新型數(shù)控車床拔料器的設(shè)計(jì)

謝敏 崔志國

【摘要】詳細(xì)介紹了一種新型車床棒料拔料器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一次裝夾完成一根棒料的加工，省去了大量的輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】拔料器；一次裝夾；提高效率

1.前言

我公司中小件生產(chǎn)中，很多的螺栓，螺釘?shù)刃⌒突剞D(zhuǎn)類零件都是多件下料的。每加工完一件產(chǎn)品工人都要進(jìn)行“開門—松卡爪—拔料—測尺寸—鎖緊卡爪—關(guān)門—調(diào)用程序”的操作，工件件數(shù)越多，輔助時(shí)間就越多，很不利于提高數(shù)控車床的利用率。只有解決了如何高效的備送料這個(gè)問題，才能充分發(fā)揮數(shù)控車床高精度、高效率的特點(diǎn)，使用數(shù)控車床自動(dòng)棒料拔料器可以解決這個(gè)問題。

圖1拔料器工作圖

2.兩種設(shè)計(jì)方案的分析

棒料拔料器的結(jié)構(gòu)有很多種，結(jié)合我公司實(shí)際，現(xiàn)對(duì)已有的幾種拔料器進(jìn)行比較。第一種，結(jié)構(gòu)如圖1所示，這種拔料器的結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，但每次拔料時(shí)都要先用切槽刀切處一個(gè)預(yù)定尺寸的槽。該拔料器開口的尺寸固定，我公司生產(chǎn)的小型回轉(zhuǎn)類零件均屬小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品的直徑尺寸變化較多。如果選用這種拔料器就需要備有很多不同開口尺寸的，使用和保存起來都很不方便。第二種，結(jié)構(gòu)如圖2所示，這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了開口大小可調(diào)，僅需旋轉(zhuǎn)中間的一根螺桿就可調(diào)節(jié)。中間螺桿螺紋旋向不同可實(shí)現(xiàn)兩加緊塊同步調(diào)節(jié)，但要求兩夾緊塊對(duì)中性較好，要保證同步調(diào)節(jié)，且對(duì)中性好就要使得螺桿和夾緊塊相配合的螺紋精度很高，加工難度大，總體的造價(jià)很高，不太經(jīng)濟(jì)。兩夾緊塊夾緊毛坯時(shí)時(shí)純剛性的，這樣會(huì)使拔料器各處均有很大的應(yīng)力，使用壽命會(huì)比較短。比較上述兩種拔料器且結(jié)合我公司實(shí)際可以得出新型的拔料器應(yīng)具備以下特點(diǎn)，拔料器的開口大小可調(diào)，加工簡單方便，對(duì)中性好，夾緊塊加緊時(shí)有一定的彈性，使用方便，堅(jiān)固耐用。

3.新型數(shù)控車床棒料拔料器的設(shè)計(jì)

根據(jù)我公司加工小型回轉(zhuǎn)類零件棒料毛坯多件下料，產(chǎn)品種類多，毛坯尺寸變化多，產(chǎn)品均屬小批量的特點(diǎn)，還有上述兩種設(shè)計(jì)方案的分析，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方案如圖3所示。這種結(jié)構(gòu)能夠滿足我公司需求具備上述兩種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

3.1刀柄的設(shè)計(jì)：該拔料器是安裝在數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔的一個(gè)到位上的，刀體刀柄截面必須符合標(biāo)準(zhǔn)，由于拔料時(shí)所需的力不是很大所以選擇25mm×25mm的刀柄。

3.2刀體和滑塊配合導(dǎo)軌形式的選擇：滑動(dòng)導(dǎo)軌的形式有很多種。導(dǎo)軌形式的選擇很大程度上決定了加工的難度和整個(gè)拔料器的造價(jià)。最常見的導(dǎo)軌組合形式有雙矩形、雙燕尾、矩形和燕尾根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》常見的導(dǎo)軌組合形式、特點(diǎn)及應(yīng)用，現(xiàn)選擇雙燕尾型導(dǎo)軌。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)向性較好，完全能夠滿足滑塊導(dǎo)向的需要。各個(gè)配合面的粗糙度均為Ra3.2，完全可以用數(shù)控線切割割出，成本較低，加工質(zhì)量容易保證。刀體尺寸的確定。刀體尺寸決定了拔料器開口的調(diào)節(jié)范圍。根據(jù)棒料直徑變化范圍確定拔料器開口的調(diào)節(jié)范圍，然后確定刀體的長度為180mm。最終可得該拔料器的的開口調(diào)節(jié)范圍是3.16mm～85mm。為使整個(gè)裝置比較小巧，確定刀體橫截面尺寸為30mm×40mm。開口尺寸靠螺紋調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式確保了開口尺寸連續(xù)可調(diào)，為降低制造成本采用的是兩個(gè)短螺柱調(diào)節(jié)，這就使得螺柱的制造精度不必和圖2方案中的螺柱精度那樣高。兩短螺柱分別調(diào)節(jié)保證開口尺寸也帶來了一些不便，兩夾緊塊不能同步調(diào)節(jié)對(duì)中性就會(huì)較差。為了解決這一問題可以在刀體的一側(cè)刻線，這樣在調(diào)節(jié)開口大小時(shí)對(duì)中性可以保證，而且開口尺寸大小一目了然，方便使用。

3.3彈簧板設(shè)計(jì)：彈簧板采用60Si2MnA彈簧鋼制造，查材料手冊知該材料熱軋條鋼的屈服強(qiáng)度b=1275MPa。根據(jù)棒料直徑確定拔料器開口尺寸。一般情況下，開口尺寸要比棒料直徑小1～2mm，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)。取棒料毛坯直徑為d，拔料器開口大小為a，計(jì)算彈簧板的夾緊力。由于棒料材料的不同，被兩墊塊卡進(jìn)的深度也不同，計(jì)算中取棒料被兩墊塊各卡進(jìn)Xmm，計(jì)算中取0.6mm。彈簧板的形變量為（2-X）/2mm（參見圖4）。相對(duì)于長度尺寸，彈簧板的形變量很小，可以忽略不計(jì)。因此只需校核該拔料器能拉拔棒料的最大重量即可。在拉拔棒料的過程中，螺紋所受的是純剪切。最大剪切許用應(yīng)力與許用拉應(yīng)力的關(guān)系是[τ]=0.6～0.8[σb]計(jì)算中取 [τ]=0.6 [σb]。

Fmax≤[τ]×S 式中S為每個(gè)齒的剪切面積

S=2a （a=R×Sinθ——θ=arccos（R-X）/R）

棒料材料假設(shè)為45鋼，其[σb]為200MPa。因棒料的直徑越大，剛性越好，棒料所取的長度就可以更長，質(zhì)量就可以更大因此，以該拔料器能夠拉拔棒料的最大直徑來進(jìn)行校核計(jì)算，取棒料的最大直徑為85mm。將所有數(shù)據(jù)代如上式可以計(jì)算的到Fmax≤2848N。上下兩塊墊板上各有22相同的齒，這樣就可以計(jì)算出該拔料器能夠拉拔最重棒料是所用的力為F=44×Fmax=125312N。棒料在車床主軸孔中是滑動(dòng)摩擦的，滑動(dòng)摩擦因數(shù)取0.5，滑動(dòng)摩擦力f=F。

f=M×g×μ可知，Mmax =f/gμ=F/gμ=25062.4Kg

為了使用安全將上面所求的M值，確定安全系數(shù)為0.01，即最大可以拉拔棒料質(zhì)量是250.62Kg。直徑85mm長1000mm的45鋼棒料質(zhì)量是44.2Kg，比較可知，該把拔料器完全滿足使用要求。

4.使用及驗(yàn)證

4.1棒料長度的確定：由于在棒料毛坯的后端無支撐，因此棒料不能太長，否則會(huì)引起棒料的震顫，從而影響車床車削零件的精度。棒料長度與棒料的直徑和材料的密度有關(guān)，一般情況下棒料的長度應(yīng)該小于500mm。當(dāng)棒料的直徑較大時(shí)可以取較長的棒料，棒料的材料密度較小時(shí)也可以取較長的棒料；當(dāng)棒料的直徑較小時(shí)應(yīng)該取較短的棒料，太長會(huì)使棒料后端下垂，增大震顫，棒料的密度較大時(shí)應(yīng)該取較短的棒料。棒料的最佳長度已根據(jù)實(shí)際情況試切確定。

圖4簡化圖

4.2使用方法：先將開口尺寸按棒料的直徑調(diào)節(jié)好，注意按刀體刻線對(duì)中，將拔料器安裝在車床的一個(gè)刀位上，使用時(shí)按調(diào)用刀具來調(diào)用拔料器使用。

4.3驗(yàn)證：在CAK6136數(shù)控臥式車床上加工M20×45的內(nèi)六角螺釘，該機(jī)床主軸孔徑是Φ52mm，系統(tǒng)是FANUC-0T，控制車床卡抓夾緊/松開的指令是M10/M11。使用毛坯為φ45的棒料5件一起下料，工人只需在一次裝夾棒料，調(diào)整好棒料的伸出長度、對(duì)刀并且按實(shí)測拔料長度修訂程序，使拔料長度誤差在0.5mm以內(nèi)，啟動(dòng)程序即可。每加工完一件產(chǎn)品機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行“松卡爪—拔料—鎖緊卡爪—調(diào)用程序”的操作。該拔料器滿足了連續(xù)加工的要求，單件零件的加工的輔助時(shí)間比以前減少了2～3分鐘。

5.結(jié)論

該拔料器的使用節(jié)省了大量的機(jī)床輔助時(shí)間，而且減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了工人一次裝夾完成一根棒料的加工，在批量生產(chǎn)中很大幅度的提高了生產(chǎn)效率。拔料器的開口大小可調(diào)，使用方便，可以適用于多種不同直徑的棒料的加工。組成拔料器的各零件均制造簡單，加工成本很低，易磨損的零件墊塊更換方便。該拔料器的設(shè)計(jì)思想和應(yīng)用為其它數(shù)控機(jī)床工具的研制確定了指導(dǎo)思想，可以為其他NC工具的研制所借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》機(jī)械工業(yè)出版社（2004-09出版）

[2]劉鴻文 主編.《材料力學(xué)》第四版.高等教育出版社