基于菱形塊結構的直線夾緊裝置

陳 冉

(沈陽機床股份有限公司，遼寧沈陽110142)

HTZ30自動重型回轉工作臺是有直線及回轉運動的工作臺，是為自動落地銑鏜床加工大型工件時安裝定位和加工工件設計的，是銑鏜床、落地鏜床、端面銑床的主要附件，同時也可單獨使用。利用它的B軸及V軸的二向自動進給，可以擴大銑鏜床的加工范圍并減少工件裝夾次數、提高生產效率。其整機結構如圖1所示。

1 結構原理

工作臺直線夾緊，采用液壓夾緊機構自動夾緊。該機構由液壓操縱，通過菱形塊增力夾緊，夾緊力大而且可靠。該機構另一優點就是其菱形塊結構具有自鎖功能，夾緊動作完成后液壓系統停止供油依然能保證夾緊動作可靠，這樣液壓系統就不需要長時間工作，因此有效地避免了液壓系統發熱[1]。

夾緊機構在機床布局如圖2所示，圖3為HTZ30直線滑座夾緊機構，圖4為夾緊器工作的液壓原理圖。圖3中菱形塊機構用螺釘安裝在滑座上。隨滑座在床身的凹槽內沿V軸移動。當液壓缸右油腔a通壓力油時，活塞及活塞桿左移，通過墊塊推動兩個菱形塊到直立位置(圖示位置)，菱形塊就通過上頂塊頂起夾緊銅塊，使夾緊銅塊緊緊頂在床身的凹槽內，使滑座夾緊在床身上。

當液壓缸左油腔b通壓力油時，活塞及活塞桿右移，通過墊塊使兩個菱形塊處于傾斜位置，不再向上頂起夾緊銅塊，使滑座松開。滑座可沿床身上的靜壓導軌做V軸移動。

其中調整墊用于調整夾緊銅塊與床身上凹槽的初始距離，通過調整墊，可調整夾緊時的菱形塊夾角，進而調整夾緊時的夾緊力[2]。

安裝后需在5 MPa壓力下進行實驗，保證松開夾緊動作靈活；保證在夾緊狀態下能夠自鎖；并保證通壓力油15 min，夾緊器不得有滲漏現象[3]。

2 夾緊力計算

2.1 滑座所需夾緊力計算[4]

切削力在滑座運動方向的分力Fv＝60 000 N；切削力在豎直方向的分力Fz＝60 000 N；滑座以及工作臺的重量G＝18 000 kg；最大工件重量Gi＝30 000 kg；夾緊元件接觸面上的摩擦系數f2＝0.15；滑座與床身接觸面摩擦系數f1＝0.000 5；夾緊點的數量m＝4。

計算可得工作臺的夾緊力為:

因實際應用中各種制造因素的影響，為了夾緊的可靠性，把計算所得數據乘以安全系數k＝2.5，作為實際夾緊力，故夾緊力約為F＝100 kN。

2.2 夾緊機構所提供的夾緊力

2.2.1 油缸推力計算[5]

油缸活塞外徑D＝60 mm，夾緊時從油腔a口進油，因此不涉及活塞桿直徑，入油壓力P＝5 MPa。

2.2.2 菱形塊夾緊力計算[6]

菱形塊夾緊機構如圖5所示，夾緊時菱形塊的傾斜角α＝1°；菱形塊長度L＝18 mm；菱形塊端處圓角半

注:β為計算用角，因此在圖4中未標出。

又夾緊銅塊與床身凹槽為楔形接觸，夾角為16°，因此菱形塊提供的夾緊力在垂直接觸面方向的分力為:

F＝2Fqsin16°＝194 kN

計算可得夾緊機構所提供夾緊力194 kN遠大于滑座所需夾緊力100 kN。可以滿足設計要求。

3 結構特點

經生產實踐證明該裝置具有以下特點:(1)夾緊可靠，有足夠的夾緊力；(2)調整環節簡單，安裝方便；(3)在夾緊狀態下有自鎖功能；(4)多點夾緊，夾緊部件受力均勻，變形較小。

4 結語

本文以HTZ30產品為例，介紹了一種菱形塊夾緊機構的結構原理以及設計計算過程。應用時可根據實際使用條件進行合理設計。經生產驗證，該夾緊機構具有夾緊力大、結構緊湊、安全可靠等優點。已經被廣泛使用于筆者公司的多臺重型回轉工作臺上，實際應用效果很好。