一种液压制动机构在双摆头中的应用.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 ＆ HYDRAULI CS De c ． 2 01 1 V0 1 ． 3 9 No ． 2 4 D OI 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 0 4 一 种液压制动机构在双摆头中的应用 张磊 ，刘春时，李焱，孔祥志，马子良 沈 阳机床 集团设计研究院，辽宁沈阳 1 1 0 1 4 2 摘要双摆头为五轴联动加工中心核心功能部件，利用该部件可在一次装夹定位工件后 ，完成全部或大部分加工工 序，减少了二次装夹对加工精度的影响。双摆头的夹紧定位精度直接影响机床铣削的加工精度。介绍一种用在双摆头中的 液压夹紧套制动机构，该机构具有定心精度高 、夹紧力大、夹紧刚度高、 结构紧凑、安全可靠等优点，实际应用效果很好。 关键词液压夹紧套；双摆头；力矩电机 中图分类号T N 4 0 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 1 1 2 App l i c a t i o n o f a Hy dr a ul i c Br a k e M e c ha n i s m i n t he M i l l i ng He a d wi t h Do ub l e Ro t a r y s wi v e l Ax e s ZHANG Le i ， LI U Ch un s hi ， LI Ya n， KONG Xi a n g z h i ， MA Zi l i a n g D e s i g n R e s e a r c h I n s t i t u t e ，S h e n y a n g Ma c h i n e T o o l G r o u p ，S h e n y a n g L i a o n i n g l 1 0 1 4 2，C h i n a Ab s t r a c t T h e mi l l i n g h e a d wi t h d o u b l e r o t a r y s w i v e l a x e s i s t h e c o r e o f f u n c t i o n a l p a r t s f o r fi v e - a x i s ma c h i n i n g c e n t e r ，b y wh i c h mo s t o f o r all o f p r o c e s s i n g c a n b e fi n i s h e d a t o n e fi x i n g ．T h e ma c h i n i n g e Ⅱ0 r d u e t o w o r k p i e c e - fi x i n g o n c e a g a i n wo u l d b e a v o i d e d ． T h e ma c h i n i n g a c c u r a c y o f mi l l i n g p r o c e s s i s d i r e c t l y i n flu e n c e d b y t h e fi x i n g p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f t h e mi l l i n g h e a d wit h d o u b l e r o t a r y - s wi v e l ax e s ． A h y d r o - c l a mp i n g s l e e v e b r a k e me c h a n i s m u s i n g i n t h e mi l l i n g h e a d wi t h d o u b l e r o t a r y s wi v e l a x e s w a s i n t r o d u c e d ． T h e me c h a n i s m h a s me r i t s o f h i g h c e n t e rin g a c c u r a c y ， b i g c l a mp i n g f o r c e ， h i g h s t i ff n e s s ，s i z e c o mp a c t n e s s a n d a d mi r a b l e r e l i ab i l i t y ． Th e p r a c t i c a l u s e e f f e c t i s v e ry g o o d ． Ke y wo r d s Hy d r o c l a mp i n g s l e e v e ；Mi l l i n g h e a d w i t h d o u b l e r o t a ry s w i v e l a x e s ；T o r q u e mo t o r 双摆头旋转轴的夹紧机构主要有两个作用 一是 当突然切断电源或因故障电网突然停电时，电机的转 矩近似为零，若负载转动惯量很大，则电机容易失控 造成事故 ，这时需要制动保证其安全；另一作用是旋 转轴任意角度夹紧固定来满足在指定角度平面强力铣 削或定向结构的要求 车削或镗孔 ” 。夹紧装置有 气动抱闸、三齿盘 俗称 鼠牙盘 、液压抱闸等机 构。在双摆头机构中，由于结构尺寸受限，要达到大 的锁紧力矩 比较困难。文中采用的是夹紧套制动机 构，接触面积大 ，依靠夹紧套的弹性变形抱紧转子， 定心精度高，安全可靠。 1 液压夹紧套工作原理 图 1 双摆头 c轴液压夹紧套制动机构 收稿 日期 2 0 1 01 1 0 3 基金项 目国家 “ 高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题 2 0 0 9 Z X 0 4 0 0 2 - 0 1 2 作者简介张磊 1 9 7 6 一 ，硕士研究生，工程师，主要从事钻镗床设计研究工作。Em a i l l e i _z h a n g s mt c1 ． c o m。 1 2- 机床与液压 第 3 9卷 液压夹紧套制动机构主要由夹紧套和密封圈组 成 ，其基本工作原理是夹紧套外壁上凹槽与固定件 形成环形封闭油腔，充有液压油。当施压时，夹紧套 薄壁部分受压变形，均匀地抱紧被夹紧件，消除了配 合间隙，产生摩擦扭矩完成旋转轴的锁紧制动 ；松开 时，只需减压使夹紧套薄壁回复到原始尺寸，使配合 间隙出现。 ． 由于完全消除了配合间隙，且夹紧运动完 全轴对称，因此液压夹紧套具有很高的夹紧力和夹紧 刚度，从而提高加工精度、改善加工表面质量。结构 简 图如图 1 所示 。 2夹紧套锁紧力矩 液压夹紧套为薄壁筒状结构 ，如图2所示，其外 壁上设有 凹槽，在夹紧套的两端设有密封圈防止泄 漏 ，夹紧套两端设有法兰盘便于其安装固定。夹紧套 材料 采 用 铍 青 铜 C u B e 2或 者 复 杂 耐 磨 铜 合 金 C u S n 7 Z n 4 P b 7 一 C，具与特殊 钢相 当 的强 度极 限 、弹性 极限、屈服极限和疲劳极限，同时又具有较高的导热 率 、高硬度、耐磨性等优点 。夹紧套与被夹紧件公 差配合一般选用 H 7 ／ g 6间隙配合 ， ’ 保证其可靠有效 且 加工经济性好 。 。 ■ 图 2 液压夹紧套 液压夹紧套依靠高压油使其薄壁结构变形与被夹 紧件贴合产生摩擦扭矩实现制动，其锁紧扭矩计算公 式如下 j M dd L 订 P d ／ 2 式中帆 为锁紧扭矩； d为夹 紧套直 径 ； ￡为夹紧套工作长度； P为液压油压力 ； 为摩擦因数。 从公式中可以看出锁紧扭矩 主要取决于夹 紧套的直径 d 、液压油压力 p、夹紧套工作长度 L以 及摩擦因数 ，增大夹紧套的直径、工作长度及液压 油 压力可 增大锁紧力矩 。 3应用案例 某厂设计的一款双摆头 ，其 A ／ C旋转轴制动均 采用 液压夹 紧套机构 ，图 1中液 压夹 紧套 与 C轴 外 套 固定 在一起 ，力矩 电机 的转 子 与旋 转 心轴 通过 过 渡件固定在一起。当进油管路有压力油时，夹紧套 弹性 变形将 力矩 电机 的转 子抱 死 ，实 现 C轴 夹 紧制 动；当进油管路液压油泄压时 ，夹紧套恢复到原来 的尺寸，出现配合 间隙 ，c轴被释放。c轴外套上 设有放气管路 ，便于调试时排 出油腔内空气。c轴 采用 串联 的两 个 力 矩 电 机 ，均 为 德 国 I N A公 司 的 R E 1 1一- 3 P - 3 6 01 2 5型号 ，最 大 输 出扭 矩 2 1 2 0 2 N n l 。抱闸提供 的 8 8 1 2 N m扭矩，根据锁紧 力矩计算公式如下 Mdd L 盯 P ‘ d ／ 23 9 01 2 33 ．1 4 3 01 00 ． 13 9 02l 0 0 08 81 2 N m 设计抱 闸的扭矩为力矩 电机最 大扭 矩的 2倍 ，结 构紧凑，应用中调节、装配方便 ，为该厂带来了很高 的经济效益。 4结论 该液压夹紧套具有以下优点 1 定心精度高且重复性好 由于夹紧运动完全轴对称 ，且采用复杂耐磨铜合 金具 ，有很高的弹性极限、屈服极限和疲劳极限及耐 磨性，因此夹紧套具有很高的定心精度和很好的重复 性 。 2 夹紧扭矩大，夹紧刚度高 当施压时，夹紧套薄壁部分受压变形，均匀地抱 紧被夹紧件 。由于完全消 除了夹 紧套 和被夹 紧件的配 合间隙，且夹紧运动完全轴对称 ，因此液压夹紧套具 有极高的夹紧力和夹紧刚度。 3 具有一定的阻尼减震作用 由于液压夹紧油腔内充满了液压油，具有一定的 阻尼减震作 用。 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 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 ． 【 2 】 成大先． 机械设计手册 单行本 常用工程材料[ M]． 北 京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 3 】I N A D ri v e s Me c h a t mn i c s ， I N A公司样本 ， 2 0 0 7 ． 【 4 】 C y l i n d ri c a l c l a m p i n g s l e e v e ， K O S T Y R K A公司样本， 2 0 0 5 ．