180°旋轉(zhuǎn)油缸改造

摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了180°旋轉(zhuǎn)油缸的工作原理，分析了油缸發(fā)生故障的原因，并提出了旋轉(zhuǎn)油缸的改造方案，通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了改造的可行性，通過(guò)改造解決了問(wèn)題。文章從工作原理展開分析，并對(duì)故障進(jìn)行總結(jié)研究，希望通過(guò)對(duì)180°旋轉(zhuǎn)油缸改造的探討，給相關(guān)人員帶來(lái)一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：180°旋轉(zhuǎn)油缸；螺旋線；鼠牙

前言

我單位2008年購(gòu)進(jìn)了四川寧江機(jī)床廠的THM6363臥式加工中心，其換刀機(jī)構(gòu)的機(jī)械手是由180°雙來(lái)復(fù)式旋轉(zhuǎn)油缸來(lái)驅(qū)動(dòng)的。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后機(jī)械手總是出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不到位的情況，導(dǎo)致?lián)Q刀無(wú)法完成，只能通過(guò)操作人員手動(dòng)裝卸的方式進(jìn)行換刀，這大大降低了加工中心的工作效率。向德國(guó)HKS公司訂購(gòu)?fù)吞?hào)油缸重新更換后故障解決，但是使用一年多后再次出新同樣故障。該油缸價(jià)格為23000元，訂購(gòu)周期為3個(gè)月，不但價(jià)格昂貴而且周期長(zhǎng)，并且重新購(gòu)買安裝后有重新出現(xiàn)同樣故障的可能性，因此需要一種快捷省錢并且可靠的方案來(lái)解決該問(wèn)題。

1 液壓油缸工作原理介紹

液壓油缸如圖1所示，當(dāng)壓力油從P1口流入時(shí)，P2口排油，活塞就向右運(yùn)動(dòng)并沿著螺旋副旋轉(zhuǎn)，活塞內(nèi)的螺旋副使輸出螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)油從P2口流入時(shí)，P1口排油，輸出螺桿反向轉(zhuǎn)。輸出螺桿旋轉(zhuǎn)的初始角度是由螺母的位置決定，螺母兩端面都有鼠牙，缸體和缸蓋上也有鼠牙，當(dāng)輸出螺桿的起始角度調(diào)整好后，鎖緊缸蓋，此時(shí)螺母被鼠牙定位在調(diào)整好的位置上。此油缸具有兩個(gè)來(lái)復(fù)螺旋副，結(jié)構(gòu)更緊湊，工作更平穩(wěn)，可利用兩個(gè)螺旋副導(dǎo)程間的差異，調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)角大小。

2 故障分析

在經(jīng)過(guò)拆卸和研究分析后發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)油缸內(nèi)缸體上的鼠牙磨損嚴(yán)重，螺母無(wú)法被定位在原始位置，并發(fā)生了偏移，這樣一來(lái)輸出螺桿的初始角度也發(fā)生了變化，導(dǎo)致油缸旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)數(shù)十度的偏移，使得機(jī)械手出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不到位的情況。鼠牙的磨損主要是由于機(jī)械手換刀刀柄過(guò)重，油缸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的沖擊和過(guò)大，鼠牙在多次換刀沖擊下造成磨損和壓潰。這主要是因?yàn)閺S家選用的機(jī)械手重量過(guò)大，產(chǎn)生沖擊大于該油缸的承受范圍，造成鼠牙損壞。

3 液壓缸的液壓參數(shù)分析

旋轉(zhuǎn)油缸的活塞為螺母，施加于螺母上的液壓力必須克服螺旋棒對(duì)螺母正壓力N的水平分力以及摩擦的水平分力，才能推動(dòng)活塞沿螺旋線方向轉(zhuǎn)動(dòng)或使螺旋棒轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)查詢機(jī)床換刀系統(tǒng)的油壓是5.5至6.5MPa，通過(guò)計(jì)算可以得到其旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為418275.48N·mm，剪切時(shí)產(chǎn)生的切應(yīng)力為92.459N·mm。

4 油缸改造分析

依據(jù)上述故障分析情況，解決該問(wèn)題的根本方法就是讓螺母固定在調(diào)整好的位置，不能讓它發(fā)生位移。經(jīng)過(guò)研究提出一個(gè)方案，那就是：首先安裝好油缸并校正油缸的初始角度，使之符合旋轉(zhuǎn)油缸的起始位置，在螺母所位置的缸體上分120°打三個(gè)定位孔，直達(dá)螺母，并且在螺母上鉆出一定深度的定位窩，然后在缸體上的定位孔內(nèi)做螺紋，接著靠按使用要求做好的定位螺絲對(duì)螺母進(jìn)行定位。具體的油缸加工改造的示意圖如圖2所示。

在鼠牙圈均布3個(gè)螺釘，單個(gè)螺釘?shù)那袘?yīng)力考慮到受理面不規(guī)則，要相應(yīng)的乘以1.3的安全系數(shù)，則單個(gè)螺釘所承受的切應(yīng)力大小為120.196MPa，因此，選用了M8的內(nèi)六角螺釘，螺釘頭加工成錐頭，以便構(gòu)成定位螺釘。螺釘選用8.8的性能等級(jí)，螺釘使用中碳鋼制成淬火并回火，安全系數(shù)S選用4。根據(jù)螺釘?shù)臋C(jī)械性能等級(jí)得知屈服強(qiáng)度，得到其實(shí)際切應(yīng)力小于許用切應(yīng)力。所選用的螺釘能夠滿足實(shí)際工作要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改造后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，油缸使用正常，這次技術(shù)改造解決了廠家油缸選用不當(dāng)造成的一系問(wèn)題，節(jié)約了時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。180°旋轉(zhuǎn)油缸的改造是在分析理解旋轉(zhuǎn)油缸的原理的基礎(chǔ)上提出的改造，通過(guò)分析、計(jì)算并實(shí)踐驗(yàn)證了改造的可行性，保障科研生產(chǎn)任務(wù)的進(jìn)行。

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