一種大孔徑工件機(jī)床輔助支撐裝置十字頂尖的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳沖鋒，潘 露，陳衛(wèi)林

（1.蕪湖機(jī)械工程學(xué)校，安徽 蕪湖241200；2.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，安徽 蕪湖241000；3.安徽天航機(jī)電有限公司，安徽 蕪湖241000）

0 引言

目前市面上銷(xiāo)售的頂尖大致分為兩種：活動(dòng)頂尖、死頂尖。這兩種頂尖使用方法基本是先在零件端面上鉆削一個(gè)中心孔，后使用頂尖的前端頂住中心孔，從而達(dá)到輔助支撐的作用。如果加工大孔徑工件，傳統(tǒng)頂尖由于前端錐柄尺寸等原因的限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)輔助支撐。目前常采用加大頂尖錐柄的方法，不僅浪費(fèi)材料，而且可能因重量太大，伸出尾座過(guò)長(zhǎng)影響機(jī)床尾座的精度[1]。

本文設(shè)計(jì)的十字頂尖通過(guò)十字架自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，避免了傳統(tǒng)大錐柄的使用，解決了傳統(tǒng)頂尖的局限問(wèn)題，且方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

1 產(chǎn)品問(wèn)題分析

圖1所示為企業(yè)生產(chǎn)加工的筒皮零件示意圖，根據(jù)大孔徑零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大孔徑零件大部分是通過(guò)卷圓機(jī)卷制而成，然后通過(guò)焊接將接縫補(bǔ)上，在卷制和焊接的過(guò)程中，難免使零件有一定的變形和不規(guī)則出現(xiàn)。如圖1（b）分析可知，該零件最大直徑需加工至φ1 250 mm，內(nèi)孔加工至φ1 195 mm，工件長(zhǎng)度1 230 mm，毛坯件內(nèi)孔φ1 190 mm。由于工件直徑較大，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，同時(shí)工件內(nèi)孔也有尺寸要求，需要加工，使用傳統(tǒng)的卡盤(pán)及頂尖已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足工件的裝夾要求，要解決的問(wèn)題在于既能夠輔助工件的支撐，又能夠加工工件內(nèi)孔，同時(shí)還要考慮支撐裝置與機(jī)床的裝配。

圖1 產(chǎn)品實(shí)物圖及零件圖

2 十字頂尖設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品加工中存在的問(wèn)題，本文根據(jù)四爪卡盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作了一種十字形的頂尖，如圖2所示，該頂尖包括頂尖體和十字支撐桿，十字支撐桿通過(guò)螺紋連接安裝在頂尖體的四端，頂尖體內(nèi)部安裝有推力軸承和圓柱滾珠軸承，頂尖體的前側(cè)表面設(shè)置有頂尖莫氏錐柄，頂尖體通過(guò)推力軸承和圓柱滾珠軸承配合頂尖莫氏錐柄可以實(shí)現(xiàn)與機(jī)床尾座的完美配合。十字支撐桿的桿上均設(shè)有六個(gè)調(diào)整孔，可以靈活地調(diào)整支撐桿的伸縮長(zhǎng)度，完成零件的裝夾，并實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)定位功能。推力軸承和圓柱滾珠軸承裝配可是實(shí)現(xiàn)固定支撐和定心，合理地分配承載各個(gè)方向的推力，延長(zhǎng)頂尖的使用壽命。

圖2 十字頂尖結(jié)構(gòu)示意圖

該頂尖采用的十字架自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，避免了傳統(tǒng)大錐柄的使用，解決了傳統(tǒng)頂尖的局限問(wèn)題，且方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，不僅可以輔助支撐內(nèi)孔，還可以用于輔助矯正零件裝夾[2]。

3 十字頂尖工作原理

如圖3所示，十字頂尖的具體配合關(guān)系：機(jī)床輔助支撐裝置十字頂尖，包括頂尖體1和十字支撐桿2，頂尖體1的四端均安裝有十字支撐桿2，頂尖體1內(nèi)部安裝有推力軸承3和圓柱滾珠軸承4，頂尖體1的前側(cè)表面設(shè)置有頂尖莫氏錐柄5，頂尖莫氏錐柄5與推力軸承3、圓柱滾珠軸承4配合。十字支撐桿2的桿上均設(shè)有六個(gè)調(diào)整孔6，用以調(diào)整十字支撐桿2的伸縮長(zhǎng)度，完成零件的裝夾。

圖3 十字頂尖工作原理示意圖

工作過(guò)程中，頂尖體1與可調(diào)的十字支撐桿2基于一體，當(dāng)調(diào)整十字支撐桿2和頂尖體1配合關(guān)系的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)輔助支撐不同孔徑的零件；使用時(shí)十字頂尖深入工件內(nèi)孔內(nèi)部，可以不影響該零件內(nèi)孔的加工，頂尖體1通過(guò)推力軸承3和圓柱滾珠軸承4配合頂尖莫氏錐柄5可以實(shí)現(xiàn)與機(jī)床尾座的完美配合，采用推力軸承3和圓柱滾珠軸承4裝配可是實(shí)現(xiàn)固定支撐和定心，合理的分配承載各個(gè)方向的推力，延長(zhǎng)頂尖的使用壽命[3]。

4 生產(chǎn)應(yīng)用

設(shè)計(jì)制作好的十字頂尖安裝在機(jī)床的尾座上，通過(guò)設(shè)計(jì)的莫氏錐柄與尾座完美的配合，十字頂尖的十字支撐桿用于支撐大孔徑零件內(nèi)孔，通過(guò)十字支撐桿的伸縮可以支撐不同孔徑的零件，目前該裝置已經(jīng)在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，如圖4所示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

圖4 生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖

5 結(jié)論

本文針對(duì)大孔徑工件的輔助支撐裝夾裝置，設(shè)計(jì)了一種既可以輔助支撐裝夾大孔徑工件，又能夠不影響加工工件內(nèi)孔的十字頂尖，解決了大孔徑零件的裝夾難題，為大孔徑工件的加工生產(chǎn)提供了極大的便利。目前該裝置已經(jīng)獲得了國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：ZL201521137536.4），并且已經(jīng)在部分企業(yè)推廣應(yīng)用，效果良好。