■常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院（江蘇 213164）郝 超

數(shù)控機(jī)床工具系統(tǒng)中的拉釘，盡管各個(gè)國家的標(biāo)準(zhǔn)不同，但用于加工中心自動(dòng)換刀的松、拉機(jī)構(gòu)基本相同：松拉元件鋼球或彈簧爪作用、蝶形彈簧拉緊和液壓缸松開。鋼球是標(biāo)準(zhǔn)件極易配套，點(diǎn)接觸不如彈簧爪線接觸或面接觸使用壽命長；蝶形彈簧組動(dòng)作速度響應(yīng)快，但體積大，特別是本身軸向尺寸大，與松刀油缸軸向串聯(lián)安裝尺寸更大，使便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的拉釘使用場(chǎng)合受到了極大限制。

本文提出了拉釘器的新概念，提取了以運(yùn)動(dòng)活塞直徑為主參數(shù)，安裝方式、檢測(cè)方式、松拉程度、松拉行程和拉緊力等為技術(shù)參數(shù)，以壽命長的彈簧爪為松拉元件，直接用液壓或氣壓缸實(shí)現(xiàn)松拉動(dòng)作，研發(fā)了拉釘器的多種結(jié)構(gòu)圖譜，進(jìn)行了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，作為數(shù)控機(jī)床新的基本功能部件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，解決了類似于雙工作臺(tái)或托盤交換的定位夾緊、銑頭自動(dòng)更換定位夾緊、主軸自動(dòng)更換定位夾緊等任意兩個(gè)機(jī)械部件間復(fù)雜的自動(dòng)離合松拉問題。

1.拉釘應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖譜設(shè)計(jì)

（1）安裝設(shè)計(jì)：兩個(gè)被拉釘所拉緊的部件稱為可動(dòng)部件和固定部件，本拉釘應(yīng)用結(jié)構(gòu)裝置稱拉釘器。拉釘常與可動(dòng)部件通過螺紋固定聯(lián)接，拉釘器的安裝需要考慮寬泛性，暴露在固定部件之外的拉釘器安裝空間大、管路布局方便，與固定部件間選用螺紋聯(lián)接，簡稱螺接式（見圖1）；安裝在固定部件實(shí)體內(nèi)孔的拉釘器選用軸孔配合聯(lián)接，簡稱內(nèi)嵌式（見圖2），固定部件實(shí)體中還可以開設(shè)管道通路，結(jié)構(gòu)緊湊。

（2）檢測(cè)設(shè)計(jì)：為方便使用要求，拉釘器可以自帶拉釘拉緊、松開位置檢測(cè)感應(yīng)塊或行程撞塊（見圖3、圖4），簡稱為檢測(cè)式拉釘器，與用戶安裝的無觸點(diǎn)開關(guān)或行程開關(guān)匹配，可以實(shí)現(xiàn)位置自動(dòng)測(cè)量反饋功能，無檢測(cè)功能的拉釘器名稱中沒有“檢測(cè)字樣”。

圖1 螺接式拉釘器

圖2 內(nèi)嵌式拉釘器

圖3 檢測(cè)式拉釘器

圖4 無檢測(cè)式拉釘器

（3）松開程度設(shè)計(jì)：根據(jù)拉釘器與拉釘?shù)乃砷_程度不同，設(shè)計(jì)兩種拉釘器（見圖5、圖6）。一種是松開后，拉釘器與拉釘能完全分離，簡稱離合式拉釘器；另一種是松開后，拉釘器與拉釘僅能離開一定距離，但始終連成一體、不能完全分離，簡稱松拉式拉釘器。

（4）拉釘器命名：可分為安裝方式、檢測(cè)方式和離合方式三大類，每類分兩種排列組合，可獲得8種拉釘器，分別命名為螺接測(cè)量離合式拉釘器、螺接離合式拉釘器、螺接測(cè)量松拉式拉釘器、螺接松拉式拉釘器、內(nèi)嵌測(cè)量離合式拉釘器、內(nèi)嵌離合式拉釘器、內(nèi)嵌測(cè)量松拉式拉釘器和內(nèi)嵌松拉式拉釘器。

（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：以螺接測(cè)量離合式（見圖7）為例設(shè)計(jì)拉釘器具體結(jié)構(gòu)，其他拉釘器可以觸類旁通。

缸體1用細(xì)牙螺紋與被離合某靜止部件（圖中未畫）固定聯(lián)接，拉釘7與可動(dòng)部件（圖中未畫）也通過螺紋固定聯(lián)接。兩個(gè)部件靠近后由拉釘拉緊，松開拉釘后兩個(gè)部件可分離。拉釘被拉緊、松開的兩個(gè)位置由螺釘19固定在信號(hào)桿13上的信號(hào)塊20觸動(dòng)用戶安裝的無觸點(diǎn)開關(guān)或行程開關(guān)測(cè)量反饋信號(hào)。

當(dāng)拉釘7插入拉釘器一定位置后，即到達(dá)彈簧爪6收縮能抓住拉釘?shù)念^部時(shí)，油口Ⅰ進(jìn)、油口Ⅱ出壓力油或壓縮氣時(shí)，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)活塞2前行擠壓滑塊3沿靜止活塞4端面徑向向心收攏，滑塊3斜面推動(dòng)內(nèi)置拉釘5斜面帶動(dòng)其后退，后退的同時(shí)拉動(dòng)彈簧爪6收縮入襯套8、可靠抓住拉釘7，滑塊3繼續(xù)徑向下行移動(dòng)的同時(shí)，逐漸被前行的運(yùn)動(dòng)活塞2的內(nèi)腔所限位，信號(hào)桿13縮入拉釘器到位，完成拉緊動(dòng)作。

當(dāng)油口Ⅱ進(jìn)、油口Ⅰ出壓力油或壓縮氣時(shí)，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)活塞2后退逐漸解除對(duì)滑塊3的徑向限位，壓力油或壓縮氣推動(dòng)內(nèi)置拉釘5前行的同時(shí)，其斜面頂起滑塊3沿靜止活塞4端面徑向離心發(fā)散、推動(dòng)彈簧爪6前行伸出襯套8而逐漸自動(dòng)脹開，運(yùn)動(dòng)活塞2后退頂觸堵蓋15時(shí)，信號(hào)桿13伸出拉釘器到位，彈簧爪6完全脹開，完成松開動(dòng)作，拉釘7可完全脫離拉釘器。

襯套8、16和兩道活塞環(huán)11起耐磨支撐作用，擋圈17壓緊堵蓋15，橡膠密封圈9、12、14起密封作用。

（6）系列化參數(shù)設(shè)計(jì)：給定運(yùn)動(dòng)活塞一系列直徑主參數(shù)作為拉釘器型號(hào)，分別擬定安裝尺寸、外形尺寸、松拉程度等，計(jì)算松拉行程、在給定系統(tǒng)壓力下的相應(yīng)拉緊力大小等，可獲得類似于標(biāo)準(zhǔn)件的拉釘器系列（見圖8）。

2.拉釘器應(yīng)用實(shí)例

圖5 離合式拉釘器

圖6 松拉式拉釘器

圖7 螺接測(cè)量離合式拉釘器

圖8 系列化參數(shù)設(shè)計(jì)圖例

圖9 托盤定位夾緊

圖9所示100型內(nèi)嵌離合式拉釘器應(yīng)用于某高速高精度、630 mm×630 mm工作臺(tái)的柔性制造單元的托盤定位夾緊機(jī)構(gòu)，每一個(gè)托盤下用4 只，布置在500 mm×500 mm矩形的4個(gè)角上。內(nèi)嵌離合式拉釘器9安裝于工作臺(tái)滑鞍10的配合孔中，中空短錐銷6套在內(nèi)嵌離合式拉釘器上，并用螺釘緊定于工作臺(tái)滑鞍，錐形定位套4通過調(diào)整墊3用螺釘與托盤2固定聯(lián)接，拉釘1螺接在錐形定位套上，錐形定位套和中空短錐銷錐面、端面同時(shí)接觸定位，內(nèi)嵌離合式拉釘器通過拉釘拉緊托盤，內(nèi)置拉釘8加修中孔，安置活動(dòng)堵5、壓縮彈簧7用于防塵，孔堵12、橡膠密封圈11用于密封氣路，壓縮空氣將定位前的錐形銷副清理干凈。在70MPa系統(tǒng)壓力下，實(shí)測(cè)得總夾緊力為685 kN，穩(wěn)定的夾緊總行程為10.3 mm，剝離托盤本身高度誤差后，托盤交換等高誤差在0.013 mm內(nèi)、定位精度0.017 mm、重復(fù)定位精度0.067 mm，托盤夾緊前后，其臺(tái)面平面度變化誤差在0.003 mm內(nèi)，基本沒有變形，獲得了滿意的應(yīng)用效果。

3.結(jié)語

本系列拉釘器可以用于任意兩個(gè)機(jī)械部件靠近拉緊、松開離開或分離的場(chǎng)合，也可以用于航天、航空和軍工等領(lǐng)域的兩個(gè)部件對(duì)接后自動(dòng)拉緊，用途廣泛。拉釘器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，根據(jù)需要可以多點(diǎn)并列安裝，能成倍擴(kuò)大拉緊力；拉釘器圖譜方便系列化研制，供用戶像標(biāo)準(zhǔn)件一樣選用；開放式設(shè)計(jì)，可以不斷增加、完善結(jié)構(gòu)品種和規(guī)格大小，滿足更多場(chǎng)合的需求；精度高、拉緊行程一致性好、拉緊力大小波動(dòng)小；松、拉速度快，安全可靠。

[1]周保牛，王曉強(qiáng).多用途數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.2007，23（6）：113-118.

[2]袁貴棟，李翠英，任有志，等.利用一臺(tái)數(shù)控車床和一臺(tái)數(shù)控銑床組建柔性制造單元[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，201l (11)：89-95.