一種四軸精密車床的研制及應用
2020-12-10 來源： 長沙航空職業技術學院 作者：周志平 陳勇
摘要：普通車床上車削工件內圓時，通常需要將工件拆下重新裝夾才能加工工件的另一端，而拆裝工件易導致安裝誤差，降低加工精度，且二次裝夾也易造成已加工表面的夾傷。本文展示了四軸精密車床的研究成果，具體包括設計裝夾兩個工件的夾具，兩套車削裝置，而每套車削裝置包括兩套主軸裝置。只需一次裝夾，即可四軸同時運轉加工兩個工件。該車床特別適合兩端都需要加工的工件，能極大地提高加工精度和生產效率。
關鍵詞：四軸 精密車床 研制
普通車床加工工件的常用方法是將工件裝夾在三爪卡盤上，車刀安裝在刀架上，通過工件的旋轉運動和車刀的直線運動，完成對工件的內外表面或端面的切削。在車削工件外圓時，通常可以采用外圓車刀進行端面車削，但是車削內圓時必須更換車刀；加工完工件的一端后，通常需要將工件拆下重新裝夾才能加工工件的另一端，拆裝工件易導致安裝誤差，從而降低加工精度；二次裝夾也易造成已加工表面夾傷。
本文展示了一種四軸精密車床的結構設計和應用方法。通過設計機床夾具，一次裝夾兩個工件，同時設置兩套車削裝置，每套車削裝置設置兩套主軸裝置，只需一次裝夾，即可四軸同時運轉加工兩個工件。
1、四軸精密車床主要設計方案
為提高零件的加工精度和加工效率，本車床采用的主要技術方案是：在機架上設置基板，在基板上安裝夾具；以夾具為中心，位于夾具的橫向兩側對稱位置設有兩套車削裝置；在基板的下方設有切削液過濾循環裝置；在機架上還設有控制箱、控制面板和操作裝置。本文研制的四軸車床結構示意圖如圖 1 和圖 2 所示，機床主視圖和俯視圖分別見圖 3 和圖 4。
圖 1 機床結構示意圖
圖 2 去除機罩的機床結構示意圖
圖 3 機床主視圖
2、四軸精密車床主要結構及工作原理
由上述四軸精密車床結構圖可以看出：在機架 1 上設有基板 2，在基板 2 上設有夾具 3（夾具結構示意圖見圖 5，夾具俯視圖和右視圖分別見圖 6 和圖 7）。以夾具 3 為中心，位于夾具 3 的橫向兩側對稱設有兩套車削裝置 4A 和 4B，兩套車削裝置結構相同（車削裝置結構示意圖見圖 8）；在基板 2 的下方設有切削液過濾循環裝置 5。夾具 3 包括安裝板31，安裝板 31 設在基板 2 上，在安裝板 31 上設置有基座32，在基座 32 上設置有第一 V 形塊 33 和第二 V 形塊 34，在第一 V 形塊 33 的一端位于基座 32 上設置有第一工件端面定位裝置 35，在第二 V 形塊 34 的一端位于基座 32 上設置有第二工件端面定位裝置 36。
圖 4 機床俯視圖
圖 5 夾具結構示意圖
圖 6 夾具俯視圖
圖 7 夾具右視圖
圖 8 車削裝置結構示意圖
第一工件端面定位裝置 35 包括第一滑軌 351、第一滑塊 352、第一定位塊 353、第一連接塊 354、第一卡扣 355和第一推拉氣缸 350。第一滑軌 351 設置在基座 32 上，第一滑塊 352 滑動地設置在第一滑軌 351 上，第一定位塊 353設置在第一滑塊 352 上，第一連接塊 354 設置在第一定位塊 353 上，第一卡扣 355 設置在第一連接塊 354 上，第一推拉氣缸 350 的活塞桿 3501 與第一卡扣 355 連接，第一推拉氣缸 350 的缸體 3502 設置在安裝板 31 上。活塞桿 3501驅動第一卡扣 355、第一連接塊 354、第一定位塊 353 和第一滑塊 352，沿第一滑軌 351 上下運動給工件 310 提供定位。
第二工件端面定位裝置 36 包括第二滑軌 361、第二滑塊 362、第二定位塊 363、第二連接塊 364、第二卡扣 365和第二推拉氣缸 360，第二滑軌 361 設置在基座 32 上，第二滑塊 362 滑動地設置在第一滑軌 361 上，第二定位塊 363設置在第二滑塊 362 上，第二連接塊 364 設置在第二定位塊 363 上，第二卡扣 365 設置在第二連接塊 364 上，第二推拉氣缸 360 的活塞桿 3601 與第二卡扣 365 連接，第二推拉氣缸 360 的缸體 3602 設置在安裝板 31 上。活塞桿 3601驅動第二卡扣 365、第二連接塊 364、第二定位塊 363 和第二滑塊 362 沿第二滑軌 361 上下運動給工件 311 提供定位。在基座 32 的下面設有旋轉夾持裝置 37，旋轉夾持裝置37 包括旋轉軸 371、馬達 372、第一夾持氣缸 373、第二夾持氣缸 374、第三卡扣 375、第四卡扣 376、推拉板 377、固定塊 378 和壓板 379。第一夾持氣缸 373 和第二夾持氣缸374 的缸體均固定在基座 32 上，第一夾持氣缸 373 的活塞桿 3731 通過第三卡扣 375 與推拉板 377 相連，第二夾持氣缸 374 的活塞桿 3741 通過第四卡扣 376 與推拉板 377 相連，固定塊 378 安裝在推拉板 377 上，馬達 372 的本體安裝在固定塊 378 上，馬達 372 的輸出軸 3720 與旋轉軸 371 的下端相連，壓板 379 安裝在旋轉軸 371 的上端。第一夾持氣缸373 的活塞桿 3731 和第二夾持氣缸 374的活塞桿 3741 推動推拉板 377 帶動第三卡扣 375、第四卡扣 376、推拉板 377、固定塊 378、旋轉軸 371、壓板 379 和馬達 372 上下運動為壓板 379 壓緊工件 310 和工件 311 提供壓力，馬達 372 帶動旋轉軸 371 旋轉，方便放置和取出工件 310 和工件 311。在基座 32 的橫向兩側對稱設有導套座 38，導套座 38上設有導套 39。車削裝置 4B 包括安裝在基板 2 上的滑軌 41，滑軌 41上設有可沿滑軌 41 滑動的滑座 42。滑座 42 上靠近夾具 3的一端設有第一主軸座 43 和第二主軸座 44，第一主軸座43 上設有第一主軸裝置 45，第二主軸座 44 上設有第二主軸裝置 46。滑座 42 的另一端設有電動馬達 47，電動馬達47 的輸出軸上設有主動皮帶輪
470。
第一主軸裝置 45 靠近夾具3的一端設有第一刀座451，第一刀座 451 上設有外圓車刀安裝孔、內孔車刀安裝孔和端面車刀安裝孔，在外圓車刀安裝孔內安裝外圓車刀4511、在內孔車刀安裝孔內安裝內孔車刀 4512、在端面車刀安裝孔內安裝端面車刀 4513；第一主軸裝置 45 的另一端設有第一從動皮帶輪 450，第一從動皮帶輪 450 與主動皮帶輪 470 之間設有第一皮帶 471；第二主軸裝置 46 靠近夾具3 的一端設有第二刀座 461，第二刀座 461 上設有外圓車刀安裝孔、內孔車刀安裝孔和端面車刀安裝孔，在外圓車刀安裝孔內安裝外圓車刀 4611、在內孔車刀安裝孔內安裝內孔車刀 4612、在端面車刀安裝孔內安裝端面車刀 4613，第二主軸裝置 46 的另一端設有第二從動皮帶輪 460，第二從動皮帶輪 460 與主動皮帶輪 470 之間設有第二皮帶 472。通過在外圓車刀安裝孔內安裝外圓車刀、在內孔車刀安裝孔內安裝內孔車刀、在端面車刀安裝孔內安裝端面車刀，主軸裝置旋轉可同時加工工件的外圓、內孔和端面，可極大提到加工效率。
選用電動馬達作為驅動裝置，結構簡單，運行可靠，噪音小。主動皮帶輪和從動皮帶輪之間選用皮帶作為傳動件，結構簡單，成本低，運行噪音小。在滑座 42 上還設有導柱座 48，導柱座 48 上設有導柱49。工作時，滑座上設置的導柱與夾具的基座上的導套配合，以提高加工精度。在滑座 42 和基板 2 之間設有進給裝置 40，進給裝置40 包括伺服電機 400、絲杠 401、螺母 402 和固定塊 403。固定塊 403 設置在滑座 42 上，螺母 402 設置在固定塊 403 上，伺服電機 400 固定在基板 2 上，絲杠 401 的一端與伺服電機 400 相連，絲杠 401 的另一端與螺母 402 配合。進給裝置選用伺服電機作為動力，伺服電機運行精度高，能提高工件的加工精度。傳動件選用絲杠，運行可靠，精度高。切削液過濾循環裝置 5包括過濾筐 51、儲液箱 52 和水泵 53。過濾筐 51 設在儲液箱 52 的上方，過濾筐 51 底部為多孔網狀結構，水泵 53 安裝在機架 1 上，水泵 53 的泵頭 530 設置在儲液箱 52 內。基板 1 上圍繞夾具 3 設有回形斜板 54，在基板 1 上回形斜板 54 圍繞的區域內開有落料孔55，在基板 1 的底面上圍繞落料孔 55 設有落料管 56，落料管 56 底部落料口的投影面位于過濾筐 51 內。過濾筐底部為多孔網狀結構，能過濾切削下來的廢料。回形斜板具有導流作用，落料管底部落料口的投影面位于過濾筐內，能使從過濾筐流下的切削液完全流入儲液箱。機架 1 上設有機罩 9，機罩 9 內頂部設有照明燈（圖中未示出）。在機架 1 的前面設有安全光幕 10，在機架 1 的底部設有旋轉腳輪 11 和固定腳蹄 12。機架上還設有控制箱6、控制面板 7 和操作裝置 8，操作裝置 8 上設有啟動按鈕80 和急停按鈕 81。機罩能防止切削液甩出，隔離加工區，防止發生安全事故。安全光幕能防止發生安全事故。在機架的底部同時設置旋轉腳輪和固定腳蹄，旋轉腳輪能方便移動車床，移動到預定的位置后，調整固定腳蹄的高度，使用固定腳蹄支撐車床，并可通過固定腳蹄調整車床的水平度，確保車床的加工精度。控制箱內安裝控制車床的電器元件，控制面板用來設置各項參數來控制車床。操作裝置上設置的啟動按鈕和急停按鈕方便操作車床，緊急情況下可快速停機。
3、結語
機床設置了四套主軸裝置，夾具能同時裝夾兩個工件，通過一次裝夾即可完成對工件兩端外圓、內孔及端面的加工，顯著提高了生產效率。該機床夾具結構合理，裝夾和拆卸工件方便、可靠，并且能較好地保證工件的同軸度，極大地提高了產品的加工精度和質量，特別適合大批量生產兩端都需要加工的工件。
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