畢 巖 王一楠

(沈陽機(jī)床股份有限公司，遼寧 沈陽 110142)

目前，重型落地銑鏜床及加工中心配套的常規(guī)型工作臺(tái)通常是水平放置，并只有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不具備翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通常情況下，為了使工件便于裝夾，需要工作臺(tái)面水平放置。但某些大型工件由于自身特征在加工過程中需要工作臺(tái)豎直放置，這樣更便于加工、沖屑、排屑等。因此，需要工作臺(tái)具有翻轉(zhuǎn)功能。常用的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿或者齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)在機(jī)械加工過程中對(duì)制造精度要求高，加工難度大，翻轉(zhuǎn)誤差大。本文為了克服現(xiàn)有重型機(jī)床翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的不足，研發(fā)了一種新型可翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)構(gòu)。

1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力源為液壓，翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)在液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下，使工作臺(tái)及工件安全、平穩(wěn)、有效的實(shí)現(xiàn)水平與豎直方向的位置翻轉(zhuǎn)。液壓驅(qū)動(dòng)以其體積小、驅(qū)動(dòng)力大而廣泛應(yīng)用于大型機(jī)械設(shè)備。

以工作臺(tái)面下某一支撐點(diǎn)作為轉(zhuǎn)軸，液壓缸輔助工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。已知工作臺(tái)面尺寸1 000 mm×3 000 mm，自重1 600 kg，工件最大重量為2 000 kg。具體方案如圖1。其中位置1是工作臺(tái)水平放置，是工件的安裝和拆卸位置；位置2是工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)過程中，工作臺(tái)重心在水平面的投影偏離轉(zhuǎn)軸最大距離的位置；位置3是工作臺(tái)豎直放置，為工件的加工位置。

液壓缸初選派克油缸HMI系列，其中缸徑D為100 mm，缸桿d為40 mm。由于工作臺(tái)面較長(zhǎng)，翻轉(zhuǎn)質(zhì)量較大，為保證翻轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)，降低系統(tǒng)壓力，故使用兩個(gè)液壓缸實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。在翻轉(zhuǎn)過程中，由于重力的作用，工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩不是恒定的，需要的壓力也是變化的?，F(xiàn)在選取3個(gè)關(guān)鍵位置分別計(jì)算液壓缸需要的油壓，由計(jì)算出的最大壓力確定最終系統(tǒng)壓力。如圖1所示，3個(gè)位置狀態(tài)下，轉(zhuǎn)軸中心至工作臺(tái)重心的水平分別為L(zhǎng)1=50 mm,L2=255 mm,L3=250 mm;轉(zhuǎn)軸中心至液壓缸的有效距離分別為l1=402 mm,l2=154 mm,l3=107 mm。

位置1需要的系統(tǒng)液壓缸油壓P1計(jì)算如下：

翻轉(zhuǎn)力矩M1=FL1=3 600×9.8×0.05=1 764 N·m。液壓缸需要的力為f1,M=f1l1。由于使用兩個(gè)液壓缸翻轉(zhuǎn)，所以2M=M1，則：

液壓缸需要的油壓為P1，f1=P1S=P1(πD2/4-πd2/4),則：

同理計(jì)算出位置2和位置3液壓缸需要的油壓，P2=4.4 MPa,P3=6.3 MPa。

綜上，液壓缸需要的最大油壓為6.3 MPa，最后選擇8 MPa的液壓系統(tǒng)。

2 可翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一般的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)翻轉(zhuǎn)精度要求不是很高，水平位置和豎直位置軸向有少量竄動(dòng)，容易產(chǎn)生加工誤差，安全性也大大降低。翻轉(zhuǎn)中軸向竄動(dòng)問題成為一大技術(shù)難題。

轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)與床身基座的連接，具體結(jié)構(gòu)如圖2。兩個(gè)耳座1固定在床身上，支架5連接翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)底面，由液壓缸帶動(dòng)5翻轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸2與支架5之間選擇一組圓錐滾子軸承6來支撐。選擇圓錐滾子軸承是因?yàn)榭沙惺芎艽蟮膹较蛄鸵欢ǖ妮S向力。密封圈4的作用是防止外面的雜質(zhì)水等進(jìn)入到軸承內(nèi)。然后通過鎖緊螺母7把旋轉(zhuǎn)軸2、軸承6與支架5的位置確定。最后通過脹緊套3來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)耳座1與旋轉(zhuǎn)軸2之間的支撐和鎖緊。本次設(shè)計(jì)通過圓錐滾子軸承與脹緊機(jī)構(gòu)同用，且脹緊機(jī)構(gòu)與耳座1的軸向定位面結(jié)合，保證了轉(zhuǎn)軸沒有軸向竄動(dòng)。

3 翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)到位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工作臺(tái)水平位置是工件裝夾位置，耳座上設(shè)計(jì)有水平定位面，當(dāng)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)，與工作臺(tái)底面設(shè)計(jì)的定位面接觸配合，使工作臺(tái)保持水平實(shí)現(xiàn)水平定位。當(dāng)工作臺(tái)豎直位置為工件加工位置，此時(shí)工作臺(tái)需要承受很大的切削力。為了滿足翻轉(zhuǎn)時(shí)工作臺(tái)能自由翻轉(zhuǎn)、加工時(shí)工作臺(tái)能承受各方向切削力這一要求，選用電控永磁吸盤來實(shí)現(xiàn)這一功能。通電時(shí)吸附工作臺(tái)底面使工作臺(tái)保持豎直位置，實(shí)現(xiàn)工件切削加工；斷電時(shí)翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)到水平位置，方便工件的裝卸。最終實(shí)現(xiàn)了高效、安全的生產(chǎn)。

選取的電磁吸盤一組的吸力為4 500 kgf，一共3組總吸力13 500 kgf，滿足最大切削要求。3組電磁吸盤安裝在工作臺(tái)的左、中、右，保證整個(gè)臺(tái)面的平穩(wěn)牢固，安裝位置如圖3。

4 結(jié)語

本文采用機(jī)電液相結(jié)合的一體化技術(shù)，完成了重型設(shè)備翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)。從根本上解決了翻轉(zhuǎn)過程中軸向竄動(dòng)和翻轉(zhuǎn)到位工作臺(tái)定位夾緊的技術(shù)難題，成功實(shí)現(xiàn)水平位置和豎直位置的快速轉(zhuǎn)換。該機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，降低了大型工件加工的難度，提高了整機(jī)的工作效率。

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