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精密制造与自动化 2016年第2期 19 出轴端轴承档轴承档拨杆鸡心夹头工件拨盘皮带轮 适合电机轴磨削的磨床结构改造方案 崔 琴（上海机床厂有限公司 上海 200093）摘 要 采用传统固定顶尖，由头架拨杆带动工件旋转的数控磨床，虽可实现一次装夹磨削各档外圆，但会因结构限制需调头磨削，种类单一且批量大的台阶电机轴，还能适用。但随着市场需求的变化，电机轴呈现长短不一，多品种、多批次、小批量化，将头架改为回转主轴头架，同时配置驱动顶尖，尾架改为液压尾架，并增大行程，可实现一次装夹加工全部外圆，改掉了传统两次夹持加工下节奏慢，效率低的问题。关键词 电机轴磨削 液压尾架 数控外圆磨床 1 1 改造概述改造概述 电机轴是一种多台阶轴，加工面为两端轴承档及出轴端，如图 1 所示。在数控外圆磨床上加工时，装夹方式为头尾架死顶尖支承，然后由头架拨杆带动工件旋转，一般先加工右侧轴承档外圆，再调头加工左侧两档外圆。随着市场需求的变化，用户越来越重视加工节拍。目前电机轴呈现长短不一，多品种、多批次、小批量化，如仍调头磨削则需要两次装夹加工，并且每调一次头量仪也需要相应调整位置，导致节奏慢，效率低。所以有电机轴用户要求在不改变现有磨床的结构和用途的前提下，通过改造，实现一次装夹加工全部外圆。2 2 零件要求分析及装夹方式零件要求分析及装夹方式 工件按照加工档尺寸进行分组，以其中一组进行分析，其余同理。零件简图如图 1 所示，共三档外圆需要加工，且总长度变化范围在 100 mm 内。图图 1 电机轴电机轴示意图示意图 此工件右侧不需要加工端太短，在原磨床上只能按传统方式先夹持左侧，加工右侧轴承档；然后调头再加工左侧出轴端和轴承档。因尾架伸缩量只有 30mm，当工件长度变化超出这一范围时，就要移动尾架，这样就增加因移动尾架而带来的重复调整锥度问题。针对以上问题，拟定以下改进方案：头架配置驱动顶尖，尾架改为液压结构控制回转顶尖伸缩，同时根据工件长度变化范围配置一组加长尾架顶尖。3 3 部件结构改进部件结构改进 3.1 3.1 头架改进头架改进 原磨床配置的头架主轴由螺母锁紧在体壳上不可回转，工件旋转由头架电动机经一级变速，通过安装在拨盘皮带轮的拨杆带动工件上的鸡心夹头转动来实现，如图 2 所示。现改为回转主轴头架，同时配置驱动顶尖。图图 2 主轴不可回转头架结构简图主轴不可回转头架结构简图 设计与开发 精密制造与自动化 2016年第2期 20 拨盘带动块驱动顶尖拨盘皮带轮工件油缸尾架主轴球面连接件驱动顶尖是一种新型的机床附件，依靠驱动卡爪嵌入工件端面使其带动工件旋转，从而完全代替鸡心夹头，如图 3 所示。驱动顶尖有两种工作方式，分别为顶尖头伸缩顶爪不动和顶尖头不动顶爪伸缩。因为顶尖头伸缩产生磨损会降低机床几何精度中头尾架连线相对工作台的平行度，所以设计时采用了主轴可回转的结构方式。该结构中顶爪伸缩又分弹簧式和液压式。如采用液压式需在头架内部增加两路油路控制顶爪伸缩，考虑到改造成本及周期，这里采用了靠弹簧伸缩顶爪结构，直接在同系列回转头架上安装驱动顶尖，拨盘皮带轮通过带动块带动主轴及顶尖旋转，如图 4 所示。图图 3 驱动顶尖支承工件端面驱动顶尖支承工件端面 图图 4 主轴可回转头架结构简图主轴可回转头架结构简图 3.23.2 尾架改进尾架改进 原尾架顶尖伸出靠压簧力，缩回可手动或液压控制，行程 30 mm。现改为在尾架主轴上直连液压 油缸，通过油缸活塞杆左右移动实现尾架主轴伸缩，并在保持支承刚度的基础上行程增加至 50 mm（如图 5），连接尾架主轴与油缸活塞杆的零件表面做成球面，这样可以减小前后轴不同心引起的装配误差。图图 5 液压尾架液压尾架 3.33.3 尾架液压回路设计尾架液压回路设计 根据在液压回路中的工况（如图 6 所示），通过一个三位四通阀，实现脚踏板压下时，尾架主轴缩回，放开时主轴伸出，断电时保持在中位；为防止在运转中工件因突然断电而掉落的情况，在回路中增加两个液控单向阀，实现对尾架液压缸的双向锁紧，锁紧时两个液控单向阀的控制油口均通油箱，保证锁紧可靠1。另外在回路加一个节流调速阀调节尾架顶尖伸出速度。图图 6 液压原理图液压原理图 根据选购的头架驱动顶尖预定系统最高压力为2MPa，然后根据工件受力情况校验加工最大工件时，尾架推力是否满足要求。磨削过程中产生的磨削力（用 F 来表示总的磨削力）可以分解为三个彼此相互垂直的分力，如图 7 所示。崔 琴 适合电机轴磨削的磨床结构改造方案 21 图图 7 工件受力分析工件受力分析 第一个分力是作用于工件切线方向的切向力 Fc，它影响砂轮切削功率的大小。第二个分力是沿着砂轮(或工件)半径方向的径向力 Fp。第三个分力是沿着工件轴线方向的轴向力 Ff2。根据经验公式：Fc=CFc apa Vw fa