氣動研具的設計與分析

■沈陽機床股份有限公司沈一車床廠 （遼寧 110142）

金麗英 薛 亮

為了提高產品質量，我廠在車床的裝配中常設有刮研工序，以提高受力部件之間的接觸率，增強機床的穩(wěn)定剛性。此序勞動強度極大，除了刮削外，還要讓兩工件之間往復運動刮研接觸。對于輕型車床主要刮研的大件有床頭箱與床身的把合面；床鞍、尾臺體與床身導軌接觸面，因工件較輕，讓其往復運動較容易些，但對于重型車床而言就并非易事。CW重型車床主要刮研面有：床頭箱底座與床身、床頭箱與床頭箱底座把合面，尾臺底座、床鞍與床身導軌接觸面等處，刮削強度無可厚非，推動工件之間相對往復運動就是一個相當大的難題，本文就此問題設計了氣動研具。下面對此研具進行論述與分析。

1. 研具設計的目的

我廠最大CW重型車床床頭箱質量可達3.5t，研序原操作方式是用自身機床床鞍在絲杠副帶動下利用木棒推動其向前運動，再用天吊向回拉的方式實現(xiàn)往復運動檢驗接觸率。由于此種辦法受力方向不一致、移動范圍小，研出的接觸率不真實，其他接觸面研的方式與此大相徑庭。因此，利用車間現(xiàn)有的氣源系統(tǒng)設計一套專用的氣動研具是必要的，讓工件在水平力的作用下往復運動60mm左右。

2. 研具的結構分析

該氣動研具總體方案為，將研具體落在床身上表面，以小山導軌為導向，通過T形螺栓連接用壓板鎖緊床身底牙固定在床身上，并在研具體上設置可調整高度的固定式結構，利用氣缸間接連接各需的刮研部件。在使用后只需松開兩帶肩螺母，讓壓板自然落在限位螺母臺肩上并繞連接軸旋轉，這時壓板脫離T形螺栓使研具體與床身分離，可以整體將其吊離工作區(qū)域（見圖1）。

由于CW重型車床需要刮研面較多，因此該研具的設計要從在此機床上使用的通用性考慮。根據(jù)床頭箱底座、床頭箱、尾臺底座及床鞍等件需要推移高度不同，要將該研具設計為氣缸高度可調節(jié)形式。故，該研具在固定的研具體上把合4根立柱，并以其為導向，用鎖緊螺母鎖緊開口彈性錐套結構，將支承板鎖緊固定在某高度，保證了氣缸固定在穩(wěn)定的框架體結構上。用一對圓錐滾子軸承將絲桿豎直固定在研具體上，通過其旋轉，由固定在支承板上的絲母帶動研具的上半部整體移動，實現(xiàn)了高度的調整。另外，在每個彈性錐套下邊都設有彈簧，當鎖緊螺母松開時研具上部可保持平穩(wěn)。由于該研具的高度調整范圍可達230mm左右，彈簧的可壓縮長度遠遠滿足不了此調整量，這時就用增減開口隔套的方式來彌補此弊端（見圖2）。

由于各零部件尤其是床頭箱質量都是相當大的，所以選用的是QGBZ系列重型氣缸。為了氣缸能與支承板穩(wěn)固連接選用了后法蘭把合方式。又因需刮研件在床身上的位置和質量的差異，選用大小不同兩個氣缸分別通過過渡件將尾部把合在支承板兩端，并將兩套手動換向閥、消音器也固定在此件上表面，與其形成一體。研床頭箱底座、床頭箱為氣缸5，研尾臺底座、床鞍為氣缸10。為了消除支承板調整高度誤差，利用連桿一端與氣缸活塞桿螺紋聯(lián)接，另一端以插銷間隙配合且垂直方向為長孔的形式與聯(lián)接板聯(lián)接。由于床頭箱與床頭箱底座、床頭箱底座與床身之間都是螺紋聯(lián)接，因此通過改變聯(lián)接板2的形狀用固定在其上的定位銷插入把合螺釘過孔內，由氣缸5分別帶動床頭箱底座、床頭箱做往復等距離移動。同理，尾臺底座也是用插定位銷形式由氣缸10來完成。

床鞍直接落在床身上沒有可利用的孔，其牽引方式如圖3所示。利用床鞍燕尾導軌處的鑄造工藝洞，在定位支釘限制左右位置的情況下，鎖緊帶肩螺母，將固定在轉軸上的壓板勾住工藝洞的低牙，聯(lián)接板壓緊燕尾上面，使床鞍與聯(lián)接板成為一體。松開帶肩螺母轉動固定在轉套上的手柄，讓轉套轉動螺釘所限制的角度范圍，即可將壓板從長工藝洞內拿出，拆卸下這套鎖緊裝置。在此裝置中用第2枚螺釘限制了轉軸上下的移動距離，利用第3枚螺釘限制了轉套的軸向位置，且能在固定座內自如轉動，省去了其他一些轉動結構的繁瑣。

綜上所述，此套研具安裝方便，操作簡單。使用時，只需將研具體固定在床身上后，利用插銷通過連桿過渡將聯(lián)接板裝置與氣缸部分組裝為一體，接上氣源即可實現(xiàn)工件的等距離往復運動。

3. 驗證研具的可靠性

判斷此套研具是否可行，除了考慮結構合理性、安裝操作方便性，還要考慮氣缸規(guī)格的可靠性。下面通過計算來驗證所選氣缸是否可以克服工件之間接觸所產生的靜摩擦力。

已知，現(xiàn)場氣源的氣壓p=5.7×105Pa，靜摩擦系數(shù)μs=0.2，氣缸輸出力效率為85%。

首先驗證氣缸5的可靠性：

氣缸5一側床頭箱質量遠遠大于床頭箱底座，故用床頭箱來驗證，其質量約為m1=3.5t，氣缸直徑D1=160mm，活塞桿直徑d1=40mm。

則，氣缸的推力為：

氣缸的拉力為：

圖2 氣動研具整體結構圖

圖3 鎖緊床鞍示意圖

需克服靜摩擦力：

因此，氣缸5所選規(guī)格可滿足床頭箱及其底座的往復運動。

氣缸10一側床鞍重于尾臺底座，故用床鞍來驗證，其質量m2=813kg，氣缸直徑D2=100mm，活塞桿直徑d2=25mm。則，氣缸的推力為：

氣缸的拉力為：

需克服靜摩擦力：

因此，氣缸10所選規(guī)格可滿足床鞍及尾臺底座的往復運動。

因該研具行程較小，無需驗證活塞桿長度的合理性，故通過以上計算驗證該氣動研具所選氣缸規(guī)格完全可以滿足各個零件的研序要求。

4. 結語

經生產實踐證明，這套研具不但結構精巧、拆裝便捷，而且操作簡單，很受操作者歡迎，也簡化了CW重型車床裝配中刮研序存在的難題，提高了工作效率及刮研序質量，收到了滿意的效果。

[1] 王秀倫. 機床夾具設計手冊[M]. 北京：中國鐵道出版社，1984.

[2] 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊[M]. 北京：械工業(yè)出版社，2006.