一種重型臥式車床尾座液壓測力計的設計*

□ 洪春萍

甘肅天水星火機床有限責任公司 甘肅天水 741024

1 設計背景

工件裝夾和工件預緊是保證機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用較為普遍。大型或重型機床承載工件的質量與切削力都比較大,工件質量一般為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量及頂緊力有直接關系。

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

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

為有效解決現有工件裝夾中存在的問題,筆者設計了一種重型臥式車床尾座液壓測力計。

2 受力分析

如圖1所示,工件由兩頂尖裝夾,工件質量由兩頂尖承受,將頂尖與工件的接觸狀態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算的影響[3]。

通過靜力學分析[4],基于行業經驗數據,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°。

根據力與壓強的關系,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。在尾座套筒后端設置液壓油缸,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壓力表,電接點壓力表指示值與頂尖頂緊力的關系見表1。

可見,在頂緊工件時,只要知道工件重力,就能夠得到對應的電接點壓力表指示值,電接點壓力表指示值達到一定數值,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系

3 液壓測力計結構

所設計的重型臥式車床尾座液壓測力計結構如圖2所示。在尾座上體中的絲杠上設置液壓油缸,液壓油缸一側與尾座上體接觸,另一側通過螺釘與法蘭盤相連。法蘭盤上設置活塞,活塞與液壓油缸接觸側設置隔膜板,活塞另一側與絲杠上的推力軸承相接。液壓油缸上還設置有液壓油缸座,液壓油缸座通過聯軸器和螺紋壓塊與壓力表座相連。壓力表座上設置電接點壓力表,電接點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安裝在尾座上體上,尾座下體內設有Z向移動機構和液壓油缸,液壓油缸采用蝶形彈簧卡緊、液壓放松的原理。壓力表座設有電接點壓力表,用于測量頂尖的頂緊力。由液壓系統泵站供給高壓油,實現尾座的卡緊。將工件放置于主軸箱與尾座頂尖之間,液壓系統泵站得電,壓力油使蝶形彈簧放松,尾座沿導軌向工件移動,當電接點壓力表指示值達到0.3 MPa時停止。此時液壓系統泵站失電,壓力油卸荷,蝶形彈簧將尾座夾緊至導軌上。根據工件重力,按頂尖頂緊力與工件重力關系在電接點壓力表上設置所需數值。當電接點壓力表指示值達到所設置的數值時,電接點壓力表發出信息,使頂緊電機斷電,工件頂緊。

▲圖2 液壓測力計結構

5 注油調整

根據液壓油缸和油路的密封性及系統內空氣的排除情況,需要對重型臥式車床尾座液壓測力計進行注油調整。擰下螺塞,向液壓油缸內注油。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,將系統中的空氣排出。然后再緩慢卸掉這一頂緊力,同時注油。經過多次重復,在不產生氣泡時將頂緊力完全卸除,并將油注滿。擰上螺塞,進行壓力試驗,8 h內無壓力減小。卸壓后,電接點壓力表指示值復零。加壓和卸壓時,電接點壓力表指針轉動應靈敏。

6 液壓測力計的應用

所設計的重型臥式車床尾座液壓測力計已申請實用新型專利授權,并在公司機床產品上得到了成功應用。在現有機床尾座結構不進行大改動的前提下,應用這一液壓測力計可以提高工件加工的自動化水平,進而提高機床的工作效率和精度[8]。

7 結束語

筆者設計了重型臥式車床尾座液壓測力計,可以減輕工人的勞動強度,在2～3 s內頂緊工件,實現工件頂緊操作的自動化。這一液壓測力計結構緊湊,操作簡單,安全可靠,具有一定的經濟效益和市場前景。應用這一液壓測力計,能夠提高機床的工作效率和精度,進一步發揮機床的效能。