車床后托架加工專用夾具的設計

□ 霍洪升 □ 董淑婧 □ 梁張利

大連科技學院 機械工程學院 遼寧大連 116052

1 設計背景

目前,國內機床制造行業用于車床后托架鏜孔的主要是鉸鏈翻轉式螺旋夾緊夾具。這一夾具依靠手動裝夾,每加工完一道工序后需要將夾具上的夾緊壓板翻轉,才能將工件自下而上取出,耗時費力,且效率差,勞動強度高。筆者設計了一套車床后托架加工專用夾具,根據所排工序確定加工機床工作臺的動作循環表,并對機床工作臺的液壓系統進行了設計。

2 后托架加工工藝

后托架是車床的一個重要附件,其三維仿真圖如圖1所示。

▲圖1 后托架三維仿真圖

由圖1可以看出,后托架加工特征比較復雜,既有鉆孔、鏜孔、沉頭孔,又有多個凸凹臺和圓角,在第一個大孔內還需要加工出油槽。后托架的上表面是一個傾斜的平面,又為加工增加了一定的難度。

在編排工藝過程中,加工工序先為銑外輪廓。外輪廓精加工完成后,以外輪廓為定位基準進行鏜孔加工。鏜孔完成后,以外輪廓和精鏜孔為定位基準進行鉆孔、擴錐孔、攻螺紋等。最后加工出油槽,去除毛刺。后托架加工工藝過程見表1。

表1 后托架加工工藝過程

3 定位方案

設計加工專用夾具時,選擇精度高且有平面度要求的后托架底平面為主要定位表面,采用兩個利于排屑的B型支撐板限制X軸轉動、Y軸轉動、Z軸移動三個自由度。選擇后托架的側面作為第二定位基準面,采用兩個擋銷限制X軸移動、Z軸轉動兩個自由度。選用C型網狀支撐釘定位在后托架左端面的凸臺上,限制Y軸移動自由度,由此滿足六點定位原理。定位方案如圖2所示。

▲圖2 定位方案

4 夾緊方案

液壓缸設置在加工專用夾具的最左側,給右側預留充足的取件、安裝空間。采用杠桿原理,將液壓缸向上的推力通過杠桿傳力機構轉換為向下的夾緊力,并通過弧形壓塊兩點浮動,夾緊后托架上表面。這樣的夾緊方案不僅安全、可靠,而且結構也比較簡單。夾緊方案如圖3所示。

▲圖3 夾緊方案

5 切削力與夾緊力計算

選擇鏜刀材料為T68工具鋼。

切削力Fc為:

Fc=902apf0.75Kp

(1)

式中:ap為背吃刀量,ap=1.5 mm;f為進刀量,f=0.4 mm/r;Kp為修正因數,Kp=0.94。

將數據代入式(1),得Fc為638.46 N。

夾緊力F為:

F=KFc

(2)

式中:K為安全因數,K=2.25。

將數據代入式(2),得F為1 453 N。

6 液壓缸選用

夾具夾緊采用杠桿傳力機構,杠桿的力臂比為:

L2/L1=1.6

式中:L1為活塞桿支點到力柱支點的距離;L2力柱支點到弧形壓塊支點的距離。

液壓缸的夾緊力Fy為:

Fy=1.6F=2 324.8 N

液壓缸活塞桿向上運動為夾緊過程,向下運動為松開過程,選擇推力液壓缸作為夾緊機構的動力裝置。具體選擇YTF20-88法蘭式推力液壓缸,活塞桿直接與夾具杠桿通過銷釘連接,安裝方便。根據所需夾緊力,選擇活塞桿直徑為16 mm。

7 輔助支撐

兩個B型支撐板都偏向后托架的左側,原因是后托架的右側不是平面,不能設置支撐板。夾緊力自上而下施加在后托架傾斜的上表面。在加工過程中,后托架很容易受到鏜孔轉矩作用向右發生翻轉,因此需要在后托架的右側下部安裝一個輔助支撐。加工專用夾具裝配總圖如圖4所示,三維仿真圖如圖5所示。

▲圖4 加工專用夾具裝配總圖

▲圖5 加工專用夾具三維仿真圖

8 液壓系統設計

機床工作臺的動作循環如圖6所示。打開行程開關SQ1,夾緊缸動作。夾緊完成以后,回路油壓上升,壓力繼電器1YJ釋放電信號,啟動機床工作臺快進給,機床工作臺觸發行程開關SQ2,切換為工進運動。之后機床工作臺觸發行程開關SQ3,停止一段時間后快退,夾緊缸松開,由此完成對后托架三個孔的加工動作循環。

▲圖6 機床工作臺動作循環

根據加工專用夾具的夾緊要求,最終確定液壓系統方案。液壓系統原理如圖7所示。液壓系統原理如圖7所示。采用雙泵供油和差動連接,實現機床工作臺的快進和快退。采用進油節流調速回路,實現機床工作臺的工進。在夾緊回路的進油路上設置減壓閥,保證夾緊力穩定。將單向閥作為背壓閥,在泵的出口處旁通先導式溢流閥,作為安全閥,保證整個油路的油壓在安全范圍內。

▲圖7 液壓系統原理

9 結束語

筆者對車床后托架的定位、夾緊、鏜孔加工工藝進行分析,結合三維仿真技術,設計了一套加工專用夾具。這一加工專用夾具彌補了后托架鏜孔加工常用的螺旋夾緊機構費時費力、加工效率低的缺點,使用方便,夾緊定位可靠,具有較高的實用價值。