板類零部件等用普通裝夾方式難以裝夾的零部件提供穩(wěn)定可靠的輔助支撐力，并可根據(jù)零部件的外形，自動(dòng)調(diào)整支撐力方向和大小、使用方便、可靠，具有廣闊的應(yīng)用前景，可為企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。

20141120）