液压自适应心轴的研制与应用.pdf

功能部件 F u n c lio U n ils 液压 自适应心轴的研制与应用 徐 赞 宫德友 王景晓 丁军武 济南四机数控机床有 限公司， 山东 济南 2 5 0 1 0 1 摘要 针对常见的可涨心轴的结构及原理、 工艺性及合理性进行 了分析。并在此基础上 ， 提 出了一套兼顾 定位精度和工艺-眭能的具体方案和措施， 为类似零部件的制造提供了经验借鉴。 关键词 液涨心轴定位 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B De ve l o pmen t a nd ap pl i c a t i on o f h y dr aul i c ad ap t i v e man dr e l XU Z a n ，G ONG De y o u，WA NG J i n g x i a o ，DI NG J u n wu J i n a n S i j i N u me r i c a l C o n t r o l Ma c h i n e T o o l s C o ． ， L t d ． ， J i n a n 2 5 0 1 0 1 ， C HN Ab s t r a c t S t r u c t u r e，p r i n c i p l e s ，t e c h n o l o g y a n d r a t i o na l i t y a r e a na l y z e d f o r c o ml T l o n l i q u i d-u p s pi n d l e ． An d o n t h i s b a s i s ，a s e t o t ’ s p e c i f i c p r o g r a ms a n d me a s ur e s t a k i n g a c c o u n t o f po s i t i o n i n g a c c u r a c y a n d pr o c e s s p e l o r ma nc e i s b r o u g h t fol w v a r d，a n d bo t h e x p e Ne n c e a n d r e f e r e n c e a r e p r o v i d e d f o r t h e ma n u f a c t u r e o f s i mi l a r p a r t s a n d c o mpo n e n t s ． Ke y wo r d sLi q u i d- u p；Ma n d r e l ；L o c a t e 住车床、 磨床加工中， 薄壁套类工件的J J n T较为困 难 ， 精度越高难度越大。在诸 多因素 中， 如工件 的材 料 ， 刀具材料的选 择以及刀具 的几何 角度 ， 机床 的刚 度 ， 夹具及装夹方式的选择 ， 都对工件精度有不同程度 的影响， 其中， 夹具及装夹方式对薄蹙工件加工精度影 响最大。在诸多的装夹方式 中， 如车削薄壁工件内孔 时 ， 使用保护套以增加装夹刚性 ， 精加丁外 网时， 使用 各类心轴 微锥 ， 弹性可涨， 液塑涨力心轴 都会使 [ 件因夹紧力而产生不 同程度 的弹性变形 ， 使 _ _ r 件达不 到图纸要求的精度 。本设计采用液压知识 。因液体容 易流动， 而 日 ‘ 几乎是不可压缩的。液体受压后 ， 其 内部 的压力强度 叮以向各个方 向传递。液压 自适应心轴正 是利用 了液体的这一特征。研制液压 自适应夹具 ， 主 要 目的就是要解决夹紧力对薄擘一 件所造成的变形 ， 从而解决高精度薄壁T件加工难题。 1 液压传动中压力的传递原理 由静压力基本 方程式 P P 7 h可 知， 液体中任 何一点的压力都包含有液面压力 P ， 或者说液体表面 的压力 P 等值地传递到液体 内所有 的地方。这称 为 帕斯卡原理或静压传递原理。通常在液压系统的压力 管路和压力容器中， 外力所产生 的压力 P 要 比液体 自重所产生的压力 讪 大许多倍。即对于液压传动来 说， 一般不考虑液体位置高度对于压力的影响， 可以认 为静止液体内各处的压力都是相等的。 图 i 是运用帕斯卡原理寻找推力和负载间关系的 实例。图中垂直、 水平液压缸截面积为 4 、 A ； 活塞上 负载为 F 、 。两缸互相连通 ， 构成一个密闭容器， 则 按帕斯卡原理， 缸内压力到处相等 ， P p ， 于是 F F 。 4 ， ． ， 如果垂直液压缸活塞上没负载， 则在略去活塞 重量及其他阻力时， 不论怎样推动水平液压缸活塞 ， 不 能在液体中形成压力。 图1 帕斯卡原理应用实例 2 本设计 拟解 决的问题 我公司磨床动静雎轴承采用铜基 合金作为轴瓦 图2 ， 因工件几何尺寸较大 ， 壁厚只有 7 ． 5 m m， 轴瓦 冷装前 6 1 0 5 I g l I n外 圆圆度要求达到 0 ． 0 0 3 I l l n l ， 加工 、 ￡ u I l 耳崩0删 非常困难。为保证外圆的加工精度 ， 在工艺要求上 ， 对 内孔进行了磨削及研磨加工。因内孔 圆度很难达 到 0 ． 0 0 3 m l I l 以下 ， 使用微锥心轴 ， 因内孔研磨后各工件 内孔尺寸不一致 ， 心轴锥度必须在 1 2 0 0 0 0以上， 而 且需制作直径尺寸不等的多根心轴。心轴较长且重量 大， 一人无法完成对工件的装夹 ， 工件在心轴上装卸困 难 ， 常因敲击卸下工件而使工件变形。由于锥度装夹 ， 内孑 L 圆度基本完全复制到外 圆上 ， 很难达到图纸设计 要求。弹性可涨心轴体积小 ， 重量轻只有微 锥心轴重 量的 1 ／ 5， 装夹工件方 便灵活 ， 但 因 自身精度 很难提 高 ， 涨紧工件时变形量不一致 ， 使工件圆度超差。液塑 涨紧心轴和弹性可涨心轴一样 ， 因涨紧力作 用在 内孔 上 ， 使工件变形 。在使用 了各种 tL , 轴进行了外圆磨加 工 ， 都不能达到图纸的设计要求 ， 而经常让步使用。分 析上述心轴造成工件超差的原因 ， 其共同点是 将夹紧 力作用在工件内孔 ， 因工件 内孔椭 圆而使工件发生弹 性变形 ， 造成工件外 圆圆度超差。 图2 铜基 合金轴瓦 图 3 设计过程 为彻底解决这一加工难题 ， 提高动静压轴承这一 产品的加工及装配精度 ， 笔者根据液体压力传递的基 本特性 ， 即液体的不可压缩和压力传递处处相等的特 性 ， 设计制作 了液压 自适应心轴 ， 经过多次磨削试验 ， 工件圆度基本能稳定在 0 ． 0 0 3 mm 以内， 最好 可达到 0 ． 0 0 0 8 3 1T i m。液压 自适应心轴工作原理 顺 时针旋转 紧定螺钉 9 ， 推动大活塞 8 ， 压缩心轴油室内液压油， 利 用液体的不可压缩性和压力传递相等的基本特性 ， 推 动小活塞 2及心轴瓦片 1按压力方 向运 动， 由于小活 塞和瓦片是各 自独立运动 的， 在 内孑 L 形状不规则 的情 况下 ， 如孑 L 椭圆或孑 L 有较大的锥度 ， 均可在液体压力推 动下按内孔形状涨紧 ， 消除了夹 紧力对工件产生 的弹 耋 ； ‘ II 0 性变形 ， 保证了工件的加工精度。 功琵都件 1 E 心轴 瓦片 ；2 一， 』 、 活塞 ；3 一螺钉 ；4 -- 心轴 ；5 、7 一密 封圈 ；6 一 油腔 内注液压 油 ；8 一大活塞 ；9 一 紧定螺钉 。 图3 液 压 自适应 心轴结构 图 液压 自适应 夹具 的基本要求 1 在研 制过程 中 由于是手动旋紧， 压力全凭感觉 ， 大小不易控制 ， 在试 验数次后发现 ， 根据工件壁厚， 大活塞在 q b l 4～1 6 m m 之间 ， 小活塞在 6～ 8 m m之间 ， 夹紧力较为适宜 ， 既 能涨紧工件 ， 又不易使工件 变形 ， 特别是小活塞 ， 如果 直径尺寸较大 ， 对 工件压力也会加大。 2 在多次试 验中， 发现各小活塞与 t 2 , 轴上孑 L 的配合间隙加上 0型 密封圈的松 紧程度对 工件夹紧是否变形也有较大作 用。所以心轴在加工过程中各小活塞孔的精度 、 粗糙 度应有严格精度要求 ， 小活塞 0型密封圈槽应制订较 小的公差 ， 并适配密封 圈以使小活塞产生尽量一致 的 压力。 3 由于采用液压 自适应心轴虽然可使工件 内 孔免去精度加工及研磨。但 内孔在车削加工时应控制 一 定的尺寸公差 、 粗糙度和圆度。原则上 ， 与心轴间隙 在 0 ． 0 5～ 0 ． 2 0 m m之间即可 ， 粗糙度达到 。 3 ． 2 Ix m， 圆度在 0 ． 3 mm以内。 存在的问题 1 小活塞和瓦片与工件配合间隙 较大 ， 加工后 的内孔与外圆的同轴度误差较大 ， 不适合 内孔 、 外圆同轴要求高 的工件使用。由于重复定位精 度不高， 同一工件需加工的部位， 应一次装夹完成 ， 不 能二次装夹。 2 液压 自适应心轴精度要求较高 ， 主 要是小活塞孑 L 与小活塞尺寸公差分散度要求较小 ， 活 塞与孔的配合 问隙以及 0型密封圈选配较严格 ， 加工 和装配难度较大 。 3 液压 自适应心轴 ， 是靠人工手 动旋紧螺钉推动大活塞产生压力 ， 压力 的大小全凭操 作人员经验感觉 ， 不能像液压系统那样 ， 通过压力表直 观地调节控制 压力的大小。由于受心轴使用空 问限 制 ， 无法安装压力表。现已设计在新改进的心轴上 ， 加 装一个辅助活塞 ， 活塞上带有一个有刻度的指针 ， 并安 装一可调节弹簧， 通过调节弹簧和观察指针刻度 ， 来调 节压力 ， 以确保工件夹紧的可靠性。 编辑蔡云生 收稿 日期 2 0 1 O - 0 8 2 1 文章编号 1 1 0 3 4 3 如果您想发表对本文的看法， 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。