鉗形杠桿增力夾緊機(jī)構(gòu)在重型回轉(zhuǎn)工作臺上的應(yīng)用

邢麗紅 劉 薇

(沈陽機(jī)床股份有限公司，遼寧沈陽110142)

HTZ80重型回轉(zhuǎn)工作臺是落地銑鏜床、端面銑床等工作母機(jī)擴(kuò)大機(jī)床性能，縮短加工時(shí)間不可缺少的輔助設(shè)備，可用于最大承載重量80 t的加工件做直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工作臺臺面尺寸3 500 mm×4 000 mm。本機(jī)也可單獨(dú)使用，利用它的B軸及V軸的兩向自動(dòng)進(jìn)給，可以擴(kuò)大銑鏜床的加工范圍并減少工件裝夾次數(shù)、提高生產(chǎn)效率。

重型回轉(zhuǎn)工作臺部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)又需直接承受切削力，因此夾緊機(jī)構(gòu)既要安全可靠，又要避免因夾緊力過大而引起部件變形[1]。鉗形杠桿增力夾緊機(jī)構(gòu)就是基于這個(gè)理念設(shè)計(jì)的，用于重型回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的夾緊，是回轉(zhuǎn)工作臺的關(guān)鍵部件之一，它可以有效地限制回轉(zhuǎn)工作臺B軸的自由度，保證工件的加工精度。該鉗形杠桿增力機(jī)構(gòu)的夾緊力大且安全可靠。

1 結(jié)構(gòu)原理

鉗形杠桿增力夾緊機(jī)構(gòu)，如圖1所示。其水平安裝在滑座22上。

其工作原理:當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺20需要松開時(shí)，液壓缸7進(jìn)油口進(jìn)油，油腔內(nèi)充滿壓力油，依次推動(dòng)下活塞18、中活塞17、上活塞16向上運(yùn)動(dòng)，液壓缸7通過下托板19和螺栓9帶動(dòng)碟形彈簧12上面的上壓板11向下運(yùn)動(dòng)，液壓缸7通過上托板15推動(dòng)碟形彈簧12下面的下壓板13向上運(yùn)動(dòng)，從而壓縮碟形彈簧12，使上夾緊體1和下夾緊體5處于自然狀態(tài)，夾緊機(jī)構(gòu)的鉗口處的銅壓塊3脫離回轉(zhuǎn)工作臺20下面的齒圈21的上下面，實(shí)現(xiàn)夾緊松開，如圖1所示。

當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺20需要夾緊時(shí)，電磁閥YV換向，液壓缸7進(jìn)油口回油至油池，碟形彈簧12復(fù)位，對上夾緊體1有一個(gè)向上的力，對下夾緊體5有一個(gè)向下的力，通過夾緊機(jī)構(gòu)及銅壓塊3抱緊回轉(zhuǎn)工作臺20下面的齒圈21的上下面，實(shí)現(xiàn)工作臺的夾緊，如圖1和圖2所示。

2 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 回轉(zhuǎn)工作臺所需夾緊力的計(jì)算

回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心為工作臺的中心，最大力臂是在工作臺最長邊L=4 000 mm的一半處，如圖3所示。

當(dāng)切削力F=60 000 N作用在工作臺的最大位置時(shí)，其產(chǎn)生的工作臺回轉(zhuǎn)力矩M為:

2.2 夾緊點(diǎn)所需夾緊力的計(jì)算

取工作臺重量G=15 000 kg，最小工件重量G1=30 000 kg，夾緊點(diǎn)數(shù)量m=4對，夾緊力作用于齒圈上下端面，作用圓半徑r=1 250 mm，夾緊面鋼件與銅的摩擦系數(shù)f=0.15。

如4對夾緊點(diǎn)處于半徑為r的齒圈同一圓周上，則工作臺的夾緊力Fq為:

通過計(jì)算得Fq＜90 kN。由于每個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)的制造誤差及零件受力變形等原因，故本回轉(zhuǎn)工作臺每個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力取90 kN[2]。

2.3 碟形彈簧機(jī)構(gòu)夾緊力的計(jì)算

表1 碟形彈簧尺寸

表中:D為碟簧外徑，d為碟簧內(nèi)徑，t為碟簧板厚，H0為碟簧自由高度，h0為碟簧可壓縮變形量(h0=H0-t)，P為單片碟簧負(fù)載[3]。

碟形彈簧片數(shù)i=10，規(guī)格及型號φ125mm ×φ71 mm×8 mm；GB 1972-2005。已知碟形彈簧預(yù)壓縮50%，查表1得h0=2.9 mm，P0.5h0=72 705 N，P0.75h0=103 964 N。

從圖4中可知，對合碟形彈簧變形量fz為:

則單片碟形彈簧的壓縮變形量f1為:

從圖5碟形彈簧特性線可以看出，對合碟形彈簧的負(fù)載成線性[4]，則單片碟簧負(fù)載P為:

對合碟簧負(fù)載Pz為:

鉗形杠桿力臂比220∶60，故通過鉗形杠桿增力后的夾緊力F′為:

通過計(jì)算可得，鉗形杠桿增力F′完全滿足回轉(zhuǎn)工作臺夾緊力要求。

2.4 油缸推力的計(jì)算

油缸活塞內(nèi)徑d=50 mm，外徑D=100 mm，進(jìn)油壓力P=2 MPa，三級油缸疊加，則油缸推力Ft為:

通過計(jì)算可得，油缸推力Ft完全滿足碟形彈簧的負(fù)載要求。

3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 夾緊力大

夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是利用杠桿增力的原理增大了夾緊力，碟形彈簧12分別施予上夾緊體1和下夾緊體5向上和向下的作用力，通過連接銷2在上夾緊體1和下夾緊體5的短力臂一側(cè)得到放大3.7倍的夾緊力，如圖1所示。

3.2 能耗低

夾緊回轉(zhuǎn)工作臺20時(shí)，碟形彈簧12復(fù)位，且采用多節(jié)碟形彈簧對合組合疊加，使其在夾緊狀態(tài)下無需壓力油，從而能耗較低，如圖1所示。

3.3 受力好

上夾緊體1和下夾緊體5在鉗口處均設(shè)有銅壓塊3，用于保證鉗形杠桿增力夾緊機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)工作臺20下面的齒圈21之間的接觸面積和作用力的方向，從而較好地浮動(dòng)夾緊工作臺，如圖1所示。

3.4 精度穩(wěn)定

鉗形杠桿增力夾緊機(jī)構(gòu)采用鉗形杠桿進(jìn)行雙面夾緊，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且其夾緊力作用在齒圈21上，不會(huì)引起回轉(zhuǎn)工作臺變形，從而保證回轉(zhuǎn)工作臺的精度穩(wěn)定，如圖1所示。

4 結(jié)語

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，鉗形杠桿增力夾緊機(jī)構(gòu)具有技術(shù)效果優(yōu)良，夾緊力大、能耗低、受力好、精度穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)被廣泛使用于筆者公司的多款重型回轉(zhuǎn)工作臺上，實(shí)際應(yīng)用效果很好，并獲得了國家發(fā)明專利ZL201210036740.1。