大型機床自調整輔助定位支撐結構設計

■海南大學機電工程學院 （?？?570228） 劉世豪 張 燕

■無錫橋聯(lián)數(shù)控機床有限公司 （江蘇 214187） 周 暉 徐 彬

大型機床自調整輔助定位支撐結構設計

■海南大學機電工程學院 （海口 570228） 劉世豪 張 燕

■無錫橋聯(lián)數(shù)控機床有限公司 （江蘇 214187） 周 暉 徐 彬

為了保證大型薄壁薄板類零件的加工精度，設計了一種新的自調整輔助定位支撐結構。該支撐結構由彈簧提供支撐力，由浮動壓頭調整支撐力的方向，可為難以裝夾的零部件提供穩(wěn)定可靠的輔助支撐力，適用于加工大型螺旋槳葉片、薄壁薄板類零部件的裝夾。

為了提高大型復雜零部件的加工質量，除了要求機床本身的精度和性能較高以外，與機床相匹配的工裝結構也必須得到合理的設計。為此，本文對一種大型機床的輔助定位支撐結構進行了詳細的設計和研究，以達到完善機床加工精度的目的。

1. 問題的提出

在各種的大型復雜零部件中，大型螺旋槳葉片這類非規(guī)則外形零部件以及薄壁薄板類零件是比較特殊的一類，該類零部件外形面復雜且壁厚較薄，雖然在零部件的主要支撐部位可設計比較規(guī)則的外形或承載能力較好的裝夾面用于工件的裝夾，但零部件除裝夾面外的薄壁薄板部分由于很難找到裝夾承力點，且在加工過程中加工點距離裝夾點遠，較長的加工力臂使得再低的切削力都會造成薄壁部分的變形，從而影響精度。

大型螺旋槳葉片由于外形復雜，只能通過大型五軸聯(lián)動機床進行加工，但如果僅對螺旋槳上外形規(guī)則的軸套部分裝夾而不對大型螺旋槳葉片部分進行裝夾，由于缺乏支撐，葉片在加工中易產(chǎn)生振動從而降低加工精度，所以在實際生產(chǎn)中，大型螺旋槳葉片的加工只能通過根據(jù)葉片外形設計的特殊工裝進行整體裝夾。同樣，大型薄壁薄板類零部件由于整個部件壁厚較薄，薄壁部位的裝夾支撐力經(jīng)常會造成零部件的受力變形，從而導致零部件無法滿足設計要求，所以在該類零件加工時，往往需根據(jù)加工需求以及生產(chǎn)單位擁有的機床的特點在零部件上設計專門的裝夾部分。上述方法都必須針對某類型產(chǎn)品單獨研發(fā)，生產(chǎn)設計成本高。

2. 新的解決方案

為了解決上述問題，設計了一種新的自調整輔助定位支撐結構如圖1所示，該結構可穩(wěn)定、可靠地為具有復雜外形地薄壁薄板件提供支撐力。

按照本文的設計方案，自調整輔助定位支撐結構包括支承座及壓桿，支承座上開有臺階孔，壓桿為階梯軸形，壓桿貫穿并滑動配合在臺階孔內，壓桿的外伸小軸上安裝有軸用擋圈，壓桿的軸肩與臺階孔的臺階之間安裝有壓縮彈簧，壓桿的外伸大軸的端部安裝有浮動壓頭。

圖 1

壓桿的外伸小軸上安裝有墊圈，墊圈位于軸用擋圈與支承座之間。支承座設置有與臺階孔相通的軸向開口槽，支承座上固定有螺紋聯(lián)接開口槽上下兩部分的鎖緊螺釘。壓桿的外伸大軸的端部設置有外螺紋端頭，端頭的前端為球冠形，浮動壓頭內設置有容納端頭的空間，空間的開口端設置有與端頭的外螺紋相配合的螺紋孔，空間的封閉端設置有與端頭前端相配合的尖底孔。壓桿的外伸小軸的端部開有圓孔。

3. 工作原理與過程

本文所設計的自調整輔助定位支撐結構的工作原理和實施過程如下：

（1）如圖1所示，由于各機床工作臺上T形槽的設置是根據(jù)該機床自身特點布置，所以本結構在使用時，如果無法直接安裝在機床工作臺上，可在機床工作臺上安裝聯(lián)接板，而本結構中的支承座通過聯(lián)接螺釘與聯(lián)接板聯(lián)接，從而保證所設計的結構在機床工作臺上的安裝。

（2）支承座上開有臺階孔；壓桿為階梯軸形，由大軸和小軸構成，其尺寸與支承座上的臺階孔相配合，壓桿貫穿并滑動配合在臺階孔內。壓桿的外伸小軸上安裝有軸用擋圈，軸用擋圈與支承座之間還安裝有墊圈，起調整作用。小軸的端部還開有圓孔，以方便拉動壓桿。壓桿的軸肩與臺階孔的臺階之間安裝有壓縮彈簧，壓縮彈簧是本文所設計的結構在使用中支撐力的來源。壓縮彈簧套在小軸外，有一定的壓縮量，此時彈簧力的大小即為在使用中為工件提供的最小支撐力。

（3）壓桿外伸大軸的端部安裝有浮動壓頭。在壓桿外伸大軸的端部設置有外螺紋端頭，端頭的前端為球冠形，浮動壓頭內設置有容納端頭的空間，該空間的開口端設置有與端頭的外螺紋相配合的螺紋孔，該空間的封閉端設置有與端頭前端相配合的尖底孔。浮動壓頭裝配時，壓桿與浮動壓頭通過螺紋配合，并使壓桿前端的端頭通過浮動壓頭上的螺紋孔全長，最終端頭全部進入浮動壓頭內，并能在浮動壓頭內部空間活動。由于浮動壓頭的內部設計有尖底孔，壓桿的端頭采用球冠形設計，這就保證了在使用中，浮動壓頭可根據(jù)工件的外形，自調整支撐力方向。

（4）在使用時，靠近需支撐的工件放置，通過壓桿上小軸端部的圓孔拉動壓桿并壓縮壓縮彈簧，然后根據(jù)加工工件所需的支撐力的大小調整彈簧的壓縮量，最終使壓桿在放開后，浮動壓頭作用在工件上的力不僅能有效地為工件提供大小適合的支撐力，同時使該力的大小處于工件所能承受的范圍內，可有效地避免支撐力過大而導致工件變形或支撐力過小而起不到定位作用。

（5）由于本結構支撐力的大小由彈簧力提供，在加工中無法保證穩(wěn)定，所以需將支撐力固定，以保證支撐力的穩(wěn)定，因此在支承座設置有與臺階孔相通的軸向開口槽。支承座上固定有螺紋聯(lián)接開口槽上下兩部分的鎖緊螺釘。要保持支撐力的大小不變，只需要擰緊鎖緊螺釘，使支承座上的開口槽發(fā)生變形，最終將壓桿抱緊固定，則浮動壓頭作用在工件上的支撐力也隨之固定。

根據(jù)本文所提出的解決方案，無錫橋聯(lián)數(shù)控機床有限公司設計制造了一套相應的自調整輔助定位支撐結構，將其應用于如圖2所示的大型龍門機床，并對如圖3所示的螺旋槳進行裝夾定位和數(shù)控加工制造。加工完成后，用三坐標測量機進行檢測，檢測結果表明加工后螺旋槳的各項精度指標均符合預期的設計要求，從而證明本文所提出的解決方案是合理可行的。

圖3 螺旋槳加工制造現(xiàn)場

圖2 大型龍門機床

4. 應用前景展望

綜上所述，本文設計了一種機械加工中的工裝，結構簡單，緊湊、合理、成本低；可在加工中為大型螺旋槳葉片、薄壁薄板類零部件等用普通裝夾方式難以裝夾的零部件提供穩(wěn)定可靠的輔助支撐力，并可根據(jù)零部件的外形，自動調整支撐力方向和大小、使用方便、可靠，具有廣闊的應用前景，可為企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟效益。

20141120）