車磨機床現有頂尖的結構設計探析

　　摘要：本文介紹了一種新型的快速夾緊多功能頂尖的結構原理。針對現行使用的頂尖功能的單一性等問題, 研究設計一種集現行四種頂尖功能于一身的多功能頂尖, 并對其結構設計及正確的使用方法進行說明。下面對這種結構設計進行論述。大連職業技術

　　關鍵詞：頂尖; 快速; 多功能; 夾緊; 變換; 定位;

　　1、背景

　　在實際的機械加工生產過程中, 加工軸類零件的各個外表面時, 通常使用頂尖定位裝夾方法, 用頂尖作為定位基準, 能做到基準統一, 各個外圓面的同心度高, 跳動小, 保證了加工精度等。而雙頂尖裝夾方法就是其中一種, 所謂雙頂尖裝夾方法就是除在床尾一端有頂尖外, 在主軸一端也插入一個與主軸中心孔莫氏錐度相當的頂尖, 是為了切削帶有不同直徑的軸類零件而采取的一種裝夾工藝, 主要是為了保證不同直徑段的同軸度形位公差。軸的兩端都要打上中心孔, 還要有帶動零件旋轉的夾具 (例如:拔盤、拔桿、雞心夾頭等) 。而雙頂尖定位裝夾方法通常是將雞心夾頭與工件固定在一起, 然后通過拔桿或拔盤的旋轉拔動雞心夾頭同時帶動工件一同旋轉。這種加工方法, 裝夾時間長, 每一個工件加工前都要將雞心夾頭固定在工件上, 加工完后再拆下。有時加工完的表面再安裝上雞心夾頭, 在裝夾過程中已加工完表面容易劃傷, 增加表面粗糙度。另外, 安裝雞心夾頭位置的軸類表面需要加工時, 通常都是將雞心夾頭安裝到軸類零件的另一端, 這樣加工過程中就需要二次“調頭”進行再生產, 效率極低, 而且同一個雞心夾頭裝夾被加工工件的直徑范圍有限的, 還要根據工件直徑來選取雞心夾頭的規格。

　　如圖1、2所示, 即普通車床和普通外圓磨床的加工示意圖。

圖1 普通車床雙頂尖裝夾示意圖

圖2 普通外圓磨床雙頂尖裝夾示意圖

　　以上兩種方法, 通常是將雞心夾頭與工件固定在一起, 然后通過拔桿或拔盤的旋轉拔動雞心夾頭同時帶動工件一同旋轉。這種加工方法, 裝夾時間長, 每一個工件加工前都要將雞心夾頭固定在工件上, 加工完后再拆下。有時加工完的表面再安裝上雞心夾頭, 在裝夾過程中已加工完表面容易劃傷, 增加表面粗糙度。另外, 安裝雞心夾頭位置的軸類表面需要加工時, 通常都是將雞心夾頭安裝到軸類零件的另一端, 這樣加工過程中就需要二次“調頭”進行再生產, 效率極低, 而且同一個雞心夾頭裝夾被加工工件的直徑范圍有限的, 還要根據工件直徑來選取雞心夾頭的規格。

　　針對上述現有技術中所存在的問題, 本文研究設計了一種新型的頂尖———普通車磨機床用快速夾緊多功能頂尖。將現有四種功能單一的頂尖 (即死頂尖、活頂尖、彈簧頂尖、無雞心夾頭驅動的頂尖) , 歸結在一種多功能頂尖中, 根據加工方法及零件自身的要求可變換成想要的功能的頂尖。此多功能頂尖使用中可以提高工效、保證加工質量和減輕勞動強度, 從而克服現有技術中所存在的問題是十分必要的。

　　2、現有頂尖的種類及功用

　　現行的生產中根據加工方法及工件精度的要求, 選用不同種類的頂尖, 即旋轉式頂尖 (活頂尖) 、整體式頂尖 (死頂尖) 、彈簧頂尖、端面拔動頂尖, 通常用的四種頂尖的用途如下:

　　整體式頂尖 (死頂尖) :剮性好, 定心準確, 但中心孔與硬尖之間是滑動摩擦, 易磨損和燒壞頂尖。

　　旋轉式頂尖 (活頂尖) :能在高速下正常工作, 但剛性較差, 有時會產生跳動而降低加工精度, 因此只適用于精度要求不太高的工件。

　　彈簧頂尖:承載大, 能通過自動調節來吸收工件的熱變形, 控制熱應力, 適用于高速強力切削。

　　端面拔動頂尖:和整體式頂尖基本一樣, 只是在頂尖外圍有拔爪緊壓在端面上, 拔動端面, 減少了安裝拆卸雞心夾頭的輔助時間。

圖3-b

圖3-a

　　3、設計方案思路及具體實施方式

　　將現有的整體式頂尖 (死頂尖) 、旋轉式頂尖 (活頂尖) 、彈簧頂尖、無雞心夾頭驅動的頂尖的四種類型頂尖結構特點歸結于一種頂尖結構上進行合理的結構設計。首先應設計一個頂尖頭, 然后通過合理的結構將頂尖頭與插入主軸的本體組裝在一起;頂尖頭的本體設計一個錐臺, 此錐臺的作用是通過擰緊端蓋和松開端蓋 (即端蓋與錐臺面接觸和端蓋與錐臺面分離) 來實現死、活頂尖的變換;本體內的結構中有彈簧與頂尖頭接觸, 來實現彈簧頂尖的作用;端蓋的一側端面上設計多個端面齒, 在裝夾工件后端面齒就扎入回轉體工件的端面上, 切削過程產生的軸向切削力, 使工件更加牢固地嵌入端面齒中, 使工件與主軸一同轉動。

　　本實用新型所述的一種普通車磨機床用快速夾緊多功能頂尖是由頂尖本體1、螺紋頂桿2、中心頂尖9、驅動拔爪10、壓緊彈簧4等零部件組成, 其特征在于所述頂尖本體1內部裝有螺紋頂桿2, 壓緊彈簧4套在螺紋頂桿2中;兩個滾動軸承6內圈與中心頂尖9配合, 外圈與頂尖本體1的內壁配合;端蓋3與頂尖本體1采用4個螺釘7連接在一起, 擰緊螺釘7使端蓋3內的錐面與頂尖錐蓋11相配合;中心頂尖9的尖部通過端蓋3內孔伸出;通過調整螺紋頂桿2行程來推動支撐頂盤5, 同時在壓緊彈簧4的作用下, 支撐頂盤5推動滾動軸承6, 從而實現調整中心頂尖9的夾緊力。

　　端蓋3的凸起部加工有6個驅動拔爪10, 工件裝夾時, 將工件的左端的中心孔對準中心頂尖9, 此時調整旋轉手柄12在壓緊彈簧4的作用下來調節夾緊力, 當頂緊機床尾座頂尖時, 端蓋3的驅動拔爪10便牢牢地嵌入工件的左端面上, 切削過程產生的軸向切削力, 使驅動拔爪10更加牢固地嵌入工件端面中, 從而取代了采用傳統的拔桿等旋轉夾具驅動工件旋轉。

　　端蓋3的內孔加工有個環形槽, 用于安裝密封圈8, 防止雜質混入到頂尖內部。

　　旋轉手柄12通過螺釘固定在螺紋頂桿2末端, 且旋轉手柄12外表面加工有防滑滾花, 方便使用者輕便地旋轉旋轉手柄12。

圖4 本實用新型的主視全剖結構示意圖

圖5 本實用新型的左視結構示意圖

圖6 本實用新型的俯視結構示意圖

　　4、多功能研究特色

　　本實用新型提出了“多功能頂尖”的新理念, 解決基本機加工工廠和學生實訓中的實際問題, 進行適用性較強的研究與設計。將現行的種類較多但功能比較單一的頂尖, 歸結設計一種多功能的頂尖, 同時也解決了當前所存在的問題, 是一項實踐意義很大的研究課題。

　　既有專用工裝夾具定位精度高和操作方便準確性的特點, 又有機床附件的標準化統一接口 (莫氏4#錐裝配連接) 、對快速定位等特點, 該“多功能”頂尖結構適用于普通車、磨機床加工環境, 值得推廣使用。

　　頂尖功能的變換機構的設計是本課題研究的重點和難點, 通過合理準確的設計結構, 使四種功能集于一身的多功能頂尖充分發揮自身的功能, 關鍵要解決的問題是通過合理的設計與精準的裝配, 使頂尖的每個功能能夠變換自如。根據加工條件及加工精度, 能夠準確地變換頂尖的功能, 從而達到預想功能的要求。

　　5、結束語

　　通過對現有頂尖的結構設計改進, 將現有4種功能單一的頂尖的功能集中在一種頂尖上, 有效地提高了頂尖種類的管理, 只用一把多功能頂尖就能有效地解決了套類、軸類、盤類等零件的定位問題�，F階段改進是實現可持續發展的根本手段, 不管在哪種行業中都需要不斷改進。目前我們正處于信息工業化階段, 工業化極大地提高了人類的生產力水平, 從而使國家的經濟得到了迅速的發展, 創造的物質財富日益豐富, 人們的生活水平逐步得到提高。誰將改進進行到底, 誰就會在競爭中立于不敗之地。

　　參考文獻
　　[1]闖恩太.頂尖快速緊固裝置[J].機械工人.冷加工, 1979 (07) :77.
　　[2]潘志東.實用的彈簧頂尖[J].機械工人.冷加工, 1990 (03) :27.
　　[3]黃曉峰.軸向定位彈簧頂尖[J].機械工程師, 2002 (01) :76.