薛紅睿

（甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，甘肅蘭州730030；蘭州同位素儀表工程有限公司，甘肅蘭州730030）

重型臥式車床通常利用主軸卡盤和尾座頂尖裝夾重型工件，其所針對的加工對象都是大重型工件，因此重型臥式車床上尾座的頂緊力大小是一項(xiàng)非常重要的力能指標(biāo)，我們必須對此項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。為保證裝夾可靠，在軸向需要施加預(yù)緊力，以確保工件在裝夾后萬無一失。尾座頂緊力究竟應(yīng)設(shè)多大才能合適？若頂尖頂緊力太大，容易損壞尾座機(jī)構(gòu)；若頂尖頂緊力太小，容易引起工件脫落，發(fā)生安全事故。為此需要設(shè)一測力機(jī)構(gòu)以測量尾座對工件預(yù)緊力的大小，在裝夾和加工過程中起監(jiān)測作用。目前國內(nèi)重型車床工件夾緊的頂緊力是用油缸通過一個(gè)磁柱電接點(diǎn)壓力表顯示力值大小，由于工件重量越來越大，油缸及其管路容易脹裂。另外油缸里的溫度、氣泡等對顯示力值也有一定影響。

1 解決方案

針對國內(nèi)重型車床尾座測力機(jī)構(gòu)易出故障這一問題，研制出一種電阻應(yīng)變式傳感器測力裝置。該裝置將軸向的壓力（由于頂尖的錐度不同，該值一般為工件重量的0.5～0.6倍）通過電阻應(yīng)變原理利用數(shù)顯表顯示，清晰直觀，可以達(dá)到很好的精度，提高工作效率。

1.1 工作原理

利用數(shù)字模擬電路和單片機(jī)的智能化功能，實(shí)現(xiàn)智能化處理和控制，控制器對采集到的傳感器不同形變信號進(jìn)行放大調(diào)理，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入中央處理器進(jìn)行迅速的計(jì)算判斷后發(fā)出相應(yīng)的指令，使整個(gè)頂緊裝置按預(yù)設(shè)的程序運(yùn)行。

1.2 傳感部件

重型臥式車床測力尾座由尾座體、后壓蓋、頂尖、軸承套、尾軸、彈性元件、軸套、蝸輪蝸桿和絲桿構(gòu)成。在靠近后壓蓋一側(cè)的尾座體內(nèi)設(shè)有軸承套，尾座體后部用螺栓連接后壓蓋，尾座的后部設(shè)有絲杠，絲杠上螺紋連接1個(gè)軸套，軸套上裝著軸承。其特征在于在軸承與后壓蓋之間設(shè)有彈性元件。將該彈性元件作為一個(gè)獨(dú)立元件通常稱為壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)為柱式或空心輪輻式結(jié)構(gòu)。柱式結(jié)構(gòu)（圖1）通常3只傳感器作為一組，均勻地鑲嵌在一個(gè)端蓋法蘭上，端蓋法蘭再固定在后壓蓋上，一般用于加工工件噸位較小的車床；空心輪輻式結(jié)構(gòu)（圖2）直接固定在后壓蓋上，相對柱式而言，它的受力在一個(gè)環(huán)面上，可用于加工工件噸位較大的車床。在其內(nèi)部均貼有應(yīng)變片，由應(yīng)變片組成電橋（圖3），封裝后稱為柱式或輪輻式傳感器，其拆裝方便，可適用于重型車床和其他需要尾座裝夾的重型機(jī)床。

1.3 控制系統(tǒng)

重型臥式車床尾座頂緊力控制系統(tǒng)（圖4）主要由中央處理器，輸入輸出設(shè)備，傳感器信號的采集、放大和調(diào)理（圖5），AD轉(zhuǎn)換器等部分組成。在設(shè)計(jì)上采用了全數(shù)字化操作的獨(dú)特設(shè)計(jì)方法，選用先進(jìn)的數(shù)字模擬電路技術(shù)和單片機(jī)的智能化功能，結(jié)合微控制技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能化處理和智能化控制。根據(jù)傳感器受力線性變化的特點(diǎn)，建立數(shù)字信號具有線性變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，通過編寫相應(yīng)的程序，嵌入到相應(yīng)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)該數(shù)學(xué)模型。由于機(jī)械加工和裝配不可避免的誤差，編程中本著硬件問題盡量軟件化處理的原則，在程序中增加了置零和調(diào)整功能。由于采用了先進(jìn)的光電隔離技術(shù)，對所有輸入輸出信號進(jìn)行了隔離，使整個(gè)控制系統(tǒng)在試驗(yàn)過程中具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并配合高精度測力傳感器，用數(shù)顯表顯示力的大小，當(dāng)頂緊力超出設(shè)定的范圍時(shí)有報(bào)警輸出，能夠控制聯(lián)鎖設(shè)備的自動(dòng)啟停或驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的警示設(shè)備。其具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、承載能力大、靈敏度高、操作簡便、功能齊全、可靠性高等特點(diǎn)，可對機(jī)床尾座頂緊力進(jìn)行測量和加力控制，也可用作工礦企業(yè)對力值的測量和加力控制。

2 試驗(yàn)

該測控裝置在尾座上安裝之前已在標(biāo)準(zhǔn)壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行標(biāo)定和檢驗(yàn)，控制精度優(yōu)于5‰，響應(yīng)速度10 ms，通過安裝在重型臥式車床進(jìn)行試驗(yàn)，完全達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。性能穩(wěn)定可靠，測量與控制精度高，反應(yīng)靈敏，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

3 結(jié)語

重型臥式車床尾座頂緊力測控裝置的成功研制，具有先進(jìn)合理、技術(shù)創(chuàng)新等特點(diǎn)。既保證了功能的合理實(shí)現(xiàn)，又使總體結(jié)構(gòu)尺寸合理，美觀大方，為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造了價(jià)值。該測控裝置也可用于重型軋輥車床、磨床尾座頂緊力的測控，還可用于重力（重量），離心力、張力等各種需要力的測量和控制的場合，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和市場前景。

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