一种车床的自动尾座设计

一种车床的自动尾座设计

李书峦 ,刘立全 ,黄家坤 ,时甜甜

山东德萨大数据股份有限公司   山东省枣庄市滕州市    277500

摘要

随着数控机床自动化程度的提高，机床的各个部件自动化程度也不断提高。尾座是数控机床的核心部件之一，它的精度能直接影响加工产品的质量，本文设计的自动尾座能大幅度提升尾座在加工过程中的精度，保障尾座在参与加工生产时的稳定性，提升尾座的自动化程度，还能提升工作效率，提升操作者的安全系数，降低操作者工作强度。

关键字：数控机床；尾座；自动化

abstract

With the improvement of the automation degree of CNC machine tools, the automation degree of various parts of the machine tool is also continuously improved. The tailstock is one of the core components of CNC machine tools, and its precision can directly affect the quality of the workpiece. Stability, improve the degree of automation of the tailstock, but also improve work efficiency, improve the operator's safety factor, and reduce the operator's work intensity.

Keywords: CNC machine tool; tailstock; automation

1、概述

随着国家对机械制造行业的大力发展，数控机床也取得了突飞猛进的发展。数控机床是装备制造业的工业母机的基础，其发展对国家经济安全和国防建设都具有重要影响。现阶段国内数控车床尾座的操作方式依然普遍采用手动的方式，自动化程度较低。手动操作和自动化相比操作工的危险系数更高，工作的效率更低，对操作员的操作水平要求更高。现如今，发达国家都在抓紧对本国工业的升级，自动化、智能化成为工业领域的发展方向，我国推出的“中国制造2025”正在稳步前进，智能单元、和自动化技术的普遍使用，对数控机床在新时代的发展提出新的挑战。

尾座作为车床的重要部件之一，在加工生产中主要起到支撑工件钻孔和辅助定位的作用。在传统的车床加工过程中，尾座实现以上功能是通过操作者手动进行调整和设置，对操作者的熟练度有较高的要求，工作强度较高，危险系数较大，而且对于不同的操作者操作手法有较大的差异，这也导致不同操作工的加工结果有很大的误差。由于操作尾座的整个过程都是通过人工来完成，导致整个流程花费的时间大幅度增加，

针对这一情况，清栾福兴集团顺应时代的发展要求，研究设计了一种适用于的车床和车铣复合的自动尾座，实现了尾座的自动化的控制，缩短了操作流程的时间，降低了操作者的工作强度，提升了操作者工作的安全性，该装置现已经投入使用，得到了用户的一致好评。

2、车床尾座工作原理

尾座作为数控机床中的重要部件，在数控机床的加工生产中发挥着不可替代的作用，其运动方式主要是在导轨上沿Z轴左右运动，车床尾座在加工过程中主要起到以下四个作用：1、车床在加工较长的车件时，车件会因为太长在加工时会出现抖动现象，严重影响加工的精度，使用尾座顶针夹紧可以解决抖动的问题；2、车件在受到刀的横向力时容易发生车件脱落的现象，车床尾座能有效避免这种情况的发生；3、尾座有时还会起到加工作的作用，在尾座上安装各类钻具，能实现对车件的钻孔和打中心角的功能；4、对超长的工件进行加工时，可以起到一定的支撑作用，防止工件在刀具的作用下偏离中心线过远而不能加工。

尾座的设计包括：套筒、尾座顶尖、丝杠、手轮、滑座、挂销组成和夹紧装置。顶尖是尾座的核心部件，其主要功能是配合主轴对车件进行夹紧，避免车件在加工中进行运动，造成不必要的误差，另一方面顶尖在加工过程中也能起到定位功能。为实现以上功能需要尾座顶尖有较高的精度，对于顶尖的操作，传统车床都是通过操作员手动操作来完成，操作员通过摇动手轮旋转丝杠，来控制套筒的伸缩。套筒的作用是用来支撑工件，可以在套筒中安装不同的加工设备，如：钻头等。滑座主要是和导轨进行配合，使尾座在导轨上滑动。

尾座的移动需要动力支持，挂销的作用是把尾座和托板进行连接，托板带着刀塔移动的同时，通过挂销也可以带动尾座在导轨上移动，在实际的加工生产中，操作员手动操作把挂销连接到托板上，关闭舱门，托板把尾座带到工作坐标，操作员再打开舱门，拔出挂销。这个过程需要操作员人工完成，效率十分低下。

夹紧装置是用来固定尾座的位置，这个过程也是通过操作员生手动来完成，在尾座首轮下面有一个曲柄手柄，可以上下搬动，这是尾座夹紧的方法。在加工生产中，托板把尾座移动到加工区域后，操作员拔出挂销，并把尾座夹紧，固定到当前位置；加工完毕后，操作员取消尾座夹紧，连接挂销，然后托板把尾座移动到起始点，操作员在拔出挂销。

传统尾座大部分操作都需要人工来进行完成不符合自动化的发展要求，需要进行重新设计和优化。

3、自动尾座结构设计

本文传统尾座设计的基础上进行了改进和优化，设计了一种自动尾座。该自动尾座在尾座移动、尾座夹紧和尾座顶尖方面均实现了自动化控制。本文设计的自动尾座包括：动力系统、自动挂销和自动锁紧装置。

动力设备包括为伺服电机和液压站。关于尾座在导轨上移动，采用了和传统尾座相同的思路，通过挂销连接托板进行移动。而托板的移动是通过伺服电机进行驱动，使用托板带动尾座移动方便对于尾座的定位，有些厂家使用液压缸驱动尾座，这种方式和伺服电机驱动相比有些许缺点，伺服电机的优势主要体现在以下几点：1、伺服电机控制精度高，实现了位置，速度和力矩的闭环控制，不存在失步问题。2、转速高，过载能力强对有瞬间负载波动和要求快速启动的场合很适用。3、稳定性强，响应速度快。伺服电机在低速运行时比较平稳，减速的动态响应时间非常的短，一般在几十毫秒之内。

液压站主要是为卡盘、自动挂销、尾座套筒、液压锁紧和刀塔锁紧提供动力。对于尾座来说，尾座内部安装液压控制装置，主要是用来控制套筒的伸缩，挂销盒挂销的伸缩和尾座的液压锁紧。尾座套筒内部安装主轴，一端与顶紧工件的顶针连接，顶针部设有突出的顶针定位部分，顶针定位部分设置在主轴定位孔中，顶针再通过螺钉固定在主轴的端面上，套筒和顶针可以在尾座主体上左右移动来夹紧和松开工件，套筒在靠近顶针一端设有并列的以支撑主轴一端的双向推力角接触球轴承和双列圆柱滚子轴承，套筒在远离顶针一端设有以支撑主轴另一端的双列圆柱滚子轴承。主轴设置在双向推力角接触球轴承、双列圆柱滚子轴承及另一双列圆柱滚子轴承之间，主轴的支承结构采用前后端轴承支承，具有刚性强、夹紧牢固可靠的特点。尾座主体在套筒的轴向上连接有一可推动套筒水平移动的顶紧推杆，顶紧推杆与设置于尾座主体轴向一端部的顶紧油缸连接，尾座主体在套筒的径向上连接有一可在径向压紧套筒的压紧块，压紧块与设置于尾座主体径向外侧的锁紧油缸连接。在尾座主体径向且靠近顶针一侧设有开口，压紧块设置于开口中，压紧块与锁紧推杆连接，锁紧推杆再与锁紧油缸连接。

自动挂销装置，包括：挂销和挂销盒，不工作时，挂销位于挂销盒中，挂销在使用时插入溜板中的挂销孔中，起到连接尾座和溜板的作用；挂销盒内有液压杆，液压杆通过液压箱提供动力，控制挂销连接或断开；所诉尾座初始位置位于导轨尾部，在加工生产中溜板首先移动到尾部，挂销自动连接，溜板带动尾座来到工作区域，挂销自动断开，自动挂销装置在生产中用于自动连接溜板和尾座，代替人工操作，提升生产效率。

液压锁紧装置安装在尾座底部，所述液压锁紧装置包括锁紧块和驱动器，液压锁紧装置用于在机床加工生产中固定尾座位置，驱动装置位于尾座内部，具体驱动通过液压箱驱动，使位于尾座下方的锁紧块紧紧锁住尾座，起到在加工生产中固定尾座的作用。

本文涉及的尾座采用自动化结构，与其他尾座结构不同在于： 尾座套筒由液压油缸驱动，尾座套筒的进退可通过操作面板上的按钮，顶紧力大小及移动速度由液压系统调节，克服了手动方式夹紧力大小难以控制缺点；尾座的移动使用托板驱动，连接托板的挂销采用自动化控制，提升工作效率，不需要操作员手动进行挂销，提升了工作的安全系数；尾座锁紧采用液压驱动的自动化锁紧装置，使用液压控制锁紧块地夹紧和松开，液压控制比人工及制更加牢固可靠。如图3-1为尾座的侧视图。

1、挂销，2、挂销盒，3、尾座本体，4、组合导轨，5、锁紧块，6、尾座套筒

图3-1

4、总结

本文设计的自动尾座，整体上是以伺服电机和液压站提供动力，伺服电机和液压站的工作是由数控系统统一控制，自动化的控制方式减小了操作员的工作强度，经验老道的操作员甚至可以操作多台机器，本文设计的自动尾座已经投入使用，从实际使用情况来看，该装置性能可靠、操作灵活方便，提高了工件精度和工作效率，具有良好的实用性能。该装置可用于车床、镗孔专用机床等配套尾座的机床，可提高机床的加工效率，减轻工人的劳动强度，为机床实现自动化创造了条件。

参考文献

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