一種新型摩擦楔塊式外圓磨削自動夾具設計

林鈺珍 陳瀾 鄧玉娟 徐文俊 徐建亮

摘要：設計了一種摩擦楔塊式外圓磨削自動夾具，采用液壓驅動頭、尾架頂尖頂緊工件，由一個電機驅動楔塊式夾具即可實現自動夾緊工件、帶動工件回轉和自動松開工件多重功能，結構簡單、緊湊，為外圓磨床提供了一種新型、高效的自動化夾具。

關鍵詞：楔塊式；自動夾緊；自動松開；外圓磨床

引言

磨削加工作為一種高精度加工技術，對零件的加工質量和裝配精度有著非常重要的影響。實際加工時，外圓磨所消耗的勞動量和可能達到的精度與裝夾方式及夾具的定心精度有很大關系。傳統外圓磨床一般頭架上安裝有撥桿，裝夾前先給工件套上雞心夾頭，將工件和夾頭一起安裝到磨床的頭、尾架頂尖上，調整好頭架撥桿與雞心夾頭的角向位置，通過撥桿帶動雞心夾頭和工件一起回轉。上述這種裝夾方式不僅不利提高裝夾精度和加工精度，也不利于推動外圓磨削的自動化高效生產。

近幾年，隨著自動化生產浪潮的興起，國內相關學者和企業也對外圓磨床頭架展開了一系列地研究工作。上海機床廠有限公司的郭靜靜，左旭芬[1]設計了一種可自動夾緊工件的外圓磨床頭架，采用B-208型中空強力卡盤將液壓油提供給頭架卡盤的軸向力轉化成徑向力帶動卡爪徑向運動來夾緊工件，然后尾架頂尖頂緊工件，最后通過電機驅動卡盤和工件回轉。浙江大學臺州研究院的王維銳[2]設計的外圓磨床自動夾具由夾緊套、滾子架、滾子和防護蓋組成，初始時滾子位于夾緊套內表面楔形槽的大端，裝夾時頭、尾架頂尖頂緊工件，通過電機驅動夾緊套回轉并帶動滾子向楔形槽的小端滾動，使工件、滾子和夾緊套形成一個整體，工件跟隨夾緊套旋轉，停車后滾子回到楔形槽大端使工件與夾具分離。合肥華興機器人有限公司的汪軍、錢康[3]發明了一種帶浮動盤的外圓磨床自動三爪卡盤，浮動盤有間隙地安裝在頭架頂尖上，沿浮動盤圓周均布有三個卡爪，裝夾時采用頭、尾架頂尖頂緊工件，撥動卡爪并借助卡爪內扭轉彈簧的彈簧力限制工件的切線運動，最后通過電機帶動浮動卡盤、卡爪和工件一起回轉。上述研究成果拓展了外圓磨床夾具的設計思路，存在的不足之處有：第一種外圓磨床夾具雖然提高了自動化程度，卻增加了液壓驅動部分使夾具結構變得復雜不利于舊設備的改造，另外，夾具在設計時未考慮解決過定位問題。后兩種夾具依靠滾子或漸開線卡爪與工件之間的預緊力來夾緊工件，裝夾時如果不給工件額外施加反向阻力，滾子或卡爪與工件之間就不會產生足夠的預緊力，磨削過程中可能會產生滑移，同理，松開時如果不給工件額外施加反向阻力夾具可能會一直夾緊工件。

隨著現代裝備制造業的快速發展，企業對加工生產效率和加工精度的要求不斷提高，特別是自動化加工的需求日益迫切。為了適應這些需求，國內急需開發研制高效、自動化和高精密化的新型外圓磨床夾具。

1 設計思路

國內大部分企業希望通過對外圓磨床的傳統式夾具系統進行結構改造實現外圓磨削工序的自動化生產。本文在設計電機驅動式外磨夾具前充分分析了外圓磨自動夾具的研究近況并總結其存在的不足之處，然后以傳統外圓磨床頭架結構為基礎展開設計。電機驅動式外磨夾具由一個電機便可驅動夾頭可靠地夾緊和松開工件，因此不需要給外圓磨床頭架額外配置液壓或氣動裝置。

2 電機驅動式外圓磨床自動夾具的結構

夾具結構見圖1（a）、（b）所示，總共有37種零件。連接法蘭1和定位法蘭9分別通過螺釘2和螺釘4與機床頭架8的帶輪和機體固定，中間套筒10用螺釘與定位法蘭9連接，左端蓋3通過螺釘與中間套筒10連接，軸承定位環17安裝在花鍵內套筒19內孔右側，成套滾針軸承14安裝在花鍵內套筒19內，隔墊6分別抵住成套滾針軸承14內圈的左端和右端，并將成套滾針軸承14定位在頂尖5上，軸承定位套筒7抵住成套滾針軸承14外圈的左端，花鍵內套筒19的螺紋孔與左端蓋3的螺紋孔對齊，內錐彈簧12套在花鍵內套筒19外圓上，外錐彈簧11安裝在中間套筒10和花鍵內套筒19之間，彈簧定位片13套在花鍵內套筒19上并抵住內錐彈簧12右側，六角螺母15通過螺紋緊固在花鍵內套筒19上其左側抵住彈簧定位片13，隔墊16固定在中間套筒10和花鍵內套筒19之間，右端蓋18通過螺釘與中間套筒10固定，止動環20卡在頭架頂尖5卡環槽內，述零部件通過止動環20定位在頂尖5上。

滾針軸承35套在支撐環定位套筒34上，支撐環定位套筒34內嵌在支撐環25安裝孔內，支撐環定位套筒34內孔過盈聯接楔環26，止動環23卡入楔環26卡槽，定位套筒22套在楔環26上，其左側抵住花鍵內套筒19，滾針軸承21安裝在頭架頂尖5和楔環26之間，止動環24卡在頂尖5卡環槽內并抵住滾針軸承21，楔環26通過外花鍵與內花鍵套筒19連接，隔墊33套在頭架頂尖5上其左抵住楔環26的內端面，止動環24卡在頂尖5卡環槽內并抵住隔墊33，支撐環25用螺釘37與連接法蘭1固定。

復位彈簧28一端壓入彈簧套29，另一端壓入楔塊32的彈簧孔內，撥環27的撥銷孔與楔塊32的撥銷孔對齊，通過撥銷30和撥銷螺母31使楔塊32連接在拔環27上，3個楔塊32分別嵌入楔環26的3個槽內，撥環27通過螺釘36與支撐環25固定。

3 夾具的工作原理

圖2所示為夾具關鍵部件—夾頭夾持工件的示意圖。磨削外圓工件時，首先頭、尾架頂尖由液壓油提供驅動力將工件頂緊，砂輪靠近工件，啟動機床頭架電機和砂輪電機，電機帶動機床頭架上的帶輪8轉動，帶輪帶動連接法蘭1、支撐環25、撥環27和撥銷30轉動（轉動方向為圖2逆時針方向），撥銷30轉動時并帶動3個楔塊32沿楔環26斜面向下滑移，復位彈簧28預加的載荷可以保證楔塊斜面始終與楔環斜面保持接觸。由于圖1（a）中的內錐彈簧12和外錐彈簧11脹緊在中間套筒10和花鍵內套筒19之間會對楔環26產生摩擦力矩，加上砂輪磨削工件對工件及楔塊產生磨削力矩，促使楔塊32繼續沿楔環26的斜面移動直至楔塊逐漸楔緊在楔環斜面和工件之間，楔塊便夾緊工件并帶動工件一起回轉。

加工完畢時，砂輪退出工件，砂輪電機停止轉動，機床頭架電機帶動帶輪8、連接法蘭1、支撐環25和撥環27反向轉動（圖3順時針方向），電機反轉瞬間內錐彈簧12和外錐彈簧11產生的摩擦力矩使楔環26不動，楔塊32沿著楔環26的斜面槽向上滑移，工件即被松開。

4 總結

針對外圓磨工序自動化生產的技術改造和外圓磨床的發展設計了一種可自動夾緊和松開工件的外圓磨削自動夾具。磨削外圓工件時，夾具采用頂尖頂緊和夾頭夾緊的方式來夾持工件，頭架頂尖穿入夾具內部，頭、尾架頂尖由液壓油提供驅動力將工件頂緊，保證工件的同軸度；電機帶動頭架帶輪轉動，帶輪帶動連接法蘭、支撐環和撥環轉動，進而帶動撥環上的3個楔塊沿楔環斜面移動，通過楔塊的微小移動實現工件的自動夾緊，不僅節省夾緊時間，提高操作效率，還提高了裝夾精度。

夾具采用楔塊自動夾緊方式代替現有常見的手動卡盤和液壓驅動卡盤，且夾緊工件、松開工件和帶動工件回轉均由同一電機驅動，結構簡單、緊湊，為外圓磨床提供了一種新型、高效的自動化夾具。

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第一作者：

林鈺珍（1984——），女，浙江金華，碩士，講師。