一种重型卧式车床尾座液压测力计的设计*

□ 洪春萍

甘肃天水星火机床有限责任公司 甘肃天水 741024

1 设计背景

工件装夹和工件预紧是保证机床正常切削加工的首要条件,工件顶紧装置在车床装夹中应用较为普遍。大型或重型机床承载工件的质量与切削力都比较大,工件质量一般为10～320 t,切削力一般在20 kN～300 kN之间。重型卧式车床上工件的装夹尤为重要,工件的加工尺寸精度、形位公差、表面粗糙度都与工件的装夹质量及顶紧力有直接关系。

机床切削加工使用工件顶紧装置时,机床主轴箱顶尖与尾座顶尖将工件顶起,保证工件回转中心与机床主轴箱主轴中心重合。

车床加工中,工件的预紧大部分采用人工操作,装夹自动化程度较低,速度较慢,劳动强度高,且无法检测顶紧力。若顶尖顶紧力太大,则容易造成机床磨损加快,损坏尾座机构上的零件。若顶尖顶紧力太小,则工件夹持不稳,顶不紧工件,且容易引起工件脱落,导致安全事故,从而影响工件的加工质量和工件精度的一致性[1-2]。

为有效解决现有工件装夹中存在的问题,笔者设计了一种重型卧式车床尾座液压测力计。

2 受力分析

如图1所示,工件由两顶尖装夹,工件质量由两顶尖承受,将顶尖与工件的接触状态由三维面接触简化为二维线接触,不考虑接触面积与接触长度对计算的影响[3]。

通过静力学分析[4],基于行业经验数据,可得顶紧力F为:

(1)

式中:G为工件重力;α为顶尖锥顶半角,一般为30°、37.5°、45°。

根据力与压强的关系,基于尾座顶紧力和液压油缸面积,可以得到液压油缸所受的压强。在尾座套筒后端设置液压油缸,顶紧力通过顶尖、主轴、丝杠、套筒等传动件作用于液压油缸薄膜上,再通过液压油缸接入电接点压力表,电接点压力表指示值与顶尖顶紧力的关系见表1。

可见,在顶紧工件时,只要知道工件重力,就能够得到对应的电接点压力表指示值,电接点压力表指示值达到一定数值,即说明工件被顶紧。

▲图1 工件受力分析

表1 顶尖顶紧力与工件重力关系

3 液压测力计结构

所设计的重型卧式车床尾座液压测力计结构如图2所示。在尾座上体中的丝杠上设置液压油缸,液压油缸一侧与尾座上体接触,另一侧通过螺钉与法兰盘相连。法兰盘上设置活塞,活塞与液压油缸接触侧设置隔膜板,活塞另一侧与丝杠上的推力轴承相接。液压油缸上还设置有液压油缸座,液压油缸座通过联轴器和螺纹压块与压力表座相连。压力表座上设置电接点压力表,电接点压力表通过螺纹压块和密封垫安装在压力表座上[5-7]。

4 工作原理

重型卧式车床尾座液压测力计安装在尾座上体上,尾座下体内设有Z向移动机构和液压油缸,液压油缸采用蝶形弹簧卡紧、液压放松的原理。压力表座设有电接点压力表,用于测量顶尖的顶紧力。由液压系统泵站供给高压油,实现尾座的卡紧。将工件放置于主轴箱与尾座顶尖之间,液压系统泵站得电,压力油使蝶形弹簧放松,尾座沿导轨向工件移动,当电接点压力表指示值达到0.3 MPa时停止。此时液压系统泵站失电,压力油卸荷,蝶形弹簧将尾座夹紧至导轨上。根据工件重力,按顶尖顶紧力与工件重力关系在电接点压力表上设置所需数值。当电接点压力表指示值达到所设置的数值时,电接点压力表发出信息,使顶紧电机断电,工件顶紧。

▲图2 液压测力计结构

5 注油调整

根据液压油缸和油路的密封性及系统内空气的排除情况,需要对重型卧式车床尾座液压测力计进行注油调整。拧下螺塞,向液压油缸内注油。注油过程中,先在活塞上施加一个很小的顶紧力,使隔膜板变形,将系统中的空气排出。然后再缓慢卸掉这一顶紧力,同时注油。经过多次重复,在不产生气泡时将顶紧力完全卸除,并将油注满。拧上螺塞,进行压力试验,8 h内无压力减小。卸压后,电接点压力表指示值复零。加压和卸压时,电接点压力表指针转动应灵敏。

6 液压测力计的应用

所设计的重型卧式车床尾座液压测力计已申请实用新型专利授权,并在公司机床产品上得到了成功应用。在现有机床尾座结构不进行大改动的前提下,应用这一液压测力计可以提高工件加工的自动化水平,进而提高机床的工作效率和精度[8]。

7 结束语

笔者设计了重型卧式车床尾座液压测力计,可以减轻工人的劳动强度,在2～3 s内顶紧工件,实现工件顶紧操作的自动化。这一液压测力计结构紧凑,操作简单,安全可靠,具有一定的经济效益和市场前景。应用这一液压测力计,能够提高机床的工作效率和精度,进一步发挥机床的效能。