气动研具的设计与分析

■沈阳机床股份有限公司沈一车床厂 （辽宁 110142）

金丽英 薛 亮

为了提高产品质量，我厂在车床的装配中常设有刮研工序，以提高受力部件之间的接触率，增强机床的稳定刚性。此序劳动强度极大，除了刮削外，还要让两工件之间往复运动刮研接触。对于轻型车床主要刮研的大件有床头箱与床身的把合面；床鞍、尾台体与床身导轨接触面，因工件较轻，让其往复运动较容易些，但对于重型车床而言就并非易事。CW重型车床主要刮研面有：床头箱底座与床身、床头箱与床头箱底座把合面，尾台底座、床鞍与床身导轨接触面等处，刮削强度无可厚非，推动工件之间相对往复运动就是一个相当大的难题，本文就此问题设计了气动研具。下面对此研具进行论述与分析。

1. 研具设计的目的

我厂最大CW重型车床床头箱质量可达3.5t，研序原操作方式是用自身机床床鞍在丝杠副带动下利用木棒推动其向前运动，再用天吊向回拉的方式实现往复运动检验接触率。由于此种办法受力方向不一致、移动范围小，研出的接触率不真实，其他接触面研的方式与此大相径庭。因此，利用车间现有的气源系统设计一套专用的气动研具是必要的，让工件在水平力的作用下往复运动60mm左右。

2. 研具的结构分析

该气动研具总体方案为，将研具体落在床身上表面，以小山导轨为导向，通过T形螺栓连接用压板锁紧床身底牙固定在床身上，并在研具体上设置可调整高度的固定式结构，利用气缸间接连接各需的刮研部件。在使用后只需松开两带肩螺母，让压板自然落在限位螺母台肩上并绕连接轴旋转，这时压板脱离T形螺栓使研具体与床身分离，可以整体将其吊离工作区域（见图1）。

由于CW重型车床需要刮研面较多，因此该研具的设计要从在此机床上使用的通用性考虑。根据床头箱底座、床头箱、尾台底座及床鞍等件需要推移高度不同，要将该研具设计为气缸高度可调节形式。故，该研具在固定的研具体上把合4根立柱，并以其为导向，用锁紧螺母锁紧开口弹性锥套结构，将支承板锁紧固定在某高度，保证了气缸固定在稳定的框架体结构上。用一对圆锥滚子轴承将丝杆竖直固定在研具体上，通过其旋转，由固定在支承板上的丝母带动研具的上半部整体移动，实现了高度的调整。另外，在每个弹性锥套下边都设有弹簧，当锁紧螺母松开时研具上部可保持平稳。由于该研具的高度调整范围可达230mm左右，弹簧的可压缩长度远远满足不了此调整量，这时就用增减开口隔套的方式来弥补此弊端（见图2）。

由于各零部件尤其是床头箱质量都是相当大的，所以选用的是QGBZ系列重型气缸。为了气缸能与支承板稳固连接选用了后法兰把合方式。又因需刮研件在床身上的位置和质量的差异，选用大小不同两个气缸分别通过过渡件将尾部把合在支承板两端，并将两套手动换向阀、消音器也固定在此件上表面，与其形成一体。研床头箱底座、床头箱为气缸5，研尾台底座、床鞍为气缸10。为了消除支承板调整高度误差，利用连杆一端与气缸活塞杆螺纹联接，另一端以插销间隙配合且垂直方向为长孔的形式与联接板联接。由于床头箱与床头箱底座、床头箱底座与床身之间都是螺纹联接，因此通过改变联接板2的形状用固定在其上的定位销插入把合螺钉过孔内，由气缸5分别带动床头箱底座、床头箱做往复等距离移动。同理，尾台底座也是用插定位销形式由气缸10来完成。

床鞍直接落在床身上没有可利用的孔，其牵引方式如图3所示。利用床鞍燕尾导轨处的铸造工艺洞，在定位支钉限制左右位置的情况下，锁紧带肩螺母，将固定在转轴上的压板勾住工艺洞的低牙，联接板压紧燕尾上面，使床鞍与联接板成为一体。松开带肩螺母转动固定在转套上的手柄，让转套转动螺钉所限制的角度范围，即可将压板从长工艺洞内拿出，拆卸下这套锁紧装置。在此装置中用第2枚螺钉限制了转轴上下的移动距离，利用第3枚螺钉限制了转套的轴向位置，且能在固定座内自如转动，省去了其他一些转动结构的繁琐。

综上所述，此套研具安装方便，操作简单。使用时，只需将研具体固定在床身上后，利用插销通过连杆过渡将联接板装置与气缸部分组装为一体，接上气源即可实现工件的等距离往复运动。

3. 验证研具的可靠性

判断此套研具是否可行，除了考虑结构合理性、安装操作方便性，还要考虑气缸规格的可靠性。下面通过计算来验证所选气缸是否可以克服工件之间接触所产生的静摩擦力。

已知，现场气源的气压p=5.7×105Pa，静摩擦系数μs=0.2，气缸输出力效率为85%。

首先验证气缸5的可靠性：

气缸5一侧床头箱质量远远大于床头箱底座，故用床头箱来验证，其质量约为m1=3.5t，气缸直径D1=160mm，活塞杆直径d1=40mm。

则，气缸的推力为：

气缸的拉力为：

图2 气动研具整体结构图

图3 锁紧床鞍示意图

需克服静摩擦力：

因此，气缸5所选规格可满足床头箱及其底座的往复运动。

气缸10一侧床鞍重于尾台底座，故用床鞍来验证，其质量m2=813kg，气缸直径D2=100mm，活塞杆直径d2=25mm。则，气缸的推力为：

气缸的拉力为：

需克服静摩擦力：

因此，气缸10所选规格可满足床鞍及尾台底座的往复运动。

因该研具行程较小，无需验证活塞杆长度的合理性，故通过以上计算验证该气动研具所选气缸规格完全可以满足各个零件的研序要求。

4. 结语

经生产实践证明，这套研具不但结构精巧、拆装便捷，而且操作简单，很受操作者欢迎，也简化了CW重型车床装配中刮研序存在的难题，提高了工作效率及刮研序质量，收到了满意的效果。

[1] 王秀伦. 机床夹具设计手册[M]. 北京：中国铁道出版社，1984.

[2] 机械设计手册编委会. 机械设计手册[M]. 北京：械工业出版社，2006.