仿形磨床工件夹持机构的设计

张海鹰

（湖南城市学院工程制图教研室，湖南 益阳 413000）

目前，现有的各种仿形磨床和相关机床多采用旋转工作台和自动控制原理，工件加工难度大，精度高，仿形磨床工件夹持机构是影响加工精度和可靠性的重要环节。仿形磨边机是一种广泛应用于加工各种薄脆性复杂外形产品的设备，如手机、手表玻璃屏幕等。由于这些产品加工精度要求高，而且形状复杂多样，加工难度比较大。玻璃加工要求磨削速度快，更换工件频繁，因此必须能快速准确停机、快捷换件。对于手机玻璃，磨边精度一般要求在0.005～0.01 mm，倒边精度小于0.005 mm，目前市场上广泛使用的高精度FM系列仿形磨边机，能加工直径300 mm以下的各种异型视窗玻璃产品。FM型系列仿形磨边机采用了结构简单、稳定可靠的工件夹持机构，有效保证工件准确定位，磨削时不发生纵向位移和偏转，确保工件的磨削外形和可靠度。

1 工作原理

仿形磨边机机械部分主要由两部分组成，即工作台和砂轮架。工作台由齿轮传动，保证左右两主轴低速旋转，两主轴夹持工件，仿形靠模安装在左主轴上，主轴、靠模、工件同时低速旋转。工作台安装在滚柱交叉导轨副上左右移动，砂轮架由高速电机驱动，安装在精密导轨上作前后运动，仿形磨边机砂轮架由带轴滚针轴承顶住仿形靠模，前后运动距离由仿形靠模的外形决定，同时也决定了砂轮磨削工件的形状。

FM仿形磨边机工件夹持机构分为3个部分，包括夹头体组件、进给齿轮组件和控制手柄组件。如图1所示，工件左右夹头体分别安装在左右主轴上，主轴通过轴承装在左右套筒内，右套筒下方有进给齿槽，与进给齿轮配合完成进给运动，夹持和释放工件。

图1 工件夹持原理图

2 工件夹持机构的设计

2.1 夹头体的设计

FM仿形磨边机工件夹头体有两种，一种是将夹头板用螺蚊直接连接在左右主轴的端面，连接简单，但可靠性不好，适用于对外形和倒边精度不高的产品。另一种是专门设计的快速安装夹头，采用了主轴和夹头座的锥面配合，夹头座通过高精度锥面配合安装在左右主轴上，使得夹头座定位准确，工件夹板由金属夹板和工程塑料或尼龙板合二为一组成，金属夹板通过螺钉安装在夹头座上，夹板经过改进后，由金属夹板和工程塑料或尼龙板组成，既能保证一定的刚性，又能保证夹持工件所需要的弹性。该夹头体2008年申请获得了国家专利，专利号为：ZL200820158546.X。

2.2 进给齿轮组件的设计

进给齿轮组件包括右套筒、进给齿轮、进给轴套和进给轴等组成，在图2所示，工件夹持机构图中可以看出，进给轴套能保证进给齿轮和轴的准确定位。进给齿轮和右套筒齿槽运动，夹紧或释放工件。进给轴与进给齿轮由60度的锥面连接，靠相互的静摩擦力传递运动，进给轴和控制手柄连接。为了保证夹持工件的可靠性，进给齿轮和进给轴都需要进行热处理，硬度为28-32HRC，锥面配合研磨，表面粗糙度小于1.6，接触面不小于三分之二，进给齿轮和进给轴的同轴度小于0.02 mm。

图2 工件夹持机构——进给齿轮组件

2.3 控制手柄组件的设计

进给齿轮的运动由夹持手柄组件控制。如图3所示，夹持手柄组件包括夹持手柄（控制杆）、手柄固定座、定位端盖和夹持弹簧座及弹簧等组成。夹持手柄（控制杆）可以控制组件绕夹持进给轴旋转，向右旋转时，弹簧固定座压缩夹持弹簧，夹持进给轴与进给齿轮靠摩擦力随进给轴转动，进给齿轮带动右主轴夹紧工件，通过调整夹持弹簧的位置，就可以改变压缩簧力的大小，既可以控制夹持工件的力度，又不会夹碎工件，确保夹持的稳定可靠。

图3 工件夹持机构——控制手柄组件

3 结语

FM系列仿形磨边机产品夹持机构广泛采用了这种设计方法，对于各种薄、脆产品，加工要求外形准确、精度高。目前，FM系列仿形磨边机已经生产了100-300型不同产品3千多台，由于装夹和更换产品非常方便，能有效保证工件准确定位，磨削时不再发生左右偏转和纵向位移，确保工件的磨削外形和可靠度，大大提高了产品的质量和生产效率。

[1]张海鹰.仿形靠模的计算机设计方法[J]. 装备制造，2009，（9）.

[2]李世国.轻工机械 CAD[M].北京：中国轻工业出版社，1998.

[3]濮良贵.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2005，（6）.