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在普通车床上车磨等分球窝的夹具及主轴设计

资源天下 2020/3/21 10:53:01

   【摘要】对于加工圆周分布的球窝,没有适合的通用或专用设备。研究对普通车床改造,实现车磨两用加工等分球窝。对刀架进行改造,装上小拖板,正常车球窝;去掉小拖板,换上安装在中托板上的砂轮主轴,以磨球窝。设计了安装在车床主轴上的可分度的专用夹具,实现一次装夹多工位加工。提出了刀架改造方案,设计相应的磨削装置电主轴,对高速电主轴的支承、冷却、润滑、密封、预紧等进行了设计分析和研究。
   关键词:机床改造;车磨两用;分度;夹具;电主轴
  
   Key word:
   中图分类号: TG502,TG75 文献标识码:A
   引言
   对普通机床进行改造代替购置专用机床,以完成专项产品的加工或提高加工效率,既便捷又经济。在单件小批生产中,选用现有的通用设备,经过适当改造,来完成特殊产品的加工任务,是企业的首选。
   图1是要加工的零件球面凹模,其端面上等分均布着n个球半径为SR、深度为h的球窝。该球窝球半径、深度的尺寸精度为H6,表面粗糙度为Ra0.4,需要经过粗加工、磨削、研磨才能保证要求。该零件的品种规格多,批量小,n、SR、h各不相等,应首先考虑在普通机床上加工。拟在普通车床如CA6140上完成球窝的车磨加工。
   图1 球面凹模
  
   1 设计思想
   1.1内球面加工方法及成形原理
   内球面加工常用的方法有成形法、轨迹法和展成法。用成形车刀车、成形锪钻钻等属于成形法;用圆柱砂轮、工件摇摆的摆头磨属于轨迹法;用圆柱立铣刀铣、圆柱砂轮磨等属于展成法。本设计中,球窝属于内球面,车球窝用成形法,磨球窝用展成法。
   展成法磨削内球面的成形原理如图2所示,砂轮轴线相对于工件轴线偏转α角,两者相交于O点。砂轮端面和球半径为SR的球面相截,所得的截形始终是一个偏心距为e、直径为砂轮直径d的圆。当砂轮和工件绕各自的轴线旋转时,这个偏心距为e、直径为d的圆绕工件的轴线旋转形成了内球面。砂轮轴线的偏转角α可以用下式计算:
  
   图2 内球面磨削原理
   1.2 改造总体思路
   设计安装在车床主轴上的专用夹具,使夹具中心相对于车床主轴的中心偏移一个球窝的中心半径,将一个球窝的中心置于车床主轴的中心,进行车或磨加工;再通过分度机构,将圆周分布球窝的中心依次置于车床主轴的中心,实现一次装夹多工位加工。粗加工时,刀架不变,用成形车刀车球窝;精加工时,去掉刀架上的小拖板,换上安装在中托板上的砂轮主轴,将砂轮主轴座旋转,使砂轮主轴轴线相对于车床主轴轴线倾斜一定角度,用圆柱砂轮磨球窝。同样可以用改造后的车床磨圆周分布的直孔,方法是砂轮主轴座不旋转角度,即砂轮主轴轴线平行于车床主轴轴线。
   2 设计内容
   2.1专用夹具的设计
   专用夹具结构如图3,夹具安装和卡盘的安装类似,通过夹具体1左端面和内锥孔在机床主轴定位,用四个螺栓固定在主轴上。
   夹具体1上有定位槽,槽内装有滑块3,用滑块移动来调整偏心距,使球窝中心和主轴中心重合。滑块上有圆柱面和分度盘4的定位孔配合,另一端有方形定位键4与分度盘的等分槽单面靠紧定位。为了使相同等分的工件可以使用同一个分度盘,在分度盘上装有过渡盘5,通过螺钉与分度盘固定成一体,并用压板固定在夹具体上。工件通过环型压圈8固定在过渡盘6上。夹具体上方有一个配重块2,用来平衡偏心夹具旋转产生的不平衡力。
  
   图3 车球窝等分夹具结构图
   2.2 刀架改造
   2.2.1 总体设计方案
   刀架改造的要求是在刀架上增加一套磨削装置,其主要部件是砂轮主轴。因为球窝直径不大,为了保证磨削质量,砂轮线速度要达到20~32m/s。因此在砂轮主轴的结构摒弃了传统的齿轮和皮带传动,采用高速电主轴作为动力源。
   本设计方案是把普通车床刀架上的小拖板去掉,安装上磨削装置。磨削装置包括电主轴支座、支座座板,电主轴,以及配套的改变电主轴转速的变频器等。支座底面到主轴中心的高度应实际测绘,以保证砂轮主轴和车床主轴的轴线等高。电主轴安装示意图如图4所示,支座座板2下面的凸圆柱以小间隙配合(H7/H6)装在中拖板1的定位孔中,支座座板可相对于中拖板任意旋转,按公式(1)计算出的偏(未完,下一页

  
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