三工位不停車液壓車夾具的數(shù)控專機改裝

徐國慶

(廣東鴻圖科技股份有限公司，廣東肇慶 526108)

圖1為1.6 L乘用車發(fā)動機的出水管的車加工簡圖。此零件為壓鑄鋁合金件，材料為ADC12，年產(chǎn)量為18萬件。加工難點為軸心1、軸心2、軸心3三處位置度0.5 mm的技術(shù)要求。由于加工時是以毛坯外形定位加工，如果軸心1、軸心2、軸心3三處分工序加工，其重復(fù)定位性差，將很難達到位置度0.5 mm的技術(shù)要求。由于年產(chǎn)量大，分工序加工將導(dǎo)致效率很低，加工中也容易出現(xiàn)漏工序的現(xiàn)象，給批量生產(chǎn)的車間管理帶來很大難度。經(jīng)過零件加工工藝分析，軸心1、軸心2、軸心3相交于一點，只要以相交點垂線為回轉(zhuǎn)中心，實現(xiàn)工件一次裝夾，不停車分別加工軸心1、軸心2、軸心3，可保證加工的技術(shù)要求和效率。為實現(xiàn)工件一次裝夾不停車分別車加工軸心1、軸心2、軸心3，需要對現(xiàn)有普通數(shù)控車床進行改裝，并制作三工位不停車液壓車夾具來實現(xiàn)(見圖2)。根據(jù)產(chǎn)品加工的技術(shù)要求和改裝中進行的設(shè)計計算，并結(jié)合車間具體情況，選用一臺閑置的美國產(chǎn)HAAS SL30普通數(shù)控車床進行局部改造。三工位液壓車夾具數(shù)控專機加工工件程序的流程見圖3。

1 數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)工作原理

改裝選用的美國產(chǎn)HAAS SL30普通數(shù)控車床，最大加工能力為φ432 mm×864 mm。機床為箱型斜床身結(jié)構(gòu)，確保了很好的熱穩(wěn)定性和高剛性，即使強力切削，也能夠保證穩(wěn)定的加工精度。采用對稱分布的加強筋強化加固的大型主軸箱的高剛性鑄鐵結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，確保了改裝后可以承載高速旋轉(zhuǎn)的專用液壓車夾具，以及加工的高精度和重復(fù)定位精度。經(jīng)過技術(shù)評估后，可以滿足改裝后工件加工的技術(shù)要求。

1.1 數(shù)控車床結(jié)構(gòu)

該數(shù)控車床由主軸、主軸座、皮帶輪、液壓油缸、液壓站、與主軸連接的過渡法蘭、拉桿和液壓三爪卡盤、液壓尾座以及NC控制系統(tǒng)等組成，如圖4所示。

1.2 數(shù)控車床液壓系統(tǒng)工作原理(圖5)

(1)主軸卡盤的夾緊或松開

啟動機床后液壓站工作，操作液壓卡盤控制的兩位四通腳踏換向閥－2液壓控制開關(guān)。隨著來自液壓站的高壓油，推動液壓油缸－2的活塞帶動與之連接在一起的拉桿動作。拉桿帶動卡盤內(nèi)的斜契機構(gòu)使卡盤上三爪動作夾緊或松開工件，實現(xiàn)對工件的裝夾?？烧{(diào)節(jié)流閥－2控制工件裝夾速度的快慢，調(diào)節(jié)溢流閥－2控制工件裝夾壓力的大小，壓力表－2用于顯示觀察

液壓油缸－2的工作壓力大小是否正常，來判斷卡盤工作時的夾緊力的大小是否正常。溫度調(diào)節(jié)器、冷卻器－2、過濾器，用于保證液壓系統(tǒng)在各種工況條件下，能夠長期處于穩(wěn)定工作中。

(2)液壓尾座的夾緊或松開

啟動機床后液壓站工作，操作液壓尾座的兩位四通腳踏換向閥－1液壓控制開關(guān)。隨著來自液壓站的高壓油，推動液壓尾座－1油缸的活塞帶動與之連接在一起的頂尖動作，實現(xiàn)頂尖對工件的輔助定位?？烧{(diào)節(jié)流閥－1控制頂尖動作速度的快慢，調(diào)節(jié)溢流閥－1控制工件裝夾壓力的大小，壓力表－1用于顯示觀察液壓油缸－1的工作壓力大小是否正常，來判斷頂尖工作是否正常。通常調(diào)節(jié)溢流閥和壓力表設(shè)置在機床正面右上角面對操作工方向的位置，方便調(diào)整和觀察。

2 數(shù)控車床改裝及專機液壓系統(tǒng)工作原理

根據(jù)設(shè)計要求，三工位液壓車夾具內(nèi)部需要由壓緊、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)鎖緊三個液壓油缸實現(xiàn)設(shè)計所需要的功能。根據(jù)使用要求，將實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)鎖緊功能的液壓油缸，設(shè)計成共用一個液壓回路，達到降低成本的目的。

2.1 數(shù)控車床改裝

改裝后的三工位不停車數(shù)控專機由數(shù)控系統(tǒng)NC控制部分、電器控制部分、液壓控制部分、液壓配油連接和三工位液壓車夾具部分組成，如圖6所示。

數(shù)控系統(tǒng)控制部分不做更改，借用機床自身的控制回轉(zhuǎn)油缸和機床尾座的NC控制部分，實現(xiàn)功能設(shè)計要求。

電器控制部分起著液壓控制和NC控制的連接作用。根據(jù)專機的功能要求，單獨增加了電器部分。

液壓控制部分因機床自帶的液壓控制系統(tǒng)不能完全滿足設(shè)計使用要求，增加了部分設(shè)計的功能，包括液壓站及由液壓、電器控制元件組成的液壓控制回路。

液壓配油連接和三工位液壓車夾具部分由液壓油配油器、配油器連接法蘭、液壓連接油管、三工位液壓車夾具和通過主軸中心的連接配油器和車夾具的4根不銹鋼液壓油管組成。

2.2 改裝后的液壓系統(tǒng)工作原理(圖7)

(1)三工位液壓車夾具工件的夾緊或松開

啟動機床后，液壓站工作，操作三工位液壓車夾具工件裝夾控制的兩位四通手動換向閥－2液壓控制開關(guān)，隨著來自液壓站的高壓油，推動液壓油缸－2的活塞及與之連接在一起的夾具壓板動作，實現(xiàn)對工件的夾緊。當(dāng)工件加工完成后，操作三工位液壓車夾具工件裝夾控制的兩位四通手動換向閥－2液壓控制開關(guān)換向，松開夾具對工件的夾緊，然后換上一個新的工件，完成一個操作循環(huán)。

單向可調(diào)節(jié)流閥－3、－4控制工件松開和裝夾速度的快慢，調(diào)節(jié)溢流閥－2可以控制工件裝夾壓力的大小，壓力表－2用于顯示觀察液壓油缸－2的工作壓力大小是否正常，溫度調(diào)節(jié)器、冷卻器－2、過濾器，用于保證液壓系統(tǒng)在各種工況條件下，能夠長期處于穩(wěn)定工作中。當(dāng)系統(tǒng)壓力達到規(guī)定壓力的時候，壓力繼電器－3自動接通斷開電動機和液壓泵的動力來源，使系統(tǒng)處于間歇的工作狀態(tài)，達到節(jié)約能源的目的，單向閥－3使液壓油只可以單向流動，蓄能器的作用為保證系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。

(2)三工位液壓車夾具工件的工位的鎖緊和轉(zhuǎn)換

工件裝夾完成后，啟動機床程序加工。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出工件加工的M和繼電器R指令，向液壓元件兩位四通電磁換向閥－1發(fā)出液壓控制信號。隨著來自液壓站，經(jīng)過調(diào)節(jié)溢流閥－1調(diào)節(jié)壓力和單向節(jié)流閥－1調(diào)節(jié)流量的液壓油，推動液壓鎖緊油缸的活塞定位面與定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的定位面1可靠接觸。液壓油的壓力達到設(shè)定的系統(tǒng)壓力時，壓力繼電器－1發(fā)出信號給機床數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控車床開始加工工件第一軸。見分度機構(gòu)工作原理圖8步驟一。

數(shù)控車床加工完工件第一軸的位置后，數(shù)控系統(tǒng)向液壓元件兩位四通電磁換向閥－1發(fā)出液壓換向控制信號，液壓站的高壓油通過單向可調(diào)節(jié)流閥－2調(diào)速，推動液壓鎖緊油缸的活塞換向，活塞松開與定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的鎖緊面。持續(xù)升高的液壓油的壓力通過單向溢流閥－2，液壓轉(zhuǎn)向油缸的活塞運動，推動定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，活塞與定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)定位面2接觸時，機構(gòu)完成1/2換向。見分度機構(gòu)工作原理圖8步驟二。

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)達到設(shè)定的壓力時，壓力繼電器－2發(fā)出信號給機床數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)向兩位四通電磁換向閥－1發(fā)出液壓換向控制信號。液壓站的高壓油，通過單向可調(diào)節(jié)流閥－1調(diào)速，推動液壓轉(zhuǎn)向油缸的活塞換向，活塞松開與定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的定位面2的壓緊。持續(xù)升高的液壓油的壓力通過單向溢流閥－1，液壓鎖緊油缸的活塞運動，推動定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，活塞與定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)定位面2接觸時，機構(gòu)完成另外1/2換向。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)達到設(shè)定的壓力時，壓力繼電器－1發(fā)出信號給機床數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控車床開始加工工件第二軸。見分度機構(gòu)工作原理圖8步驟三。

依次重復(fù)前面的步驟一、二、三，可實現(xiàn)對加工工件第三、四軸的換向和定位鎖緊，并實施加工。

單向可調(diào)節(jié)流閥－1控制液壓轉(zhuǎn)向油缸，單向可調(diào)節(jié)流閥－2控制液壓鎖緊油缸的活塞運動的快慢，用以調(diào)節(jié)定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的換向的速度的快慢。單向溢流閥－1控制液壓鎖緊油缸的鎖緊壓力，保證車加工受力時定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及與之連接的夾具定位可靠。單向溢流閥－2控制液壓轉(zhuǎn)向油缸的活塞推動定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的換向的作用力的大小。壓力表－3和－4應(yīng)設(shè)置于方便的位置，是觀察夾具液壓鎖緊油缸和液壓轉(zhuǎn)向油缸系統(tǒng)內(nèi)的工作壓力是否正常的窗口。壓力繼電器－1和－2的功能是保證在液壓油的壓力達到設(shè)定的系統(tǒng)壓力時，向機床數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號，NC控制系統(tǒng)控制兩位四通電磁換向閥－1換向，實現(xiàn)液壓鎖緊油缸和液壓轉(zhuǎn)向油缸的交互動作，完成對定位鎖緊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工位轉(zhuǎn)換的功能操作。

3 專機的技術(shù)特點

(1)全自動數(shù)控分度卡盤，液壓夾緊工件和液壓分度，在高速旋轉(zhuǎn)時，高剛性的液壓夾緊工件，可以承受大切削量的加工。

(2)自動分度機構(gòu)的設(shè)計，保證了比較高的定位精度和重復(fù)定位精度。

(3)在主軸旋轉(zhuǎn)過程中數(shù)控系統(tǒng)進行分度操作，使多個軸之間的轉(zhuǎn)換更加快速。

(4)工件夾持和分度機構(gòu)由液壓油控制，可以不間斷地潤滑，從而保持了機構(gòu)工作的可靠和穩(wěn)定。

(5)整個液壓車夾具內(nèi)部機構(gòu)完全密封，可防止加工過程中冷卻液、鋁屑等雜質(zhì)的污染。

(6)由CNC控制工件加工的位置循環(huán)和工作參數(shù)，整個過程安全可靠。

4 專機使用的注意事項

(1)在夾具調(diào)試合格后，3個工位必須做動平衡校驗。

(2)工件可以在主軸旋轉(zhuǎn)時分度。為了避免由于工件分度過程中，夾具重心產(chǎn)生的變化和重量不平衡所導(dǎo)致的主軸旋轉(zhuǎn)振動現(xiàn)象，建議轉(zhuǎn)速降低30% ～50%。

(3)加工調(diào)試過程中，嚴(yán)禁主軸轉(zhuǎn)速超出設(shè)計最高轉(zhuǎn)速(此專機在NC系統(tǒng)里進行了最高轉(zhuǎn)速的設(shè)置，避免了調(diào)試者誤操作超出設(shè)計最高轉(zhuǎn)速的情況的發(fā)生)。

5 結(jié)語

本次機床改造歷時4個月，對機床的液壓系統(tǒng)進行了重新設(shè)計。根據(jù)工件加工要求，對機床的主軸也進行了改造，將液壓回路部分延伸到夾具體內(nèi)，實現(xiàn)比較復(fù)雜的裝夾要求。改造后的專機，經(jīng)過幾個月批量生產(chǎn)加工使用，加工了約3萬件產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量達到了設(shè)計要求。

［1］成大先.機械設(shè)計手冊［M］：4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］楊叔子.機械加工工藝師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［3］哈斯自動數(shù)控機械(上海)有限公司.數(shù)控車床操作手冊［Z］.2005.