薄壁滾筒零件脹緊裝置的設計

□ 顧 星 □ 黃立平 □ 朱學超

1.蘇州職業(yè)大學 機電工程學院 江蘇蘇州 2151042.蘇州三光科技股份有限公司 江蘇蘇州 215002

1 設計背景

不同類型的薄壁滾筒零件應用廣泛,但要加工好薄壁滾筒零件卻并不簡單。無論是車削加工、銑削加工還是磨削加工,遇到薄壁類零件時,在加工工藝方面要考慮的因素都比較多,特別是對高精度薄壁滾筒類零件而言。這類零件一般具有尺寸大、壁薄、尺寸精度高、表面粗糙度值低、滾動精度高等特點,因此在加工時,應用通用的裝夾和加工方法很難滿足加工要求。考慮到這類零件的結(jié)構特點,既要提高加工效率,又要降低生產(chǎn)成本,滿足加工精度要求,就必須為不同的薄壁滾筒零件設計特定的夾緊定位裝置。筆者設計了薄壁滾筒零件脹緊裝置,用于薄壁滾筒零件的加工。

2 夾持工藝分析

薄壁滾筒零件如圖1所示。

由于零件的壁比較薄,因此用常規(guī)的裝夾方法很容易使零件產(chǎn)生變形。如果使用常規(guī)的卡盤裝夾,即使不考慮零件變形,由于裝夾部分的干涉,也無法使零件一次加工完成,這樣零件的加工精度和表面質(zhì)量就無法得到保障。在實際生產(chǎn)過程中,通常要求精度要求較高的薄壁滾筒零件能夠在一次裝夾定位的情況下完成車削加工和表面磨削加工,以保證零件的尺寸精度和形狀精度滿足要求。

▲圖1 薄壁滾筒零件

3 脹緊裝置工作原理

為了滿足高精度薄壁滾筒零件的加工要求,消除和控制零件加工過程中的變形,筆者設計了一種薄壁滾筒零件脹緊裝置。

薄壁滾筒零件脹緊裝置如圖2所示。脹緊裝置外形為圓柱形,以芯軸為基準零件,將固定頂塊、浮動頂塊、活動頂塊、脹緊塊等零件按序串聯(lián)在一起,通過螺母固定在芯軸上。

薄壁滾筒零件脹緊裝置內(nèi)部結(jié)構如圖3所示。脹緊裝置以芯軸為基準零件,以芯軸上依次安裝固定頂塊、浮動頂塊、活動頂塊、墊圈、螺母,連桿固定銷、連桿、脹緊塊固定銷將脹緊塊、固定頂塊及活動頂塊連接在一起。整個脹緊裝置結(jié)構簡單清晰,使用時通過調(diào)節(jié)螺母來控制脹緊塊的脹縮,達到脹緊滾筒零件的功能,操作方便,作用力可控。

薄壁滾筒零件脹緊裝置工作狀態(tài)如圖4所示。在使用時,用機床主軸夾緊機構夾住芯軸左側(cè)圓柱,將薄壁滾筒零件套入脹緊裝置,再用機床頂尖頂住芯軸頂尖孔。調(diào)節(jié)螺母，以推動活動頂塊和浮動頂塊軸向移動。在活動頂塊、固定頂塊、浮動頂塊斜面的相互作用下,脹緊塊沿徑向運動,直至將薄壁滾筒零件脹緊,然后可以對薄壁滾筒零件進行粗加工。

粗加工完成后,薄壁滾筒零件與脹緊裝置一起取下,放置在精密機床上進行精加工,這樣做不但避免了薄壁滾筒零件的重復定位裝夾,而且實現(xiàn)了不同機械加工工序之間的切換,保證了薄壁滾筒零件的加工精度和表面質(zhì)量。

4 脹緊裝置部件

脹緊塊如圖5所示。脹緊塊帶有圓弧工作面,弧度與薄壁滾筒零件內(nèi)壁圓弧面弧度一致。脹緊塊有左右兩個對稱的脹緊塊斜面,整個脹緊塊成V字形結(jié)構。脹緊塊還設有固定銷孔,用于固定脹緊塊的位置。

▲圖2 薄壁滾筒零件脹緊裝置

▲圖3 薄壁滾筒零件脹緊裝置內(nèi)部結(jié)構

▲圖4 薄壁滾筒零件脹緊裝置工作狀態(tài)

▲圖5 脹緊塊

固定頂塊與活動頂塊如圖6所示。固定頂塊與活動頂塊結(jié)構尺寸完全一致,圓周方向設有均布的四個連桿固定銷孔、頂塊斜面和連桿安裝槽。

▲圖6 固定頂塊與活動頂塊

浮動頂塊如圖7所示。浮動頂塊為左右對稱結(jié)構,左右兩邊均設有四個在圓周方向均布的頂塊斜面。浮動頂塊安置在固定頂塊和活動頂塊之間。

▲圖7 浮動頂塊

連桿如圖8所示。連桿設有連桿腰圓槽和連桿固定銷孔，用于連接固定頂塊、活動頂塊和脹緊塊,并保證脹緊塊能在各個頂塊的作用下升起和落下。

以固定頂塊為例，頂塊與脹緊塊的連接如圖9所示。固定頂塊、活動頂塊、脹緊塊通過連桿、連桿固定銷和脹緊塊固定銷連接在一起,固定頂塊、活動頂塊斜面與脹緊塊斜面完全接觸。在脹緊裝置上,脹緊塊斜面還同時與浮動頂塊斜面完全接觸。當活動頂塊作軸向運動時,由于各斜面的作用,可以將脹緊塊頂起。脹緊塊落下時,脹緊塊固定銷在連桿腰圓槽中滑動,以配合脹緊塊的運動。

▲圖8 連桿

▲圖9 固定頂塊與脹緊塊連接

芯軸如圖10所示。芯軸是將各個頂塊串聯(lián)起來的零件,左端為圓柱體,便于進行機械裝夾。芯軸右側(cè)設有螺紋,右端面設有標準芯軸頂尖孔,采用這種一夾一頂?shù)某Ｒ?guī)裝夾方法,就可以方便地在不同的加工設備上進行切換、流轉(zhuǎn)和反復裝夾。

▲圖10 芯軸

5 脹緊裝置特點

所設計的薄壁滾筒零件脹緊裝置具有以下特點:

(1) 整個脹緊裝置使用時為一夾一頂?shù)难b夾方式,在通用切削工藝中既可以保證零件的加工精度,又可以在不同的設備上進行流轉(zhuǎn)使用,避免產(chǎn)生加工累積誤差;

(2) 脹緊裝置采用螺紋連接產(chǎn)生軸向推力,推力穩(wěn)定、可靠、可調(diào);

(3) 脹緊塊使用對稱雙斜面,將軸向推力轉(zhuǎn)換為徑向推力,同時可以保證脹緊塊徑向運動時的平穩(wěn)性和可靠性;

(4) 脹緊塊表面圓弧和薄壁滾筒零件內(nèi)表面圓弧弧度相同,脹緊時完全貼合,保證最穩(wěn)定的貼合力,同時不會造成薄壁滾筒零件變形,有效控制零件的加工精度;

(5) 脹緊塊為V字形結(jié)構,從初始位置到脹緊位置徑向運動距離大,可適用于滾筒口有邊緣加強筋的薄壁滾筒零件;

(6) 連接脹緊塊的連桿一端為腰圓槽結(jié)構,脹緊塊進行徑向運動時脹緊塊固定銷可以在腰圓槽內(nèi)滑動,保證脹緊塊順利完成徑向運動,同時連桿可以進行圓弧擺動;

(7) 薄壁滾筒零件較長時,可以增加浮動頂塊和脹緊塊的數(shù)量,組合擴展方便,且原理與工藝不變。

6 結(jié)束語

筆者為加工薄壁滾筒零件設計了一種脹緊裝置,解決了薄壁滾筒零件在加工過程中的夾緊定位問題。這一脹緊裝置結(jié)構簡單,使用方便,能夠為薄壁滾筒零件加工時在不同工序之間切換流轉(zhuǎn)提供重復定位精度保障,從而保證零件的尺寸精度和形狀精度。經(jīng)生產(chǎn)試驗和驗證,這一脹緊裝置滿足生產(chǎn)要求。