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栏目主持梅峰 Ma ch i n e T o o l s A cce s s o r i e s F i x t u r e 发 动机薄壁齿轮室加工 的 占 i II I 联动浮 动支撑夹具设计 一 拖 洛阳 柴油机有限公司 河南4 7 1 0 0 4 李文军喻世学倪献峰段华荣 我公司生产 的非道路车辆用柴 油机是一拖集 团公 司 的主导产品之一 柴油机动力输出系统壳体齿轮室 齿 轮室盖等薄壁零件 在面铣削加工时一直存在变形较大 等问题 具体表现在经粗铣加工后的正是齿轮室的前后 端面出现不规则变形 不仅造成面精铣余量不均 而且 影响后序齿轮系孑 L 位置和形状精度 造成柴油机的整机 装配质量问题 如孔形状偏差引起油封漏油 孑 L 位置偏 差 位置度偏差引起齿轮啮合间隙过大或过小或啮合不 均 振动噪声大 使用寿命降低等 此前 在面加工时采用传统辅助支撑 单点支撑单 独锁紧 受锁紧气缸外形限制 很难布置足够的 有效 的支撑点 采取改变刀具及其切削参数等减少切削力的 方法 依然没有有效地改善和彻底解决变形带来的问 题 为此 需要采用比传统辅助支撑更有效的办法 克 服切削力作用引起的变形问题及质量问题 结合生产实 际 经过研究试验 开发了一种三点联动浮动支撑 有 效提高了工件在加工时的刚性 从而大大减小了变形 1 技术原理及方案 薄壁工件变形在加工环节的主要原因是支撑点位置 与夹紧点位置选择不当 支撑点不足 不能克服切削过 程中切削力的挤压影响 造成薄壁件加工后在应力作用 下弹性回复 引起不规则变形 本机构结构新颖 能更 加有效地减小加工引起的变形 结合生产需要 进行创新性研制 其中包括确立总 体技术方案 设计夹具结构等 2 夹具整体技术方案 本机构以在立式回转lT作台铣床 T X 1 6 0 0上使用为 例 工件如图 1所示 工作台布置 4个工位 同时放置 4个工件 其中两个工件加工 A面 另两个工件加工 B 面 工件外形5 5 0 m m x 4 0 0 m m 变形最大的是在加工 面时产生 因此需要更多的辅助支撑 本例主要介绍 该 状态下的夹具结构 图1 工件形状 图 1中 孔 1 2 3 4精度要求 6级 孑 L 5 6 7 为铸孑 L 网格区域壁厚 8 m m 研制的设备作为湿式缸体通过式辊道使用 需要满 足两项要求 1 铣削加工 4面时 内腔悬空 由于壁厚只有 8 m m 受 4 5 主偏角铣刀铣削时产生的切削力作用 面向下退让 薄壁工件变形严重 为此 在内腔 C面需 要设置辅助支撑 2 结合选择合适的主支撑点及压紧点位置 铣 面工位夹具总体结构设计如图2所示 z向在 B面设置 3个主支撑点 y D y D Y D 起定位作用 对应 3 个压紧点 另外设置 7个浮动支撑点 F F 7 支撑 悬空部位 向 l 向设置 3个挡块 D D 以外形 定位 这样工件实现完全定位 并有可靠的辅助支撑 装夹稳固可靠 保证了切削时工件具有足够的刚度克服 参曷 工 冷 加 工 2 0 1 1 年 第3 期 WWW m et a 1 wor k i ng 7 9 50 c orn 切削力的影响 Ma ch i n e T o o f A e ce s s o r i e s Fi x t u r e 图2 夹具总体结构 3 三点联动结构设计 一 般浮动支撑结构采用单点独立支撑 单点锁紧方 式 对于需要多个辅助支撑的夹具 要实现辅助支撑的 锁紧 需要多个气缸 夹具结构复杂 或受空间限制无 法布置设计 本夹具浮动支撑采用 了全新三点联动和两 点联动的结构 支撑到位后 通过气缸驱动同时三点 两点锁紧 实现了有效的支撑 三点联动机构如图3所 示 图3 三点联动浮动支撑结构 1 驱动杆2 4 钢球3 圆锥形体5 中心螺杆6 锁紧销杆 7 9 导向销8 支撑柱组件l O 弹簧 该机构的基本原理是 锁紧工况时 气缸驱动锁紧 部件 靠斜面 圆锥面实现 自锁 放松工况时 靠弹簧 2 0 f 1 年第3 期 WWW m et a 1 wo r k i n g 7 95 0 c om 惫 如 J n m 力顶出支撑件回复到自由状态 1 机构的组成主要由支撑部件 锁紧部件和气 缸驱动部件等组成 如图3所示 支撑柱组件 8 共 3 个 根据支撑面高低不同 可以不一样高 起支撑作 用 柱上有 1 个用于 自锁的 1 0 斜面 一个防止转动和 限位的沟槽 浮动范围达到 5 m m 锁紧销杆 6 共 3 个 两端同样有 1 0 的斜面和一个限位的沟槽 圆锥形 体 3内部有一台阶面及圆孔 台阶面上放置一组小钢 球 中间穿过 1个螺钉及平面垫片 垫片置于小钢球 上 螺钉与圆锥形体之间有足够的间隙 以便形成浮动 需要的空间 锥形体再放置在一组钢球上 钢球置于一 短圆柱体平面上 中间的螺钉穿过短圆柱体固定在气缸 推杆上 短圆柱体 圆锥形体 螺钉 垫片 两组钢球 组成的部件放置在于驱动气缸同心的圆柱套内 当气缸 驱动该组件上下移动时 短圆柱体起导向作用 两组钢 球的作用是当锥形体移动时起平面滚动轴承的作用 2 三点联动机构的工作过程在工件安装前 支 撑柱组件8在弹簧力的作用下 并在导向销 7的限位和 导向作用下 处于最上位置 自由状态 此时气缸位 置和驱动杆 1 处于放松状态 锁紧销杆 6和圆锥形体3 也处于不受力状态 当安放工件时 在工件重力的作用下 克服弹簧力 的作用 压下支撑柱组件 8 其他两点的支撑柱组件同 样受到重力作用 3个支撑点工件表面的限制下压到位 三处的锁紧销杆 6也在斜面的推动下向圆锥形体方向靠 拢并到位 此时由于气缸处于放松状态 圆锥形体 3与 锁紧销杆6不接触 当打开气缸阀门 气缸驱动组件带 动圆锥形体 3上升 当与三处锁紧销 6接触 此三点受 到的力通过每一对应的锁紧销杆 6传递到圆锥形体 3 上 此 3 个力推动圆锥形体 3以沿着两平面及两组钢球 钢球 2和钢球4 组成的框架内平行移动 直到在3个 作用力下平衡 保持不动 在切削过程中 切削力传递 到支撑柱组件 支撑柱组件在斜面处的分力通过锁紧销 杆 6 再通过圆锥形体 3传递到驱动杆及气缸 当此力 克服不了各环节的摩擦力和气缸压力时 支撑柱组件 8 将处于自锁状态 3 夹紧气缸的选择实际生产中铣削参数为 切 削速度 l O O m m m i n 每齿进给量 0 3 ra m 背吃刀量平 均5 m m 铣刀直径5 0 0 ra m 同时参与切削的有效刀具齿数 数控机床 机械 结构设计分析 沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂 辽宁1 1 0 1 4 2 易 刚 一 结构要求与总体布局 在数控机床发展的最初阶段 其机械结构与通用机 床相比没有多大的变化 只是在 自动变速 刀架和工作 台自动转位及手柄操作等方面做些改变 随着数控技术 的发展 考虑到它的控制方式和使用特点 才对机床的 生产率 加工精度和使用寿命提出了更高的要求 数控机床的主体机构有以下特点 由于采用了高 性能的无级变速主轴及伺服传动系统 数控机床的机械 传动结构大为简化 传动链也大大缩短 为适应连续 的自动化加工和提高加工生产率 数控机床机械结构具 有较高的静 动态刚度和阻尼精度 以及较高的耐磨 性 而且热变形小 为减小摩擦 消除传动间隙和获 得更高的加工精度 更多地采用了高效传动部件 如滚 珠丝杠副 滚动导轨和消隙齿轮传动副等 为了改善 劳动条件 减少辅助时间 改善操作性 提高劳动生产 率 采用了刀具 自动夹紧装置 刀库与自动换刀装置及 自动排屑装置等辅助装置 二 具体要求 根据数控机床的适用场合和机构特点 对数控机床 结构提出以下要求 1 较高的机床静 动态刚度 数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供 的指令 自动进行加工的 由于机械结构 如机床床身 导轨 工作台 刀架和主轴箱等 的几何精度与变形产 生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿 因 此 必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最 小限度内 以保证所要求的加工精度与表面质量 为了提高数控机床主轴的刚度 不但经常采用三支 7个 铣刀主偏角为4 5 经过计算 计算过程略 切 削时作用在工件表面的总压力约 1 0 0 0 N 由 l 0个支撑 点 主支撑点 3个和辅助支撑点 7个 承担 若按每点 受到的力最大 2 0 0 N计算 支撑组柱件受到的力通过 l 0 斜面分解作用传递到气缸上的力很小 2 0 0 t a n l 0 一 3 5 N 因此可以选择较小规格的气缸直径及较短的行程 就能实现支撑自锁 4 本机构的优点 对零件的制造精度要求不 高 没有特殊的要求 便于制造 支撑部件上端还设有 防尘套 防止切屑进入支撑柱间隙 引起卡死等现象 基本不需要维护 当锁紧销杆两端 锥形体锥面或支 撑柱斜面磨损后 对气缸上升距离的影响十分微小 不 影响使用 当采用两点联动时 由于两点位置布置在 通过圆心的直径方向上 且锁紧销杆斜面与圆锥形体是 线接触 仍然可以很好地达到平衡并 自锁 本机构三 点支撑可以不等高 可移植到任何薄壁工件或不规则工 件需要辅助支撑的夹具上 4 应用情况 本夹具投入使用后 粗铣整体平面度偏差由此前的 0 5 0 8 mm 减小到0 1 5 ram以内 原来精铣出现的由 于粗铣变形问题造成余量不均 出现加工黑皮 以及精 加工后仍然变形大等问题得到解决 并保证了在镗孔加 工时 几乎不存在应力变形 孑 L 的形状精度 孔对面的 垂直度 孔之间相对位置度精度 都得到了有效地保 证 从而保证了装配精度需要 油封孔与曲轴的同心 度 齿轮之间啮合精度 杜绝漏油 减少啮合不均引起 的噪声 提高齿轮寿命等 本
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