基于數字化加工的柔性花盤的研究及應用

馬英霞 錢立民

【摘 要】本文著重解決普通車床夾具與數控車床液壓卡盤的柔性連接。設計了一種柔性花盤，以液壓卡盤上常用的軟爪作介質，將使用法蘭盤或莫氏錐度為連接方式的普通車床夾具過渡到這種花盤上，在數控車床上實現柔性連接，方便、實用；并為數控車床夾具的設計和制造提供了標準化的連接窗口，最大限度地降低了車床夾具的成本。

【關鍵詞】液壓卡盤 柔性連接 花盤 通用性 經濟性

隨著數字化制造技術的發展，數控設備逐漸代替了普通設備，同時在普通車床上加工零件的專用夾具也被適合在數控車床上加工這些零件設計的新專用夾具代替，但這些新夾具只適合一臺或同型號的數控車床使用，無通用性。于是存在大量的普通車床夾具被閑置，又需花費大量的人力、時間、財力去設計制造新的車床夾具。

1 車床夾具的使用現狀

目前，主要采用以下幾種方式或方法來解決車床夾具的使用問題。

1.1 用反三爪夾持大夾具體

將夾具上的法蘭盤卸掉，用反三爪夾持找正環兩邊的較短的圓柱體。如圖1上箭頭所示的兩段圓柱體。

圖1某車床夾具

因反三爪的長度限制，一般情況下只能夾持靠基準端面一邊的短圓柱。夾具較大，夾持的圓柱體太短，主軸轉起來很危險，在切削抗力的作用下容易發生安全事故。

1.2 用正三爪夾持小夾具

這種裝夾方法與上述大夾具的裝夾方法幾乎相同，用正三爪替代反三爪。

制造的夾具大多如圖2、圖3所示。若沒有圖2所示的圓柱面供三爪夾持，需在莫氏錐柄上車出一段圓柱體，供三爪夾持使用，如圖3。

圖2 莫氏錐柄夾具 圖3 直柄夾具

這種小夾具找正不容易。隨著使用次數的增加，夾傷痕跡會越來越多，夾具的使用性能將會越來越差。

1.3 采用老式花盤連接夾具

要將老式花盤裝到數控車床的主軸上，需要做一套輔助裝置，或者是對該花盤的背面進行加工，使其與主軸實現連接。問題是這套裝置只能在這臺設備上或同品牌的設備使用，沒有互換性，如圖4所示。

圖4 老式花盤

另外，這種花盤沒有定心裝置，缺少重力支撐點，夾具體用螺釘連接到花盤上后，旋轉中心沒有參照物可供參考，開始找正費時費力，且還有安全隱患。

1.4 專用車床配專用夾具

圖5所示是一臺簡易數控車床，因其主軸的外接口與CA6140型車床完全一致，曾經很受歡迎。但目前，我廠只擁有一臺這樣的設備。圖6所示的貨架上的夾具都是為這臺車床制作的專用夾具，別的設備無法使用。

這臺設備有兩大缺陷：一是刀位較少，只有四個，很難在一次裝夾中完成較多尺寸內容的加

圖5 簡易數控車床 圖6 專用車床夾具

工；二是該機床是手動變速，無法使用G96進行恒線速度的車削，加工出來的零件端面質量較差。

1.5 夾具擱置，用加工中心代替車床

加工中心的功能比較強大，在許多時候都能完成數控車床的加工內容。但從生產效率上看，數控車床在許多情況下優于加工中心。比如，某殼體零件上有一段50mm長，規格為M30x2-6h的外螺紋，其外圓的加工余量為4mm。在數控車床上加工，車外圓，切退刀槽，車螺紋，再用外圓刀和螺紋刀對螺紋毛刺進行清理和修光，大約需要5分鐘時間。在加工中心進行加工，需要35分鐘左右，再加上鉗工5分鐘的去毛刺時間，實際的加工時間應為40分鐘。5分鐘與40分鐘的差異，也就是這個零件在數控車床與加工中心的差異。

拋開效率不說，有些零件的加工內容，加工中心很難替代數控車床，或根本替代不了。

圖7 某前殼體零件的加工工序圖

圖7所示的某前殼體零件，若是采用銑削加工，∮47.6的孔只能采用直徑小于5mm、長度大于60mm的銑刀進行加工，這樣刀具的強度很差；加工78°30′和45°的型面需訂購專用刀具，因為接觸面積較大，振動和讓刀現象在所難免。在尺寸、精度、表面光潔度等方面，銑削加工的質量要比車削加工低很多。

2 花盤的設計

2.1 花盤的結構設計

（1）設計思路。車床夾具，主要采用法蘭盤或莫氏錐柄與車床主軸連接，為了使車床夾具重新使用，故花盤的結構需考慮與法蘭盤或莫氏錐柄的連接，對于小型夾具使用孔定位連接，對大型夾具使用止口定位連接。因此花盤定位孔的尺寸根據車床夾具使用的最小莫氏錐柄大端直徑設計，花盤定位止口的尺寸根據車床夾具法蘭盤內孔的尺寸大小設計。

（2）整體結構。根據上述設計理念，將花盤設計成如圖8所示結構。

圖8 花盤結構示意圖 圖9 軟爪工程圖

（3）軟爪的設計。簡便的方法是將普通軟爪進行改制，增加螺紋連接，如上圖9所示。

2.2 花盤材料的選擇

花盤所用的材料，以使用性能優良、韌性和強度高，且經濟實用為原則。