数控加工中机用虎钳的改造
2012-07-05栗启鑫郑冬喜
栗启鑫,郑冬喜
九江学院机械与材料工程学院,江西九江 332005
1 概述
虎钳是利用螺杆或其他机构使两钳口作相对移动而夹持工件的工具。按使用的场合不同,有钳工虎钳和机用虎钳等类型。机用虎钳是一种机床附件,又称平口钳,一般安装在铣床、钻床、牛头刨床和平面磨床等机床的工作台上使用,在现代数控机床中也得到广泛的应用。但实践用于数控机床和普通机床以及钳工用的钳工虎钳,大多数是普通的机械型,全手动操作,存在如下的缺陷:
1)使用扳手人工夹紧或松开,操作过程不稳定,对被装夹工件质量影响大;2)全人工操作,且操作空间小,操作不方便;3)工作效率低,工作环境不是很安全,很多时候操作人员需要进入加工中心内或靠近加工刀具等进行夹紧操作。
我国为世界制造中心,是世界上机床的使用大国,而且随着现代工业的发展,其加工机床数控化率越来越高。在数控加工的过程中,特别是在普通的数控车床、数控铣床、以及加工中心上,使用机用虎钳装夹非常普遍,但是普通的机用虎钳存在如上的缺点,而对于液压虎钳等品质较高的虎钳却成本高价格昂贵。对数控加工中使用的机用虎钳的电功改造可以弥补了普通机用虎钳的弊端,同时成本又较低。
2 结构与原理
对普通机用虎钳的改造,主要是通过添加电气原件,使用电机驱动虎钳的装夹。其简易结构图如图1。
图1 电动虎钳结构简图
原理分析如下:
首先将支撑架安装在虎钳钳身上,在支撑架上附有用来调整两个带轮中心距的螺母。支撑架的安装可以通过焊接,螺钉联接,或者扩大支撑架结构,包扎安装虎钳的钳身上,这样对虎钳钳身的改动较小,破坏也小,基本不会改变虎钳的力学性能。
然后将电机安装在移动模块上,移动模块与用于调整两带轮中心距地螺杆相连,将移动模块安装在支撑架上。再分别在电机的输出轴上和虎钳的螺杆上装上大小两个带轮。这里要将虎钳的螺杆做适当的加工,以方便安装小带轮,但是这样的适当加工不会影响虎钳的力学性能。
假如这里的带传动采用普通V型带传动,众所周知,单根普通V带合宜的预拉力为:
式中
PC:计算功率,即需要传输的功率,其最大值为选用电机的输出功率最大值
z: 带根数,在这我们只用一根V带, z取1;
ν:ν带速度,即带的线速度,在这由电机的转速确定;
kα:包角系数,在以上相关条件都确定后包角系数由皮带对带轮的包角确定;
q:带每米长质量;
由上面的公式可以知道,V带的预拉力在皮带长度、皮带型号、电机都确定的情况下,主要是由kα包角系数确定的,而V带包角系数由包角直接确定,其计算公式如下:
式中
d2:大带轮直径;
d1:小带轮直径;
a:两带轮中心距,一般中心距的调整范围为:
amax=a+0.03Ld
amin=a-0.015Ld
这里:
Ld:基准长度;
由上面的公式可以知道,在大小两个带轮都确定的条件下,其小带轮的包角主要是由两带轮的中心距确定的。因此最后可以得出,可同通过适当调整中心距来适当调整皮带的预拉力。由此可最后安装皮带,调整两带轮的中心距即可实现调整皮带的张紧力,调整皮带的张紧力可以实现对最后大带轮输入功率的调整,从而可以实现对虎钳夹紧力的调整。
电动虎钳的电机选用普通的220V100~200W电机即可,可以方便从数控机床上接上输入电源。电动虎钳的控制开关可根据需要吸附在数控机床床身的任何方便操作的地方,可以实现操作的方便与安全。
3 结论
通过分析,对普通机用虎钳的电动改造是切实可行的,而且改造成本低,对虎钳的力学性能没有破坏,对数控机床的要求,对数控机床没有更改,在数控加工过程中有着广泛的应用。通过电动改造后的机用虎钳有如下特点:
1)运行平稳:电动虎钳通过电机和带传动,相对人工手动使用扳手扳动虎钳,能够较平稳地对工件进行装夹;2)操作安全简便:电动虎钳可用单只手控制虎钳的,而且控制开关可以吸附在数控机床任何方便操作的地方;3)工作效率高,装夹精度高:电动虎钳在装夹控制时只需一只手,解放了另只手做其他工作,而且电机是连续平稳转动,还可以通过调整中心距设定夹紧力,可以迅速准确的对工件进行装夹;4)使用成本低:机用虎钳的电动改造,对虎钳以及数控机床的改造都非常小,且所使用的零部件成本也不高。
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