基于Pro_E的钻头锥螺纹加工专用铣床动力夹具设计

1、2010年8月第38卷第16期机床与液压MAC H I NE TOOL&HYDRAULICSAug 12010Vol 138No 116基于Pro/E的钻头锥螺纹加工专用铣床动力夹具设计刘凤国(徐州师范大学机电工程学院, 江苏徐州221116摘要:根据钻头锥螺纹结构特点, 利用P ro /E进行3D 建模, 模拟加工过程中刀具与工件的相对运动, 设计专用铣床动力夹具。该夹具采用同时装夹的加工方式, 应用三爪自定心卡盘定位、夹紧, 设计用于钻头长度限位的可调支承装置, 实现了3个、多长度规格钻头在一套夹具中装夹。选用一台电动机经减速箱拖动3个零件同时进行回转运动, 配合工作台带动零件的直

2、线运动, 实现锥螺纹加工。结果表明, 应用P ro/E设计专用动力夹具可进行立体装配、实时修改, 缩短设计周期, 降低设计成本, 使设计的专用动力夹具结构合理, 适用于大批量、多规格木工钻头锥螺纹的加工, 零件装卸快捷、生产效率高。关键词:锥螺纹; 铣床夹具; 可调支承; 多长度规格中图分类号:TG75113 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2010 16-016-2Dynam ic C lam p D esign for C on ica l T hread M ach i n ing of Dr ill B its in M illingM ach i n e Based o

3、n Pro /ELI U Fengguo(College ofMechanical and E lectrica lEngi n eeri n g , Xuz hou Nor m alUn i v ersity , Xuz hou Jiangsu 221116, Ch i n aAbstr ac t :Accordi ng to the structural character i stics of conica l thread of dr ill b its ,the 3D m ode lwas builtw it h P ro /Eto si m ulatethe re lati ve

4、m otio n be t w een tool and workp i ece duri ng process . A dyna m ic c l amp special for the m illi ng m ach i ne was desig ned . In this cla m p , the processi ng style by which t he workp i ece was i nstall ed and cla m ped at the sa m e ti m e was adopted , with the app licati on of three 2ja w

5、 self 2center i ng chuck to fit and cla m p t he workpiece . An ad j ustable supporti ng devi ce was desi gned to li m it t he b it length . By this support , t hree b its w it h d ifference l ength cou l d be c l amped by a set of c la m pi ng apparatus . Co mb i n i ng the rota ry m oti ons of the

6、 three parts dr i ven by a motor through a reduc ti on gearbox , with the li near moti on dr i ven by the worktable , the con i ca l t h read process 2i ng was ach i eved . The results sho w tha t the applica tion of Pro /E for the desi gn of spec ial dynam ic cla m p can rea lize three 2d i m ensio

7、 n 2a l asse mb l y , rea l 2ti m e mod ificati on , and shorten t he desig n cycle , dec rease the desi gn costs . Th i s spec ial dynam ic cla m p with a rea 2so nable structure is suitable for t he massi ve pro duc ti on of the woo d conical thread bit w i th var i ous specificati ons . The l oad

8、 i ng and un 2load i ng of t he parts a re convenien t and the pro ducti on effic i ency is h i gh .K eyword s :Co n ical thread ; C la m p spec i a l for m illi ng m achi ne ; Adj ustab le support ; M u lti 2length specifica ti on木工钻头的生产制造, 国内采用专用机床、专用夹具单工序、单件加工的方式, 占用设备多、质量不稳定、生产效率低。国外采用数控机床加工, 质量

9、稳定, 但制作周期长、生产成本高。木工钻头是市场需求量较大的一种产品, 研究木工钻头多工件装夹的动力专用夹具具有一定经济与技术效益。螺纹部分的三维图如图3 所示。1 木工钻头三维数据图及结构分析111 木工钻头三维数据图图1所示是一种木工钻头零件图, 钻头前端螺纹锥度为1B 2, 螺距为115mm , 螺纹牙深018mm, 螺纹长度12mm, 采用专用铣刀铣削加工。生产类型为大批量生产, 木工钻头的三维数据图如图2所示, 锥图1 木工钻头零件图收稿日期:2009-07-22基金项目:徐州师范大学自然科学基金项目(06XLA23作者简介:刘凤国(1975 , 男, 实验师, 主要研究方向为数控技

10、术、模具设计。电话 E -mai:lli ufengguo xznu 1edu 1cn 。 如图4所示, 动力夹具由夹具体1、减速箱2、中间传动轴3、主轴箱4、卡盘5等主要部分组成。工作过程为:电动机经皮带轮驱动减速箱2中主动轮转动, 经减速齿轮组减速后驱动中间轴3上左端从动齿轮, 带动中间轴3转动, 中间轴3右端主动齿轮同时驱动分别安装在3个主轴上的齿轮带动3个主轴同图2 木工钻头三 维数据图图3 钻头锥螺纹部分三维图时转动, 经卡盘5驱动工件6同时转动。工件的直线进给运动由夹具体与铣床拖板联接, 由拖板带动夹具完成直线进给运动。112 木工钻头结构分析木工钻头

11、切削部分的环切刃是钻孔主要切削刃, 头部锥螺纹作为导向部分, 引导钻尖的前进方向, 同时由螺旋形的沟槽排屑。按直径规格划分, 有<644mm 共21种不同直径的规格, 钻头的总长度在120600mm 之间。图1是钻头直径为<14mm 、长度为230mm 的木工钻头零件图。设计中, 以该零件作为动力夹具设计的基本零件。钻头材料为45钢, 表面(特别是沟槽表面 应进行发黑处理, 工作表面采用淬火处理(淬火范围在不小于离钻尖20mm 刃沟的长度上, 硬度为HRC3842。2 锥螺纹加工工艺分析211 钻头加工工艺安排粗、精车钻头的外圆及柄部, 粗、精铣螺旋槽及平面, 粗、精铣环切刃, 粗

12、、精铣锥螺纹, 淬火, 磨环切刃刃口及外圆。212 加工锥螺纹的运动分析专用盘铣刀做切削回转运动, 钻头工件在动力夹具中的卡盘带动下做回转运动, 动力夹具在拖板带动下作直线运动, 3个运动复合完成铣削锥螺纹的切削加工完运动。3 动力夹具结构设计311 动力夹具三维结构图312 定位、夹紧机构设计动力夹具的定位夹紧机构由三爪卡盘5和可调支承装置(安装在主轴套筒后端 组成。工件定位由卡爪与后端可调支承共同限制5个自由度, 工件夹紧由三爪卡盘卡爪夹紧。卡盘5可适应<644m m 共21种不同直径的木工钻头的定位与夹紧, 可调支承装置可满足钻头总长度在120600mm 之间变化的要求, 保证带切

13、削锥螺纹部分与铣刀的相对位置, 因此, 在该动力夹具中可以加工所有规格的木工钻头。313 主轴箱结构设计如图5所示, 主轴箱的结构布局形式为3个主轴轴线呈正三角形分布, 使3个主轴套筒可同时转动, 保证工件的回转运动。3个卡盘通过过渡盘呈阶梯布局, 与复合铣头配合实现3 个工件的同时加工。图5 主轴箱结构图 图6 减速箱传动结构图314 减速箱结构设计如图6所示, 减速箱由箱体、箱盖、轴和二级减速齿轮组等组成。电动机安装在减速箱盖上, 齿轮组自上而下分级减速, 中间轴安装在减速箱的最下端。4 结论(1 利用Pro/E的三维工件造型, 有利于工件加工过程中切削运动的分析。(2 采用三维立体装配动

14、力夹具, 便于设计与运动干涉检查。(3 利用P ro/E进行夹具设计, 可以对参数进(下转第49页1 夹具体 2 减速箱 3 中间传动轴 4 主轴箱5 卡盘 6 工件图4 动力夹具装配结构图驱动加料装置, 油缸的直径为125mm , 活塞杆的直径是90mm, 这样270L 炼胶机液压压料装置可以产生240k N 的压力。因此, 液压压料装置产生的压力比气动压料装置的高, 而且液压系统的压力还有一定的余量, 还可以提高。以后, 伴随着电液比例伺服技术的应用, 大规模蓬勃发展起来的一种新型炼胶机。这种炼胶机的许多新特点, 已经被众多轮胎工厂所认可, 成为新建轮胎工厂的主流机型。随着对电液比例伺服系

15、统研究的深入, 相信在更多的工业场合、更多的机械设备中, 电液比例伺服系统都能发挥出巨大的作用。412 高精度子午胎胶料的炼制对炼胶机压料装置不仅在强度上有很高的要求, 而且在力量控制的精度上也有很高的要求。在精度控制上, 液压压料装置炼胶机和气动压料装置炼胶机有以下的几个方面的不同。气动压料装置使用的传动介质是空气, 众所周知, 空气是可以压缩的, 就好像是一个弹簧, 体积的大小随着受力的大小而变化。而液压压料装置使用的传动介质是液压油, 在有关工业工程的领域内液压油的体积变化量都公认为0。所以从空气和液压油的特点上不难看出, 液压系统的控制精度比气动系统的更高。由于液压压料装置有了比较高的

16、控制精度, 当压力给定信号接近于0的时候, 就可以对压砣进行多种不同程度的/浮动0控制。而气动压料装置只能做一种/浮动0动作。413 高速度液压压料装置炼胶机压砣油缸的运行速度非常快。因为液压压料装置有压力高和控制精度高的特点, 在使用中, 可以加快压砣的运行速度。这两者是缺一不可的, 因为如果没有足够的压力, 压砣就没有强大的动力, 就不可能产生很快的速度。然而, 如果仅有很大的动力, 而控制精度不够高的话, 势必出现过大的冲击, 产生运动不平稳的现象, 这样会减少机器的寿命, 甚至撞坏机器。由于电液比例伺服系统能精确地控制加料装置的速度, 解决了油缸的快速缓升和快速缓降的问题, 减小了油缸

17、换向时的冲击。通常270L 液压压料装置压砣单向行程的运行时间可以整定到4s , 370L 液压压料装置压砣单向行程的运行时间可以整定到5s 。而原气动压料装置的270L 炼胶机其单向行程的运行时间往往在7s 以上。414 变压的操作工艺液压压料装置炼胶机其加料装置的压力和转子的转速可以在炼胶过程中, 根据工艺要求随时进行变化。在运行程序中设定出变化的压力给定信号, 压力系统的执行元件都会快速地随动。上述的压力控制在响应时间和超调量等动态指标方面都能够以毫秒级的速度对给定信号进行跟随, 具有优秀的动态特性和稳态特性, 从而为炼胶机的使用者提供了广阔的使用空间。5 结束语总之, 液压压料装置炼胶

18、机是在进入21世纪参考文献:=1>武鹏飞, 吴张永, 李红星, 等. 电液比例控制技术在铜电解铣耳机上的应用研究J.机床与液压, 2009, 37(5:94-95.=2>黄增, 金瑶兰, 李博. 伺服比例阀的发展J.液压与气动, 2009(1 :76-79.=3>雷天觉. 新编液压工程手册M .北京:北京理工大学出版社, 1998. =4>袁宏杰, 李传日, 姚金勇. 通用电液伺服阀自动测试系统研制J.机床与液压, 2009, 37(1 :105-106.(上接第17页行实时修改, 提高设计效率, 缩短设计周期。(4 采用动力夹具实现工件回转运动、夹具直线进给运动与铣刀的