數(shù)控機(jī)床動(dòng)力卡盤選型方法

■ 清華大學(xué)機(jī)械工程系 （北京 100084） 張 云 姜 楠

■ ■呼和浩特眾環(huán)集團(tuán) （內(nèi)蒙古 010051） 張國(guó)斌

HTC50型機(jī)床是原CK3263型數(shù)控轉(zhuǎn)塔車床的升級(jí)換代產(chǎn)品，繼承了原機(jī)床的多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。具有驅(qū)動(dòng)功率大、剛性好和刀具半徑補(bǔ)償?shù)榷喾N性能，能車削直線，斜線，圓弧，公、英制螺紋，直、錐形螺紋，平面螺紋和多頭螺紋。因此適合形狀復(fù)雜、精度較高的軸、盤及套類零件加工。特別適合電子產(chǎn)品、航空和有色金屬等行業(yè)，零件使用小切削量、高轉(zhuǎn)速和大批量加工。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示，數(shù)控機(jī)床如圖2所示。

圖1 HTC50 數(shù)控臥式車床結(jié)構(gòu)

圖2 HTC50 數(shù)控臥式車床

1.HTC50數(shù)控臥式車床技術(shù)參數(shù)

HTC50數(shù)控臥式車床部分技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.動(dòng)力卡盤選型分析

（1）動(dòng)力卡盤工作條件如表2所示。

表1 HTC50數(shù)控臥式車床技術(shù)參數(shù)

（2）動(dòng)力卡盤工作參數(shù)如表3所示。

（3）動(dòng)力卡盤設(shè)計(jì)要求如表4所示。

表2 動(dòng)力卡盤工作條件

表3 動(dòng)力卡盤工作參數(shù)

表4 動(dòng)力卡盤設(shè)計(jì)要求

（4）動(dòng)力卡盤初步選型：根據(jù)HTC50數(shù)控車床性能特點(diǎn)，應(yīng)選擇適合形狀復(fù)雜、精度較高的軸、盤及套類零件加工的動(dòng)力卡盤。

卡盤公稱直徑的確定：機(jī)床床身最大回轉(zhuǎn)直徑600mm，考慮到加工零件的廣泛性，有可能加工軸類零件，也可能加工盤類零件，所以將卡盤回轉(zhuǎn)直徑確定為床身最大回轉(zhuǎn)直徑的約50%較合理。查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，卡盤規(guī)格直徑選擇315mm。

卡盤與機(jī)床連接形式的確定：卡盤與機(jī)床主軸的搭配關(guān)系如表5所示。

表5 卡盤與機(jī)床主軸的搭配關(guān)系（JB/T 11771─2014中表1）

機(jī)床主軸頭型式為短圓錐A2-8型，參照表5的規(guī)定，卡盤也為短圓錐A2-8型，這樣安裝方便，卡盤懸伸短，剛性好。

卡盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)型式的確定：動(dòng)力卡盤的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)型式有幾十種，最常用的一般為楔式動(dòng)力卡盤，HTC50數(shù)控臥式車床為通用型車床，加工范圍廣。因此選用中實(shí)楔式動(dòng)力卡盤基本上能滿足使用要求，卡盤性價(jià)比也高，故選用中實(shí)楔式動(dòng)力卡盤。該動(dòng)力卡盤的結(jié)構(gòu)具有高轉(zhuǎn)速、高精度、高剛性、夾緊力大、高安全性和高可靠性等特點(diǎn)。

加工的零件為三通管接頭，材料ZG45鋼，工件質(zhì)量3.5kg，如圖3所示。

圖3 加工零件

頂爪是夾持工件的重要零件，根據(jù)加工零件的特點(diǎn)及批量，頂爪為硬頂爪，夾持部位鋸齒狀，其形狀及尺寸如圖4所示。

圖4 頂爪

按實(shí)際零件進(jìn)行初始夾緊力計(jì)算。根據(jù)零件特點(diǎn)，卡盤需夾持φ30mm，加工φ60mm端面及外圓，表面粗糙度值Ra＝6.3μm。切削用量為56.52m/min（加工轉(zhuǎn)速300r/min），進(jìn)給量S＝0.3mm/r，切削深度t＝2.0mm。

刀具材料牌號(hào)為硬質(zhì)合金YT15，刀具切削部分幾何參數(shù)為前角γo＝15°，后角αo＝8°，副后角αo′＝6°，刃傾角λs＝0°，主偏角Kr＝30°，副偏角Kr′＝10°，刀尖圓弧半徑re＝0.5mm。

主切削力Fs的計(jì)算。t＝2.0mm，S＝0.3mm/r，查《金屬切削手冊(cè)》得到：Ks＝2.7kN/mm2，

Fs＝S·t·Ks＝0.3×2×2.7＝1.62（kN）。

動(dòng)力卡盤所受的靜態(tài)夾緊力Fspz的計(jì)算。查《金屬切削手冊(cè)》得到：Sz＝2；usp＝0.1～0.45，?。簎sp＝0.33，dz＝60mm，dsp＝30mm，dz為工件加工面的直徑，dsp為夾緊部分的直徑。則：Fspz＝[（Fs·Sz）/usp]·（dz/dsp）＝[（1.62×2）/0.33]×（60/30）＝19.64（kN）。

在頂爪設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以得到頂爪質(zhì)心到頂爪底部的距離為56.32mm，則頂爪質(zhì)心到卡盤中心的距離r＝15＋56.32＝71.32（mm），頂爪質(zhì)量（3塊爪）為8.38kg。

離心力Fc的計(jì)算：Fc＝2mr×（2πn/60）2＝2×8.38×0.071 32×[（2×3.14×300）/60]2＝1 179（N）＝1.179（kN）。

離心力損失ΔFc的計(jì)算。K值總小于1，楔式動(dòng)力卡盤自身剛性好，工作轉(zhuǎn)速不高，取K＝0.7，則：ΔFc＝K×Fc＝0.7×1.179＝0.83（kN）。

動(dòng)態(tài)夾緊力Fdy的計(jì)算。楔式動(dòng)力卡盤不帶有離心力補(bǔ)償，所以Fc1＝0，i為杠桿比，則Fdy＝Fspz＋ΔFc＋iFc1（外夾緊工件時(shí)）＝19.64＋0.83＋0＝20.47（kN）。

初始夾緊力Fsp的計(jì)算?？紤]加工的安全性，夾緊力安全系數(shù)Ssp＝1.5，F(xiàn)sp＝Ssp×Fdy＝1.5×20.47＝30.71（kN）。

卡盤精度按JB/T 11771─2014標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3.選擇動(dòng)力卡盤

根據(jù)以上計(jì)算分析，選擇呼和浩特眾環(huán)（集團(tuán)）有限公司生產(chǎn)的KT54T315 B/A28二爪楔式動(dòng)力卡盤（見圖5）。卡盤直徑：304mm；連接形式：A2-8；爪行程（直徑）：10.6mm；許用推力：27.5kN；最大夾緊力：104kN；最高轉(zhuǎn)速：3 200r/min；夾緊范圍：26～304mm。

圖5 KT54T315 B/A28二爪楔式動(dòng)力卡盤

4.校核

前面的計(jì)算結(jié)果和所選卡盤的對(duì)比如表6所示。

5.動(dòng)力源的選擇

根據(jù)動(dòng)力卡盤選擇的是呼和浩特眾環(huán)（集團(tuán)）有限公司生產(chǎn)的KT54T315 B/A28二爪楔式動(dòng)力卡盤，因此油缸也同樣選擇呼和浩特眾環(huán)（集團(tuán)）有限公司生產(chǎn)的油缸?？ūP為中實(shí)卡盤，油缸也選擇中實(shí)油缸，即型號(hào)為P24系列高速回轉(zhuǎn)油缸。該油缸采用優(yōu)質(zhì)鋁合金材料，具有體積小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)速高和密封性好等特點(diǎn)，并配有逆止閥、安全閥。

呼和浩特眾環(huán)（集團(tuán)）有限公司推薦的油缸為P24160，與KT54T315 B/A28匹配，如表7所示。

表6 計(jì)算和所選卡盤對(duì)比表

表7 卡盤與油缸性能對(duì)比

6.結(jié)語(yǔ)

本文以HTC50型機(jī)床為例，詳細(xì)介紹了動(dòng)力卡盤的選型流程，對(duì)于實(shí)際工作具有一定的指導(dǎo)作用。本課題為國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助（2014ZX04011031-01）項(xiàng)目。