一种新型专用卡具的设计与应用

当工件 14 加工完成后，回转油缸 1 后端通油后， 活塞推动内联结套 4 带动拉杆 9 向主轴 3 前端移动， 螺母 10 前 移，压 盘 12 放 松，圆 盘 8 带 动 螺 杆 7 也 向 前移动，推动涨紧盘 11 放 松，卸 下 工 件 14，至 此 一 个 全程加工过程结束。
下面从工件定位基本原理来分析此卡具的合理 性，涨套 11 涨紧，锥面定位分别限制了工件 Y 向和 Z 向的移动 和 旋 转 共 四 个 自 由 度，工 件 一 端 靠 紧 卡 具 体，一端由压盘 12 压 紧，限 制 了 X 向 和 移 动 自 由 度， 所剩 X 向旋转自由度，为加工工件所需。 3. 3 本新型专用自动卡具的技术关键点
图 5 特殊工件示意图
3 新型专用自动卡具
3． 1 新型专用自动卡具的结构组成 如图 6 所示，图中各主要组成件的名称如图 6 所
示。
图 6 专用卡具装配原理图 1． 液压回转油缸 2． 外联结体 3． 主轴 4． 内联结套 5． 卡盘 6． 卡具体 7． 螺杆 8． 圆盘 9． 拉杆 10． 螺母 11． 涨套 12． 压盘 13． 法兰盘 14． 工件 15． 垫圈
图 1 常见轧辊工件图
2 某数控轧辊车床的工件装卡和加工
根据机 床 夹 具 设 计 原 理，如 图 2 所 示，位 于 空 间 自由状态的物体，对 于 直 角 坐 标 系 OXYZ 来 说，都 有 6 个自由度。要使物体在某一方向上有确定的位置， 就必须设法限制该方向的自由度。如图 3 所示，按照 轴 类 工 件 在 车 床 上 的 定 位 原 理 ，工 件 前 端 采 用 卡 盘 卡 紧，只能限制工件 Y、Z 两 方 向 的 移 动 自 由 度，再 把 后 顶尖顶到工件 后 中 心 孔 中，又 限 制 了 工 件 Y、Z 两 方 向的旋转自 由 度，其 余 两 个 自 由 度 X 向 的 移 动 和 X
3. 2 新型专用自动卡具的工作原理 参照图 6，当 液 压 回 转 油 缸 1 前 端 通 油 后，活 塞
推动内联结套 4 会带动拉杆 9 向主轴 3 后端移动，螺 母 10 就会通过压盘 12 推动涨套 11 沿着卡具体 6 的 锥面向 后 产 生 轴 向 位 移 p 的 同 时，涨 套 11 沿 着 卡 具 体 6 在径向方向也产生一定的位移量 s，由于径 向 位 移 s，使得工件 14 沿 轴 向 和 径 向 方 向 实 现 完 全 定 位， 轴向位移 p 与径向位移 s 及卡具体锥面的楔角 β 之 间 存 在 下 列 关 系［3］ ：
向 的 旋 转 在 加 工 外 圆 时 没 有 影 响 ，不 用 限 制［1］ 。
图 2 工件在空间的六 个自由度
图 3 轴类工件在车床上 的定位简图
而对于要加工的特型工件，如图 4 所示。一般采 用前后两顶尖相顶，主 轴 卡 盘 夹 紧 工 件 前 轴 端，带 动 工件旋转，前方增加一顶尖，为的是限制了 X 向的移 动 自 由 度 ，这 样 加 工 圆 柱 面 上 的 特 型 面 的 精 度 才 有 保 证［2］，工件完全定位后，床 鞍 带 动 数 控 刀 架 刀 架 按 照 已 设 置 的 数 控 程 序 参 数 沿 床 身 作 纵 横 向 运 动 ，完 成 工 件图纸所要求的各加工型面达到各类精度要求。
（ 4） 装一工件，操 作 油 缸 动 作，检 查 工 件 固 定 的 装 配 效 果 ，满 足 要 求 即 可 开 始 正 常 加 工 工 作 。 3. 4 新型专用自动卡具的优点
（ 1） 该新型专用卡具安装在现有数控车床上，安 装拆解方便，操作由 液 压 油 缸 控 制，实 现 了 数 控 车 M］． 北京： 机械工业出版社，1992． ［2］ 曾志新，吕 明． 机械制造技术基础［M］． 武汉： 武汉理工大学出
版社，2003 ． ［3］ 机床设计手册编写组． 机床设计手册 （ 第 三 册） ［M］． 北 京： 机 械
工 业 出 版 社 ，1996 ．
图 4 普通轧辊装卡示意图
对于如图 5 所示的一类特殊零件，同样要在现有
* 收稿日期： 2010 － 09 － 06 作者简介： 展海瑜（ 1974 － ） ，女，甘肃靖远人，工程师，主要从事机床的机械设计与应用工作。
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经验交流
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Design and application of a new kind special fixture
Zhan Hai － yu
（ Technical center，Tianshui SPARK machine tool Co． ，Ltd，Tianshui Gansu 741024，China）
Abstract： Aiming at the machining － demand of the kind of special workpiece，the design and application of a new kind spe-
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（ 1） 选用合适 的 回 转 油 缸，根 据 油 缸 接 口，设 计 制作好件 2 外联接盘和件 4 内联结套分别与油缸和 机床主轴的装配配合。
（ 2） 作好卡具体 6 与主轴 3 之间的锥面配合，锥 面研磨后要求贴合度 达到时 80% 以上。
（ 3） 装配调整好图中工件 14 与涨套 11 之间，在 涨套放松后，要求工 件 能 轻 松 卸 下； 另 外 检 查 各 件 装 配位置在预计位置后，锁紧螺母 10。
tg β = s 2p
根据 以 上 公 式，可 根 据 回 转 油 缸 1 的 行 程 大 小， 确定出轴向位移 p； 根据涨套 11 外圆与工件 14 内孔 之间的配合间隙确定出径向位移 s 的大小，依据生产
装配经验，位移 s 的大小，一般要求满足涨套 11 外圆 与工件 14 内 孔 之 间 的 配 合 涨 紧 后 达 到 有 0． 10 ～ 0． 20的过盈量即可。
具的设计，解决了各大钢铁公司同类特殊工件，无法 加 工 的 难 题。且 经 过 用 户 现 场 使 用，得 到 一 致 认 可，证 明
了本设计的合理性和实用性。
关键词： 轧辊车床； 开孔型加工； 专用卡具
中图分类号： TG333． 17
文献标识码： B
文章编号： 1006 － 4414（ 2010） 05 － 0123 － 02
经验交流
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一种新型专用卡具的设计与应用
展海瑜
（ 天水星火机床有限责任公司 技术中心，甘肃 天水 741024 ）
摘 要： 针对一类特殊工件的加工要求，介 绍 了 一 种 便 于 此 加 工 工 艺 的 新 型 自 动 卡 具 的 设 计 和 应 用 。 通 过 本 新 型 卡
the consumer，all of that proved the rationality and practicability for the designing．
Key words： roll － turning lathe； open pass machining； special fixture
（ 2） 针对不同工件，只需配换一件涨套即可满足 加 工 需 要 ，互 换 性 较 强 。
（ 3） 结构简单、装配制作容易、可操作性强。 （ 4） 生产制作 成 本 低、周 期 短、设 计 技 术 难 度 不 大 ，见 效 快 。
4结语
笔 者 介 绍 的 新 型 专 用 自 动 卡 具 ，是 根 据 用 户 特 殊 工件加工要求，并在 数 控 轧 辊 车 床 上 推 广 实 际 应 用， 其操作控制性能稳定可靠。经国内外数家用户使用， 一 致 反 映 使 用 效 益 较 好 。 经 公 司 去 年 推 荐 ，国 家 专 利 局 审 批 ，已 获 得 国 家 实 用 新 型 专 利 。
1引言
轧辊车床主要用于各大钢铁公司对各种轧钢辊 类工件进行轴径上的开孔型粗精加工和辊径外圆粗 精加工的专用机床，常 规 的 工 件 形 状 如 图 1 所 示，本 工件要求加工的主要型面是半径为 R 的圆弧形孔型 和辊子的外圆面。首先根据工件轴径 D 大小及长 度尺寸 L 及半径 R 的特型孔型和工件各加工处的精 度要求，选用某数控 轧 辊 车 床 为 例，简 述 其 工 件 的 装 卡和加工。
轧辊车床设备上完成其外圆面上的半径为 R 的孔型 和外圆面加工，尽管 加 工 型 面 有 些 相 似，但 很 明 显 以 上 的 加 工 辊 子 类 零 件 的 装 卡 方 式 是 不 适 用 的 ，为 此 我 们 设 计 了 一 套 新 式 专 用 自 动 卡 具 ，在 不 用 更 换 新 的 加 工 设 备 情 况 下 ，可 实 现 以 极 小 的 成 本 投 入 完 成 工 件 的 加工要求。
cial fixture for this machining art and craft are introduced． Through this design of the new fixture，the difficult problem which
can't machine the special workpiece for every iron and steel industry corporation is resolved． And it is considered very well by