可移動自動式裝夾、翻轉(zhuǎn)托架機構(gòu)的設(shè)計

趙樹巖 陳征強 高忠寶

(1．齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江161005；2．中國第一重型機械股份公司，黑龍江161042)

在龍門銑床和落地鏜床等機床加工大型轉(zhuǎn)子或軋輥等軸類零件過程中，經(jīng)常需要完成零件表面不同位置的平面、槽、孔、螺紋等加工工序。由于工件大小、長短、加工部位等不同，需要將工件裝夾、松開、翻轉(zhuǎn)、多次裝夾，每次裝夾后需要重新找正，費時又費力，增加了勞動強度。因此設(shè)計了可移動自動式壓緊、翻轉(zhuǎn)托架，可以在一定的規(guī)格范圍內(nèi)，自動實現(xiàn)工件的裝夾、松開、翻轉(zhuǎn)、再裝夾等工作，操作即簡單又便捷。實現(xiàn)了工件加工的準確性，提高工作效率，降低了勞動強度。

1—基板平臺 2—工件 3—中心架 4—鋼索或鉸鏈5—軟著陸托架 6—驅(qū)動電機 7—減速器8—驅(qū)動輥 9—鎖緊油缸 10—調(diào)整伸縮油缸圖1 可移動自動式壓緊、翻轉(zhuǎn)托架Figure 1 Movable automatic clamping and overturning bracket

1 結(jié)構(gòu)組成

可移動自動式壓緊、翻轉(zhuǎn)托架機構(gòu)的組成包括基板平臺、中心架、鋼索或鉸鏈、軟著陸托架、驅(qū)動電機、減速器、驅(qū)動輥、鎖緊油缸、調(diào)整伸縮油缸，如圖1所示。

2 工作原理和操作步驟

2.1 工作原理

本結(jié)構(gòu)是根據(jù)液壓缸緩沖阻尼及摩擦輪的工作原理進行設(shè)計的。

液壓缸是將機械能與液壓能相互轉(zhuǎn)換的液壓系統(tǒng)。其將作用在液壓缸上的輸出力轉(zhuǎn)化為液壓壓力，液壓缸輸出力F為：

F=PA

式中，P為液壓壓力；A為液壓壓力作用下的缸體截面積。

摩擦輪是利用直接接觸并相互壓緊的兩摩擦輪間的摩擦力，將主動輪的運動和轉(zhuǎn)矩傳遞給從動輪，其傳動功率N為：

式中，F(xiàn)為壓緊力；μ為摩擦系數(shù)；D為工件軸徑；n為工件轉(zhuǎn)速；KA為工況系數(shù)。其結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，使用方便，易操作。

2.2 操作步驟

根據(jù)工件重量，設(shè)定軟著陸托架升降油缸的壓力。驅(qū)動輥支撐工件，工件脫離中心架0.5～1 mm為宜。操作控制驅(qū)動電機，通過減速器驅(qū)動托輥帶動工件，根據(jù)劃線位置翻轉(zhuǎn)工件，達到要求位置后，停止翻轉(zhuǎn)，進行下一步加工工序。完成工序后，操作進行下一個翻轉(zhuǎn)，直至全部工序完成，拆卸工件。具體操作步驟如下：

(1)根據(jù)工件重量確定裝夾位置和裝夾距離。

(2)操作控制調(diào)整伸縮油缸，將中心架移動到合適位置，中心架夾緊固定到基板平臺上。

(3)操作升起軟著陸托架，使軟著陸托架高出中心架3～5 mm。

(4)工件放置在軟著陸托架上，由于工件的重力作用，軟著陸托架下沉，控制軟著陸下降速度，將工件平穩(wěn)落在中心架上。

(5)用鋼索或鉸鏈纏繞工件，建議在工件和鋼索或鉸鏈之間鋪設(shè)軟橡膠皮，防止損傷工件表面，控制鎖緊油缸，拉緊鋼索或鉸鏈，使工件在中心架上夾緊。

(6)在機床上加工相應(yīng)工序。

(7)加工完成后，控制鎖緊油缸，放松鋼索或鉸鏈。

3 結(jié)構(gòu)特征與參數(shù)選擇

3.1 結(jié)構(gòu)特征

(1)可移動自動式壓緊、翻轉(zhuǎn)托架機構(gòu)共有兩個中心架，一個中心架固定在基板平臺上(也可采用移動式)，另一個中心架由調(diào)整伸縮油缸推動，根據(jù)工件支撐范圍的位置進行調(diào)整。

(2)兩個中心架支撐均采用V字型結(jié)構(gòu)，與工件接觸的支撐板可以采用鑄造銅合金、鋁合金、高強度尼龍、酚醛層板等硬度相對工件硬度低的材料。可以實現(xiàn)支撐板的調(diào)節(jié)和更換，避免工件起落、翻轉(zhuǎn)過程中刮傷。

(3)中心架支撐內(nèi)側(cè)均裝有具有軟著陸作用的翻轉(zhuǎn)托輥，托輥材料采用高強度塑木板，翻轉(zhuǎn)托輥下部裝有緩沖油缸。

(4)工件吊裝時，首先工件落在翻轉(zhuǎn)托輥上，由于翻轉(zhuǎn)托輥下面的緩沖油缸的作用，減輕了工件對托架的沖擊，避免工件與中心架的撞擊，很好地保護了工件。

(5)工件平穩(wěn)著陸后，由中心架內(nèi)安裝的鎖緊油缸拉緊鋼索或鉸鏈實現(xiàn)工件的夾緊，鋼索或鉸鏈與工件間鋪設(shè)橡膠皮，用以保護工件。

3.2 設(shè)計參數(shù)的計算與選擇

該機構(gòu)設(shè)計需要進行軟著陸緩沖計算、翻轉(zhuǎn)時托架頂起力計算、翻轉(zhuǎn)時驅(qū)動電機計算。這三方面計算是機構(gòu)液壓設(shè)計和電氣設(shè)計的前提與基礎(chǔ)。

3.2.1 軟著陸緩沖計算

軟著陸托架緩沖控制采用液壓阻力的工作原理。根據(jù)工件的重量調(diào)節(jié)液壓阻尼力F1，由于軟著陸托架為兩套，因此液壓阻尼力F1應(yīng)按工件重量的一半考慮。設(shè)計計算時取液壓阻尼力F1為工件重量W一半的80%～90%為宜。

例如：設(shè)定工件重量W=2000 kgf≈20 kN，油缸活塞直徑D=60 mm。計算阻尼力和油缸供油壓力。

液壓阻尼力F1為：

F1=0.5×(0.8～0.9)W=8～9 kN

升降油缸液壓阻尼壓力P1為：

根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求，可以選擇設(shè)置系統(tǒng)壓力為3 MPa。

3.2.2 軟著陸托架頂起力F2計算

翻轉(zhuǎn)時，軟著陸托架的頂起采用與軟著陸同一套機構(gòu)。軟著陸托架的頂起力與緩沖阻尼力的作用方向反向，同樣采用液壓油缸的工作原理。由于托架為兩套，因此軟著陸托架的頂起力按工件重量的一半考慮。設(shè)計計算時，取軟著陸托架的頂起力F2為工件重量一半的110%～120%為宜。工作時由于托架為兩套調(diào)整液壓阻尼缸，壓力圓整取值，取P=3 MPa。

例如：設(shè)定工件重量W=2000 kgf≈20 kN。由于托架機構(gòu)與緩沖阻尼是同一套機構(gòu)，因此油缸活塞直徑為D=60 mm。計算軟著陸托架的頂起力F2為：

F2=0.5×(1.1～1.2)W=11～12 kN

升降油缸液壓頂起供油壓力P2為：

根據(jù)液壓系統(tǒng)要求，可以選擇設(shè)置升降油缸液壓頂起系統(tǒng)供油壓力為4 MPa。

3.2.3 驅(qū)動電機功率N的計算與型號選擇

例如：設(shè)定工件重量W=2000 kgf≈20 kN；取F=0.5W；摩擦系數(shù)μ=0.25，工件支撐部位直徑D=1200 mm，工件轉(zhuǎn)速n=5 rmin，工況系數(shù)KA=1。

計算驅(qū)動電機功率N為：

因此電機選型為Y90S-4，額定功率為1.1 kW，轉(zhuǎn)速為1400 rmin。

4 結(jié)語

原來每臺機床每班加工1.5～2件，使用本套裝夾設(shè)備后，每臺機床每班可加工8件，有效地提高了生產(chǎn)效率，工作效率是通過天車翻轉(zhuǎn)工作的5～10倍。

本結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一次安裝多次裝夾的功能，對于大型軸類零件的扁頭、鍵槽、鉆孔、鉸孔等工序的裝夾加工具有較好的作用，操作簡單便捷，便于翻轉(zhuǎn)裝夾，減少了找正時間。并且翻轉(zhuǎn)時工件不脫離機床本體，既減少了工件在離機翻轉(zhuǎn)過程中的磕碰、損傷，又減輕了工作人員的勞動強度，同時也可以減小因翻轉(zhuǎn)工件所需場地的要求。