薄壁零件加工车床夹具设计
Aug 21, 2024 来源: 郑州科技学院 机械工程学院 作者:张莉
摘要:薄壁零件外圆加工时,由于刚度差,容易造成零件变形。为克服上述问题,设计了一种适用于薄壁空心圆柱零件的车床夹具。夹具的安装体一侧中部开设有安装孔,安装孔的表面设置有主夹持机构,内底部设置有副夹持机构。主夹持机构能够在夹持零件外圆的同时增加与薄壁零件的接触面积,副夹持机构能够从内弧夹持零件,达到内外一起夹持的效果;夹具采用气缸提供动力,可以获得稳定的夹持效果。利用该夹具能够有效地增加薄壁零件加工时的刚度,提高零件的加工精度。
关键词:薄壁零件;车床夹具;设计
0 引言
数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床,也是目前国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床。零件外圆加工是对零件外表面进行切削加工,是车床最基本的切削加工之一。对于普通的零件车床夹具可直接进行夹持,而对于薄壁零件外圆加工时,车床夹具接触面积较小,容易使薄壁零件产生形变。为克服上述缺陷,设计了一种用于薄壁零件加工外圆的车床夹具 。
1、车床夹具总体结构
设计的薄壁零件加工外圆的车床夹具如图1和2所示 。安装体1的一侧中部开设有安装孔3,安装孔的表面设置有主夹持机构,内底部设置有副夹持机构。主夹持机构包括主块6、移动控制机构和气缸控制机构。安装体1的外表面开设有开口滑道5,开口滑道的内顶部设置有气缸控制机构4,气缸控制机构的伸出端设置有主块6,它与开口滑道的表面滑动连接。移动控制机构包括侧向伸出机构和底部伸出机构,侧向伸出机构包括延伸块2、内部齿轮12、行走齿轮13和行走齿道14;底部伸出机构包括底部齿道8、旋转齿轮9和伸出条18。副夹持机构包括伸出机 构和滑动机构,伸出机构包括底槽17、竖直条7、电动推杆15和升降架16;滑动机构包括底部滑道10和侧向滑道11。
1-安装体;2-延伸块;3-安装孔;4-气缸控制机构;5-开口滑道;6-主块;7-竖直条;8-底部齿道;9-旋转齿轮;10-底部滑道;11-侧向滑道
图1 车床夹具结构示意图
12-内部齿轮;13-行走齿轮;14-行走齿道;15-电动推杆;16-升降架;17-底槽;18-伸出条;19-卡条
图2 安装体中部剖视图
2、夹具设计及工作原理
本夹具设计方案是针对空心圆柱零件外圆表面加工的。安装体1固定在机床的轴承上,可以进行旋转。安装孔3的设置就是为了针对类似空心圆柱零件的,主夹持机构的作用是夹持零件的外壁,且主夹持机构是通过气缸进行控制的[7],三个气缸控制机构是同步控制的,而方案中的三组电动推杆(图2零件15)也是同步控制的。从图2可以看出,利用主块的移动带动行走齿轮进行旋转,因为行走齿道是设置在开口滑道上的,所以当主块移动时行走齿轮就会旋转,行走齿轮旋转带动内部齿轮旋转,内部齿轮旋转使延伸块伸出,达到增加接触点的效果,而且在主块移动时还能在底部齿道的带动下使旋转齿轮旋转,旋转齿轮由中部一个小齿轮、两侧两个大齿轮组成,三个齿轮一体设置组成旋转齿轮,旋转齿轮的两侧大齿轮啮合底部齿道,而中部小齿轮啮合伸出条,伸出条伸出带动卡条伸出,卡条和工件直接接触,作用是当零件外部具有凹槽时可以卡住凹槽,达到零件防脱的效果。本方案延伸块、内部齿轮、行走齿轮、旋转齿轮和伸出条在主块上都设置有对应的槽,侧向伸出机构的行走齿道14固定设置于开口滑道5的内底部,行走齿道14的表面啮合有行走齿轮13,行走齿轮13的表面啮合有内部齿轮12,内部齿轮12的一侧啮合有延伸块2;底部伸出机构的底部齿道8设置于主块6的下表面,旋转齿轮9设置在安装体1的内部,旋转齿轮9的两侧啮合有底部齿道8,旋转齿轮9的中部啮合有伸出条18,伸出条18的 一侧滑动连接有卡条19,伸出条18和卡条19之间设置有弹簧。
安装孔3的内底部设置有副夹持机构,伸出机构的底槽17开设于安装孔3的上表面,电动推杆15的作用就是带动竖直条7伸出,而且竖直条在伸出时先竖直向上移动,然后斜向上移动,达到支撑零件内弧的效果,并且能够增加竖直条伸出的长度,也就是增大与零件内弧的接触面积;底部滑道的作用是使竖直条可以在升降架上滑动,而侧向滑道的作用是为了方便竖直条先竖直升降再斜向上移动。升降架固定设置在电动推杆的输出端上,电动推杆15固定设置于底槽17的内顶部,电动推杆15的伸出端设置有升降架16;滑动机构的侧向滑道11设置于底槽17的侧壁,底部滑道10开设于升降架16的上表面,竖直条7的两侧均固定设置有可用于侧向滑道11滑动的滑块,竖直条7的下表面固定设置有可用于底部滑道10滑动的底部滑块。
3、夹具使用步骤
该用于薄壁零件加工外圆的车床夹具,使用步骤如下[8]:
(1)将零件放入到安装孔,先固定零件的外弧面,然后控制电动推杆使竖直条固定零件的内弧面,达到多点支撑零件的效果。
(2)主块夹持放置在安装孔上的零件,在气缸控制机构的带动下向安装孔圆心移动,并且在夹持零件的同时控制行走齿轮和旋转齿轮进行旋转。
(3)行走齿轮旋转带动内部齿轮旋转,内部齿轮旋转使延伸块伸出,达到增加夹持点的效果,从而最终稳定夹持薄壁零件。
4、总结
该夹具能够在夹持零件的同时增加与薄壁零件的接触面积,对于内部具有空间的零件,能够从内部进行夹持固定,并且在内部夹持时增加与薄壁的接触面积,达到内、外一起夹持的效果,也避免了零件外部夹持时夹持力度过大造成零件外部产生形变。在零件外表面具有凹槽时卡条能够卡在凹槽上,防止零件脱离。该夹具可以实现对内外径不同、长度各异的常见不同薄壁类零件的装夹,不仅适用于大批量薄壁零件的加工,而且适用于中小批量单件零件的加工。
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