用于重型車床的可雙向增力的雙腔液壓增力卡爪結(jié)構(gòu)

雷 宇，劉 磊

［1.齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000；2.上海固都自動(dòng)化工程有限公司，上海 200000］

目前，用于重型立式車床、重型臥式車床及軋輥車床等機(jī)床卡盤(pán)上面的增力卡爪主要有機(jī)械增力卡爪[1-2]和單腔液壓增力卡爪兩種結(jié)構(gòu)。

本研究介紹一種新的雙腔液壓增力卡爪結(jié)構(gòu)，較之以往的單腔液壓油腔增力結(jié)構(gòu)，增加了右側(cè)平衡油腔，通過(guò)保證兩油腔內(nèi)液壓油壓力的平衡，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外雙向增力卡緊功能。

1 結(jié)構(gòu)形式

如圖1～3所示，雙腔液壓增力卡緊機(jī)構(gòu)主要由以下部分組成：大導(dǎo)程卡緊套筒機(jī)構(gòu)（軸Ⅴ），小導(dǎo)程液壓增力卡緊機(jī)構(gòu)（軸Ⅴ），外卡緊螺母鎖緊機(jī)構(gòu)（軸Ⅵ），內(nèi)卡緊螺母鎖緊機(jī)構(gòu)（軸Ⅶ），卡爪及花盤(pán)等主體結(jié)構(gòu)等組成。

1.主動(dòng)套筒；2.增力螺桿；3.外鎖緊螺母；4.活塞桿；5.粗調(diào)絲杠；6.密封圈；7.卡爪；8.右側(cè)油腔；9.從動(dòng)套筒；10.密封圈；11.內(nèi)鎖緊螺母；12.外螺紋鎖緊螺母；13.擋板；14.支撐套；15.齒輪軸；16.花盤(pán)體；17.左側(cè)油腔；18.密封圈；19.隔套；20.密封圈；21.活塞；22.軸；23.齒輪軸。

圖1 卡爪外側(cè)視圖

圖2 卡爪B-B剖視圖

圖3 卡爪C-C剖視圖

2 動(dòng)作分析

2.1 外卡緊

2.1.1 卡緊過(guò)程

如圖2所示，首先順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)SW1外六方扳頭，使卡爪內(nèi)側(cè)靠近工件外壁，并粗略調(diào)整找正工件中心位置。達(dá)到一定卡緊力后（以扳手無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)），卸下扳手，開(kāi)始調(diào)整SW2，此時(shí)為增力調(diào)整過(guò)程。順時(shí)針調(diào)整SW2，使活塞桿（4）在定位鍵作用下直線向前運(yùn)動(dòng)，從而壓縮左側(cè)油腔（17），拉伸右側(cè)油腔（8）。壓縮左側(cè)油腔過(guò)程中，活塞桿的作用力施加在小面積油腔上，而被作用力施加在粗調(diào)絲杠（5）上。由于兩側(cè)油腔需達(dá)到靜壓平衡，所以，壓強(qiáng)P恒定不變，受力面積S增大過(guò)程中，F(xiàn)也隨之增大。即，被作用力F’增大，從而達(dá)到放大力的效果。右側(cè)油腔受力狀態(tài)同理。

卡緊后，順時(shí)針調(diào)整SW3，通過(guò)齒輪軸（15）帶動(dòng)螺母（3）（左旋螺紋）靠近并頂緊粗調(diào)絲杠（5）的左端面，達(dá)到鎖緊卡爪的目的。

2.1.2 放松過(guò)程

放松過(guò)程中，首先逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)SW3，松開(kāi)鎖緊螺母（3），其次依次順時(shí)針旋轉(zhuǎn)SW2，SW1，松開(kāi)調(diào)整絲杠。注意，放松過(guò)程中，應(yīng)將四個(gè)卡爪的增力絲杠完全放松后，再放松粗調(diào)絲杠（5）。

2.2 內(nèi)卡緊

2.2.1 卡緊過(guò)程

如圖2所示，首先逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)SW1外六方扳頭，使卡爪外側(cè)靠近工件內(nèi)壁，并粗略調(diào)整找正工件中心位置。達(dá)到一定卡緊力后（以扳手無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)），卸下扳手，開(kāi)始調(diào)整SW2，此時(shí)為增力調(diào)整過(guò)程。逆時(shí)針調(diào)整SW2，使活塞桿（4）在定位鍵作用下直線向后運(yùn)動(dòng)，從而拉伸左側(cè)油腔（17），壓縮右側(cè)油腔（8）。油腔受力狀態(tài)同外卡緊過(guò)程。

卡緊后，順時(shí)針調(diào)整SW4（見(jiàn)圖3），通過(guò)齒輪軸（22、23）帶動(dòng)螺母（11）（右旋螺紋）靠近并頂緊粗調(diào)絲杠（5）的右端面，達(dá)到鎖緊卡爪的目的。

2.2.2 放松過(guò)程

放松過(guò)程中，首先逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)SW4，松開(kāi)鎖緊螺母（11），其次依次順時(shí)針旋轉(zhuǎn)SW2，SW1，松開(kāi)調(diào)整絲杠，道理同外卡緊過(guò)程。

3 設(shè)計(jì)原理

對(duì)比現(xiàn)有增力卡爪結(jié)構(gòu)，計(jì)算驗(yàn)證液壓卡緊結(jié)構(gòu)增力效果。以左側(cè)油腔（17）為例，如圖2所示。在相互連通的密封液壓油缸中，小活塞和大活塞面積分別為S1和S2，如在小活塞上施加力F1。

顯然，液壓增力機(jī)構(gòu)將F1進(jìn)行了放大，假設(shè)施加在旋轉(zhuǎn)方頭SW2上的扭矩為M1，根據(jù)做功相等原理：

式中：t—絲杠導(dǎo)程，mm；Η—傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般滑動(dòng)絲杠取值范圍為30%～40%。

本機(jī)構(gòu)為成型結(jié)構(gòu)，當(dāng)施加在SW2上的力矩M1=100 N·m時(shí)，代入以上式中，可得到F=283 kN。

由于作用在活塞桿上的力F1平均分給作用兩個(gè)油腔，所以分析過(guò)程中假設(shè)了所有作用力都承受在左側(cè)油腔，其計(jì)算結(jié)果還是不變的。由于左右兩側(cè)油缸結(jié)構(gòu)尺寸完全一致，所以無(wú)論內(nèi)外卡緊，其獲得的輸出力大小是相同的。

一般會(huì)選擇高性能的進(jìn)口聚氨酯材料作為密封部件，要保證油缸的完全密封，油脂一般要求具有高黏度、低雜質(zhì)、抗氧化性好等特點(diǎn)。

4 使用效果

根據(jù)其他設(shè)計(jì)者提供的參數(shù)信息，我們對(duì)比了機(jī)械雙向增力、單腔液壓增力和雙腔液壓增力等3種類型卡爪結(jié)構(gòu)的增力效果，如表1所示。

表1 使用效果對(duì)比

可見(jiàn)，液壓增力卡緊裝置所產(chǎn)生的卡緊力要大于機(jī)械增力卡緊結(jié)構(gòu)。本機(jī)構(gòu)不但綜合了機(jī)械增力結(jié)構(gòu)的自鎖性好，增力效果大等優(yōu)點(diǎn)，而且安全系數(shù)高，抗沖擊性強(qiáng)，緩沖性能好。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了雙向卡緊，大大降低了工人操作強(qiáng)度，在超重型機(jī)床或超高轉(zhuǎn)速機(jī)床上應(yīng)用性強(qiáng)。