三工位不停车液压车夹具的数控专机改装.pdf

R n ga n d n f e n a n c e改装与维修 三工位不停车液压车夹具的数控专机改装 徐 国庆 广东鸿图科技股份有限公司， 广东 肇庆 5 2 6 1 0 8 摘要 简 述 了普通 数控 车床 的结构 和液压 工作 原理 ， 详 细论述 T ---T位不 停车 液压 车夹具 的数控 专机 改装 的结构和液压工作原理 ， 并对夹具分度机构的工作原理进行了论述。 关键词 三工位不停车液压车夹具结构 液压工作原理 夹具分度机构 中图分类号 T G 6 5 9 文献标识码 A Mo d i f i c a t i o n o f CNC ma c h i n e wi t h t h r e e s t a t i o n s n o n - s t o p h y d r a u l i c c l a mp i n g XU Gu o qi ng G u a n g d o n g H o n g t u T e c h n o l o g y h o l d i n g s C o ． ， L t d ． ， Z h a o q i n g 5 2 6 1 0 8 ， C H N Abs t r ac tI n t r o d u c e t h e p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c o p e r a t i o n o f c o mmo n CNC l a t h e，d we l l O n mo d i f i c a t i o n o f CNC ma c h i n e wi t h t h r e e s t a t i o n n o ns t o p h y d r a u l i c c l a mp i n g a n d t h e p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c o p e r a t i o n，d i s c u s s t he p r i n c i p l e o f c l a mp i n g d i v i d i n g me c h a ni s m． Ke y wo r d sT hr e e S t a t i o n s No n-s t o p Hy d r a u l i c P r e s s u r e Cl a mp i n g St r u c t u r e；Th e P r i nc i p l e o f Hy d r a u l i c Op e r a - t i o n；Cl a mp Di v i d i n g Me c h a n i s m 图 1为 1 ． 6 L乘用车发动机的出水管 的车加工简 图。此零件为压铸铝合金件， 材料为 A D C 1 2 ， 年产量 为 l 8万件。加工难点为轴心 1 、 轴心 2 、 轴心 3三处位 置度 0 ． 5 mm的技术要求。由于加工时是 以毛坯外形 定位加工 ， 如果轴心 1 、 轴 心 2 、 轴 心 3三处分工序 加 工 ， 其重复定位性差 ， 将很难达到位置度 0 ． 5 m m 的技 术要求。由于年产量大 ， 分工序加工将导致效率很低 ， 图1 出水 管的车 加工 筒图 等 |、 一 ； z u ll 平 弟 0 刖 加工中也容易出现漏工序 的现象 ， 给批量生产的车间 管理带来很大难度。经过零件加工工艺分析， 轴心 1 、 轴心 2 、 轴心 3相交于一点 ， 只要以相交点垂线为回转 中心 ， 实现工件一次装夹 ， 不停车分别加工轴心 1 、 轴 心 2、 轴心 3 ， 可保证加工 的技术要求和效率 。为实现 工件一次装夹不停车分别车加工轴心 1 、 轴心 2 、 轴心 3 ， 需要对现有普通数 控车床进行改装 ， 并制作三工位 不停车液压车夹具来实现 见图 2 。根据产品加工 的 技术要求和改装中进行 的设计计算 ， 并结合车间具体 情况， 选用一台闲置的美国产 H A A S S L 3 0普通数控车 图2 三工位不停 车液压车夹具 l 33 改装与维修 R n g a n d M a in fe n 0 n c e 床进行局部改造。三工位液压车夹具数控专机加工工 件程序的流程见图 3 。 启动机床液压站 I 将工件装入夹具内 l 操作 两位 四通手动换 向阔1 2 2 夹紧 启动程序l 加工工件第一轴 I N C 控制实现换 向1 ／ 2工位 J N c 控制实现换向另外 1 ／ 2 工位 l 歪 I 操 作 两 位 四 通 手 动 换向 闻1 2 2 松 开 I I l 关 闭 机 床电 源 f 图3 工件 加工 流程 图 夹 具 工 位 换 向 循 环 1 数控车床的结构及液压 系统工作原理 改装选用的美国产 H A A S S L 3 0普通数控车床， 最 大加工能力为 3 2 m mx 8 6 4 m m。机床为箱型斜床身 结构， 确保 了很好 的热稳定性和高刚性 ， 即使强力切 削， 也能够保证稳定 的加工精度。采用对称分布的加 强筋强化加固的大型主轴箱的高刚性铸铁结构 ， 具有 优 良的热稳定性， 确保了改装后可以承载高速旋转 的 专用液压车夹具 ， 以及加工的高精度和重复定位精度。 经过技术评估后 ， 可以满足改装后工件加工的技术要 求 。 1 ． 1 数控车床结构 该数控车床由主轴、 主轴座、 皮带轮 、 液压油缸 、 液 压站 、 与主轴连接的过渡法兰、 拉杆和液压三爪卡盘 、 液压尾座以及 N C控制系统等组成 ， 如图 4所示。 1 ． 2 数控车床液压系统工作原理 图5 1 主轴卡盘的夹紧或松开 启动机床后液压站工作， 操作液压卡盘控制的两 位四通脚踏换向阀一 2液压控制开关。随着来 自液压 站的高压油 ， 推动液压油缸一 2的活塞带动与之连接在 一 起的拉杆动作。拉杆带动卡盘内的斜契机构使卡盘 上三爪动作夹紧或松 开工件， 实现对工件的装夹。可 调节流阀一 2控制工件装夹速度的快慢， 调节溢流阀一 2 控制工件装夹压力的大小 ， 压力表一 2用于显示观察液 压 油缸一 2 的工作压力大小是否正常， 来判断卡盘工作 厂＼ L_ _ r 溢流阀一 2 b 冷却器一 2 两位四通脚踏换 向阀一 2 可调节流阀一 2 ￡ 硅 力表一 2 雎力表一 1 L 1 一 单向阀一 2 l 单向阀一 1 电动机 l 泵 l 度 液压油缸一 1 厂 ] L 0 溢流阀一 1 冷却器一 1 ⋯ ．i ． 图4 普通数控车床 的结构简 图 ＼ 一一 等 ⋯ ’ 十 脚 0 通 阀 目日一一 一 眦踯E 坷流 溢 R n g a n d M a in le n a n c e 改装与维修 换 向阀 图6 改装后整 机结构筒 图 时的夹紧力的大小是否正常。温度调节器 、 冷却器一 2 、 过滤器 ， 用 于保证液压系统在各种工况条件下 ， 能 够长期处于稳定工作 中。 2 液压尾座的夹紧或松开 启动机床后液压站工作 ， 操作液压尾 座的两位 四 通脚踏换 向阀一 1液压控制开关 。随着来 自液压站的 高压油 ， 推动液压尾座一 1油缸的活塞带动与之连接在 一 起 的顶尖动作 ， 实现顶尖对工件的辅助定位。可调 节流阀一 1控制顶尖动作速度 的快慢 ， 调节溢 流阀一 1 控制工件装夹压力的大小 ， 压力表一 1用于显示观察液 压油缸一 1的工作压力大小是否正常， 来判断顶尖工作 是否正常 。通常调节溢流阀和压力表设置在机床正面 右上角面对操作工方向的位置 ， 方便调整和观察 。 2 数控车床改装及专机液压 系统工作原理 根据设计要求 ， 三工位液压车夹具内部需要 由压 紧、 旋转转 向和旋转锁紧三个液压油缸实现设计所需 要的功能 。根据使用要求 ， 将实现旋转转 向和旋转锁 紧功能的液压油缸 ， 设计成共用一个液压 回路 ， 达到降 低成本 的目的。 2 ． 1 数控车床改装 改装后的三工位不停 车数控专机 由数控 系统 N C 控制部分 、 电器控制部分、 液压控制部分 、 液压配油连 接和三工位液压车夹具部分组成 ， 如图 6所示。 数控系统控制部分不做更改， 借用机床 自身的控 制回转油缸和机床尾座的 N C控制部分 ， 实现功能设 计要求。 电器控制部分起着液压控制和 N C控制 的连接作 用 。根据专机的功能要求 ， 单独增加了电器部分。 液压控制部分 因机床 自带的液压控制系统不能完 全满足设计使用要求 ， 增加了部分设计的功能， 包括液 压站及由液压 、 电器控制元件组成的液压控制回路 。 等 0 液压配油连接和三工位液压车夹具部分由液压油 配油器 、 配油器连接法兰 、 液压连接油管 、 三工位液压 车夹具和通过主轴中心的连接配油器和车夹具的4根 不锈钢液压油管组成。 2 ． 2改装后 的液压 系统 工作原 理 图 7 1 三工位液压车夹具工件的夹紧或松开 启动机床后 ， 液压站工作 ， 操作三工位液压车夹具 图7 改装后 的液 压系统工作原 理图 改装与维修 R 删n g a n d M a jm e n 口 n c e 工件装 夹控 制 的两位 四通 手 动换 向阀 一 2液压 控制 开 关 ， 随着来 自液压站的高压油， 推动液压油缸一 2的活 塞及与之连接在一起的夹具压板动作 ， 实现对工件的 夹紧。当工件加工完成后 ， 操作三工位液压 车夹具工 件装夹控制 的两位四通手动换向阀一 2液压控制开关 换 向， 松开夹具对工件的夹紧， 然后换上一个新 的工 件 ， 完成一个操作循环。 单向可调节流阀一 3 、 一 4控制工件松开和装夹速度 的快慢 ， 调节溢流 阀一 2可 以控制工件装 夹压力 的大 小， 压力表一 2用于显示观察液压油缸一 2的工作压力 大小是否正常， 温度调节器、 冷却器 一 2 、 过滤器 ， 用于 保证液压系统在各种工况条件下 ， 能够长期处于稳定 工作中。当系统压力达到规定压力 的时候 ， 压力继 电 器一 3自动接通断开电动机和液压泵的动力来源 ， 使 系 统处于间歇的工作状态， 达到节约能源的目的， 单向阀 一 3使液压油只可以单向流动， 蓄能器的作用为保证系 统的压力稳定。 2 三工位液压车夹具工件的工位的锁紧和转换 工件装夹完成后 ， 启动机床程序加工。数控系统 发 出工件加工的 M和继电器 R指令， 向液压元件两位 四通电磁换向阀一 1发出液压控制信号。随着来 自液 压站 ， 经过调节溢流阀一 1调节压力和单 向节流阀一 1 调节流量的液压油， 推动液压锁紧油缸的活塞定位面 与定位锁紧旋转机构的定位面 1 可靠接触。液压油的 压力达到设定的系统压力时， 压力继电器一 1发出信号 给机床数控系统， 数控车床开始加工工件第一轴。见 分度机构工作原理图 8步骤一。 数控车床加工完工件第一轴的位置后 ， 数控系统 步骤 一 ， 压 力 ，通 过 锬紧 油缸C定位 锁紧 旋 转 机构 A在 1 位 置 ，车 床 加 工 工 件第 一轴 。 向液压元件两位四通电磁换 向阀一 1发出液压换向控 制信号 ， 液压站 的高压油通过单向可调 节流阀一 2调 速 ， 推动液压锁紧油缸的活塞换向， 活塞松开与定位锁 紧旋转机构的锁紧面。持续升高的液压油的压力通过 单向溢流阀一 2 ， 液压转向油缸 的活塞运动 ， 推动定位 锁紧旋转机构旋转 ， 活塞与定位锁紧旋转机构定位面 2接触时， 机构完成 1 ／ 2换向。见分度机构工作原理 图 8步骤二 。 当系统 内达到设定 的压力 时 ， 压力继 电器 一 2发 出 信号给机床数控系统 ， 数控系统向两位四通电磁换向 阀一 l 发出液压换向控制信号。液压站的高压油 ， 通过 单向可调节流阀一 1调速， 推动液压转向油缸的活塞换 向， 活塞松开与定位锁紧旋转机构的定位面 2的压紧。 持续升高的液压油的压力通过单 向溢流阀一 1 ， 液压锁 紧油缸的活塞运动， 推动定位锁紧旋转机构旋转 ， 活塞 与定位锁紧旋转机构定位面 2接触时 ， 机构完成另外 1 ／ 2换向。当系统内达到设定的压力时， 压力继电器一 1 发出信号给机床数控系统， 数控车床开始加工工件 第二轴。见分度机构工作原理图 8步骤三。 依次重复前面的步骤一 、 二 、 三 ， 可实现对加工工 件第三 、 四轴的换向和定位锁紧 ， 并实施加工 。 单向可调节流阀一 1 控制液压转向油缸， 单向可调 节流阀一 2控制液压锁紧油缸的活塞运动的快慢 ， 用以 调节定位锁紧旋转机构的换向的速度的快慢。单向溢 流阀一 1控制液压锁紧油缸的锁紧压力 ， 保证车加工受 力时定位锁紧旋转机构及与之连接 的夹具定位可靠。 单向溢流阀一 2控制液压转向油缸的活塞推动定位锁 紧旋转机构的换向的作用力的大小。压力表一 3和一 4 步 骤二 ，P 压力 ，使 锁 紧 油 缸 c 退回 ，液 压油 通过 单 向溢 流 阀 一 1 推 动液 压 转 向 油 缸B推 动定位锁 紧旋 转机 构A旋 转 至 位 置 2与转 向油 缸 B定 位 面 接 触 ， 完 成 1 ／ 2旋 转 。 图8 分 度机构 工作原理图 步 骤 三 ， 压 力使 液 压 转 向 油 缸B 退 回 ， 液 压 油通 过 单 向 溢 流 阈 一 2推 动 液 压 锁 紧 油缸 C推 动 定 位 锁 紧旋 转 机 构A旋转 至 位 置 2 与 液 压 锁 紧油 缸c定 位 面接 触 ，完成 另 外 1 ／ 2 旋 转 ， 车 床 加 工 工 件 第 二 轴 。 A U等 ． ￡ Il 平 寻； 0 朋 应设置于方便的位置 ， 是观察夹具液压锁紧油缸 和液 压转向油缸系统内的工作压力是否正常的窗口。压力 继电器一 1和一 2的功能是保证在液压油的压力达到设 定的系统压力时 ， 向机床数控系统发 出信号 ， N C控制 系统控制两位四通 电磁换向阀一 1换向， 实现液压锁 紧 油缸和液压转向油缸 的交互动作 ， 完成对定位锁紧旋 转机构的工位转换 的功能操作。 3 专机的技术特点 1 全 自动数控分度卡盘 ， 液压夹 紧工件 和液压 分度 ， 在高速旋转时 ， 高刚性的液压夹紧工件， 可以承 受大切削量的加工。 2 自动分度机构 的设计 ， 保证 了 比较高的定位 精度和重复定位精度 。 3 在主轴旋转过程 中数控 系统进行分度操作 ， 使多个轴之间的转换更加快速。 4 工件夹持和分度机构 由液压油控制 ， 可 以不 问断地润滑 ， 从而保持了机构工作的可靠和稳定 。 5 整个液压车夹具 内部机构完全密封 ， 可防止 加工过程 中冷却液 、 铝屑等杂质的污染。 6 由 C N C控制工件加工 的位置循环 和工作参 数 ， 整个过程安全可靠。 4 专机使用 的注意事项 1 在夹具调试合格后 ， 3个工位必须做动平衡校 验 R 删n ga n d n f e n a n C e改装与维修 2 工件可以在主轴旋转时分度。为 了避免 由于 工件分度过程中， 夹具重心产生的变化和重量不平衡 所导致 的主轴旋 转振动现象 ， 建议转 速降低 3 0 ％ ～ 5 0％ 。 3 加工调试过程 中， 严禁主轴转速超出设计最 高转速 此专机在 N C系统里进行了最高转速的设置， 避免了调试 者误 操作超 出设计 最高转速 的情况 的发 生 。 5 结语 本次机床改造历时 4个月， 对机床的液压系统进 行了重新设计。根据工件加工要求 ， 对机床的主轴也 进行 了改造 ， 将液压 回路部分延伸到夹具体内， 实现比 较复杂的装夹要求。改造后的专机 ， 经过几个月批量 生产加工使用 ， 加工了约 3万件产品 ， 产品质量达到了 设计要求。 参考文献 [ 1 ] 成大先． 机械设计手册[ M] 4版． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 杨叔子． 机械加工工艺师手册 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 哈斯 自动数控机械 上海 有限公司． 数控车床操作手册[ Z] ． 2 0 0 5 ． 第一作者 徐 国庆， 男， 1 9 6 6年生， 主任工程 师， 从 事数控加工夹具、 专用机床及生产线设计 ， 已发表论文 5篇 。 编辑 宋业钧 收稿日 期 2 0 1 0 0 8 1 2 文章编号 1 1 0 5 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。 书讯 A u t o C A D 2 0 1 0中文版 实用教程 A u t o C A D中文版学 习进 阶系歹 Ⅱ 丛书 臧爱军等编著， 2 0 0 9年 9月出版 邮购价 5 2 ． 8 0元 本 书重点介绍 了 A u t o C A D 2 0 1 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