卧式加工中心定位锥的改进设计

2013-09-29张东海杨沛湛陈学明

制造技术与机床 2013年4期

张东海杨沛湛崔智陈学明张军

（汉川机床集团有限公司研究所，陕西汉中723003）

为提高卧式加工中心机床的工作效率，该类机床一般都配有两个或多个工作台，当一工件在进行加工时，可在其他工作台上进行另一工件的装夹，从而减少因装卡工件所占用的停机等待时间。为保证各工作台在交换使用时定位精确，各机床厂家普遍采用多点锥面定位机构。

该机构有定位精确，使用简单等优点，但是同时也存在加工难度大、废品率高、工作台拉紧时工作台面变形大、生产周期长等问题，尤其在工作台拉紧时，工作台台面局部会发生变形，降低了机床加工精度，影响整台机床的性能。

1 传统定位机构的工作原理

图1所示的是卧式加工中心传统定位机构结构图。当一工件加工完时，先通过该机构松开加工区的工作台9，再通过交换装置将加工区的工作台9与辅助区已装夹好工件的工作台进行互换，最后通过该机构拉紧已换到加工区的工作台，这时机床可从新开始进行加工。

该机构的拉紧过程为:工作台9与转台2通过外锥5、内锥6精确定位后，液压油通过油路进入油腔4中，推动活塞3向下运动，通过拉钉8拉紧工作台9同时压缩碟簧1。当工作台需要交换时，通过电磁阀换向，油腔4泄油，碟簧1释放推动活塞3向上运动，松开工作台9后，允许进行工作台交换。

为了使各工作台与转台之间定位精确，各机床厂家普遍采用四点或多点定位，因此造成工作台9在加工内锥6的安装孔时，各安装孔之间的位置关系要求很高，生产加工时，废品率高。

在油缸拉紧时，每个拉钉8上大约作用10 kN的力，会造成工作台局部发生约0.03 mm的弹性变形，由于工件是事先在未受力的状态下装夹好的，因此工作台在拉紧后的变形就反映到工件上，造成机床的加工精度下降，影响整台机床的性能。

2 改进后定位机构的工作原理

为解决传统定位机构存在的问题，我们设计了如图2所示的新型结构，其拉紧过程为:工作台9与转台2通过外锥5、内锥6精确定位后，液压油通过油路进入油腔4中，推动活塞3向下运动压缩碟簧1，同时拉紧拉钉10，作用力通过卸荷块作用到内锥6上，使内外锥紧密地连接在一起，由于工作台9和内锥6通过螺钉固定在一起，所以最终工作台9通过该机构固定在转台2上。其松开过程与图1所示结构相同。

该机构与图1所示机构相比做了以下改进:首先增加了卸荷块12，使得拉钉10上的拉紧力不直接作用在工作台9上避免了工作台发生弹性变形，影响机床的加工精度。其次工作台9在拉紧时必须保证各定位点受力均匀，防止工作台受力偏载造成定位机构损坏，因此各活塞在向下运动时必须保证与拉钉同时接触。但是在实际生产中由于转台2、活塞3、内锥6、外锥5、拉钉10等零件在加工中存在误差，无法保证各个定位机构中拉钉同时受力。因此特增加了调整垫11，通过配磨该调整垫使得各个拉钉在工作中受力均匀。

最后为了解决工作台加工难度大、废品率高等问题，新机构在工作台与内锥定位结构上改变传统采用的轴孔配合定位，而采用在结合部灌入高精度定位胶。在使用时先将外锥5安装在转台2上，然后将其余零件按图2所示装好，先不拧紧内锥6与工作台的连接螺栓，调整好各内锥与工作台的位置，接着拧紧连接螺栓，在注胶腔内注入高精度定位胶。

3 使用时应注意的问题

为了有利于机床批量化生产，在实际生产中通过机械加工保证工作台、转台分别与内锥、外锥（图2所示A、B两面）安装面的平面度，在装配时用千分尺测量内锥与外锥在紧密接触时两锥的安装端面间的实际高度值，通过配磨调整垫7，确保每个定位锥安装处A、B两面间的实际高度差值小于0.005 mm。

由于内锥6、拉钉10在工作中可能存在损坏，造成整个工作台无法使用，因此必须保证内锥与工作台可以拆卸。为了使内锥与工作台拆卸方便，在装配时先用清洗剂、干燥剂清洗工作台安装孔内腔，然后再在内腔壁上涂脱模剂，最后安装内锥并注胶。

表1 主要物理机械性能

我公司在实际生产中使用北京天山新材料技术有限责任公司生产的可塞新牌TS353、TS355型高精度定位胶，其主要参数如表1所示，该定位胶抗拉强度和抗压强度远低于工作台与内锥的抗拉强度与抗压强度（我公司工作台材料使用HT300，其抗拉强度大于200 MPa，内锥材料为GCr15，其抗拉强度大于600 MPa），并且该定位胶存在固化收缩率，所以注胶腔不宜设计过深，同时为了保证在注胶时定位胶容易灌满整个注胶腔，设计时定位胶厚度一般设定在1.7～2.2 mm。