可调芯轴座的设计与运用

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1序言

芯轴在机械加工领域是一种比较常见的用于夹具上径向定位被加工零件的定位元件，特别在轮毂加工领域，芯轴定位是不可或缺的一种定位方式，在使用时往往需要选择与被加工轮毂定位基准孔直径大小相匹配的芯轴，因不同型号的轮毂轮辋深度均不相同，即便是相同直径的芯轴也需要配备多个不同高度尺寸的，从而导致加工现场需要配备多种相同直径不同高度的定位芯轴（见图1），这既增加了制造成本又给夹具管理带来了困难，时常在更换轮型时出现准备芯轴高度不合适的情况，这给更换轮型安装夹具带来很大困扰。芯轴的使用离不开和机床衔接固定的连接件——芯轴座。目前，在轮毂机械加工单元，芯轴座有两种结构：一种是固定式芯轴座，高度不可调，在使用时只能依据轮毂不同的轮辋深度选用不同高度的芯轴，即使轮毂的定位基准孔直径相同，也需要更换高度相匹配的芯轴；而另一种芯轴座在结构上是可调式芯轴座（见图2），可在设计上忽略机床在机械加工过程中的恶劣工况，调节高度是依靠旋转小齿轮带动可伸缩导柱进行移动，可伸缩导柱的齿条上很容易粘上切屑和油泥，调节时齿轮、齿条极易卡屑，高度调节极不方便，费时、费力，且调节后芯轴的定位精度很难保证，耽误更换轮型的效率。因此，在芯轴座结构设计方面首先要考虑定位刚性，其次操作要简单，调节方便，同时要保证调节之后的定位精度。由于目前的芯轴座不能满足现有的生产需求，相同直径不同高度的定位芯轴种类繁多，增加了制造成本，且影响更换轮型的效率，因此发明了一种高度可调式结构芯轴座，该定位芯轴座可以根据不同规格产品轮辋深度的不同，在一定范围内任意调节芯轴高度，以达到芯轴定位高度的要求，通过使用该种类型的芯轴座能够在实际应用生产中达到便于调节芯轴高度，且调整后能够保证稳定的定位精度的目的。

2可调式芯轴座的设计以及使用

2.1可调式芯轴座的设计技术方案本文设计的可调节高度的芯轴座（见图3）主要包括轴座本体（上半部分单侧横向、纵向切割开口，为弹性套设计）、可伸缩导柱、可调螺杆、导向顶丝、导柱弹性侧固锁紧螺栓、挡片和联接螺钉。可调螺杆的螺纹部分设计为T24×4mm螺纹，可有效节约调整工装的时间。该芯轴座的可伸缩导柱内置T24×4mm螺纹，与可调螺杆螺旋装配。可调螺杆底端穿过本体底部，高出轴座本体底部止口0.2mm，用螺钉将挡片固定在可调螺杆端部。可调螺杆装在轴座本体底部止口，上有凸台，下有挡片，限制了上下移动。在可调螺杆旋转时，可伸缩导柱依靠螺旋副传递运动，可根据不同型号轮毂的轮辋深度而上下移动，并在锁紧螺栓作用下锁紧，导柱锁紧结构采用弹性侧固结构锁紧设计，这种锁紧结构可以完好地保持可伸缩导柱圆心精度不变。导向螺钉起到调节可伸缩导柱上下直线移动，防止可调芯轴座圆周方向转动的作用[1]，其组合方式是：轴座本体和可伸缩导柱小间隙配合H7/h6[2]，可调螺杆和可伸缩导柱旋合，可调螺杆底端穿过本体底部，用挡片（挡片可以使用青铜材质，防止底部进水产生锈蚀，还可增加O形密封圈解决进水腐蚀问题）和螺钉联接。

2.2可调式芯轴座的使用整体操作步骤为：在组装芯轴座时，所有配合部位涂抹锂基润滑脂，锂基润滑脂的抗水性能、防锈性能和润滑性能较好[3]，可以很好地润滑、保护和密封芯轴座各部件。组装好的芯轴座通过6个螺栓孔固定在夹具本体的中心位置。实际使用时，首先拆除所需要更换的定位芯轴，将芯轴安装止口擦拭干净，把准备好的与轮毂基准孔直径相吻合的定位芯轴止口位置擦拭干净，然后对准可调芯轴座安装止口平行地放置上去，先不放芯轴紧固螺栓，先将2个导柱锁紧螺栓松开，再选用8mm内六角扳手，从芯轴螺栓孔及可伸缩导柱的上方伸入可调螺杆六方孔内，通过扭动扳手可调螺杆自转即可实现导柱的伸缩运动，根据工件轮辋深度调节可伸缩导柱至合适高度，依次将锁紧螺栓拧紧，最后安装芯轴锁紧螺栓并紧固，完成调节。通过以上结构介绍及操作的分析可以看出，本次设计中可调式芯轴座在定位精度方面完全可以满足实际配合精度的要求，并且能够在使用过程中保证精度的持续稳定，整体的结构简单可靠，制造成本低；操作便捷，几个步骤就可以完成调整，对操作人员的技术要求不高，同时调整过程中所使用的工具都是加工现场通用扳手，避免由于找不到专用扳手等工具而造成时间浪费的状况。

3设计的可调式芯轴座的优点

本文中所涉及到的可调式芯轴座不仅具有现有的替换可调式芯轴座的优点，同时，还具有替换可调式芯轴座所不具备的特点。首先，与替换可调式芯轴座的优点类似，可以大量减少相同直径的芯轴数量，避免由于芯轴长度准备不合适的原因而导致频繁更换芯轴的操作，既节约了更换时间，又节约了芯轴备件的制作成本；其次，由于本次设计的芯轴座一共由7个小零部件组成，零件较少，相比于替换可调式芯轴座，结构比较简单，在实际调整夹具过程中，进行更换时所用的工具简单，只涉及到两个普通内六角扳手，因此调整方便、操作容易，有效地节约了更换工装的时间，提高了更换轮型的效率，同时由于可调式芯轴座中可伸缩导柱和轴座本体精度为小间隙H7/h6配合，调节采用转动中心螺杆完成，而且调整后的导柱锁紧采用弹性侧固结构紧固设计（这种设计在刚性以及精度上均优于顶丝侧固结构）。因此，在快速调整的同时，又不会出现芯轴定位精度缺失的问题；最后，本次发明的可调式芯轴座在设计上充分考虑了机械加工恶劣的工况，调节采用内置螺旋副结构，有效避免了切屑、油泥的侵入，使可调零部件长期保持伸缩自如，不会出现卡顿。

4结束语

芯轴座在机械领域的很多地方都有着广泛的应用，本文所设计的可调式芯轴座可以满足轮毂机加工中所有车床二序以及加工中心的径向定位，车床二序径向定位保证芯轴与车床主轴的同心度，加工中心的芯轴定位保证轮毂在批量加工中工件坐标系的一致性。本文对所设计的可调式芯轴座进行了详细介绍，包括芯轴座的组成、操作方法等，其具备了可调式芯轴座的优点，各方面又优于已经存在的芯轴座，且便于维护及安装，可以有效地提升机加工单元的生产效率，降低制造成本，为机械加工技术领域工件定位方案提供了参考。

参考文献：

[1]鲁月新，王雪松，王琦.一种可调节高度的立车芯轴座：CN201544059U[P].2009-12-17.

[2]中国机械工业教育协会.公差与配合[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]王大全.精细化工辞典[M].北京：化学工业出版社，2000.

作者:杨永明 冯亮 马陆明 单位:中信戴卡股份有限公司