沈陽(yáng)機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司 徐吉存

首先通過(guò)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的夾緊定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選型進(jìn)行研究，其次對(duì)液壓、氣動(dòng)、齒盤(pán)等幾種不同形式的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的論述。最后建議在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊定位機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的夾緊定位機(jī)構(gòu)。對(duì)于重切削的工況，應(yīng)選用大夾緊扭矩的夾緊定位機(jī)構(gòu)，而針對(duì)精密零部件的加工，要選用高剛性的夾緊定位機(jī)構(gòu)。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是加工中心實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)的關(guān)鍵性功能部件，能夠?yàn)閿?shù)控機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)提供第四軸和第五軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的夾緊定位是保證加工精度的關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到指定位置必須夾緊定位才能保證工件加工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生位置偏移，而單純靠驅(qū)動(dòng)裝置很難實(shí)現(xiàn)此功能，因此需要夾緊定位裝置實(shí)現(xiàn)此功能。本文主要介紹數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)常見(jiàn)的夾緊定位裝置，并對(duì)其工作原理和設(shè)計(jì)方法予以闡述。

一、液壓式夾緊機(jī)構(gòu)

液壓夾緊是目前數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的常用夾緊方式，比傳統(tǒng)剎車片具有更高的夾緊力和夾緊扭矩。

1.摩擦片式夾緊裝置

摩擦片夾緊結(jié)構(gòu)如圖1所示，摩擦片固定在旋轉(zhuǎn)座上面隨旋轉(zhuǎn)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)，布置在摩擦片上方的活塞在液壓油的推動(dòng)下壓緊摩擦片，實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作。活塞行程一般為1mm，夾緊油壓一般為20bar～50bar。

圖1 摩擦片式夾緊裝置

單摩擦片夾緊力矩與摩擦片的摩擦系數(shù)和尺寸，以及夾緊油壓P相關(guān)，如公式1所示。

式中：

T——夾緊力矩，單位為牛米；

u—— 摩擦片摩擦系數(shù)；

P——夾緊油壓，單位為巴；

R——摩擦片作用面外徑，單位為毫米；

r——摩擦片作用面內(nèi)徑，單位為毫米。

摩擦片由于受到空間結(jié)構(gòu)限制其作用面積較小，因此其夾緊力和夾緊扭矩受到限制，只能應(yīng)用于扭矩要求較小的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，為了解決此問(wèn)題可采用多摩擦片式夾緊機(jī)構(gòu)，如圖2所示為多摩擦片夾緊定位機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)座內(nèi)環(huán)面安裝多片摩擦片，隨旋轉(zhuǎn)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)座下方底座的上方安裝多片固定摩擦片，摩擦片上方組裝擠壓摩擦片的活塞裝置。底座外緣放置回彈裝置，起到分離摩擦片和固定片的作用。兩片安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)座底面的摩擦片，配合兩片安裝于底座的固定片，相互交叉排列，摩擦片與固定片按照薄板環(huán)片加工制作。

圖2 多摩擦片式夾緊機(jī)構(gòu)

多片式剎車裝置相比普通剎車裝置增加多層摩擦面，剎車力提高2～3倍，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，克服了單剎車片摩擦力不足、容易產(chǎn)生滑移的缺點(diǎn)，具有方便實(shí)用的特點(diǎn)。

2.環(huán)抱式夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

摩擦片式夾緊裝置是在旋轉(zhuǎn)件軸向施加夾緊力，而環(huán)抱式夾緊定位是在徑向施加夾緊力，通過(guò)產(chǎn)生摩擦扭矩來(lái)達(dá)到夾緊定位的目的。

環(huán)抱式夾緊機(jī)構(gòu)一般采用脹緊套為夾緊機(jī)構(gòu)，如圖3所示。脹緊套是由特殊材料制成的彈性元件。當(dāng)液壓油經(jīng)過(guò)管路均勻充滿整個(gè)脹緊套時(shí)，脹緊套在液壓油的推動(dòng)下夾緊旋轉(zhuǎn)座，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)的制動(dòng)。環(huán)抱式夾緊面與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能大面積接觸，具有高剛性和耐重切削的特性,脹緊套厚度一般為5mm至10mm。

圖3 環(huán)抱式夾緊機(jī)構(gòu)

環(huán)抱式夾緊力矩與脹緊套面積、壓力以及材料的摩擦系數(shù)相關(guān)，公式如下：

式中：

M——夾緊力矩，單位為牛米；

u—— 摩擦系數(shù)；

D—— 脹緊套夾緊面外徑，單位為毫米；

H—— 脹緊套夾緊面有效作用高度，單位為毫米；

P—— 夾緊油壓，單位為巴。

二、氣動(dòng)抱閘夾緊定位

氣動(dòng)夾緊是利用氣體壓力壓緊環(huán)形剎車片從而阻止回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4為HEMA公司生產(chǎn)的氣動(dòng)鉗夾式夾緊機(jī)構(gòu)。向OPEN口內(nèi)充入壓縮空氣，彈性皮腔會(huì)鼓起，從而縮短摩擦片與旋轉(zhuǎn)件的距離，此時(shí)旋轉(zhuǎn)件為松開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)件旋轉(zhuǎn)至指定位置后，彈簧皮腔內(nèi)部的壓縮空氣被排放，彈簧皮腔得到放松并沿徑向伸展，壓緊摩擦片，抱緊旋轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)軸，達(dá)到夾緊的目的。

圖4 氣動(dòng)鉗夾式夾緊機(jī)構(gòu)

氣動(dòng)鉗夾式夾緊機(jī)構(gòu)由于使用了氣動(dòng)裝置能夠快速反應(yīng)，比液壓裝置更加簡(jiǎn)便，成本更低廉，清潔度高，更加安全。

三、端齒盤(pán)夾緊定位機(jī)構(gòu)

端齒盤(pán)夾緊定位是通過(guò)動(dòng)齒盤(pán)與靜齒盤(pán)的分離、旋轉(zhuǎn)和嚙合完成轉(zhuǎn)臺(tái)的分度與夾緊動(dòng)作，如圖5所示。端齒盤(pán)只能用于固定角度的夾緊定位，最小分度單位與齒盤(pán)的齒數(shù)相關(guān)，一般情況下，齒數(shù)越多，定位精度越高，嚙合精度越高，定位精度越高。

圖5 端齒盤(pán)定位

端齒盤(pán)按齒形可分為直齒和弧形齒，按照齒槽深淺分為剛性齒盤(pán)和彈性齒盤(pán)。端齒盤(pán)定位精度高，通過(guò)凹凸齒的嚙合能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心，高剛性，承載能力強(qiáng)。

端齒盤(pán)的夾緊力是體現(xiàn)承載能力的重要標(biāo)志，但不應(yīng)過(guò)大，否則會(huì)引起齒盤(pán)變形而影響加工精度。

差動(dòng)齒盤(pán)是齒盤(pán)定位的另外一種形式，它是把兩對(duì)齒數(shù)不相同的齒盤(pán)A和B疊放在一起，且使A的下齒盤(pán)和B的上齒盤(pán)連結(jié)在一起，組成I、II、III三層結(jié)構(gòu)，如圖6所示。相對(duì)一對(duì)齒盤(pán)能夠旋轉(zhuǎn)的角度更小。

圖6 差動(dòng)分度齒盤(pán)

四、結(jié)語(yǔ)

夾緊定位機(jī)構(gòu)是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)夾緊定位的核心部件。目前大多數(shù)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)制造廠家常采用端齒盤(pán)、液壓和氣動(dòng)等幾種夾緊定位機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊定位。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的夾緊定位機(jī)構(gòu)。對(duì)于重切削的工況，應(yīng)選用大夾緊扭矩的夾緊定位機(jī)構(gòu)，而針對(duì)精密零部件的加工，要選用高剛性的夾緊定位機(jī)構(gòu)。隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)正朝向高精度、高效率、高可靠性的方向發(fā)展，作為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的關(guān)鍵部件，夾緊定位機(jī)構(gòu)也正在不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新。 □