一種基于數控車床的尾座卡罐結構設計

周建軍

（浙江科力車輛控制系統有限公司，浙江江山324100）

1 引 言

煤礦液壓支架立柱、千斤頂及一般用途液壓缸的缸筒在加工過程中，缸口內徑表面的粗糙度和同軸度經常達不到相應行業標準要求。這與刀具、進給速度、材料本身的硬度以及工件裝夾后待加工部位與卡盤之間的距離（即剛度要求）等都有關系。本文以基于CK6183 型數控車床加工L56V-280/260×1340 型液壓支架單伸縮立柱缸筒止口為例，假設在刀具和進給速度等均選擇合理的情況下，設計出一種尾座卡罐裝置，它有利于改善液壓缸缸筒止口及各內溝槽的可加工性并提高加工質量和精度。

2 缸筒止口部位的結構形式

L56V 型液壓支架單伸縮立柱缸筒，止口部位裝配前和裝配后結構形式分別見圖1 和圖2。

3 加工存在的困難

圖1 L56V 立柱止口部位裝配前結構圖

圖2 L56V 立柱止口部位裝配后結構圖

立柱、液壓缸缸筒止口及各內溝槽部位的加工，一般都是在缸筒內孔精鏜、滾壓之后進行的，主要包括對與導向套配合的內孔工作面和彈性擋圈溝槽等的加工。L56V-280/260×1340 型液壓支架單伸縮立柱缸筒外徑φ325、內徑φ280+0.130，材質為液壓支架專用的27SiMn 無縫鋼管，調質熱處理后硬度240～280HB。在使用卡罐裝置之前，其加工質量存在一定的問題。

傳統的加工工裝一般為車床中心架，而以機床附件形式購置的中心架，其最大支撐外圓往往不能滿足加工液壓支架立柱缸筒所需，要專門向廠家特別訂制。況且，中心架開啟方式一般以上下式為主，為使技術工人操作方便，還宜將其改裝設計成前后開啟的方式。另外，使用中心架加工缸筒時是以中心架基面為基準的，因要保證內孔與止口的同軸度要求，就必須先用軟爪裝卡缸筒的兩側內孔，以內孔為基準，在靠三爪卡盤一端的缸筒外圓車出一道深度約1.5～2mm、寬度約60～80mm 的中心架“架窩”（要求見光即可，距端面位置要視接頭座的位置而定），然后再調頭裝夾，架上中心架進行止口及各內溝槽的加工。

這樣就會出現以下3 個問題：（1）以內孔為基準，架窩本身要與其保持一定的同軸度，一般要求為φ0.08mm 以內，這就需要在車架窩之前進行外圓找正，而毛坯壁厚并不十分均勻，缸筒外圓本身就存在一定的失圓度，這給找正工作帶來很大的困難，影響到了機加工的工作速度和效率。（2）工件經多次裝夾，必然會產生累積誤差，同軸度難以得到保證，直接影響到產品的機加工精度和質量。（3）由于加工過程中對缸管毛坯外圓進行了車架窩的加工，這樣即使在立柱裝配后進行了油漆噴涂，也會在其表面留下一道較深的工藝性加工印痕，影響了產品的外觀質量。

當前，立柱、液壓缸的常見故障形式即為工作介質泄漏，分內泄漏和外泄漏。而造成泄漏的主要原因就是包括缸筒等在內的重要零部件在加工制造時同軸度、粗糙度等指標超差，引起密封件早期磨損、失效。

4 卡罐裝置的結構設計

4.1 卡罐結構設計

實測得CK6183 型數控車床三爪卡盤主軸中心距離床身導軌平面的高度為400mm。卡罐結構設計如圖3 所示，其上部和下部結構的放大圖分別見圖4 和圖5。

圖3 卡罐結構設計圖

圖4 卡罐上部結構放大圖

圖5 卡罐下部結構放大圖

4.2 主要零部件及其功用介紹

（1）殼體5：殼體毛坯采用灰口鑄鐵HT250 材料鑄造而成，同時要求鑄件不得有裂紋、氣孔和砂眼等缺陷。毛坯鑄成后，其與軸承配合的兩個內孔通過鏜孔加工完成，對其表面粗糙度、兩孔同軸度、軸承靠背垂直度和尺寸公差要求較高，最好控制在0.02mm 以內。

（2）軸向定位隔套7：用于消除兩只軸承之間的間隙，防止它們軸向竄動；同時也能支承部分軸向力，增強卡罐總成的強度。其零件毛坯用鑄鋼ZG310-570 鑄造，加工時兩端面距離要配作確定，確保兩只軸承之間沒有間隙存在，兩端面平行度控制在0.02mm 以內。

（3）毛氈密封圈8：用于軸承潤滑油脂的密封，防止其隨軸承高速運轉時被擠出。

（4）空心軸12：空心軸是卡罐裝置的關鍵零件之一，平時工作時轉動速度較高，并承載工件的部分重力，由于對其強度要求較高，故毛坯采用工程與結構用鑄鋼ZG270-500 或ZG310-570 鑄造而成。空心軸在設計制造時應考慮其內徑能滿足產品系列缸筒的最大外圓需要。如圖3，為能滿足加工φ325 mm 的外圓，將其內孔尺寸設計成φ400 mm。空心軸的外徑尺寸決定著軸承的選型和軸向定位隔套7 的內徑尺寸。

（5）嵌塊15：嵌塊是與車床導軌直接貼合的，用于安裝時調整卡罐的中心高低和左右位置偏差。嵌塊與機床貼合的兩個工作面互呈90°夾角，上方距兩端面30mm 處各鉆攻一個M10 的螺孔，用于內六角緊定螺釘16 的調節。

（6）緊定螺釘16、17：此件為經表面發黑處理的內六角螺釘標準件，兩顆M10×35 和兩顆M8×40。主要作用是調節和固定嵌塊。

5 卡罐的安裝與調試

5.1 初次安裝時調試

卡罐在初次安裝使用時，應對其進行調試。主要方法是：先將其吊裝到CK6183 數控車床的導軌上，再用車床三爪卡盤裝夾芯棒的一端，用卡罐支撐其另外一端，啟動車床使主軸慢速轉動，打磁性百分表，觀察其跳動量是否超差。如超差，則停止車床主軸轉動，調節卡罐導軌嵌塊15 上M10×35 的縱向內六角調整螺釘和M8×40 的橫向內六角調整螺釘，調整其中心高度和水平方向同軸度偏差，直到百分表指針跳動量達到要求，一般應控制在±0.02mm以內，最后將調整螺釘鎖緊。卡罐與機床床身導軌之間則通過前后兩塊壓板和相應的螺栓加以固定。

5.2 使用時調整

當加工工件時，應先將工件吊裝到夾緊工位，用三爪卡盤夾緊其缸底一端，待加工的一端外圓架到卡罐罐體內，然后略微松開三爪，用卡罐的4 個緊定螺釘夾緊工件，同時在待加工的內孔部位（即止口部位）打磁性百分表并使主軸慢速轉動，觀察表針跳動量。超差時停轉后適當調整4 個緊定螺釘的不同擰緊力矩，直到最大跳動量控制在要求的范圍內之后，再重新夾緊三爪卡盤。

通過以上步驟加工前的調整，就可以保證三爪和卡罐裝夾支撐的工件外圓與待加工的內孔基本同軸了。又由于卡罐采用了較高精度的軸承，且縮短了支撐部位與待加工部位之間的距離，使工件在被切削時運轉十分平穩，從而大大降低了止口內孔和各溝槽槽底與槽側工作面的表面粗糙度。通過使用數顯粗糙度儀實際測量，溝槽底面和側面的表面粗糙度一般能控制在Ra1.6 以下，而配合工作表面的粗糙度能達到Ra1.6～Ra0.8，以磁性百分表測得表針徑向和軸向跳動量均在0.05mm 之內，達到了相關技術標準對產品加工質量所提出的要求。

6 結 語

通過制造并實際使用了基于CK6183 和CK6163 兩種型號數控機床上應用的兩臺卡罐樣機的實踐情況效果分析，證明這種尾座卡罐裝置能夠有效地解決煤礦用液壓支架立柱和普通用途液壓缸缸筒止口及各內溝槽加工的表面粗糙度和同軸度問題，提高產品的加工質量，延長密封件的使用壽命及液壓油缸總成的故障出現周期，降低了故障發生率。

［1］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［2］ GB/T 10708-2000，往復運動橡膠密封圈結構尺寸系列［S］.

［3］ 周建軍.探討如何提高機械液壓缸使用壽命初探［J］.中國新技術新產品，2012（20）：97.