數控銑床柔性防松壓板設計研究

韋江波

（柳州職業技術學院，廣西 柳州 545006）

0 引言

隨著現代制造業不斷發展，產品種類和形狀多樣化，這給數控銑床制造帶來一定難度。在數控機床加工中，零件的安裝和夾緊都離不開夾具，一些規則的方形、圓形零件可以使用虎鉗和卡盤裝夾[1]，大部分的半成品零件具有不規則形狀，需要壓板裝夾。而傳統壓板裝夾零件時，安裝調試繁瑣，使用不方便。據統計，完成一個零件的加工，裝夾時間約占整個加工過程的20%～ 30%，極大影響零件的加工效率。針對目前數控銑床傳統夾緊零件的壓板在使用過程中存在的不足進行分析：

（1）一些大型零件需要用壓板才能固定零件，傳統壓板采用導軌滑塊、螺桿螺母和壓板組成，結構簡單，造價低。缺點是裝夾時沒有統一標準[2]，操作者根據經驗進行裝夾，容易出現壓板規格型號和螺桿長度規格多、安裝費時等問題，由于裝夾位置不正確導致夾緊力不夠的情況時有發生。

（2）傳統的壓板形狀為長條形，當夾緊力過大的時候，易導致壓板彎曲變形，嚴重時導致壓板夾緊力不夠，零件產生松動的情況。

（3）傳統的壓板安裝方法是先將墊塊放在零件底部，再安裝壓板；安裝壓板時，要找到合適高度的螺桿，螺桿高了影響加工，螺桿短了安裝不了，需要一根根螺桿去比對高度后進行安裝夾緊[3]，這樣的裝夾費時費力。

針對以上傳統壓板在使用過程中存在的一些問題，設計了一種柔性防松壓板，將零件在裝夾過程中使用的墊塊、壓板模塊、支撐座三個模塊組合成一個系統模塊，安裝一步到位，解決傳統壓板與墊塊、支撐座組合的問題，極大縮短裝夾時間，提高工作效率[4]。

1 柔性防松壓板的結構設計

柔性防松壓板由墊塊、壓板模塊、支撐座三個模塊組合而成，如圖1、圖2、圖3、圖4 所示，由墊塊1、T形連接件2、壓緊螺桿3、圓形壓板4、套筒頂蓋5、套筒6、圓柱螺旋彈簧7、環形導向螺母8、圓柱銷9、圓環10、環形底板11、滑塊12、支撐螺桿13、四方固定螺母14、圓形螺桿15、螺紋推塊16、支撐底座17、T形件18 個部件組成。各組成結構之間的相互連接關系如下：

（1）墊塊形狀如圖1 所示，墊塊1 采用圓柱形設計結構，墊塊的上表面和下表面有平面度和平行度要求，平面精度≤0.01 mm，平行度精度≤0.01 mm。墊塊1 側面鑲嵌有T 形連接件2，墊塊1 與T 形連接件2之間采用焊接固定。

圖1 墊塊示意圖

（2）壓板模塊形狀如圖2 所示，壓板模塊頂部的六角壓緊螺桿3 穿過圓形壓板4，壓緊螺桿3 與圓形壓板4 中間孔之間采用間隙配合，間隙尺寸在1～2 mm 之間。壓緊螺桿3 同樣穿過套筒頂蓋5，壓緊螺桿3 與套筒頂蓋5 采用間隙配合，間隙的尺寸也是在1～2 mm 之間。壓緊螺桿3 在穿過套筒頂蓋5 下端后，壓緊螺桿3 上裝入圓柱螺旋彈簧7，在壓緊螺桿3 下端旋入環形導向螺母8，將圓柱螺旋彈簧7 限制在套筒頂蓋5 與環形導向螺母8 之間。在壓緊螺桿3 底部側面開有孔，將圓柱銷9 打入孔內，圓柱銷9 的作用是對環形導向螺母8 起到限位的作用。圓形壓板4 形狀采用圓環形設計，外圓處做倒斜角處理。圓形壓板4 的底部為基準面，平面度誤差精度≤0.03 mm，同時圓形壓板4 的底部基準面與中間孔的中心線之間保持垂直。下面的套筒頂蓋5 上均布的開有4 個沉孔，套筒6 之上均布有4 個螺紋孔，套筒頂蓋5 與套筒6之間采用4 顆內六角圓柱螺釘固定連接。套筒6 的側面開有兩個對稱槽，環形導向螺母8 形狀如圖2 中剖視圖所示，環形導向螺母8 的兩端伸出部分采用圓柱形設計，伸出的圓柱部分剛好放入套筒6 側面的槽內。在套筒6 下端放入圓環10，圓環10 與套筒套筒6下端側面采用間隙配合，圓環10 可以自由的繞套筒6 圓周旋轉，在圓環10 上開有T 形槽，形狀和墊塊上T 形連接件形狀吻合。在套筒6 底部側面鑲嵌環形底板11，環形底板11 與套筒6 之間采用焊接固定，環形底板11 的作用是防止圓環10 的掉落，起到限制作用。套筒6 的底部與滑塊12 采用2 顆內六角圓柱螺釘固定連接。

圖2 壓板模塊示意圖

支撐座形狀如圖3 所示，支撐螺桿13 的頂面為基準面，頂面與下端圓柱螺紋軸中心線保持垂直，支撐螺桿13 與支撐底座17 之間采用螺紋連接，支撐底座17 形狀采用圓柱形設計，底面為基準，底面與中間孔的中心線保持垂直，當支撐螺桿13 圓周轉動時，支撐螺桿13 頂面可水平實現上下移動。在支撐底座17上端側面開有四方槽，在四方槽的外側放入四方固定螺母14，四方固定螺母14 與支撐底座17 上端側面開有四方槽側面采用焊接固定。圓形螺桿15 與四方固定螺母14 螺紋配合使用，圓形螺桿15 前端設計成圓柱T 形，并與螺紋推塊16 一端的T 形凹槽配合，螺紋推塊16 另外一端設計與支撐底座17 中間內螺紋孔相同的螺紋齒形，旋轉圓形螺桿15 可帶動螺紋推塊16 移動，推動螺紋推塊16 前端的螺紋齒形移動，并嵌入到支撐螺桿13 上的外螺紋內徑處（圖3 中DD 剖視），起到防松的效果。

圖3 支撐座示意圖

2 柔性防松壓板的實施

柔性防松壓板的實施方式：在裝夾零件前，先測量被裝夾零件的大小，在現有機床工作臺上，合理的布局墊塊[5]。本實施方案采用四方體零件作為安裝示范如圖4 所示。

圖4 柔性防松壓板裝夾零件圖

在四方形零件四個角的區域放置四個墊塊，在放置墊塊時，應放置在導向槽上或導向槽旁，墊塊1 的底面接觸機床導軌，墊塊1 頂面與零件接觸，并靠近零件的邊緣處。墊塊上的T 形連接件2 露出零件外側，方向應朝向導軌導向槽外側，或垂直于零件邊緣。將四方體零件放置在墊塊上，調整好方向后，將壓板模塊上的滑塊12 嵌入機床導軌上的導向槽，移動到靠近墊塊上的T 形連接件2 處，調整支撐座支撐螺桿13 高度，圓周旋鈕支撐螺桿13，使支撐螺桿13 頂面與零件上表面平齊。旋鈕圓形螺桿15，移動螺紋推塊16 外側螺紋與支撐螺桿13 的螺紋內側貼合（無間隙），這時支撐螺桿13 無法旋轉上下移動，起到鎖緊防松的目的如圖5 所示。將支撐座放在壓板模塊的后端，把壓板模塊上的圓環10 向上抬起，移動并對準壓塊上的T 形連接件2 和支撐座上的T 形件18 對齊，放下圓環10，這時墊塊、壓板模塊、支撐座組合為一個整體如圖5 所示，采用相同的步驟操作其他3 個柔性防松壓板。

圖5 柔性防松壓板組合示意圖

這時壓板模塊上的圓形壓板4 底面一側壓在零件邊緣上，另外一側壓在支撐座支撐螺桿13 頂面上。調整好位置后如圖6 所示，使用配套的外六角扳手將柔性防松壓板3 位置上的壓緊螺桿3 預緊，用百分表表頭接觸零件Y的負方向側面上，操作機床沿著X軸移動給零件位置打水平，打好水平后，使用配套的外六角扳手將柔性防松壓板4 位置上的壓緊螺桿3預緊，再打一次水平，確認水平后，如圖4 依次將柔性防松壓板按3-4-1-2 的順序將壓緊螺桿3 扭緊，在旋鈕過程中，環形導向螺母8 會向上移動，當上升到套筒6 側面導向槽的頂部時停止移動，在繼續旋鈕壓緊螺桿3 直至鎖緊。鎖緊后在壓板模塊產生雙壓力：壓緊螺桿3 對圓形壓板4 螺紋壓緊力和圓柱螺旋彈簧7 對環形導向螺母8 向下的彈簧力。這樣既能保證零件鎖緊，同時也起到防松的作用。

圖6 支撐座防松工作圖

3 柔性防松壓板在結構上的優化及其帶來的優勢

為了確保柔性壓板在數控銑床上安裝零件后，機床銑削、鉆孔、鏜孔、攻螺紋等工序的平穩運行，零件在受力后不會因振動產生松動，保證壓板在反復裝夾過程中依然能夠定位精度，承受的擠壓變形強度，柔性防松壓板在結構上做了一些改進和優化，具體如下：

（1）壓緊螺桿3 對圓形壓板4 螺紋壓緊力，圓柱螺旋彈簧7 對環形導向螺母8 產生向下壓的彈簧力，鎖緊后在壓板模塊產生雙壓力，起到防松作用的同時，保證了足夠的夾緊力。

（2）傳統壓板螺桿長度要根據零件高度來選擇，零件高度越高，螺桿越長，因此傳統的壓板安裝要配一個系列高度的螺桿，成本較高。而柔性防松壓板螺帽在頂部，向套筒6 內伸長，高度自動調節，相對于傳統的壓板更具柔性。

（3）壓板模塊從底部的滑塊12 到頂部的壓緊螺桿3 采用整體設計，使用時候一氣呵成。滑塊12 采用螺釘固定，根據不同規格的數控機床導軌滑槽寬度，更換相應的滑塊12。

（4）圓形壓板4 采用圓環體形狀設計，相對于傳統的長方體形狀抗壓、抗彎性、耐久性表現更優異，在安裝時不用調整角度，裝夾更方便快捷。

（5）支撐座上的支撐螺桿13 通過旋鈕可以調整高度，預防在加工過程中因振動而導致壓緊螺桿3 的松動，因此在支撐底座17 側面上安裝了四方固定螺母14、圓形螺桿15、螺紋推塊16 組成的防松裝置。

（6）柔性防松壓板由墊塊、壓板模塊、支撐座三個模塊為一個整體，采用圓環10 上的T 形槽連接，保證墊塊與支撐座之間連成一條直線，確保受力均勻。

4 結語

柔性防松壓板從結構上，打破傳統的壓板散亂的安裝模式，在結構上分為了墊塊、壓板模塊、支撐座三個模塊的組合，可根據零件的形狀大小來調整墊塊的高低如圖7 所示。使用柔性防松壓板在安裝不規則零件時，要先考慮基準的定位和基準面的選擇，在保證壓板不影響加工區域的情況下，盡可能通過改變墊塊高低來裝夾零件，壓板模塊和支撐座模塊根據壓緊部位進行高低調節，這樣的設計整體感強，操作更有針對性，且易上手，在保證零件基準坐標不變和夾緊牢固的情況下，解決了傳統壓板類夾具安裝繁瑣的問題，縮短了安裝時間，提高了數控銑床的加工效率。

圖7 不規則零件的安裝圖