钳形杠杆增力夹紧机构在重型回转工作台上的应用

邢丽红 刘 薇

(沈阳机床股份有限公司，辽宁沈阳110142)

HTZ80重型回转工作台是落地铣镗床、端面铣床等工作母机扩大机床性能，缩短加工时间不可缺少的辅助设备，可用于最大承载重量80 t的加工件做直线运动或回转运动。工作台台面尺寸3 500 mm×4 000 mm。本机也可单独使用，利用它的B轴及V轴的两向自动进给，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。

重型回转工作台部件结构复杂，同时又需直接承受切削力，因此夹紧机构既要安全可靠，又要避免因夹紧力过大而引起部件变形[1]。钳形杠杆增力夹紧机构就是基于这个理念设计的，用于重型回转工作台回转运动的夹紧，是回转工作台的关键部件之一，它可以有效地限制回转工作台B轴的自由度，保证工件的加工精度。该钳形杠杆增力机构的夹紧力大且安全可靠。

1 结构原理

钳形杠杆增力夹紧机构，如图1所示。其水平安装在滑座22上。

其工作原理:当回转工作台20需要松开时，液压缸7进油口进油，油腔内充满压力油，依次推动下活塞18、中活塞17、上活塞16向上运动，液压缸7通过下托板19和螺栓9带动碟形弹簧12上面的上压板11向下运动，液压缸7通过上托板15推动碟形弹簧12下面的下压板13向上运动，从而压缩碟形弹簧12，使上夹紧体1和下夹紧体5处于自然状态，夹紧机构的钳口处的铜压块3脱离回转工作台20下面的齿圈21的上下面，实现夹紧松开，如图1所示。

当回转工作台20需要夹紧时，电磁阀YV换向，液压缸7进油口回油至油池，碟形弹簧12复位，对上夹紧体1有一个向上的力，对下夹紧体5有一个向下的力，通过夹紧机构及铜压块3抱紧回转工作台20下面的齿圈21的上下面，实现工作台的夹紧，如图1和图2所示。

2 夹紧机构设计

2.1 回转工作台所需夹紧力的计算

回转工作台的回转中心为工作台的中心，最大力臂是在工作台最长边L=4 000 mm的一半处，如图3所示。

当切削力F=60 000 N作用在工作台的最大位置时，其产生的工作台回转力矩M为:

2.2 夹紧点所需夹紧力的计算

取工作台重量G=15 000 kg，最小工件重量G1=30 000 kg，夹紧点数量m=4对，夹紧力作用于齿圈上下端面，作用圆半径r=1 250 mm，夹紧面钢件与铜的摩擦系数f=0.15。

如4对夹紧点处于半径为r的齿圈同一圆周上，则工作台的夹紧力Fq为:

通过计算得Fq＜90 kN。由于每个夹紧机构的制造误差及零件受力变形等原因，故本回转工作台每个夹紧机构的夹紧力取90 kN[2]。

2.3 碟形弹簧机构夹紧力的计算

表1 碟形弹簧尺寸

表中:D为碟簧外径，d为碟簧内径，t为碟簧板厚，H0为碟簧自由高度，h0为碟簧可压缩变形量(h0=H0-t)，P为单片碟簧负载[3]。

碟形弹簧片数i=10，规格及型号φ125mm ×φ71 mm×8 mm；GB 1972-2005。已知碟形弹簧预压缩50%，查表1得h0=2.9 mm，P0.5h0=72 705 N，P0.75h0=103 964 N。

从图4中可知，对合碟形弹簧变形量fz为:

则单片碟形弹簧的压缩变形量f1为:

从图5碟形弹簧特性线可以看出，对合碟形弹簧的负载成线性[4]，则单片碟簧负载P为:

对合碟簧负载Pz为:

钳形杠杆力臂比220∶60，故通过钳形杠杆增力后的夹紧力F′为:

通过计算可得，钳形杠杆增力F′完全满足回转工作台夹紧力要求。

2.4 油缸推力的计算

油缸活塞内径d=50 mm，外径D=100 mm，进油压力P=2 MPa，三级油缸叠加，则油缸推力Ft为:

通过计算可得，油缸推力Ft完全满足碟形弹簧的负载要求。

3 结构特点

3.1 夹紧力大

夹紧机构设计原理是利用杠杆增力的原理增大了夹紧力，碟形弹簧12分别施予上夹紧体1和下夹紧体5向上和向下的作用力，通过连接销2在上夹紧体1和下夹紧体5的短力臂一侧得到放大3.7倍的夹紧力，如图1所示。

3.2 能耗低

夹紧回转工作台20时，碟形弹簧12复位，且采用多节碟形弹簧对合组合叠加，使其在夹紧状态下无需压力油，从而能耗较低，如图1所示。

3.3 受力好

上夹紧体1和下夹紧体5在钳口处均设有铜压块3，用于保证钳形杠杆增力夹紧机构和回转工作台20下面的齿圈21之间的接触面积和作用力的方向，从而较好地浮动夹紧工作台，如图1所示。

3.4 精度稳定

钳形杠杆增力夹紧机构采用钳形杠杆进行双面夹紧，其结构简单，成本低，且其夹紧力作用在齿圈21上，不会引起回转工作台变形，从而保证回转工作台的精度稳定，如图1所示。

4 结语

经生产实际验证，钳形杠杆增力夹紧机构具有技术效果优良，夹紧力大、能耗低、受力好、精度稳定、安全可靠等优点。已经被广泛使用于笔者公司的多款重型回转工作台上，实际应用效果很好，并获得了国家发明专利ZL201210036740.1。