基于菱形块结构的直线夹紧装置

陈 冉

(沈阳机床股份有限公司，辽宁沈阳110142)

HTZ30自动重型回转工作台是有直线及回转运动的工作台，是为自动落地铣镗床加工大型工件时安装定位和加工工件设计的，是铣镗床、落地镗床、端面铣床的主要附件，同时也可单独使用。利用它的B轴及V轴的二向自动进给，可以扩大铣镗床的加工范围并减少工件装夹次数、提高生产效率。其整机结构如图1所示。

1 结构原理

工作台直线夹紧，采用液压夹紧机构自动夹紧。该机构由液压操纵，通过菱形块增力夹紧，夹紧力大而且可靠。该机构另一优点就是其菱形块结构具有自锁功能，夹紧动作完成后液压系统停止供油依然能保证夹紧动作可靠，这样液压系统就不需要长时间工作，因此有效地避免了液压系统发热[1]。

夹紧机构在机床布局如图2所示，图3为HTZ30直线滑座夹紧机构，图4为夹紧器工作的液压原理图。图3中菱形块机构用螺钉安装在滑座上。随滑座在床身的凹槽内沿V轴移动。当液压缸右油腔a通压力油时，活塞及活塞杆左移，通过垫块推动两个菱形块到直立位置(图示位置)，菱形块就通过上顶块顶起夹紧铜块，使夹紧铜块紧紧顶在床身的凹槽内，使滑座夹紧在床身上。

当液压缸左油腔b通压力油时，活塞及活塞杆右移，通过垫块使两个菱形块处于倾斜位置，不再向上顶起夹紧铜块，使滑座松开。滑座可沿床身上的静压导轨做V轴移动。

其中调整垫用于调整夹紧铜块与床身上凹槽的初始距离，通过调整垫，可调整夹紧时的菱形块夹角，进而调整夹紧时的夹紧力[2]。

安装后需在5 MPa压力下进行实验，保证松开夹紧动作灵活；保证在夹紧状态下能够自锁；并保证通压力油15 min，夹紧器不得有渗漏现象[3]。

2 夹紧力计算

2.1 滑座所需夹紧力计算[4]

切削力在滑座运动方向的分力Fv＝60 000 N；切削力在竖直方向的分力Fz＝60 000 N；滑座以及工作台的重量G＝18 000 kg；最大工件重量Gi＝30 000 kg；夹紧元件接触面上的摩擦系数f2＝0.15；滑座与床身接触面摩擦系数f1＝0.000 5；夹紧点的数量m＝4。

计算可得工作台的夹紧力为:

因实际应用中各种制造因素的影响，为了夹紧的可靠性，把计算所得数据乘以安全系数k＝2.5，作为实际夹紧力，故夹紧力约为F＝100 kN。

2.2 夹紧机构所提供的夹紧力

2.2.1 油缸推力计算[5]

油缸活塞外径D＝60 mm，夹紧时从油腔a口进油，因此不涉及活塞杆直径，入油压力P＝5 MPa。

2.2.2 菱形块夹紧力计算[6]

菱形块夹紧机构如图5所示，夹紧时菱形块的倾斜角α＝1°；菱形块长度L＝18 mm；菱形块端处圆角半

注:β为计算用角，因此在图4中未标出。

又夹紧铜块与床身凹槽为楔形接触，夹角为16°，因此菱形块提供的夹紧力在垂直接触面方向的分力为:

F＝2Fqsin16°＝194 kN

计算可得夹紧机构所提供夹紧力194 kN远大于滑座所需夹紧力100 kN。可以满足设计要求。

3 结构特点

经生产实践证明该装置具有以下特点:(1)夹紧可靠，有足够的夹紧力；(2)调整环节简单，安装方便；(3)在夹紧状态下有自锁功能；(4)多点夹紧，夹紧部件受力均匀，变形较小。

4 结语

本文以HTZ30产品为例，介绍了一种菱形块夹紧机构的结构原理以及设计计算过程。应用时可根据实际使用条件进行合理设计。经生产验证，该夹紧机构具有夹紧力大、结构紧凑、安全可靠等优点。已经被广泛使用于笔者公司的多台重型回转工作台上，实际应用效果很好。