□ 洪春萍

甘肅天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司 甘肅天水 741024

1 設(shè)計(jì)背景

工件裝夾和工件預(yù)緊是保證機(jī)床正常切削加工的首要條件,工件頂緊裝置在車床裝夾中應(yīng)用較為普遍。大型或重型機(jī)床承載工件的質(zhì)量與切削力都比較大,工件質(zhì)量一般為10～320 t,切削力一般在20 kN～300 kN之間。重型臥式車床上工件的裝夾尤為重要,工件的加工尺寸精度、形位公差、表面粗糙度都與工件的裝夾質(zhì)量及頂緊力有直接關(guān)系。

機(jī)床切削加工使用工件頂緊裝置時,機(jī)床主軸箱頂尖與尾座頂尖將工件頂起,保證工件回轉(zhuǎn)中心與機(jī)床主軸箱主軸中心重合。

車床加工中,工件的預(yù)緊大部分采用人工操作,裝夾自動化程度較低,速度較慢,勞動強(qiáng)度高,且無法檢測頂緊力。若頂尖頂緊力太大,則容易造成機(jī)床磨損加快,損壞尾座機(jī)構(gòu)上的零件。若頂尖頂緊力太小,則工件夾持不穩(wěn),頂不緊工件,且容易引起工件脫落,導(dǎo)致安全事故,從而影響工件的加工質(zhì)量和工件精度的一致性[1-2]。

為有效解決現(xiàn)有工件裝夾中存在的問題,筆者設(shè)計(jì)了一種重型臥式車床尾座液壓測力計(jì)。

2 受力分析

如圖1所示,工件由兩頂尖裝夾,工件質(zhì)量由兩頂尖承受,將頂尖與工件的接觸狀態(tài)由三維面接觸簡化為二維線接觸,不考慮接觸面積與接觸長度對計(jì)算的影響[3]。

通過靜力學(xué)分析[4],基于行業(yè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),可得頂緊力F為:

(1)

式中:G為工件重力;α為頂尖錐頂半角,一般為30°、37.5°、45°。

根據(jù)力與壓強(qiáng)的關(guān)系,基于尾座頂緊力和液壓油缸面積,可以得到液壓油缸所受的壓強(qiáng)。在尾座套筒后端設(shè)置液壓油缸,頂緊力通過頂尖、主軸、絲杠、套筒等傳動件作用于液壓油缸薄膜上,再通過液壓油缸接入電接點(diǎn)壓力表,電接點(diǎn)壓力表指示值與頂尖頂緊力的關(guān)系見表1。

可見,在頂緊工件時,只要知道工件重力,就能夠得到對應(yīng)的電接點(diǎn)壓力表指示值,電接點(diǎn)壓力表指示值達(dá)到一定數(shù)值,即說明工件被頂緊。

▲圖1 工件受力分析

表1 頂尖頂緊力與工件重力關(guān)系

3 液壓測力計(jì)結(jié)構(gòu)

所設(shè)計(jì)的重型臥式車床尾座液壓測力計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在尾座上體中的絲杠上設(shè)置液壓油缸,液壓油缸一側(cè)與尾座上體接觸,另一側(cè)通過螺釘與法蘭盤相連。法蘭盤上設(shè)置活塞,活塞與液壓油缸接觸側(cè)設(shè)置隔膜板,活塞另一側(cè)與絲杠上的推力軸承相接。液壓油缸上還設(shè)置有液壓油缸座,液壓油缸座通過聯(lián)軸器和螺紋壓塊與壓力表座相連。壓力表座上設(shè)置電接點(diǎn)壓力表,電接點(diǎn)壓力表通過螺紋壓塊和密封墊安裝在壓力表座上[5-7]。

4 工作原理

重型臥式車床尾座液壓測力計(jì)安裝在尾座上體上,尾座下體內(nèi)設(shè)有Z向移動機(jī)構(gòu)和液壓油缸,液壓油缸采用蝶形彈簧卡緊、液壓放松的原理。壓力表座設(shè)有電接點(diǎn)壓力表,用于測量頂尖的頂緊力。由液壓系統(tǒng)泵站供給高壓油,實(shí)現(xiàn)尾座的卡緊。將工件放置于主軸箱與尾座頂尖之間,液壓系統(tǒng)泵站得電,壓力油使蝶形彈簧放松,尾座沿導(dǎo)軌向工件移動,當(dāng)電接點(diǎn)壓力表指示值達(dá)到0.3 MPa時停止。此時液壓系統(tǒng)泵站失電,壓力油卸荷,蝶形彈簧將尾座夾緊至導(dǎo)軌上。根據(jù)工件重力,按頂尖頂緊力與工件重力關(guān)系在電接點(diǎn)壓力表上設(shè)置所需數(shù)值。當(dāng)電接點(diǎn)壓力表指示值達(dá)到所設(shè)置的數(shù)值時,電接點(diǎn)壓力表發(fā)出信息,使頂緊電機(jī)斷電,工件頂緊。

▲圖2 液壓測力計(jì)結(jié)構(gòu)

5 注油調(diào)整

根據(jù)液壓油缸和油路的密封性及系統(tǒng)內(nèi)空氣的排除情況,需要對重型臥式車床尾座液壓測力計(jì)進(jìn)行注油調(diào)整。擰下螺塞,向液壓油缸內(nèi)注油。注油過程中,先在活塞上施加一個很小的頂緊力,使隔膜板變形,將系統(tǒng)中的空氣排出。然后再緩慢卸掉這一頂緊力,同時注油。經(jīng)過多次重復(fù),在不產(chǎn)生氣泡時將頂緊力完全卸除,并將油注滿。擰上螺塞,進(jìn)行壓力試驗(yàn),8 h內(nèi)無壓力減小。卸壓后,電接點(diǎn)壓力表指示值復(fù)零。加壓和卸壓時,電接點(diǎn)壓力表指針轉(zhuǎn)動應(yīng)靈敏。

6 液壓測力計(jì)的應(yīng)用

所設(shè)計(jì)的重型臥式車床尾座液壓測力計(jì)已申請實(shí)用新型專利授權(quán),并在公司機(jī)床產(chǎn)品上得到了成功應(yīng)用。在現(xiàn)有機(jī)床尾座結(jié)構(gòu)不進(jìn)行大改動的前提下,應(yīng)用這一液壓測力計(jì)可以提高工件加工的自動化水平,進(jìn)而提高機(jī)床的工作效率和精度[8]。

7 結(jié)束語

筆者設(shè)計(jì)了重型臥式車床尾座液壓測力計(jì),可以減輕工人的勞動強(qiáng)度,在2～3 s內(nèi)頂緊工件,實(shí)現(xiàn)工件頂緊操作的自動化。這一液壓測力計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊,操作簡單,安全可靠,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和市場前景。應(yīng)用這一液壓測力計(jì),能夠提高機(jī)床的工作效率和精度,進(jìn)一步發(fā)揮機(jī)床的效能。