1_2535082_[doc格式]單葉片擺動(dòng)液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用要點(diǎn)

1、單葉片擺動(dòng)液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用FunOUnils功能郜件單葉片擺動(dòng)液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用黃桂英楊錦斌（青海一機(jī)數(shù)控機(jī)床有限責(zé)任公司，青海西寧810018）摘要:通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工作原理分析提出了單葉片擺動(dòng)液壓缸在托盤交換機(jī)構(gòu)中應(yīng)用的方案，并進(jìn)行了單葉片擺動(dòng)液壓缸的原始數(shù)據(jù)確定及參數(shù)設(shè)計(jì)（包括工作載荷，工作扭矩，總效率，許用扭矩，額定壓力，流量，油腔體積及通油口直徑）對(duì)單葉片擺動(dòng) 液壓缸設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了分析并提出了處理措施對(duì)發(fā)揮數(shù)控機(jī)床潛能實(shí)現(xiàn)高效jp-r有 現(xiàn)實(shí)意義.關(guān)鍵詞:旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用ParametersDesig nofSin gleLami n

2、aHydrocyli ndera ndltsApplicatio nHUANGGuiyi ng. YANGJi nbin（Qin ghaiNo.1CNCMachi neToolCo.,Xi nin g810018,CHN）在加工中心的一個(gè)切削循環(huán)中，換刀時(shí)間及交換托盤時(shí)間往往占有較大部分的比重.在傳統(tǒng)的加工中心上，換刀時(shí)間（切削到切削）達(dá)1420s左右，而交換托盤時(shí)間則需4050S甚至更長(zhǎng)達(dá)到100s之外， 無(wú)疑這對(duì)于大批量，快節(jié)奏生產(chǎn)要求的企業(yè)來(lái)說(shuō)是很 不適應(yīng)的而高速加工中心則在這兩方面設(shè)計(jì)付出了 很大的努力，得到的回報(bào)也是比較可觀的，換刀時(shí)間 （切削到切削）達(dá)到了 3.5S左右，交換托盤時(shí)

3、問(wèn)也減 少到了 10s以內(nèi)換刀時(shí)間的縮短取決于刀庫(kù)制造 廠家，而交換托盤時(shí)間的縮短取決于機(jī)床主機(jī)生產(chǎn)企 業(yè)由此看來(lái)，托盤交換機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為機(jī)床設(shè)計(jì)師 考慮的關(guān)鍵問(wèn)題為了提高生產(chǎn)率，在選購(gòu)臥式加工 中心時(shí)帶有交換工作臺(tái)的加工中心越來(lái)越多地受到顧 客的青睞而臥式加工中心托盤交換機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān) 重要，它直接影響著機(jī)床的托盤交換精度及交換時(shí)間 高速旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)較以前國(guó)內(nèi)外普遍采用的臂 式拉伸托盤交換機(jī)構(gòu)能大幅度縮短托盤交換時(shí)間，因 此也被國(guó)內(nèi)外機(jī)床制造廠家所采納本文從結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì),參數(shù)計(jì)算及注意事項(xiàng)等方面敘述單葉片擺動(dòng)液壓 缸在臥式加工中心托盤交換機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用.1旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擺動(dòng)液

4、壓缸在液壓系統(tǒng)中的作用是將液壓能轉(zhuǎn)變 成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，使機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小于360.或小于 180的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以擺動(dòng)液壓缸俗稱為擺動(dòng)油 馬達(dá)單葉片擺動(dòng)液壓缸能做小于360.的往復(fù)擺動(dòng) 運(yùn)動(dòng)，而雙葉片擺動(dòng)液壓缸只能做小于180 的往復(fù)擺 動(dòng)運(yùn)動(dòng)基于臥式加工中心托盤交換需完成 180. .等uul耳帚0朋范圍內(nèi)的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)采用了單葉片擺動(dòng)液壓缸作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，見(jiàn)圖1所示單葉片擺動(dòng)液壓缸由缸蓋，缸體,缸座，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，固定葉片及回轉(zhuǎn)支承軸承等件組成.I 一缸蓋；2,6 滾鋅軸承;3 一缸體;4 一轉(zhuǎn)動(dòng)葉片;5 一缸座;7 一銷軸;8 一推力球軸承;9 一移動(dòng)缸體;10-

5、下缸蓋；II 一托盤交換支座；i2 一固定葉片;13 一法蘭盤；14 一托盤變承座;15 一活塞.圖1單葉片擺動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)示意圖葉片擺動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)的工作原理也等同于齒條油缸驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的托盤交換機(jī)構(gòu)，只 是單葉片擺動(dòng)液壓缸替代了齒條油缸驅(qū)動(dòng)油缸其工 作原理如下：當(dāng)工作區(qū)域內(nèi)托盤上工件加工完成后，托 盤接到交換指令，雙作用液壓缸上油腔開(kāi)始蓄壓力油， 托盤支承座在移動(dòng)缸體9的作用下將托盤抬起，當(dāng)雙?123?功能部件作用液壓缸上油腔蓄油達(dá)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，銷軸7進(jìn)入 到缸座的導(dǎo)向孔中，將托盤支承座14與單葉片擺動(dòng)液 壓缸的缸體缸蓋組件中的缸座 5聯(lián)接在一起,單葉片 擺動(dòng)液壓缸

6、的左油腔開(kāi)始蓄壓力油（見(jiàn)圖2所示），托 盤支承座在單葉片擺動(dòng)液壓缸的作用下作順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，當(dāng)葉片擺動(dòng)液壓缸左油腔的蓄油達(dá)到設(shè)計(jì)要求 時(shí),托盤支承座在單葉片擺動(dòng)液壓缸的作用下完成旋 轉(zhuǎn)180.,轉(zhuǎn)動(dòng)葉片從油缸起始位運(yùn)動(dòng)至油缸終止位， 將非工作區(qū)域內(nèi)托盤移至正確位置后，雙作用液壓缸 下油腔開(kāi)始進(jìn)入系統(tǒng)壓力油，在移動(dòng)缸體9和托盤支 承座的拖動(dòng)下將托盤落下，當(dāng)雙作用液壓缸下油腔蓄 油達(dá)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，完成托盤交換任務(wù).通過(guò)托盤定 位機(jī)構(gòu)定位后，鎖緊機(jī)構(gòu)鎖死托盤，工作區(qū)域內(nèi)托盤上 工件即可進(jìn)入加工狀態(tài).再者，雙作用液壓缸上油腔 開(kāi)始蓄壓力油，托盤支承座在移動(dòng)缸體9的作用下將 托盤抬起，銷軸7進(jìn)入到缸座

7、的導(dǎo)向孔中，將托盤支承 座14與單葉片擺動(dòng)液壓缸的缸體缸蓋組件中的缸座 5聯(lián)接在一起,單葉片擺動(dòng)液壓缸的右油腔開(kāi)始蓄壓 力油（見(jiàn)圖2所示），托盤支承座在單葉片擺動(dòng)液壓缸 的作用下作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，托盤支承座在單葉片擺 動(dòng)液壓缸的作用下完成旋轉(zhuǎn)180.;轉(zhuǎn)動(dòng)葉片從油缸終 止位運(yùn)動(dòng)至油缸起始位，即單葉片擺動(dòng)液壓缸完成了個(gè)完整回轉(zhuǎn)周期.轉(zhuǎn)動(dòng)葉片起始位轉(zhuǎn)動(dòng)葉片停止位特制密封固定葉片固定銷軸限位調(diào)整塊圖2單葉片擺動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)工作原理2單葉片擺動(dòng)液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)單葉片擺動(dòng)液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)包括以下兩方面： 原始數(shù)據(jù)的確定和單葉片擺動(dòng)液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì). 2.1原始數(shù)據(jù)的確定單葉片擺動(dòng)液壓缸的原始數(shù)據(jù)包括機(jī)床的

8、額定工 作壓力，托盤重量和最大載重，機(jī)床的額定工作壓力取 決于機(jī)床液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力，托盤重量與托盤大小 結(jié)構(gòu)有關(guān),最大載重與機(jī)床的結(jié)構(gòu)有關(guān).如我廠某型 臥式加工中心液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力為7MPa托盤重量為2000N最大載重為5000N,托盤交換機(jī)構(gòu)的托 盤支承采用了傳動(dòng)球座滾動(dòng)支承的形式.2.2單葉片擺動(dòng)液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)(1) 工作載荷的計(jì)算因托盤交換機(jī)構(gòu)的托盤支承采用了軸承滾動(dòng)支承的形式，即摩擦系數(shù)廠為0.0020.004取f:0.003, 故單葉片擺動(dòng)液壓缸的工作載荷為F=(2000+5000)X).003=21(N).(2) 工作扭矩的計(jì)算旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)在執(zhí)行托盤交換任務(wù)時(shí)，托盤支承

9、座在單葉片擺動(dòng)液壓缸的作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而托盤支承在兩條弧形軸承滾動(dòng)導(dǎo)軌上(見(jiàn)圖3所 示)，可見(jiàn)托盤交換機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)力臂R,=(R R:)/2+ R2又如 R1=650mm,R2=350mm即 R3=500mm. 托盤交換機(jī)構(gòu)的工作扭矩 M=(FxR)/1000,又 R=500mm,F=21N,即 M=10.5(N?m).圖3托盤交換機(jī)構(gòu)弧形滾動(dòng)導(dǎo)軌示意圖(3) 擺動(dòng)液壓缸的總效率計(jì)算單葉片擺動(dòng)液壓缸的總效率由以下效率組成： 機(jī)械效率由轉(zhuǎn)動(dòng)葉片與固定葉片，缸蓋及缸座密 封處的摩擦阻力所造成的摩擦損失，因單葉片擺動(dòng)液 壓缸密封處較多，且間隙較小，所以單葉片擺動(dòng)液壓缸 的機(jī)械效率較活塞式液壓缸低，一

10、般取7=0.88 0.90(活塞式液壓缸的機(jī)械效率一般取叼=0.9 0.95);容積效率叼，由各密封件的泄漏所造成，缸 蓋和缸座的密封一般較好，但轉(zhuǎn)動(dòng)葉片和固定葉片的 密封較困難，也是擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，盡管費(fèi)了很 多心思，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片和固定葉片密封處的泄漏不可忽視 基于以上考慮擺動(dòng)液壓缸的容積效率叼也比活塞式 液壓缸低,一般取7/,=0.85(活塞式液壓缸的容積效率般取=1):作用力效率叼，由擺動(dòng)液壓缸的節(jié), =u耳舅0卅f流緩沖機(jī)構(gòu)上的背壓反作用力所造成的，一般取吼二0.95.擺動(dòng)液壓缸的總效率r/=叩卻卩刈,又叼取0.80,町,取 0.85,r/d 取 0.95,即卩 7/=0.80x0.

11、850.95二0.646.(4) 擺動(dòng)液壓缸的許用扭矩計(jì)算單葉片擺動(dòng)液壓缸的油腔蓄壓力油，托盤支承座， 缸體，缸蓋及缸座組件在油腔壓力油的作用下作旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng),可見(jiàn)單葉片擺動(dòng)液壓缸的旋轉(zhuǎn)力臂r=(r 一 r:)/2+r2，又女口 r1=180mm,r2=40mm,即 r3=110mm,見(jiàn)圖4所示.圖4單葉片擺動(dòng)液壓缸節(jié)流槽及作用力臂示意圖擺動(dòng)液壓缸的許用扭矩M2=(Fxr)/1000,又M2X 叼二M1,F 為工作推力.即(F1xr3)77/1000=10.5N?ITI,可得單葉片擺動(dòng)液壓缸的工作推力F=(10.5xl000)/(1lOxO.646)147.76(N).(5) 擺動(dòng)液壓缸的額定壓

12、力計(jì)算單葉片擺動(dòng)液壓缸的額定壓力 P=1O00F./A又A=(r. 一 r2)6，葉片高 6=180mm,即 P:(1000 X 147.76)/(18040)x180,可得 P 一 5.86MPa<機(jī)床 系統(tǒng)壓力，滿足機(jī)床液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力為 5 7MPa.若擺動(dòng)液壓缸的額定壓力大于機(jī)床系統(tǒng)壓力， 則可調(diào)整擺動(dòng)液壓缸的r,r及6值，使其滿足機(jī)床液 壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力.(6) 擺動(dòng)液壓缸的流量及油腔體積計(jì)算單葉片擺動(dòng)液壓缸的流量指的是在單位時(shí)間內(nèi)壓 力油通過(guò)油腔有效截面的體積，即流量9=Wt,V為單 葉片擺動(dòng)液壓缸的有效油腔空間,t為單葉片擺動(dòng)液 壓缸的行程時(shí)間(指的是葉片在缸體內(nèi)完成全部

13、行程 所需要的時(shí)問(wèn)).單葉片擺動(dòng)液壓缸的有效油腔空間也就是液壓缸的扇形油腔體積，可有下式計(jì)算：V=bTr(r 1” 2)X180./360.即= 180x3.14(180 40)xO.5mlTI二0.87x10ITIm=8.7L.假定單葉片擺動(dòng)液壓缸的行程時(shí)問(wèn)為10S,可見(jiàn)單葉片擺動(dòng)液壓缸的流量Q=V/t=8.7L/s=52.2L/mln.等;zu平弗O刪FuncljonUnjls 功能部件(7) 擺動(dòng)液壓缸的通油口直徑計(jì)算根據(jù)油孔中行程時(shí)間內(nèi)通過(guò)壓力油的體積等于在行程時(shí)間內(nèi)進(jìn)入擺動(dòng)液壓缸的壓力油體積，即:V=IOCA/VP其中:C=0.70.8,C為流量系數(shù)，取值C=0.7;卸（為油孔前，后

14、腔壓力差）=7 5.86=1.14MPa:1.14x10Pa,P密度）:0.85g/cm:0.85 10kg/m.又：=8.7L:8.7x10 一 III.I,可得:A=2.4x10m10C|P而 A 盯 r,得 r=/A/仃 一 0.00277in=2.77ITIm,即通油孔直徑為d=5.54mm,圓整為d:6mm.若想進(jìn)一步縮短擺動(dòng)液壓缸的行程時(shí)間，可通過(guò)加大通油孔直徑至8mm,提高通油孔中壓力油的流 量,在較短的時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)液壓缸的壓力油體積達(dá)到設(shè) 計(jì)要求，葉片更快完成全部行程旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到縮 短行程時(shí)間的目的（行程時(shí)問(wèn)可縮短至5S以內(nèi)）.3擺動(dòng)液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的主要問(wèn)題擺動(dòng)液壓缸在

15、設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)很多， 包括輪廓尺寸，變形，環(huán)境變化，緩沖機(jī)構(gòu)，排氣裝置以 及密封等問(wèn)題.輪廓尺寸,變形,環(huán)境變化對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 的影響不是太明顯，但緩沖機(jī)構(gòu)，排氣裝置以及密封問(wèn) 題是設(shè)計(jì)人員必須考慮并給予足夠重視的.(1) 緩沖裝置擺動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度較快，所帶動(dòng)的部件質(zhì)量又很大，這樣當(dāng)葉片運(yùn)動(dòng)至設(shè)計(jì)位置時(shí)慣量很大. 為此在缸座的進(jìn)出油口必須設(shè)置節(jié)流機(jī)構(gòu)，借此產(chǎn)生 制動(dòng)力，使葉片緩緩運(yùn)動(dòng)至設(shè)計(jì)位置一般采取縫隙 節(jié)流式和小孔節(jié)流式的節(jié)流緩沖裝置，而上述機(jī)構(gòu)中 采取了變截面節(jié)流槽式的緩沖機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖4中局部放 大圖)，葉片在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)臨近終止位時(shí)，隨著終止位的 逼近而通油孔逐漸變小，從而造成背

16、壓，迫使葉片降速 制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖.(2) 葉片密封擺動(dòng)液壓缸的葉片密封是設(shè)計(jì)擺動(dòng)液壓缸的關(guān)鍵 要素缸蓋和缸座的密封一般較好處理，一般采用0 型密封圈即可解決問(wèn)題固定葉片與缸蓋，缸座銷軸 聯(lián)接，缸蓋，缸座與缸體螺釘緊固，固定葉片，缸蓋和缸 座作為一體組件圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)葉片作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，顯然轉(zhuǎn)動(dòng) 葉片和固定葉片的密封較為困難，事實(shí)也是如此轉(zhuǎn) 動(dòng)葉片和固定葉片的密圭寸采用了葉片外緣鑲嵌框形密?125-功能都件 FunctionUnits封件的密封方法，在其結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上費(fèi)了很多心思，總體 來(lái)說(shuō)基本上滿足機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，但密封尖點(diǎn)，交接等處 的密封還是存在一定的泄漏現(xiàn)象，不可忽視，是擺動(dòng)液 壓缸設(shè)計(jì)人員值得關(guān)注的細(xì)

17、節(jié).(3) 排氣裝置液壓系統(tǒng)在裝配過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間未工作之后會(huì)進(jìn) 入空氣，再者液壓油中也混有空氣，由于空氣具有很大 的可壓縮性，導(dǎo)致液壓缸在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生爬行，發(fā)熱以 及噪聲等現(xiàn)象因此設(shè)計(jì)擺動(dòng)液壓缸，特別是設(shè)計(jì)要 求具有較高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的液壓缸時(shí)必須考慮排氣裝 置,以便能及時(shí)排除積留在缸腔內(nèi)的空氣一般采取 在最高處設(shè)置專門的排氣閥機(jī)構(gòu)來(lái)解決排氣問(wèn)題.4結(jié)語(yǔ)單葉片擺動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)式托盤交換機(jī)構(gòu)，因交換 時(shí)間短，效率高等特點(diǎn)雖被國(guó)內(nèi)外機(jī)床制造商經(jīng)常采 用，但也存有不足之處其缺點(diǎn)是存在質(zhì)量，安全隱 患，機(jī)床在工作過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)壓力油泄漏，故 障報(bào)警及斷電等非正常因素停機(jī)現(xiàn)象雖然已采取了 閥體組合保壓，

18、壓力補(bǔ)償?shù)仁侄蔚目煽啃栽O(shè)計(jì)，但是因 壓力損失或斷電后再次啟動(dòng)壓力系統(tǒng)，很容易引起雙 作用液壓缸在承受載荷的作用下導(dǎo)致托盤支承座下 移,必然對(duì)機(jī)床帶來(lái)?yè)p害，對(duì)企業(yè)造成不必要的損失， 更重要的是對(duì)操作者的人生安全帶來(lái)威脅對(duì)此缺陷 我們提出了改進(jìn)方案，只需對(duì)雙作用液壓缸的上油腔改造成碟形彈簧施加鎖緊力的機(jī)械機(jī)構(gòu)，再加上正確計(jì)算碟形彈簧的鎖緊力并在裝配過(guò)程中控制鎖緊裝置鎖緊力的正確性即可達(dá)到合理，穩(wěn)定，可靠地抬起托盤支承座的目的，完全改善了因系統(tǒng)壓力油內(nèi)泄漏，斷電等因素引起的壓力損失可能導(dǎo)致托盤支承座下移的不利現(xiàn)象.在交換托盤臥式加工中心中，托盤交換機(jī)構(gòu)是交換托盤工作過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)它的穩(wěn)定及可靠

19、性直接影響著加工中心的使用效率，嚴(yán)重影響用戶廠家生產(chǎn)加工的效率和節(jié)拍，有必要且必須給予足夠的重視.（編輯蔡云生）（收稿日期：20081113）文章編號(hào)：9839如果您想發(fā)表對(duì)本文的看法.請(qǐng)將交章編號(hào)填入讀者意見(jiàn)調(diào)查表審的 相應(yīng)位鼉.（上接第118頁(yè)）標(biāo)提供依據(jù)從客戶需求質(zhì)量屋可以清楚地看出，客戶對(duì)玻璃堆垛機(jī)械的需求重要程度和滿足客戶需求所需要的技術(shù)要求.技術(shù)特征?？沙羞\(yùn)振自塊重動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)化構(gòu)載動(dòng)械構(gòu)成原壽裝 動(dòng)結(jié)設(shè)能節(jié)噪化原尺太機(jī)命配客戶需求構(gòu)計(jì)力拍吉程理寸度搬運(yùn)不同規(guī)格玻璃0.245 O功能適合不同場(chǎng)域的需要0.0820承載能力大O.127o速度快0.12700性能振動(dòng)噪聲小O.05OOI8操作簡(jiǎn)單0.022空間利用高0O