鉗形杠桿增力夾緊機構在重型回轉工作臺上的應用

邢麗紅 劉 薇

(沈陽機床股份有限公司，遼寧沈陽110142)

HTZ80重型回轉工作臺是落地銑鏜床、端面銑床等工作母機擴大機床性能，縮短加工時間不可缺少的輔助設備，可用于最大承載重量80 t的加工件做直線運動或回轉運動。工作臺臺面尺寸3 500 mm×4 000 mm。本機也可單獨使用，利用它的B軸及V軸的兩向自動進給，可以擴大銑鏜床的加工范圍并減少工件裝夾次數、提高生產效率。

重型回轉工作臺部件結構復雜，同時又需直接承受切削力，因此夾緊機構既要安全可靠，又要避免因夾緊力過大而引起部件變形[1]。鉗形杠桿增力夾緊機構就是基于這個理念設計的，用于重型回轉工作臺回轉運動的夾緊，是回轉工作臺的關鍵部件之一，它可以有效地限制回轉工作臺B軸的自由度，保證工件的加工精度。該鉗形杠桿增力機構的夾緊力大且安全可靠。

1 結構原理

鉗形杠桿增力夾緊機構，如圖1所示。其水平安裝在滑座22上。

其工作原理:當回轉工作臺20需要松開時，液壓缸7進油口進油，油腔內充滿壓力油，依次推動下活塞18、中活塞17、上活塞16向上運動，液壓缸7通過下托板19和螺栓9帶動碟形彈簧12上面的上壓板11向下運動，液壓缸7通過上托板15推動碟形彈簧12下面的下壓板13向上運動，從而壓縮碟形彈簧12，使上夾緊體1和下夾緊體5處于自然狀態，夾緊機構的鉗口處的銅壓塊3脫離回轉工作臺20下面的齒圈21的上下面，實現夾緊松開，如圖1所示。

當回轉工作臺20需要夾緊時，電磁閥YV換向，液壓缸7進油口回油至油池，碟形彈簧12復位，對上夾緊體1有一個向上的力，對下夾緊體5有一個向下的力，通過夾緊機構及銅壓塊3抱緊回轉工作臺20下面的齒圈21的上下面，實現工作臺的夾緊，如圖1和圖2所示。

2 夾緊機構設計

2.1 回轉工作臺所需夾緊力的計算

回轉工作臺的回轉中心為工作臺的中心，最大力臂是在工作臺最長邊L=4 000 mm的一半處，如圖3所示。

當切削力F=60 000 N作用在工作臺的最大位置時，其產生的工作臺回轉力矩M為:

2.2 夾緊點所需夾緊力的計算

取工作臺重量G=15 000 kg，最小工件重量G1=30 000 kg，夾緊點數量m=4對，夾緊力作用于齒圈上下端面，作用圓半徑r=1 250 mm，夾緊面鋼件與銅的摩擦系數f=0.15。

如4對夾緊點處于半徑為r的齒圈同一圓周上，則工作臺的夾緊力Fq為:

通過計算得Fq＜90 kN。由于每個夾緊機構的制造誤差及零件受力變形等原因，故本回轉工作臺每個夾緊機構的夾緊力取90 kN[2]。

2.3 碟形彈簧機構夾緊力的計算

表1 碟形彈簧尺寸

表中:D為碟簧外徑，d為碟簧內徑，t為碟簧板厚，H0為碟簧自由高度，h0為碟簧可壓縮變形量(h0=H0-t)，P為單片碟簧負載[3]。

碟形彈簧片數i=10，規格及型號φ125mm ×φ71 mm×8 mm；GB 1972-2005。已知碟形彈簧預壓縮50%，查表1得h0=2.9 mm，P0.5h0=72 705 N，P0.75h0=103 964 N。

從圖4中可知，對合碟形彈簧變形量fz為:

則單片碟形彈簧的壓縮變形量f1為:

從圖5碟形彈簧特性線可以看出，對合碟形彈簧的負載成線性[4]，則單片碟簧負載P為:

對合碟簧負載Pz為:

鉗形杠桿力臂比220∶60，故通過鉗形杠桿增力后的夾緊力F′為:

通過計算可得，鉗形杠桿增力F′完全滿足回轉工作臺夾緊力要求。

2.4 油缸推力的計算

油缸活塞內徑d=50 mm，外徑D=100 mm，進油壓力P=2 MPa，三級油缸疊加，則油缸推力Ft為:

通過計算可得，油缸推力Ft完全滿足碟形彈簧的負載要求。

3 結構特點

3.1 夾緊力大

夾緊機構設計原理是利用杠桿增力的原理增大了夾緊力，碟形彈簧12分別施予上夾緊體1和下夾緊體5向上和向下的作用力，通過連接銷2在上夾緊體1和下夾緊體5的短力臂一側得到放大3.7倍的夾緊力，如圖1所示。

3.2 能耗低

夾緊回轉工作臺20時，碟形彈簧12復位，且采用多節碟形彈簧對合組合疊加，使其在夾緊狀態下無需壓力油，從而能耗較低，如圖1所示。

3.3 受力好

上夾緊體1和下夾緊體5在鉗口處均設有銅壓塊3，用于保證鉗形杠桿增力夾緊機構和回轉工作臺20下面的齒圈21之間的接觸面積和作用力的方向，從而較好地浮動夾緊工作臺，如圖1所示。

3.4 精度穩定

鉗形杠桿增力夾緊機構采用鉗形杠桿進行雙面夾緊，其結構簡單，成本低，且其夾緊力作用在齒圈21上，不會引起回轉工作臺變形，從而保證回轉工作臺的精度穩定，如圖1所示。

4 結語

經生產實際驗證，鉗形杠桿增力夾緊機構具有技術效果優良，夾緊力大、能耗低、受力好、精度穩定、安全可靠等優點。已經被廣泛使用于筆者公司的多款重型回轉工作臺上，實際應用效果很好，并獲得了國家發明專利ZL201210036740.1。