新型数控车床液压尾座的设计.pdf

2 0 1 1年 1 2月 第 3 9卷 第 2 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUU C S De C ． 2 01 1 V0 1 ． 3 9 No ． 2 4 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 2 4 ． 0 2 5 新型数控车床液压尾座的设计 何俊 ，李健 ，赖玉活 ，黄艳 1 ．广西工学院机械工程 系，广西柳州 5 4 5 0 0 6 ； 2 ． 柳州市数控机床研究所，广西柳州 5 4 5 0 0 7 摘要介绍一种新型数控车床液压尾座，尾座主轴采用前后轴承支承结构，前后段轴承装在套筒内，顶尖装在尾座主 轴上。套筒 由液压油缸驱动 ，其行程由行程开关控制。由液压系统控制完成尾座对工件的快速夹紧及自动锁紧功能。工件 夹紧和拆卸方便，定位准确 ，自动化程度高，极大地提高了工作效率。 关键词数控车床；尾座；液压系统 中图分类号T G 6 5 9 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 4 0 6 9 2 De s i g n o f Ne w Hy d r a u l i c Ta i I s t o c k f o r CNC La t h e HE J u n ，L I J i a n ，L AI Yu h u o ‘ ，HUA NG Ya n 1 ． Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t ，G u a n g x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，L i u z h o u G u a n g x i 5 4 5 0 0 6 ，C h i n a ； 2 ． L i u z h o u C N C Ma c h i n e T 0 0 l R e s e a r c h I n s t i t u t e ，L i u z h o u G u a n g x i 5 4 5 0 0 7，C h i n a Ab s t r a c t A n e w t y p e o f h y d r a u l i c t a i l s t o c k o f CNC l a t h e wa s i n t r o d u c e d ．T h e t a i l s t o c k s p i n d l e Was s u p p o r t e d b y f r o n t a n d r e a l “ b e a r i n g s ． T h e f r o n t a n d r e a l “ b e a r i n g s we r e i n s t a l l e d i n t h e s l e e v e and t h e d e a d c e n t e r w a s i n s t a l l e d o n t h e t a i l s t o c k s p i n dle ．T h e s l e e v e wa s d r i v e n b y a h y d r o c y l i n d e r ，and i t s t r a v e l wa s c o n t r o l l e d b y t h e t r i p s t c h ． S o t h e wo r k p i e c e c o u l d b e q u i c k l y c l a mp e d a n d a u t o - ma t i c a l l y l o c k e d b y t h e t a i l s t o c k，wh i c h W a S c o n t r o l l e d b y t h e h y d r a u l i c s y s t e m． I t i s e a s y t o c l am p a n d d i s mant l e t h e wo r k p i e c e ．T h e p o s i t i o n i n g i s a c c u r a t e a n d d e g r e e o f a u t o ma t i o n i s h i【 g h ． T h e wo r k e ff i c i e n c y i s g r e a t l y i mp rov e d ． Ke y wo r d s C NC l a the ；T a i l s t o c k ；Hy dra u l i c s y s t e m 在机械制造行业中，数控车床被广泛用来加工盘 类或轴类零件。在加工这类零件的时候，有许多零件 需要用内孔作为定位夹紧面来进行外圆、端面、螺纹 等的切削加工。目前 ，用数控车床对这类零件进行加 工时的定位装夹通常采用人工手动夹紧，因此数控车 床的尾座结构普遍是手动控制结构，用手动方式旋转 手轮带动尾座套筒使尾座上的顶尖伸出以顶紧工件， 实现对工件的定位，再扳动手柄实现锁紧。采用这种 手动控制方式 ，工作效率低 ，劳动强度大，夹紧力大 小难以精确控制，定位准确性和稳定性都比较差。故 设计一种车床尾座的液压控制机构代替传统的手动式 控制是完全有必要的，可进一步完善和提高数控车床 的自动化程度。 1 液压尾座的结构和原理 1 ． 1 结构创 新 点 图 1 3为数控车床液压尾座结构图。 图 1 数控车床液压尾座结构主视图 局部剖视 图2 数控车床液压尾座结构的左视图 收稿 日期 2 0 1 01 1一 O 1 作者简介何俊 1 9 8 3 一 ，男 ，硕士研究生 ，研究方向为数控机床研究与开发。Em a i l h e j u n 0 0 4 2 0 1 1 6 3 ． c o m。 7 O 机床与液压 第 3 9卷 由图可知，新设计 的尾座与之前的结构不同的 是 1 套筒在靠近顶针一端设有并列的以支撑主 轴一端 的双 向推力 角接 触 球轴 承 和双 列 圆柱 滚子 轴 承 ，套筒在远离 顶针一端设有 以支撑 主轴另一端 的双 列圆柱滚子轴承。尾座主轴能在尾座套筒内的轴承上 转动，顶尖装在尾座主轴上； 2 尾座设计顶紧推 杆及压紧块连接 的锁 紧推杆 ，顶紧推杆及锁 紧推杆分 别与顶紧油缸、锁紧油缸连接，使尾座顶尖的顶紧功 能及尾座套筒的自动锁紧功能完全 由液压系统控制 ； 3 尾座主体外连接有可控制套筒行程大小的行程 开关 。 1 ． 2车床尾座工作原理 图3 图 2所示沿 C - C方向的局部剖视图 1 一吸油滤油器2 一油泵3 ～单向阀4 一截止阀5 一压力表 6 一减压阀卜 蓄能器8 一三位四通电磁阀 单向节流阀 l O 一顶紧油缸l l 一锁紧油缸l 2 一电机l 3 一回油滤油器 图 4 液压系统原 理图 当数控车床装上工件后 ，启动顶紧油缸，顶紧推 杆推动套筒带动主轴使顶针向左 工件所在方 向 快速移动 ，顶针顶向工件，使工件被快速定位夹紧， 顶针的顶紧力大小及移动速度由液压系统调节。套筒 的行程大小通过行程开关控制，套筒的进退可通过操 作面板上的按钮控制，也可通过脚踏开关控制 ，方便 工作者装卸工件。这样完成对工件的顶紧功能。尾座 主体在套筒的径向上连接有一可在径向压紧套筒的压 l 顶针 2 套筒 3 一 殴紧油缸 4 一顶紧油缸 s 一行程开关 圈中未画出 6 一双 向推力角接触球轴承 7 一双列圆柱滚子轴承 8 螺钉行程开关 9 一顶针定位部 l O 一顶紧推杆 l l 一尾座主体 1 2 ～双列圆柱滚子轴承 1 卜 压紧块 l 4 锁紧推杆 l 5 - - 主轴 l 6 - 一开口 l 7 ～主轴定位孔 紧块 ，在尾座主体径向且靠近顶针一侧设有开口，压 紧块设置于开口中，压紧块与锁紧推杆连接，锁紧推 杆再与锁紧油缸连接，这样完成液压系统对工件的锁 紧功能。液压系统的原理见 图 4 ，当工件加工完成 后 ，通过电磁阀换 向工作 ，锁紧块松开后退 回到位， 顶紧油缸松开工件。另外 ，套筒动作与主轴互锁，即 在主轴转动时，按动套筒退出按钮 ，套筒并不动作， 只有在主轴停止状态下 ，套筒才能退 出，以保证安 全 。 2 数控车床液压控制部分设计 液压系统采用齿轮泵供油，系统压力由溢流阀控 制 ，压力调 整为 1 ． 5～2 ． 0 M P a 。夹紧 油缸 的压力 保 护 由压力 继 电器 控 制 。当油 缸夹 紧 压力 低 于 1 ． 0 1 ． 2 MP a时，发出停机信号。工作时电机带动油泵运 转 ，当系统压力达到 6 M P a 时电接点压力表 S P 1发 讯 ，电机停止工作 ，这时系统由蓄能器供油。同时液 压系统在电气系统的配合下，自动完成整个加工的全 部操作。电磁阀接通／ 断开行程控制见表 1 。 表 1 电磁 阀接通／ 断开行程控 制 下转第 7 4页 7 4 机 床与液压 第 3 9卷 动按钮用于系统旁路油冷机的启动与停止。 电气控制系统 采用 日本三 菱 P L C控 制和 其 触摸 屏显示操作 ，P A R K E R公司 P V系列轴向柱塞泵集成 式的排量压力比例调节器电控模块和压力变送器 ，减 少了电控零部件和中间环节，增强了系统的可靠性； 控制过程的全封装，并实时数字化显示系统压力和温 度，使系统的运行参数更加直观，简化了操作过程。 采用了相序检测器，保证电机在任何电网下转向 不变。 任何操作模式下，实时压力和油液温度、理论流 量、连续工作时间均有数字显示。操作面板上左右各 有一个应急按钮，保证事故情况下可方便快速停机。 4液压泵站结构布置 T D ． H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站结构上 由三 大部分组成，一是拖车油箱部分 ，二是液压 回路部 分 ，三是 电气 控制 部 分 。T D H P U 9 0 ／ 3 2型 拖 车数 字 液压泵站平面布置图如图5所示。 图5 T D ． H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站平面布置图 液压站采用了油箱侧置、油泵电机及辅助部件旁 置的整体布局方案 ，各局部系统 自成一体便于维护使 用，并在元件选型上面考虑到结构整体也进行了匹配 优化，做到了结构紧凑、方便、可靠。设备整体集装 于拖 车上 ，车轮为橡胶轮 ，轮子直径不大 于 7 0 0 1“1 1 11 1 ， 能 自由转 向，能够被牵 引在水泥平整路 面上 行走 ，油 箱采用了预压式空滤器 ，保证了拖拉过程中油液不会 从油箱内溢出，整体美观，操作简便。结构上 自带了 工具放置箱和油管放置箱及电缆放置箱，方便了系统 的使用、保养和维护。 选用 了立卧式电机安装油泵 ， 液压泵通过柔性联轴器和电机相连，减少了振动和噪 声 。 5结 语 T D H P U 9 0 ／ 3 2型拖车数字液压泵站整体上采用 了移动平板车拖载电机柱塞泵系统 ，组成了一套移动 式泵站油源 ，可方便快捷被拖拉到使用现场。采用了 P A R K E R公司 P V系列轴向柱塞泵及其集成式的排量 压力比例调节器 ，额定压力高 ，压力调节响应速度 快，流量脉动低，效率高，噪声低，寿命长，性能稳 定可靠。操作系统采用 日本三菱触摸屏输入，通过操 作触摸屏软按键即可，并可直接输入要求的压力值和 流量值，数字化操作大大增强了系统的实用性和方便 性。采用了相序检测器 ，保证了电机在任何电网下转 向不变。采用了变频制冷式油冷却机 ，油液冷却具有 控制精度高、高效节能等优点。采用了 3 R超精过滤 机， 值和纳污容量大，能保证油液达到 N A s 7 8 级 ，甚至达到 N A s 5 6级 。设备整 体运行 状况稳定 ， 各项指标均达到要求。 参考文献 【 1 】 路甬祥． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 2 ． 1 ． 【 2 】 雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． 1 2 ． 【 3 】 朱小明． 变频液压站的工作原理及其应用 [ J ] ． 液压气 动与密封 ， 2 0 0 7 6 - 3 53 7 ． 【 4 】 朱小明． 变频油冷却机的工作原理及其应用[ J ] ． 液压 气动与密封， 2 0 0 8 3 4 64 8 ． 【 5 】 朱小明． 3 R精密过滤器在液压系统中的应用[ J ] ． 中国 设备工程， 2 0 0 5 1 1 ． 2 7 2 8 ． 【 6 】 P A R K E R产品样本． 上接 第 7 0页 3 结束语 主要对数控车床的液压尾座的结构设计及液压控 制进行了研究 ，完成了数控车床液压尾座的制造，已 在柳州长虹机床厂应用，希望可以进一步推广。 参考文献 【 1 】 现代实用机床设计手册编委会． 现代实用机床设计手册 上册 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 2 】 机械设计手册编委会． 机械设计手册[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 3 】 周士昌． 液压系统设计图集 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 4 ． 【 4 】陈建． 机床尾座 自动化的实现[ J ] ． 科技资讯， 2 0 0 8 1 8 2 9 ． 【 5 】雍其斌． 简易液压尾座装置 [ J ] ． 机械工程师， 2 0 0 3 6 6． 【 6 】董战杰． 液压尾座在普通车床上的运用 [ J ] ． 机械制造 ， 1 9 9 7 7 3 63 7 ．