便捷式机床卡爪驱动装置的设计与应用.pdf

便 捷 式 机 床 卡 爪 驱 动 装 置 的设 计 与 应 用 口王伟顺 齐重数控装备股份有限公司 黑龙江 齐齐哈尔 1 6 1 0 0 5 摘要 介绍 了便捷式机床卡爪驱动的工作原理 ， 详细叙述 了该装置的结构 ， 最后 应用实例说 明该装置的可行性 。 关键词 车床卡盘卡爪 中图分类号 T H1 2 2 ； T G 7 5 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 3 0 7 0 0 7 5 0 3 在 机 床 操 作 过 程 中 ， 主 要 的 几 个 步 骤 是 工 件 的 装 夹 、 找 正 、 切 削 、 检 测 和 拆 卸 ， 其 中 工 件 的 装 夹 、 找 正 特 别 重 要 ， 它 对 工 件 的加 工 质 量 、 工 人 的 工 作 效 率 有 着 直 接 的 影 响 。 在 大 型 机 床 上 装 夹 大 型 工 件 ， 通 常 需 要 几 个 人 用 一 根 很 长 的 杠 杆 旋 转 增 力 丝 杠 来 驱 动 卡 爪 夹 紧 工 件 ， 这 种 装 夹 方 式 ， 既 浪 费 时 间 又 费 力 ， 且 常 常 出 现 夹 不 紧 的现 象 ． 给 工 件 的 车 削 带 来 安 全 隐 患 ， 还 会 影 响 工 件 的 加 工 精 度 。 为 了缩 短 装 夹 时 间 ， 并 使 机 床 的操 作 更 具 安 全 性 ． 笔 者 设 计 制 造 了 一 种 便 捷 式 卡 爪 驱 动 装 置 ， 并 在 国 内 首 台 曲 轴 旋 风 切 削 加 工 中 心 C WT1 3 0 x1 4 5上 得 到 了 成 功 的 应 用 ， 目前 已 被 推 广 到 回 转 直 径 3 5 0 0 mm 以 上 的 重 型 卧 式 机 床 中 。 1 工作原理 便 捷 式 机 床 卡 爪 驱 动 装 置 由转 臂 、 弹 性 铰 链 、 水 平 连 接 器 、 平 衡 环 、 支 座 、 电 动 扳 手 、 扳 手 头 、 主 轴 箱 和 弹 性 连 接 -f 4组 成 ， 如 图 1所 示 ，扳 手 头 设 定 有 不 同 的 规 格 ， 可 以满 足 不 同 机 床 丝 杠 方 头 旋 转 的需 要 ， 支 座 通 过 一 个 法 兰 安 装 座 垂 直 安 装 在 主 轴 箱 后 面 靠 近 卡 盘 一 侧 ， 该 装 置 中 装 有 扳 手 头 的 电 动 扳 手 ， 通 过 弹 性 铰 链 、 平 衡 环 、 转 臂 与 支 座 连 接 。 装 夹 工 -f 4时 ， 首 先 选 择 与 卡 爪 方 头 相 匹 配 的 扳 手 头 安 装 在 电 动 扳 手 的 前 端 ， 然 后 压 在 卡 爪 的 方 头 上 。 启 动 操 作 按 钮 ， 此 时 电 动 扳 手 头 开 始 工 作 ， 卡 盘 的 丝 杠 旋 转 ， 驱 动 卡 爪 作 直 线 运 动 。 在 工 件 夹 紧 过 程 中 ， 不 能 选 择 一 次 性 将 卡 爪 旋 转 到 位 ， 而 要 使 所 有 的 卡 爪 分 别 趋 近 工 件 。 并 对 工 件 形 成 预 夹 紧 ， 工 -1 “4预 夹 紧 完 成 后 更 换 与 丝 杠 增 力 杆 方 头 相 匹 配 的 扳 手 头 ， 旋 转 增 力 杆 。 直 到 电 动 扳 手 打 滑 为 止 ， 此 时 工 件 已 经 安 全 夹 紧 。 2 结构介绍 1 转 臂 。它 的左 端 与 水 平 连 接 器 连 接 ， 并 一 同 安 装 在 支 柱 上 ． 支 柱 内 部 安 装 有 轴 承 组 件 ， 在 人 为 力 的 拉 动 下 可 以在 水 平 面 内 转 动 一 定 的 角 度 ， 当 需 要 将 工 件 夹 紧 或 放 松 时 ， 拉 住 电 动 扳 手 向 卡 盘 一 侧 移 动 ， 此 时 转 收稿 日期 2 0 1 3年 1 月 机械制造5 1 卷 第5 8 7 期 臂 向 卡 盘 方 向转 动 一 个 角 度 ，使 电 动 扳 手 很 容 易 接 近 丝 杠 的 方 头 。 2弹 性 铰 链 。它 是 连 接 转 臂 与 平 衡 环 的 连 接 件 ． 它 可 以 在 垂 直 方 向 上 旋 转 一 定 的 角 度 。 当 卡 盘 直 径 不 同 或 工 件 装 夹 部 分 直 径 发 生 变 化 时 ，可 以 使 电 动 扳 手 在 垂 直 于 主 轴 箱 后 侧 面 的 方 向 上 转 动 一 定 的 角 度 ， 从 而 完 成 电 动 扳 手 接 近 工 件 的 预 操 作 。 3 水 平 连 接 器 。它 放 置 在 支 座 上 ， 水 平 连 接 器 下 部 的 轴 头 与 支 座 内 部 的 轴 承 相 配 合 ， 因 此 可 以水 平 转 动 一 定 的 角 度 ，该 角 度 转 动 时 不 受 限 制 。正 负 方 向 均 可 。 一 般 可 根 据 用 户 的 实 际 操 作 需 要 在 支 柱 上 拧 上 两 个 螺 钉 ， 来 限 制 转 动 的 角 度 范 围 。 4平 衡 环 。环 的 上 面 与 弹 性 铰 链 连 接 ， 可 以 在 垂 直 方 向 上 旋 转 一 定 的 角 度 来 满 足 操 作 的 需 要 ， 同 时 平 衡 环 在 该 机 构 不 再 执 行 操 作 时 ．可 以 将 电 动 扳 手 悬 停 在 主 轴 箱 的 后 侧 ，并 且 不 会 对 机 床 的 任 何 其 它 操 作 造 成 影 响 。 平 衡 环 下 面 通 过 弹 性 连 接 -f4与 电 动 扳 手 连 接 。 可 以 平 衡 电 动 扳 手 在 不 同 角 度 上 的 重 量 ， 便 于 操 作 。 5 支 座 。 它 安 装 在 主 轴 箱 上 ，位 置 一 般 比较 靠 前 ， 即 在 主 轴 箱 卡 盘 的 后 侧 ， 操 作 时 比 较 方 便 ， 一 伸 手 就 可 以触 摸 到 电动 扳 手 ，但 必 须 与 主 轴 箱 后 侧 的 电 气 操 作 单 元 分 开 ，避 免 交 叉 ，否 则 会 影 响 机 床 的 切 削 操 作 。 支 柱 分 固 定 法 兰 和 旋 转 法 兰 ， 固 定 法 兰 下 端 安 装 在 主 轴 箱 上 ， 旋 转 法 兰 可 以 在 水 平 方 向上 任 意 旋 转 。 但 操 作 时 通 常 不 需 要 很 大 的 角 度 ， 因 此 只 要 在 支 座 上 拧 上 2 0 1 3 ／ 7 国 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 两 个 螺 钉 就 可 以 限 制 支 座 的 转 动 。 6 电 动 扳 手 。它 是 整 个 操 作 组 件 中 的 动 力 部 分 ， 电 源 线 通 过 平 衡 环 、 弹 性 铰 链 、 转 臂 、 支 座 进 入 到 主 轴 箱 的 内 部 ． 然 后 连 接 到 电 柜 的 电 源 上 ． 所 有 外 部 走 线 必 须 满 足 安 全 防 护 要 求 ， 避 免 漏 电 带 来 不 必 要 的 伤 害 。 操 作 时 拉 动 电 动 扳 -T - 到 卡 爪 位 置 ， 通 过 端 部 左 右 旋 转 ， 可 带 动 扳 手 头 、 增 力 丝 杠 左 右 旋 转 ， 进 而 实 现 卡 爪 的 前 后 运 动 ， 完 成 对 不 同 直 径 工 件 的 装 夹 工 作 。 7 扳 手 头 。它 安 装 在 电 动 扳 手 的动 作 输 出端 部 ， 随 同 电 动 扳 手 端 部 作 旋 转 运 动 ， 操 作 完 成 后 ， 便 捷 式 卡 爪 驱 动 装 置 拉 回原 始 位 置 。 一 般 来 说 ， 扳 手 头 两 侧 都 带 有 方 头 ， 一 侧 与 电 动 工 具 相 配 合 ， 另 一 端 则 与 增 力 丝 杠 的方 头 相 对 应 。 扳 手 头 本 身 必 须 具 有 足 够 的 刚 性 ． 能 够 承 受 足 够 的 扭 矩 而 不 至 于 断 裂 ， 扳 手 头 的 材 料 、 制 造 及 热 处 理 都 是 比 较 特 殊 的 ， 必 须 符 合 相 应 的 制 造 要 求 ， 同 时 还 要 进 行 相 应 的 机 械 测 力 实 验 后 才 能 够 使 用 。 8 主 轴 箱 。主 轴 箱 是 整 个 机 构 的 载 体 ， 笔 者 设 计 的便 捷 式 机 床 卡 爪 驱 动 装 置 选 择 安 装 在 主 轴 箱 的 后 侧 靠 近 卡 盘 处 ， 对 于 重 型 机 床 而 言 ， 由 于 机 床 比较 大 ， 为 了方 便 工 人 的 操 作 ．通 常 都 在 主 轴 箱 的 后 侧 安 装 一 个 走 台 ， 这 样 工 人 就 可 以 站 在 走 台 上 进 行 必 要 的操 作 。 3 实例应 用 以 C WTl 3 0 1 4 5 国 内 首 台 曲 轴 旋 风 切 削 加 工 中 心 如 图 2所 示 为 例 进 行 详 细 说 明 。 已 知 数 据 工 件 最 大 重 量1 8 0 t 。卡 盘 直 径 2 8 0 0 mm， 最 大 工 件 长 度 1 8 m ， 卡 爪 数 量 8个 ， 单 个 卡 爪 夹 紧 工 件 所 需 的 扭 矩 2 2 ． 5 k N m。 丝 杠 旋 转 方 头 5 5。 丝 杠 增 力 方 头 2 2， 增 力 丝 杠 采 用 德 国 “ 卡 可 宝 ” 公 司 的 产 品 。 加 工 方 式 采 用 一 卡 即 1个 卡 盘 和 六 托 即 6个 静 压 中 心 架 。 机 床 主 要 工 作 方 式 机 床 用 卡 盘 来 传 递 扭 矩 ， 并 依 靠 刀 具 的旋 转 来 切 削 工 件 。 首 先 将 工 件 吊 到 机 床 上 方 ．驱 动 6个 静 压 中 心 架 到 曲 轴 不 同 的 位 置 ， 用 表 调 整 至 水 平 ， 操 作 者 在 机 床 的 后 方 转 动 主轴 ，使 8个 卡 爪 中 的 一 个 转 到 操 作 者 所 站 的 位 置 附 近 ，操 作 者 所 站 的位 置 应 该 是 主 轴 箱 走 台 靠 前 的 一 侧 ，使 工 人 操 作 扳 手 使 正 好 处 于 人 体 偏 右 的 位 置 。 然 后 从 操 作 箱 中选 择 5 5的扳 -T - 头 安 装 在 电动 扳 手 的 前 端 ， 把 电 动 扳 手 对 准 丝 杠 方 头 5 5， 并 压 人 。 同 时 根 据 机 床 承 重 扭 矩 等 已知 数 值 ，设 定 扭 矩 扳 手 的 扭 矩 数 值 为 2 2 ． 5 k N i n， 旋 转 丝 杠 ， 使 卡 爪 向趋 近 于 工 件 的 方 向 运 动 ， 直 至 扭 矩 扳 手 打 滑 为 止 ， 再 转 动 卡 盘 ， 并 重 复 上 述 操 作 过 程 ， 分 别 对 其 它 几 个 卡 爪 进 行 趋 近 操 作 至 2 0 1 3 ／ 7 卡 爪 驱 动 装 置 打 滑 ， 至 此 ， 工 件 的 预 夹 紧 完 成 。 下 一 步 需 要 对 工 件 进 行 增 力夹 紧 操 作 ，首 先 卸 下 5 5的 方 头 ． 选 择 与 增 力 方 头 2 2相 同 的 扳 手 头 安 装 在 电 动 扳 手 头 的 前 端 ， 旋 转 方 头 此 时 丝 杠 的 内增 力 机 构 发 生 变 形 ， 增 力 机 构 向 前 移 动 ， 至 电 动 扳 手 打 滑 为 止 ， 使 卡 爪 牢 牢 地 夹 紧 工 件 ， 然 后 转 动 主 轴 以 相 同 的 方 式 进 行 增 力 夹 紧 操 作 ， 至 卡 爪 驱 动 装 置 打 滑 为 止 ， 整 个 操 作 结 束 。 开 动 机 床 使 工 件 处 于 旋 转 状 态 ， 用 表 检 测 ． 数 值 稳 定 ， 开 动 刀 架 对 工 件 重 切 处 理 ， 表 的 数 值 仍 稳 定 ， 说 明 此 次 操 作 获 得 成 功 。 对 于 其 它 机 床 而 言 ，工 件 的 装 夹 工 作 步 骤 基 本 一 致 ，但 对 于 超 重 载 的 零 件 ， 一 般 需 要 进 行 两 次 预 夹 T 作 。 当第 一 次 预 夹 操 作 工 作 结 束 后 ， 操 作 机 床 的 主 轴 进 行 缓 慢 的 旋 转 ， 大 约 半 个 小 时 后 时 间 可 根 据 操 作 工 人 的 工 作 经 验 而 定 ， 进 行 第 二 次 预 夹 工 作 ， 工 作 的 步 骤 与 第 一 次 预 夹 工 作 步 骤 完 全 相 同 。 无 论 是 通 过 几 次 预 夹 操 作 ，工 人 必 须 根 据 工 件 重 量 与 扭 矩 的 匹 配 关 系 进 行 操 作 ， 不 允 许 误 操 作 ， 否 则 将 会 导 致 工 件 夹 不 紧 或 夹 头 断 裂 的 严 重 后 果 。 C WTl 3 0 1 4 5曲 轴 旋 风 切 削 加 工 中 心 主 要 加 工 对 象 为 船 用 曲轴 ， 曲 轴 在 旋 转 过 程 中 会 产 生 很 大 的 偏 心 力 ， 对 机 床 夹 紧 装 置 的稳 定 性 要 求 比较 苛 刻 ． 便 捷 式 机 床 卡 爪 驱 动 装 置 在 该 机 床 上 成 功 应 用 ，说 明 该 装 置 具 有 一 定 的 稳 定 性 ， 具 有 一 定 的 推 广 价 值 。 4结论 该 装 置 在 C WT1 3 0 X1 4 5国 内 首 台 曲 轴 旋 风 切 削 加 工 中心 上 的成 功 应 用 ， 说 明结 构 设 计 达 到 了 预期 的 目的 ． 通 过 以 上实 验 结 果 说 明该 新 型 便 捷 式 机 床 卡 爪驱 动装 置 具 有操 作 方 便 ， 安 全 可 靠 的优 点 ， 不 仅 能 够 保 证 工 件 装 夹 牢 固 ， 而 且 还 大 大 降 低 了操 作 过 程 的 劳 动强 度 ， 提 高 了工 作 效率 ， 在 重 型 机 床 上 具 有 很 高 的 推广 价 值 。 机械制造 5 1 卷 第 5 8 7 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基子 S OA的 P D M与 C AP P系统集成技木研究 口王帅 口田锡天 口黄利江 西北工业大学 C A P P与制造工程软件研究 所西安7 1 0 0 7 2 摘 要 为 了克服传统企业 P D M和 C A P P应用 系统集成所采用的点对 点或基 于 中间件集成方式的缺点和不足 ． 提 出 了一种基于 S O A 面向服务架构 的 系统 集成方案 。在该集成方案 中， 把 P D M和 C A P P系统的不 同功能单元 包装成服务 ， 通过这些服务之间定义的接 口和契约将 它们联 系起 来，从 而使构建在 P D M和 C A P P系统 中的服务 可以使 用一种统 一和 通用的方式进 行交互。该集成方式解决了传统 P D M 和 C A P P集成 中面临的紧耦合 、 重用能力低、 灵活性差等 问题。 关键 词 系统集成 面向服务 的架构We b服务 中图分类号 T H1 2 2 ； T P 3 9 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 3 0 7 0 0 7 7 0 5 随 着 信 息 技 术 的 不 断 发 展 和 企 业 业 务 的 多 样 化 ， 企 业 为 了 增 强 自身 的 竞 争 优 势 ，在 信 息 化 建 设 中 投 入 了 大 量 的 资 金 和 人 力 。 企 业 使 用 的 软 件 及 拥 有 的 内部 系 统 越 来 越 多 ， 比 如 P DM 系 统 、 CA P P 系 统 、 E RP 系 统 等 ， 这 些 系 统 之 间 相 互 交 叉 ， 有 着 重 复 的 信 息 和 数 据 ， 这 便 催 生 了 E AI En t e r p r i s e Ap p l i c a t i o n I n t e g r a t i o n 即 企 业 应 用 集 成 的 产 生 1 - 3 3 。 其 中 ， P DM 和 C AP P之 间 的 集 成 作 为 企 业 应 用 集 成 的 重 要 组 成 部 分 越 来 越 被 企 业 所 重 视 。 传 统 P DM 和 C AP P集 成 方 式 不 外 乎 点 对 点 集 成 和 基 于 中 间 件 的 集 成 。点 对 点 集 成 方 案 的 基 础 架 构 较 为 脆 弱 ， 每 一 个 连 接 都 需 要 单 独 开 发 相 应 的接 口程 序 ， 缺 少 灵 活 性 ， 并 且 很 难 保 证 数 据 的 及 时 传 递 和 一 致 性 ， 这 种 解 决 方 案 只 能 构 建 在 各 自系 统 中 ． 应 用 之 间 的 藕 合 度 较 高 ， 实 际 应 用 范 围 较 为 狭 窄 。 基 于 中 间 件 的 P DM 和 CAP P集 成 在 灵 活 性 和 扩 展 性 方 面 都 较 点 对 点 集 成 好 ，利 用 分 布 式 对 象 技 术 也 能 很 好 地 实 现 分 布 式 计 算 ， 而 且 也 取 得 了 相 当 大 的 收 益 。 但 是 在 I n t e me t 环 境 下 。 由 于 不 同 厂 商 提 供 的 组 件 各 自有 一 套 独 立 体 系 结 构 和 私 有 协 议 。不 同组 件 之 间 无 法 进 行 直 接 的数 据 交 换 和 数 据 共 享 ， 因 而 组 件 之 间互 操 作 十 分 不 便 ， 实 施 起 来 通 常 会 涉 及 到 使 用 私 有 集 成 适 配 器 ，这 必 将 导 致 更 高 的 费 用 和 复 杂 的 连 接 性 ．从 而 限 定 了 它 们 在 I n t e r n e t 下 的 广 泛 应 用 。 传 统 的 P DM 和 C AP P集 成 成 本 高 ． 而 且 不 具 备 灵 活 性 ， 另 外 ， 该 集 成 方 法 也 不 能 很 好 地 支 持 企 业 应 用 收稿 日期 2 0 1 3年 r 月 系 统 随 着 业 务 需 求 的 变 化 而 自 由调 整 。 在 不 改 变 原 有 企 业 P DM 和 C AP P应 用 系 统 的基 础 上 ． 基 于 面 向 服 务 架 构 S OA 的 企 业 应 用 集 成 方 案 开 始 为 越 来 越 多 的 I T 人 员 所 青 睐 ， 本 文 结 合 笔 者 在 某 航 空 企 业 所 做 的 P DM 和 C AP P集 成 工 作 来 具 体 阐 述 这 一 方 案 。 1 基 于 S OA的 P D M／ C AP P系统集成 架构 S OA 的 核 心 理 念 就 是 服 务 ． 是 组 织 服 务 的 一 种 架 构 模 式 。S OA 通 过 应 用 组 件 和 传 输 协 议 的 松 散 耦 合 服 务 的传 输 协 议 透 明 化 ， 服 务 的 即 时 绑 定 服 务 位 置 的 透 明 化 ， 从 而 实 现 业 务 组 件 虚 拟 化 ， 造 就 一 个 虚 拟 集 成 架 构 或 者 集 成 平 台 服 务 总 线 ，这 样 使 服 务 集 成 不 受 任 何 限 制 ， 可 以 以 服 务 组 件 形 式 同 时 集 成 现 有 P DM 和 C AP P系 统 的 各 个 功 能 模 块 ． 以 及 集 成 将 来 开 发 的 其 它 新 功 能 模 块 ， 同 时 也 可 以根 据 企 业 的 需 求 随 时 更 换 这 些 服 务 组 件 。 为 了 解 决 C AP P 的 某 些 管 理 功 能 与 P DM 的 管 理 功 能 之 间 存 在 的 重 叠 和 冲 突 ． C AP P保 留 工 艺 设 计 、 工 艺 知 识 管 理 、 工 艺 过 程 管 理 等 一 些 原 有 功 能 ． 而 将 剩 余 管 理 功 能 部 分 与 P DM 系 统 进 行 集 成 ，充 分 利 用 P DM 系 统 完 备 而 强 大 的 管 理 功 能 ． 在 传 统 P DM 和 C AP P系 统 集 成 的 基 础 上 ， 提 出 了 如 图 1所 示 的 C AP P与 P DM 的 S oA 集 成 解 决 方 案 。 实 现 基 于 S OA 框 架 下 的 P DM 和 CAP P 系 统 集 成 ， 需 要 在 分 析 企 业 相 关 需 求 的 前 提 下 ， 经 过 一 定 量 的 定 制 ，构 建 满 足 企 业 实 际 要 求 的 集 成 架 构 。 基 于 S O A 的 P DM／ C AP P集 成 架 构 需 要 解 决 以 下 几 个 关 键 问 题 参 考 文 献 [ 1 ] 机床设计 手册组． 机床设 计手册 [ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ． 1 9 8 0 ． [ 2 ] 唐 金松． 简明机 械设计手 册 [ M] ． 上 海 上海科 学技术 出版 机械制造5 1 卷 第 5 8 7 期 [ 3 ] [ 4 ] 社 ． 2 0 0 9 ． 闻邦椿． 机械设计手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 1 0 ． 於 贻琛． 精 密机床 [ M] ． 上海 同济大学出版社 ， 1 9 8 9 ． △ 编 辑 禾禾 2 0 1 3 ／ 7 圄 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m