何俊;李健;张仁斌;赖玉活;石伟涛
【摘 要】雨水管理系统针对于数控车床主轴不能自动和快速定位,装夹工件时间长,且定位工件的稳定性和准确性差等缺点,介绍了一种专用数控车床主轴自动定位结构的设计,该专用数控车床主轴采用伺服电机驱动,其结构包括主轴、拨盘、定位装置三部分.通过阶梯轴上的弹簧形成弹性顶针结构完成对主轴的轴向自动定位,而主轴的径向定位通过设置伺服电机参数实现.实践运用表明其结构简单,定位精度高,易于推广.对于数控车床今后的改造和设计有一定的借鉴作用.%For CNC lathe spindle can not be positioned automatically and rapidly,and long time is required for clamping the workpiece with defects in the positioning stability and accuracy.A design special for CNC lathe spindle automatic positioning structure is introduced,which is driven by servomotor and composes of three parts:spindle, drive plate and positioning device.Through elastic thimble structure formed by spring on multi-diameter shaft, axial automatic positioning for the spindle is completed,and radial orientation for the spindle is realized by setting the servomotor parameters.Practical application shows that it is easy to popularize for its simple structure and higher precision in positioning,which provides a certain reference for future modification and design of the CNC lathe.
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2012(000)002
【总页数】2页(P167-168)
【关键词】数控车床;伺服电机;自动定位;弹性顶针
【作 者】电热碗何俊;李健;张仁斌;赖玉活;石伟涛
【作者单位】广西工学院机械工程系,柳州545006;广西工学院机械工程系,柳州545006;四川工程职业技术学院机电系,德阳618000;柳州市数控机床研究所,柳州545007;广西工学院机械工程系,柳州545006
【正文语种】中 文
【中图分类】TH16
1 前言
目前，不管是数控车床还是普通车床，车床主轴前端的夹紧结构普遍如下所述，在主轴前端有一节主轴设有外螺纹，设有外螺纹的主轴用来安装拨盘，卡盘通过拨盘与主轴连接，主轴内孔为锥孔用于安装顶针，顶针定位在工件的轴孔中，卡盘用以夹紧工件。这种主轴结构存在如下缺点[1－2]：主轴不能自动和快速定位，装夹工件的时间长，且定位工件的稳定性和准确性比较差，难以加工出高精度的产品。而在加工汽车后壳半轴总成两端的外圆及两内端面时，因为后桥壳半轴总成较大，加工位置对同轴度又有一定的要求，一般情况下都用专用机床来生产。因此针对汽车后桥壳研究设计一种自动定位的主轴结构，完成对工件的快速定位是非常有必要的。主要介绍对专用数控车床主轴自动化结构设计，且该专用数控车床已投入到实际使用中，满足了生产要求，减少了工时，经济效益提高，在企业得到良好应用。
2 专用数控车床主轴结构设计
2.1 数控车床主轴结构说明
自动定位的车床主轴结构装配图，如图1 所示。自动定位的车床主轴结构包括主轴、拨盘、定位装置，如图所述拨盘与主轴连接。主轴为带有一内锥孔轴状元件，拨盘连接于主轴一端的主轴外径上，并由一锁紧装置将拨盘锁紧在主轴外径上。如图所述定位装置包括外锥套、顶尖轴及弹簧，外锥套为一带突台的轴状元件，外锥套包括带阶梯内孔的套轴部及带凹槽的突出部。顶尖轴包括定位于工件轴孔中的顶尖部及与顶尖部连接的阶梯轴，在阶梯轴两侧分别设有限位凹槽。外锥套和主轴的内锥孔配合并通过拉杆与主轴连接，外锥套的阶梯内孔靠近拉杆一侧设有内螺纹，所述拉杆一端通过螺母与主轴固定连接，拉杆另一端通过设置于拉杆上的外螺纹与所述外锥套阶梯内孔的内螺纹连接。套轴部设置于主轴的内锥孔中，而突出部突出于内锥孔外并与拨盘固定连接，突出部通过销轴固定在拨盘上。外锥套的套轴部上另设有限位孔，限位孔中设有限位螺钉。顶尖轴的阶梯轴安装在外锥套阶梯内孔内，顶尖轴的顶尖部安装在外锥套的凹槽中，顶尖轴可以在外锥套内左右移动。外锥套的限位孔及限位孔中的限位螺钉与限位凹槽的位置相对应，顶尖轴在外锥套中移动的行程由两个限位螺钉控制。外锥套内装套在阶梯轴上的弹簧形成弹性顶针结构。
图1 自动定位的车床主轴结构的装配图1.拨盘2.销轴3.顶尖部4.工件5.顶尖轴6.凹槽7.外锥套8.突出部9.限位孔10.限位螺钉11.锁紧装置12.弹簧13.主轴14.拉杆15.内锥孔16.螺母17.
阶梯内孔18.套轴部19.阶梯轴20.限位凹槽
2.2 数控车床主轴实现自动定位结构设计的创新点
此专用数控车床主轴结构设计上主要有以下两个创新之处：（1）此数控车床主轴结构由于设有弹性顶针结构，顶尖轴在定位工件时由于弹簧的作用顶尖轴可自动伸缩，即可实现工件轴向的自动定位，而在顶尖轴外的车床尾座上设有配合顶尖轴一起顶紧工件的顶紧装置，因此不需要卡盘夹紧工件，节省了夹紧工件的时间。（2）主轴的径向定位根据加工工件的需要而预先调节好伺服电机参数。加工完毕采用M19 指令无论在任何转速的情况下都能在准确的定位位置上停车，保证其停车位置固定不变，以便于快速装卸工件。可以根据工件的加工需要在任何一个径向位置上准确定位。重复定位精度高，满足了设计控制要求。
2.3 数控车床加工汽车后桥壳工作过程：
作为一种专用加工汽车后桥壳的数控车床，后桥壳加工示意图，如图2 所示。在加工工件时，先将工件的轴孔对准顶尖轴的顶尖部，再由数控车床的液压尾座的顶针顶紧工件右端，
顶尖轴向左压紧弹簧，弹簧产生一个向右的反作用力夹紧工件，工件就完成了定位夹紧。通过机床主轴和液压尾座共同限制X，Y，Z 三个移动及X，Y 的转动5 个自由度[4]。主轴的径向定位是根据加工工件的需要而预先调节好伺服电机参数[5－6]。加工完毕采用M19 指令，主轴无论以任何转速加工工件，都能准确定位停车，其停车位置固定不变。因此，主轴对工件的自动定位是在电气控制系统和尾座的协调配合下完成的。
图2 加工后桥壳示意图
3 数控车床主轴自动定位结构设计的效益祛斑净
（1）由于此设计的专用数控车床主轴结构由于设有弹性顶针结构，而主轴的运转伺服电机驱动，通过预先调节好伺服电机参数实现主轴的径向定位，不需要人工校正，重复定位精度高，节省了辅助时间，提高了工作效率和工作质量。可进一步完善和提高车床的自动化程度、提高工作效率。（2）设计的专用数控车床主轴整体结构比较简单、成本较低、易于推广应用。
4 结论
主要对专用数控车床主轴自动定位的结构及定位控制进行了详细的讨论及研究，该产品经研发、设计到投入生产，并在柳州数控机床研究所研制成功，满足了生产需要，保证了加工质量，提高了生产效率，减小了劳动强度，希望可以得到进一步的推广。同时也为今后类似的数控车床的改造和设计积累了经验，具有一定的借鉴作用。
参考文献
【相关文献】
表贴式永磁同步电机
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