一种车床轴向可调定位装置的研究

摘要：保证零件的轴向定位是现代车削制造中的难点，如今通用的三爪卡盘不具备轴向定位功能，传统定位装置只适用于短轴类零件的装夹加工，无法满足现有产品的加工。我发明的车床轴向可调定位装置则有效的解决了这个难题，该装置可以实现快速轴向限位装夹，工艺基准统一，加工尺寸一致性好，生产效率高，尤其适用于小批量多品种加工场合。

关键字：主轴孔内，轴向定位，车床

一、项目研究背景

现代车削加工越来越多面对的是多品种、小批量生产，产品加工精度及质量要求越来越高，其装夹调整所需的辅助时间大大增加，轴向定位必须要实现很高的重复精度和做到方便快速的调整，因为只有装夹所以调整时间越短，生产效率才能提高，重复精度越高，生产质量也越高，从而取得更大的经济效益。

轴类零件装夹通常采用三爪卡盘，但现有三爪卡盘不具备轴向定位功能。无法保证轴向定位的准确，产品加工时，装夹调试会导致时间过长，机床生产效率降低，无法保持长度方向一致，批量生产加工困难，直接影响产品整体加工质量。

二、项目研究分析

下面仅以手工车削的轴类零件总长需要数控批量车加工的工件总长为一例：车床切削及数控车床在加工各种轴类零件时，往往需要采用先车端面、车对面总长，再车端面外圆长等其他尺寸条件至完成图样上规定尺寸。车端面时，先车一面，车光车平即可，卸下工件后，测量总长，调头装夹，车另一端面，由于传统三爪卡盘无法实现准确的轴向定位。往往为了车对总长，需要频繁拆卸工件进行车削与测量，直到总长达到图纸要求。为了加工出一个合格的总长需要多次装夹。

数控车床在加工前必须经过对刀，建立工件坐标和确定刀补，才能进行数控车削。批量车削加工时轴类零件的端面是定位 基准，也是编程基准。零件安装在机床上位置若存在偏差，批量生产则需每个进行对刀，进行刀补调整。批量化生产效率及加工质量难以保证。由此可见，有时零件图纸对端面、总长要求不高，但对于数控加工及批量生产则必须提高定位精度及尺寸精度。

三、项目设计思路

制造业中如何提高产品质量和效益，分析产品质量可能存在的问题，经过资料查询，反复思考，我想能否在三爪卡盘上进行一些改进获增加一些装置来解决轴向定位的问题，传统改造三爪卡盘的方法存在装卸、调整不方便，改造费用高，甚至会破坏卡爪的结构和影响卡爪的寿命，适应范围小而且传统改造方法均只适用于短轴类零件的装夹加工。而对需要装夹的较长轴类零件、以及加工时为了提高端面车削时的工件刚性及减少大切深切削时产生的加工振动，加工工艺要求装夹时露出尽量短。以上两种情况装夹时工件均要深入车床主轴孔，超出了传统轴向定位装置的装夹使用范围。所以为了解决以上需求，要求定位装置的限位要深入主轴锥孔后面孔内，而不是局限在车床主轴锥孔前端，而且要求安装方便牢靠，调节简单易行。所以设计的定位装置的限位必须深入主轴锥孔后面来进行轴向定位，在与同学及老师交流并完善了方案，最终制作完成的装置实现了轴向定位通用范围广，并且克服了传统定位装置只能加工短轴类零件的缺陷。

四、项目作品结构组成及使用说明

该车床轴向可调定位装置由固定件、连接杆和定位块组成。车床轴向定位装置安装使用过程如下： 先将卡盘壳体上安装固定件，通过螺栓连接，固定件上的连接杆通过螺丝固定，连接杆上的定位块也通过螺丝固定，当使用该装置轴向定位时轴向定位块一端抵靠在零件上可调整至可用尺寸连接杆与固定件及定位块与连接杆的紧固螺丝松开两者可自由轴向滑动或转动。较大的调节我们一般通过定位块与连接杆的相对位置变动，微量及小的调节可以通过连接杆与固定块的相对位置变动。

使用该控制装置还能达到在产品不直接改变位置的前提下，对装夹好的产品进行可靠的定位从而又保证产品轴向尺寸和加工位置的相对一致性，大大保证提高了产品零件加工的精密加工制造质量从而提高到了对产品零部件的精确加工控制精度。本加工装置适用尺寸范围更广，通用性更强。

五、项目主要贡献

本项目的主要创新部分是提供一种结构简单轻便的新型轴向定位装置，使用时操作者只需将工件端面一靠就实现了准确的轴向定位。解决掉了以往在传统装夹时所需要各种专用工具（锥柄、垫板）、车卡爪钳等操作方法，定位尺寸准确可靠和精度高，加工过程的各个工艺基准比较统一，规格统一性相当好，成倍快速地提升到了整体效率，限位调节精准方便，尤其适用于多品种的批量加工。

主要贡献如下：

1、 该装置由固定件、连接杆和定位块组成。调整可以双向调节，可以快速精准实现轴向定位。

2、 在三爪卡盘的壳体上，可以用螺栓方便稳固的安装固定件。

3、 该装置的连接杆和定位块可以单独拆下，固定件无须轴向定位时，可仍就装在卡盘上，不影响三爪卡盘正常使用。

4、 该装置使轴向定位应用更广泛，解决了传统装置实用性差、使用受限制的缺点。

六、产业化前景分析

国家近年，对现代制造业项目提供了发展政策及支持，为我国机床工业装备，及机械制造业，提出了长期稳定及快速发展须求，中国市场对精密设备要求越来越高，在车床加工中切削时间，所占的比例越来越高，在加工安装刀具调整尺寸测量等各项辅助切削时间上越来越少。

该装置解决了传统锥柄定位装置和垫板装置无法解决轴类零件深入主轴内的轴向定位缺陷，而且该装置的制造成本低廉，扩大了轴类零件定位的加工范围，使应用更加广泛。

该定位装置还能达到在产品不随意改变三爪卡盘结构形式的前提下，极大范围的地提高了加工产品中的长度方向的尺寸精度，保证了产品批量加工质量的恒定，同时使生产工艺刚性得到了提高，提升加工整体质量。

该装置大大提高了机床效率，在批量生产时，由于机床轴向定位精度的提高，有效地减少了安装调试操作时间从而提升了机床加工的产能，该装置已在由江阴诺普得科技有限公司、江阴市锦创通用机械有限公司公司使用，据以上企业统计使用该装置轴向定位比采用传统装夹定位时间要节约70%以上，数控车床生产线在使用安装该新型轴向尺寸定位测试装置半年后，产品检测统计中轴向尺寸不合格现象造成的报废的总量和报废项数的下降80%，大大控制了企业的经营管理成本和产品的制造生产成本， 该装置与其它轴向定位装置相比具有明显的技术优势。

经过对专利的查询，文献资料的检索及市场的调研，未发现类似的项目存在，该装置安装、拆卸、使用、调整相比较其余轴向定位装置而言操作方便，能作为三爪卡盘配套的辅助工具之一，拥有广阔的市场潜力。该装置已申请专利。

参考文献：

[1]李如春，三爪卡盘卡爪轴向定位辅助装置[J] 2023年智慧城市建设论坛上海分论坛论文集，2023（1）

[2]李如春，一种快换可拆卸式正反软爪的研究[J] 工程技术发展，2022[3]4

[3]李如春，一种薄片端面车削辅助装置的研究[J] 机械工程，2022[4]6