双面车床的研制.pdf

2 0 1 1年 8月 第 3 9卷 第 l 6期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Au g 2 01 1 Vo 1 3 9 No 1 6 D O I 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 6 0 0 9 双面车床的研制 张明松 刘文俊 张发军 李仁德 1 三峡大学机械与材料学院 湖北宜昌4 4 3 0 0 2 2 宜昌市黑旋风锯业有限责任公司 湖北宜昌4 4 3 0 0 0 摘要 基于不同规格锯片基体的齿部双侧面对称车削的要求 分析在普通车床上完成该工序存在的困难 并以小型立 式钻床为基础 研制一种含半 自动对刀装置的专门立式双面车床 较详细地分析了主轴部件和半 自动对刀装置的结构原理 及实现方法 关键词 双面车床 锯片基体 车削 对称度 中图分类号 T G 5 1 9 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 6 0 2 5 3 De v e l o p me nt o f Do ub l e s ide d La t he Z H A N G Min g s o n g L I U We n j u n Z H A N G F a j u n L I R e n d e 1 C o l l e g e o f Me ch a n ica l M a t e r ial E n g in e e r in g C h in a T h r e e G o r g e s U n iv e r s it y Y i ch a n g H u b e i 4 4 3 0 3 2 C h in a 2 Y ich a n g H X F C ir cu l a r S a w I n d u s t r ial C o L t d Y i ch a n g Hu b e i 4 4 4 3 0 0 C h in a Ab s t r a ct T h e d if f icu l t ie s o f t h e d if f e r e n t s p e cifi ca t io n s o n t h e t o o t h s a w b l a d e ma t ri x d o u b l e fl a n k s y mme t ri c in t h e o r d in a r y p r o ce d u r e o f l a t h e w e r e a n a l y z e d t o it s r e q u ir e me n t s B a s e d o n t h e s ma l l v e r t ica l d r il l in g ma ch in e a s p e cia l iz e d v e r t ica l d o u b l e s id e d l a t h e co n t a in e d s e mi a u t o ma t ic t o o l s e t t in g a p p a r a t u s w a s d e v e l o p e d T h e s t r u ct u r a l p r in cip l e a n d r e a l iz a t io n me t h o d o f t h e s p in d l e co mp o n e n t a n d s e mi a u t o ma t ic t o o l s e t t in g a p p a r a t u s w e r e a n a l y z e d Ke y wo r d s Do u b l e s id e d l a t h e S a w ma t ri x T u r n in g S y mme t r y 用于石材加工的金刚石锯片常采用镶装刀片的结 构 为了保证镶装质量 要求锯片基体的齿部两侧面 具有较高的平面度 由于锯片基体在冲齿过程 中难免 出现端面扭曲 因此冲齿后需要在车床上对锯片基体 齿部的两侧面进行车削 并保证相对原锯片基体两侧 面的对称度要求 原来的加工方法是 以心轴和托盘 为定位元件将锯片基体定位在车床主轴上 并利用尾 座套筒上的压盘夹紧 在车床的方刀架上同时安装呈 4 垂直状态的两把车刀 通过操作者肉眼将两把刀对称 于锯片基体厚度方向的中心 实现对称车削 由于肉 眼对刀精度较低 刀具主偏角角度不易控制 刀具在 方刀架上的定位和夹紧较为困难 其加工精度和加工 效率非常低下 造成了工艺流程的阻滞 1 双面车床的组成和原理 双面车床是专为不同直径 不同厚度的锯片基体 2 齿部双侧面车削加工而研制的专门机床 双面车床以 小型立式钻床为基础 通过新设计的立式主轴及托盘 部件 半自动对刀的刀架部件 在不对立式钻床作较 大改变的前提下将立式钻床改装成专门的立式双面车 床 改造后的双面车床由主轴及托盘部件 刀架部 件 原立式钻床的主轴箱部件 底座 立柱等组成 见图 1 图 1 双面车床的组成 座 托 盘部 件 体 件 轴 箱 柱 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 0 9 作者简介 张明松 1 9 6 5 一 男 副教授 现主要从事教学和成型技术 机电一体化系统 液压技术的研究开发及应用 电话 1 3 9 8 6 7 9 4 6 3 5 E m a i l z ms ct g u e d u cn 2 6 机床与液压 第 3 9卷 1 1 主轴及 托 盘部件 主轴及 托盘部件 图 2 呈立式布置 主轴 为实 心阶梯轴 4 5钢调质而成 由于对锯片基体两侧面 有较高的对称度要求 因此应着重控制主轴的轴向窜 动 又由于主轴的径向载荷和轴向载荷不大 主轴轴 承可采用球轴承 主轴轴承采用精度等级为 c 级的 角接触滚动轴承 并用双圆螺母调整其轴承预紧和锁 紧 主轴上端联接托盘和定位心轴 用于锯片基体的 定位 主轴下端联接电磁制动器 当固定于钻床主轴 下端 的压盘下移到托盘中心的定位心轴 而尚未压 紧锯 片基体时 触碰行程开关 与主轴下端联接的电磁制 动器通电 衔铁松开电磁制动器的制动盘 主轴的旋 转 自由度得 以释放 压盘继续下移并压紧锯片基体 后 在压盘的摩擦转矩驱动下锯片基体开始转动 实 现了工件的主运动旋转 刀具的径向进刀完成后 压 盘上移 在未脱离定位心轴前 行程开关断电 电磁 制动器在弹簧力的作用下迅速将主轴及锯片基体制 动 以保证锯片基体不会 自行脱离托盘和定位心轴飞 出 确保了装置的安全 j 啪 3 I l l 一8 C I l l l l l l 一底 座2 一 圆螺 母3 一 主轴 轴承4 一托 盘5 一锯 片基 体 6 一 定位 心轴7 一 主轴8 一 电磁制 动 器 图 2 主轴及托盘部件 1 2 刀架部件 刀架部件 图 3 由支撑架 滚动导轨 半 自动 对刀装置 刀夹以及操纵机构组成 为简化结构 提 高刀架进给运动精度 刀架部件由支撑架直接夹持定 位于原立式钻床的立柱上 支撑架上设置滚动导轨 滚动导轨上的滑块相当于径 向进给小溜板 实现车削 的径向运动 根据刀具沿锯片基体径向进刀的行程大 小 滚动导轨上设有行程可调的限位装置 以便于实 现不同规格的锯片基体均可按调整法加工 保证了径 向进刀 的尺寸和精度 也极大提高 了加工效率 刀架 部件的刀夹可同时安装两把车刀 专门设计的刀夹可 同时安装主偏 角均 为 9 5 的左 偏刀 和右偏 刀各 一 把 两把车刀在刀夹中的位 置由对 刀块确定 可保证两车 刀刀尖及主副偏角对称于锯片基体的两侧面中心 并 保证车削后齿部的厚度 刀夹 自成一体 相对独立 当刀具磨损后 可一起取下更换 节省了换刀调刀的 时间 也有利于保证刀具的对中安装的要求 l 一 钻 床立 柱2 一刀 架支 架卜 滚动 导轨 滑块4 一锁 紧机 构 s 半 自动对刀装置6 刀夹及车刀7 一锯片基体 图3 刀架部件 刀架的核心部件是半 自动对刀装置 图 4 由 于锯片的基体厚度为 1 8 2 2 1T im 加工后锯片齿部 厚度为 1 2 1 6 m m 相对锯片基体原两侧面的对称 度为0 0 3 m m 对称度要求较高 分析可知 影响该 对称度的主要 因素有 主轴及托盘部件 的轴 向窜动 量 托盘平面的平面度以及相对主轴的垂直度 径向 进给运动方向与主轴的垂直度 车刀相对不同厚度公 差锯片基体的对刀精度等几何精度和运动精度 整个 工艺系统 的刚度 热变形和动力学特性等因素 由于 加工时的切削用量较小 影响对称度的因素主要是主 轴及托盘部件的轴向窜动量和车刀相对不同厚度公差 锯片基体的对刀精度 根据对称精度的要求 双面车 床须根据每片锯片基体采取逐一对刀的方式 半 自动 对刀装置由双向丝杆 上下丝杆螺母 开合壳体以及 第 1 6期 张明松 等 双面车床的研制 2 7 锁紧装置组成 双 向丝杆上 的两段螺纹具有 相同的螺 距 但螺纹旋 向不 同 双 向丝杆和上下丝杆螺母 的螺 纹分别采用板牙和丝锥加工 因此可保证较高的螺距 精度 通过旋转双向丝杆上的调节轮 双向丝杆分别 带动布置在上下丝杆螺母上的对刀杆沿着锯片基体厚 度方 向作相 向或相背 的同步移 动 由于连续加工 中压 盘一直随钻床主轴旋转 因此对刀应在压盘处于最上 端位置时进行 此时锯片基体尚未压紧 处于非定位 状态 对刀时 移动开合壳体 使上丝杆螺母的对刀 杆先压紧锯片基体的上表面并保持 旋转丝杆上的调 节轮 则下丝杆螺母相对上移 且下丝杆螺母相对上 丝杆螺母的上移量等于双向丝杆相对上丝杆螺母移动 量的2倍 直至下丝杆螺母上的对刀杆压紧托盘的下 表面 借助此双向丝杆螺母机构 当锯片基体的厚度 改变 时 两 个对 刀杆 触头 面 的 间距 改变 量 也 即锯 片基体厚度的变化量 总是等于双 向丝杆相对锯片 基体厚度方向的上下移动量的2倍 布置在开合壳体 上的刀夹仍能准确地对中于新安装的锯片基体厚度中 心 实现了半 自动对刀 双向丝杆通过两端的钢球与 开合壳体上的端盖定位 通过端盖垫片的调整 消除 了双向丝杆相对于开合壳体的轴向窜动 也即消除了 对刀杆至刀夹的传动误差 对刀后 通过锁紧机构将 半 自动对刀装置锁紧在滚动导轨的滑块上 反向旋转 调节轮 松开丝杆螺母及对刀杆 开始切削加工 刀 夹在半 自动对刀装置的开合壳体上的定位也是通过专 用对刀块实现 的 l 2 3 4 5 6 7 l 开合 壳体2 调 节轮3 端盖4 钢球5 双 向丝杆6 一 上丝杆 螺母 7 一 E 对刀杆8 托盘及锯片基体9 下对刀杆1 O 下丝杆螺母 图4 半 自动对刀装置 2 双面车床的操作方法 双面车床的操作步骤如下 1 安装锯片基体 2 搬动进刀手柄 径向小溜板空行程移动 至对 刀杆处于锯片基体齿部位置 上下移动开合壳体 至 上丝杆螺母的对刀杆压紧锯片基体 旋转调节轮 至 下丝杆螺 母 的对 刀杆 压 紧托 盘 下表 面 搬 动锁 紧 手 柄 将开合壳体锁紧在滚动导轨的滑块上 反向旋转 调节轮 至上下对刀杆松开锯片基体和托盘 3 操作者右手搬动钻床主轴轴向移动控制手柄 压盘下 移并压紧锯片基体 带动其作主运动旋转 左手搬动 进刀手柄 实现刀具的径向进刀运动 完成双面对称 车削 并在行程限定装置 的约束下实现定程切 削 4 回搬进 刀 手柄后 稍慢 松开 钻床 主轴 轴 向移 动 控制手柄 压盘脱离锯片基体 电磁制动器断电制 动 主轴及托盘 锯片基体停止旋转 5 卸下已 加工的锯片基体 3结 论 双面车床的研制 重点解决了普通车床无法准确 对称切削 的问题 径 向进给运动 的定程控制装置实 现 了调整法加工 提高了径向进刀行程的精度和加工的 效率 新设计的专用刀夹克服了普通车床上刀具的装 夹效率和精度问题 而在小型立式钻床上进行改造 很好地保证了刀具径向进刀方向和主轴的垂直度 也 简化了结构 参考文献 1 戴曙 金属切削机床设计 M 北京 机械工业出版社 1 981 2 熊 良山 严晓光 张福润 机械制造技术基础 M 武汉 华中科技大学出版社 2 0 0 7 3 乐 总谦 金属切削刀具 M 北京 机械工业出版社 1 9 9 3 4 王先奎 等 机械制造工艺学 M 北京 机械工业出版 社 1 9 9 5 5 机床设计手册 编写组 机床设计手册 M 北京 机 械工业出版社 1 9 8 6 专 利 信 息 专利名称 一种沉头零件的无心磨削方法及装置 专利申请号 C N 2 0 0 9 1 0 3 0 1 7 7 5 1 公开号 C N 1 0 1 5 9 6 6 9 1 申请 日 2 0 0 9 0 4 2 3 公开 日 2 0 0 9