液壓墊平行度調(diào)整方案研究

夏衛(wèi)明，嵇寬斌

（江蘇國力鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

液壓墊平行度調(diào)整方案研究

夏衛(wèi)明，嵇寬斌

（江蘇國力鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

本文對液壓機液壓墊上平面對工作臺上平面平行度（簡稱液壓墊平行度）超差且無法調(diào)整的原因進行了分析論證，推導了液壓墊銅導板導向面相對理想位置重合、內(nèi)傾、外傾，工作臺固定導板導向面相對理想位置重合、內(nèi)傾、外傾的九種組合工況下的液壓墊平行度和導向面總間隙公式。結(jié)論為：最惡劣的兩種工況是液壓墊銅導板導向面和工作臺固定導板導向面相對理想位置同時內(nèi)傾或外傾，將會使液壓墊銅導板導向面相對液壓墊上平面垂直誤差和工作臺固定導板導向面相對工作臺上平面垂直度誤差兩者按推導出的公式相互疊加而增大液壓墊平行度誤差。針對這兩種工況，制定了提高導向面加工精度等級和只允許工作臺固定導板導向面相對理想位置內(nèi)傾和液壓墊銅導板相對理想位置外傾等措施，使得只剩下4種可接受的工況發(fā)生，大大減小了生產(chǎn)操作難度。并據(jù)此制定相關(guān)文件，在生產(chǎn)實踐中嚴格按此執(zhí)行。經(jīng)過兩年多的實踐驗證，證明措施可靠，找到問題癥結(jié)，基本消除了液壓墊平行度超差和無法調(diào)整的現(xiàn)象。

液壓機；液壓墊；平行度；垂直度；導軌；公差

液壓墊也稱作液壓墊滑塊，是液壓機常用的結(jié)構(gòu)功能部件，常用作薄板的拉伸工藝，也常常用作頂出、壓邊、緩沖等功能。液壓墊一般為箱型焊接或鑄造結(jié)構(gòu)，安裝在液壓機工作臺內(nèi)部空間中，依靠平面導軌進行導向，導軌間隙通過推拉螺釘進行調(diào)整，由液壓油缸驅(qū)動實現(xiàn)上下運動。

液壓機的液壓墊尺寸隨液壓機工作臺面的增大而增大，液壓墊頂出力一般取液壓機公稱力的30%～40%，這就要求液壓墊有較高的強度和剛度。因此大型液壓機的液壓墊尺寸和重量都比較大，安裝時精度調(diào)整比較困難。例如臺面為4500mm×2500mm的汽車覆蓋件液壓機的液壓墊重量在20t左右。

液壓墊上平面對工作臺上平面的平行度（為敘述方便，后面敘述統(tǒng)一簡稱為：液壓墊平行度）是一個較重要的精度指標參數(shù)，液壓墊平行度太差，提供的液壓墊力不均勻，會造成成形件質(zhì)量不達標甚至無法成形。目前，液壓墊平行度還沒有相關(guān)的國家標準進行精度的規(guī)定，但一般可以按國家標準《JB/T 7343-2010單雙動薄板沖壓液壓機》和《GB/T9166-2009四柱液壓機精度》中滑塊下平面對工作臺上平面的平行度要求來進行檢驗。

實踐中常常反饋有液壓機的液壓墊平行度超差過大，有的高達2mm，且無法調(diào)整的情況，特別是大型液壓機的大尺寸超重液壓墊，這種現(xiàn)象發(fā)生的頻率比小噸位小尺寸的液壓墊更為明顯。本文結(jié)合液壓墊的結(jié)構(gòu)特點分析找到了造成液壓墊平行度無法調(diào)整的原因，并制定了相關(guān)措施，最終解決了問題。

1 液壓墊結(jié)構(gòu)

如圖1所示為液壓機的液壓墊結(jié)構(gòu)，液壓墊1安裝在工作臺2的空間內(nèi)，依靠液壓墊缸3驅(qū)動實現(xiàn)上下運動。一般為保證液壓墊運動精度和方便調(diào)整，液壓墊導軌一般設(shè)計為相鄰兩直角邊為固定結(jié)構(gòu)，另外相鄰兩直角邊為可調(diào)結(jié)構(gòu)，如圖1a、b所示。

對于固定導軌，如圖1a所示，固定導板4焊接在工作臺2的主筋板內(nèi)側(cè)，由精加工保證其工作面對工作臺上平面的垂直度，鋼導軌5通過沉頭螺釘固定其上。液壓墊導板7焊接在液壓墊1四周，其外表面通過精加工來保證工作面對液壓墊上平面的垂直度，銅導板6由沉頭螺釘固定于液壓墊導板7上。液壓墊作上下運動時，銅導板6和鋼導軌5相對運動，實現(xiàn)平面導向作用，通過潤滑裝置向?qū)蛎骈g打入潤滑油進行潤滑。

對于可調(diào)導軌，如圖1b所示，銅導板6也是通過沉頭螺釘固定于液壓墊固定導板4上，不同之處在于可調(diào)鋼導板8通過固定于工作臺主筋板上的調(diào)整螺釘9來調(diào)節(jié)可調(diào)鋼導板與銅導板之間的運動間隙。

圖1 液壓墊結(jié)構(gòu)

2 參數(shù)說明

經(jīng)過分析論證，影響液壓墊平行度的主要因素為工作臺固定導板導向面的傾斜方向，工作臺固定導板導向面對工作臺上平面垂直度，液壓墊銅導板導向面的傾斜方向和液壓墊銅導板導向面對液壓墊上平面垂直度等因素，為方便后文敘述，這里對涉及液壓墊平行度的參數(shù)進行定義說明，如圖2所示。

參數(shù)定義：A、B-基準平面；H1-液壓墊導板導向面長度；H2-可調(diào)導軌或固定導軌長度；L-液壓墊長邊尺寸；W-液壓墊寬邊尺寸；Δ-液壓墊導軌總間隙；δ2-液壓墊銅導板導向面對基準平面A的垂直度；δ2-工作臺固定導板導向面對基準平面B的垂直度；δ3-裝配調(diào)整后液壓墊上平面對工作臺上平面平行度；γ1-液壓墊銅導板導向面與理想位置的夾角；γ2-工作臺固定導板導向面與理想位置的夾角；γ3-液壓墊調(diào)整后（固定導軌兩導向面貼合）液壓墊上平面與工作臺上平面夾角；C-運動面間的間隙，C可取0.05。液壓 墊行程一般在 200mm～500mm，按照《JB 3821-2014雙動薄板拉伸液壓機 精度》中相關(guān)規(guī)定，運動間隙可取滑塊運動軌跡對工作臺的垂直度，最小公差0.05mm。

定義：內(nèi)傾-導向面對基準面夾角α、β＜90°，外傾-導向面對基準面夾角α、β＞90°。內(nèi)傾：δ1＞0、δ2＞0；外傾：δ1＜0、δ2＜0。這里的δ1＞0、δ2＞0、δ1＜0、δ2＜0只表示導向面傾斜方向。

圖2 參數(shù)說明

3 各種工況分析

造成液壓墊平行度超差和無法調(diào)整的原因，最大的影響因素是液壓墊銅導板對液壓墊上平面的垂直度誤差超差和液壓墊銅導板導向面對理想位置的傾斜方向（重合、內(nèi)傾和外傾），以及工作臺固定導板導向面對工作臺上平面垂直度誤差超差和工作臺固定導板導向面對理想位置的傾斜方向（重合、內(nèi)傾和外傾）。本文將從這幾個方面入手進行分析，根據(jù)排列組合，一共有九種工況，下文對這九種工況逐一進行分析。對于液壓墊，由上述因素引起的長邊方向的液壓墊平行度誤差大于寬邊方向液壓墊平行度誤差，因此，下文的論述僅對液壓墊長邊方向的液壓墊平行度誤差進行分析論證。不考慮液壓墊導板一側(cè)內(nèi)傾，另一側(cè)外傾情況，因為這并不影響液壓墊平行度，只影響液壓墊導軌總間隙Δ。

3.1 理想工況

理想工況為液壓墊銅導板導向面相對理想位置重合，工作臺固定導板導向面相對理想位置重合。理想工況如圖3所示，δ1=0、δ2=0，容易得出δ3=0，Δ=C。

圖3 理想工況

3.2 液壓墊導板理想，工作臺固定導板內(nèi)傾

如圖4所示，有δ1=0、δ2＞0，根據(jù)圖中的角度關(guān)系：γ1=0，γ2=γ3

可得：δ3=δ2.L/H2，Δ=δ2.H1/H2+C

圖4 液壓墊導板理想，工作臺固定導板內(nèi)傾

3.3 液壓墊導板理想，工作臺固定導板外傾

如圖5所示，有δ1=0、δ2＜0，根據(jù)圖中的角度關(guān)系：γ1=0，γ2=γ3，δ3=δ2.L/H2，Δ=-δ2.H1/H2+C

圖5 液壓墊導板理想，工作臺固定導板外傾

可知，第（2）中工況在數(shù)值上相等，但液壓墊裝配調(diào)整后的傾斜方向與工況（2）相反。

3.4 液壓墊導板內(nèi)傾，工作臺固定導板理想

如圖6所示，有δ1＞0、δ2=0，根據(jù)圖中的角度關(guān)系：γ1=γ3，γ2=0，δ3=δ1.L/H1，Δ=δ1+C

圖6 液壓墊導板內(nèi)傾，工作臺固定導板理想

3.5 液壓墊導板內(nèi)傾，工作臺固定導板內(nèi)傾

如圖7所示，有δ1＞0、δ2＞0，根據(jù)圖中的角度關(guān)系得：

圖7 液壓墊導板內(nèi)傾，工作臺固定導板內(nèi)傾

tanγ1=δ1/H1，tanγ2=δ2/H2，由于γ1，γ2非常小，所以有：

γ1≈δ1/H1，γ2≈δ2/H2，γ3=γ1+γ2=δ1/H1+δ2/H2

又：tanγ3=δ3/L，有γ3≈δ3/L，則有δ3/L=δ1/H1+δ2/H2所以：δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L

Δ=（2δ1/H1+δ2/H2）L/H1+C

可知這種工況下，液壓墊平行度由兩種垂直度誤差δ1、δ2按公式δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L相疊加增大，液壓墊導板間隙較大，情況較為惡劣。

3.6 液壓墊導板內(nèi)傾，工作臺固定導板外傾

如圖8所示，有δ1＞0、δ2＜0。

按照3.5的推理，也可以得到：

δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L

Δ=|（δ1/H1+δ2/H2）L/H1|+C

圖8 液壓墊導板內(nèi)傾，工作臺固定導板外傾

注意到其中δ1＞0、δ2＜0，液壓墊的平行度誤差由兩垂直度誤差 δ1、δ2相互抵消，當γ1=γ2時，有γ3=0，δ3=0，Δ=C，與理想工況下液壓墊平行度誤差和總間隙相同。

3.7 液壓墊導板外傾，工作臺固定導板理想

如圖9所示，有δ1＜0、δ2=0。根據(jù)圖中的角度關(guān)系γ1=γ3，γ2=0有：

δ3=δ1.L/H1，Δ≈-2δ1+C

圖9 液壓墊導板外傾，工作臺固定導板理想

3.8 液壓墊導板外傾，工作臺固定導板內(nèi)傾

如圖10所示，有δ1＜0、δ2＞0。

由3.5的方法推理可得：δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L，Δ=|（δ1/H1+δ2/H2）L/H1|+C

注意到其中δ1＜0、δ2＞0，液壓墊平行度由兩種垂直度誤差δ1、δ2相互抵消。當γ1=γ2時，有γ3=0， δ3=0，Δ=C，與理想工況下液壓墊平行度誤差和總間隙相同。

圖10 液壓墊導板外傾，工作臺固定導板內(nèi)傾

3.9 液壓墊導板外傾，工作臺固定導板外傾

如圖11所示，有δ1＜0、δ2＜0。根據(jù)圖中的角度關(guān)系γ1≈δ1/H1，γ2≈δ2/H2，δ2/H2，γ3=γ1+γ2=δ1/H1+δ2/H2

又：tanγ3=δ3/L，有γ3≈δ3/L，則有δ3/L=δ1/H1+δ2/H2所以：δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L

Δ=|（2δ1/H1+δ2/H2）L/H1|+C

圖11 液壓墊導板外傾，工作臺固定導板外傾

注意到其中δ1＜0、δ2＜0，液壓墊平行度有兩種垂直度誤差δ1、δ2按公式δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L相互疊加，與3.5所述工況在數(shù)值上相同，液壓墊傾斜方向相反，情況較為惡劣。

4 綜合分析

根據(jù)上述分析，可歸納如表1所示。

根據(jù)前述的推導和表1的數(shù)據(jù)，結(jié)合δ1、δ2的符號可得出如下結(jié)論：

（1）δ1、δ2符號相反時，液壓墊平行度誤差δ3由δ1、δ2相互抵消，數(shù)值減小。

（2）δ1、δ2符號相同時，液壓墊平行度誤差δ3由δ1、δ2相互疊加，數(shù)值增大。

（3）δ1、δ2其中有一個為零時，液壓墊平行度誤差值僅與δ1或δ2有關(guān)，只要控制好δ1、δ2數(shù)值的大小，液壓墊平行度誤差δ3基本可以控制在可接受的范圍。

（4）液壓墊平行度誤差δ3隨液壓墊長邊尺寸L增大而增大。

5 解決措施

根據(jù)上述分析可得，δ1、δ2符號相同時，液壓墊平行度誤差δ3由δ1、δ2根據(jù)表1中的公式相互疊加，數(shù)值增大。3.5和3.6兩種工況最為惡劣，必須加以嚴格控制。液壓墊尺寸和質(zhì)量通常較大，大型液壓機的液壓墊都在20t以上，如果發(fā)生3.5、3.6兩種工況，依靠液壓墊另外一側(cè)的可調(diào)導軌的推拉螺釘將其正過來，是無法實現(xiàn)的。因此必須從液壓墊銅導板導向面和工作臺固定導板導向面的加工精度方面進行控制，不僅要控制δ1、δ2數(shù)值大小，提高公差等級，還必須控制相應導向面的傾斜方向。

為了減小加工難度和提高可操作性，根據(jù)液壓墊平行度公差的要求，采取如下措施進行控制。

（1）提高液壓墊銅導板導向面對液壓墊上平面的垂直度|δ1|的公差等級，按6級公差取值。液壓墊銅導板導向面長度一般小于1000mm，因此按6級公差取，|δ1|≤0.08mm。一般長邊尺寸大于1700的液壓機液壓墊，由于尺寸和重量較大，調(diào)整液壓墊平行度時較為困難，必須嚴格按此6級公差要求。而對于長邊尺寸小于1700的液壓機液壓墊，L對δ3的線性放大作用也相對較小，因此可放寬對|δ1|的公差要求，一般可以控制在|δ1|≤0.05mm。

為了保證|δ1|的公差要求，在液壓墊裝入工作臺空間中之前，先將銅導板和液壓墊裝配成組合部件，在上大型精密落地鏜銑床精加工銅導板導向面，保證銅導板導向面對液壓墊上平面垂直度在公差范圍內(nèi)。

（2）嚴格控制工作臺固定導板導向面對工作臺上平面的垂直度|δ2|的公差等級。由于工作臺固定導板長度一般大于液壓墊銅導板長度加液壓墊行程，垂直度|δ2|一般比|δ1|要大，從理論上講，其公差等級應高于|δ1|的要求，但考慮到精度等級提高到5級公差或以下，加工和檢驗的難度將大大提高，因此也嚴格控制工作臺固定導板導向面對工作臺上平面的垂直度在6級公差范圍內(nèi)。

（3）為了減小加工裝配難度，最大限度減少上文所述工況3.5、3.9兩種工況的發(fā)生，必須對液壓墊銅導板導向面和工作臺固定導板導向面的傾斜方向進行控制。規(guī)定工作臺固定導板導向面相對理想位置只允許內(nèi)傾（包括重合），則去除了上表中的3.3、3.6、3.9三種工況，此時還只有3.5是不可接受的，再規(guī)定液壓墊銅導板導向面相對理想位置只允許外傾（包括重合），則去除了3.2、3.5、3.6三種工況，則只剩下3.1、3.2、3.7、3.8四種工況了，這樣可能發(fā)生工況就大大減少，對加工和裝配控制的難度也大大降低了。

（4）根據(jù)上述解決措施，制定相關(guān)文件，下發(fā)車間、質(zhì)檢和裝配等部門，嚴格按此執(zhí)行。經(jīng)過兩年多的試運行，基本消除了液壓墊平行度超差和無法調(diào)整的現(xiàn)象。

6 結(jié)論

（1）分析了影響液壓墊平行度誤差的主要因素為液壓墊銅導板對理想位置的傾斜方向，工作臺固定導板導向面對理想位置的傾斜方向，液壓墊銅導板導向面對液壓墊上平面的垂直度，工作臺固定導板導向面對工作臺上平面的垂直度，以及液壓墊尺寸和導向面高度等因素。

（2）采用遍歷法一一分析推導了液壓墊銅導板導向面和工作臺固定導板導向面三種位置九種工況對應的液壓墊平行度誤差的公式以及運動面總間隙的公式。

（3）通過對液壓墊平行度對應的九種工況進行分析，制定了解決實踐中液壓墊平行度超差和無法調(diào)整現(xiàn)象的可行措施并嚴格實施，經(jīng)過兩年多的檢驗驗證，證明從根本上找到了問題癥結(jié)，基本消除了液壓墊平行度超差和無法調(diào)整的現(xiàn)象。

（4）本文主要從液壓墊銅導板導向面和工作臺固定導板導向面三種位置方面著手進行分析，忽略了工作臺和液壓墊上平面平面度等因素的影響，這些因素雖然對液壓墊平行度誤差的測量和液壓墊狀態(tài)的調(diào)整有一定影響，但不是主要影響因子。

[1]JB/T 7343-2010，單雙動薄板沖壓液壓機[S].

[2]GB/T9166-2009，四柱液壓機 精度[S].

[3] 夏衛(wèi)明，李 輝，等.液壓墊結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，49（1）：49-51.

[4] 李 響.液壓墊多缸液壓系統(tǒng)的設(shè)計分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（6）：42-43.

[5] 宋雨芳，吳友坤，等.新型液壓機上液壓墊裝置的設(shè)計與應用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2005，40（4）：31-32.

Study on parallelism adjustment method for hydraulic cushion

XIA Weiming,JI Kuanbin
（Jiangsu Guoli Forging Machine Tool Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

The causes of exceeding specification and unable being adjusted for parallelism tolerance of hydraulic cushion's top surface relative to the workbench's top surface (hereinafter hydraulic cushion parallelism tolerance)have been analyzed and demonstrated.The formulas of hydraulic cushion parallelism and total clearance between guide surface under nine kinds of combined conditions have been deduced,including when the guide surface of hydraulic cushion's copper guide plates relative to ideal position is overlapped, introversion and extroversion,and when the guide surface of workbench's fixed guide plates relative to ideal position is overlapped,introversion and extroversion.It is concluded that the two worst cases exist when both of the guide surface of hydraulic cushion's copper guide plates and the guide surface of workbench's fixed guide relative to ideal position are introversion or extroversion in the same time.They would cause the mutual superposition between perpendicularity of the guide surface of hydraulic cushion's copper guide plates relative to top surface of hydraulic cushion and perpendicularity of the guide surface of workbench's fixed guide plates relative to top surfaces of workbench deduced by the formula,which would increase the parallelism tolerance of hydraulic cushion.Aiming at the two worst cases,the measures that improve guide surface machining accuracy level and only allow introversion of workbench fixed guide surface relative to ideal place and extroversion of hydraulic cushion's copper guide plates guide surface relative to ideal place have been drawn up.Thus in this way,only four left acceptable conditions could occur,which can greatly reduce the difficulty of the operations.The related paper has been formulated accordingly and carried out the implementation strictly in production practice.It is proved by more than two years'practice that the measure is feasible and the reason of problem has been found out.The exceeding specification and unable being adjusted for the parallelism tolerance of hydraulic cushion have been eliminated.

Hydraulic press;Hydraulic cushion;Parallelism;Perpendicularity;Guide Rail;Tolerance

TG315.4

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.01.008

1672-0121（2017）01-0036-06

2016-07-16；

2016-09-12

夏衛(wèi)明（1981-），男，碩士，工程師，從事液壓機產(chǎn)品開發(fā)。E-mail：xiaweiming2000@aliyun.com