數(shù)控銑床柔性防松壓板設(shè)計研究

韋江波

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545006）

0 引言

隨著現(xiàn)代制造業(yè)不斷發(fā)展，產(chǎn)品種類和形狀多樣化，這給數(shù)控銑床制造帶來一定難度。在數(shù)控機(jī)床加工中，零件的安裝和夾緊都離不開夾具，一些規(guī)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(guī)則形狀，需要壓板裝夾。而傳統(tǒng)壓板裝夾零件時，安裝調(diào)試繁瑣，使用不方便。據(jù)統(tǒng)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(shù)控銑床傳統(tǒng)夾緊零件的壓板在使用過程中存在的不足進(jìn)行分析：

（1）一些大型零件需要用壓板才能固定零件，傳統(tǒng)壓板采用導(dǎo)軌滑塊、螺桿螺母和壓板組成，結(jié)構(gòu)簡單，造價低。缺點是裝夾時沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[2]，操作者根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行裝夾，容易出現(xiàn)壓板規(guī)格型號和螺桿長度規(guī)格多、安裝費時等問題，由于裝夾位置不正確導(dǎo)致夾緊力不夠的情況時有發(fā)生。

（2）傳統(tǒng)的壓板形狀為長條形，當(dāng)夾緊力過大的時候，易導(dǎo)致壓板彎曲變形，嚴(yán)重時導(dǎo)致壓板夾緊力不夠，零件產(chǎn)生松動的情況。

（3）傳統(tǒng)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(jìn)行安裝夾緊[3]，這樣的裝夾費時費力。

針對以上傳統(tǒng)壓板在使用過程中存在的一些問題，設(shè)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(tǒng)模塊，安裝一步到位，解決傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)設(shè)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(huán)形導(dǎo)向螺母8、圓柱銷9、圓環(huán)10、環(huán)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(jié)構(gòu)之間的相互連接關(guān)系如下：

（1）墊塊形狀如圖1 所示，墊塊1 采用圓柱形設(shè)計結(jié)構(gòu)，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(cè)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(huán)形導(dǎo)向螺母8，將圓柱螺旋彈簧7 限制在套筒頂蓋5 與環(huán)形導(dǎo)向螺母8 之間。在壓緊螺桿3 底部側(cè)面開有孔，將圓柱銷9 打入孔內(nèi)，圓柱銷9 的作用是對環(huán)形導(dǎo)向螺母8 起到限位的作用。圓形壓板4 形狀采用圓環(huán)形設(shè)計，外圓處做倒斜角處理。圓形壓板4 的底部為基準(zhǔn)面，平面度誤差精度≤0.03 mm，同時圓形壓板4 的底部基準(zhǔn)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(nèi)六角圓柱螺釘固定連接。套筒6 的側(cè)面開有兩個對稱槽，環(huán)形導(dǎo)向螺母8 形狀如圖2 中剖視圖所示，環(huán)形導(dǎo)向螺母8 的兩端伸出部分采用圓柱形設(shè)計，伸出的圓柱部分剛好放入套筒6 側(cè)面的槽內(nèi)。在套筒6 下端放入圓環(huán)10，圓環(huán)10 與套筒套筒6下端側(cè)面采用間隙配合，圓環(huán)10 可以自由的繞套筒6 圓周旋轉(zhuǎn)，在圓環(huán)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(cè)面鑲嵌環(huán)形底板11，環(huán)形底板11 與套筒6 之間采用焊接固定，環(huán)形底板11 的作用是防止圓環(huán)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(nèi)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(zhǔn)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(shè)計，底面為基準(zhǔn)，底面與中間孔的中心線保持垂直，當(dāng)支撐螺桿13 圓周轉(zhuǎn)動時，支撐螺桿13 頂面可水平實現(xiàn)上下移動。在支撐底座17上端側(cè)面開有四方槽，在四方槽的外側(cè)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(cè)面開有四方槽側(cè)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(shè)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(shè)計與支撐底座17 中間內(nèi)螺紋孔相同的螺紋齒形，旋轉(zhuǎn)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(nèi)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(xiàn)有機(jī)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(qū)域放置四個墊塊，在放置墊塊時，應(yīng)放置在導(dǎo)向槽上或?qū)虿叟裕瑝|塊1 的底面接觸機(jī)床導(dǎo)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(cè)，方向應(yīng)朝向?qū)к墝?dǎo)向槽外側(cè)，或垂直于零件邊緣。將四方體零件放置在墊塊上，調(diào)整好方向后，將壓板模塊上的滑塊12 嵌入機(jī)床導(dǎo)軌上的導(dǎo)向槽，移動到靠近墊塊上的T 形連接件2 處，調(diào)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(cè)螺紋與支撐螺桿13 的螺紋內(nèi)側(cè)貼合（無間隙），這時支撐螺桿13 無法旋轉(zhuǎn)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(huán)10 向上抬起，移動并對準(zhǔn)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(huán)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(cè)壓在零件邊緣上，另外一側(cè)壓在支撐座支撐螺桿13 頂面上。調(diào)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(yù)緊，用百分表表頭接觸零件Y的負(fù)方向側(cè)面上，操作機(jī)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(yù)緊，再打一次水平，確認(rèn)水平后，如圖4 依次將柔性防松壓板按3-4-1-2 的順序?qū)壕o螺桿3 扭緊，在旋鈕過程中，環(huán)形導(dǎo)向螺母8 會向上移動，當(dāng)上升到套筒6 側(cè)面導(dǎo)向槽的頂部時停止移動，在繼續(xù)旋鈕壓緊螺桿3 直至鎖緊。鎖緊后在壓板模塊產(chǎn)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(huán)形導(dǎo)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(jié)構(gòu)上的優(yōu)化及其帶來的優(yōu)勢

為了確保柔性壓板在數(shù)控銑床上安裝零件后，機(jī)床銑削、鉆孔、鏜孔、攻螺紋等工序的平穩(wěn)運(yùn)行，零件在受力后不會因振動產(chǎn)生松動，保證壓板在反復(fù)裝夾過程中依然能夠定位精度，承受的擠壓變形強(qiáng)度，柔性防松壓板在結(jié)構(gòu)上做了一些改進(jìn)和優(yōu)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(huán)形導(dǎo)向螺母8 產(chǎn)生向下壓的彈簧力，鎖緊后在壓板模塊產(chǎn)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(tǒng)壓板螺桿長度要根據(jù)零件高度來選擇，零件高度越高，螺桿越長，因此傳統(tǒng)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(nèi)伸長，高度自動調(diào)節(jié)，相對于傳統(tǒng)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(shè)計，使用時候一氣呵成。滑塊12 采用螺釘固定，根據(jù)不同規(guī)格的數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌滑槽寬度，更換相應(yīng)的滑塊12。

（4）圓形壓板4 采用圓環(huán)體形狀設(shè)計，相對于傳統(tǒng)的長方體形狀抗壓、抗彎性、耐久性表現(xiàn)更優(yōu)異，在安裝時不用調(diào)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(diào)整高度，預(yù)防在加工過程中因振動而導(dǎo)致壓緊螺桿3 的松動，因此在支撐底座17 側(cè)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(huán)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(jié)語

柔性防松壓板從結(jié)構(gòu)上，打破傳統(tǒng)的壓板散亂的安裝模式，在結(jié)構(gòu)上分為了墊塊、壓板模塊、支撐座三個模塊的組合，可根據(jù)零件的形狀大小來調(diào)整墊塊的高低如圖7 所示。使用柔性防松壓板在安裝不規(guī)則零件時，要先考慮基準(zhǔn)的定位和基準(zhǔn)面的選擇，在保證壓板不影響加工區(qū)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(jù)壓緊部位進(jìn)行高低調(diào)節(jié)，這樣的設(shè)計整體感強(qiáng)，操作更有針對性，且易上手，在保證零件基準(zhǔn)坐標(biāo)不變和夾緊牢固的情況下，解決了傳統(tǒng)壓板類夾具安裝繁瑣的問題，縮短了安裝時間，提高了數(shù)控銑床的加工效率。

圖7 不規(guī)則零件的安裝圖