回转工作台夹紧机构浅析

expo2010

与落地铣键床相配套的回转工作台不断地更新着结构，本文就我厂生产的ZT20A,ZT30R,TKH6913A型机床的回转土作台以及ZTS20型回转工作台的几种夹紧机构，分析它们的受力情况，计算夹紧力，然后加以比较分析。
( r7 L  l0 D# v
. c/ F$ Y4 P* ~5 b1.回转台 2.锁紧螺栓 3.顶块 4锁紧螺母
0 y" l6 U  d6 T' F" }# \图1 ZT20A回转台夹紧机构示意图

9 X4 u3 v) x2 d2 U  K  _1.工作台凸台 2夹紧块 3.夹紧套
图2 TKH6913A机床用回转台及ZT130B型回转台夹紧机构示意图

6 ?4 G6 Z6 O. ?+ y6 i( P2 z1,4夹紧块 2.工作台 3.楔块 5弹性体
图3 ZTS20型机床回转台夹紧机构示意图
ZT20A型回转上作台的夹紧机构(图1)，是最简单的手动夹紧机构。它的原理是：利用锁紧螺栓和锁紧螺母的旋进和旋出，来决定回转台的夹紧和松开。
当回转台处于工作位置时，将锁紧螺母旋紧，靠着顶块及锁紧螺栓与回转台间的摩擦力将回转台夹紧；当回转台要回转时，旋松锁紧的螺母，消除摩擦力(在弹簧力的作用下，锁紧螺栓沿着回转台的T型槽可以移动)，回转台可以自由转动，直至工作位置。ZT20A采用了4个夹紧装置，但由于此装置完全手动，对夹紧力无定量的规定，会导致一定的人为误差，从而影响加工精度。
随着电气控制尤其是PC控制的广泛应用，手动夹紧机构早已无法满足要求，随之产生了浮动夹紧一利用油缸进行夹紧的夹紧机构。TKH6913A型机床回转台ZT30B的夹紧机构(图2)及ZTS20型回转台的夹紧机构(图3)，均是通过控制油缸和夹紧块与回转台间的摩擦力实现自动夹紧的。这两种夹紧方式一种是通过油缸对工作台径向凸台进行夹紧，而另一种是通过油缸对工作台上的圆形槽进行夹紧。这两种结构均利用油缸力夹紧，油压控制好，几个夹紧体的夹紧力相同，台面受力状态好，能够更好地保证加工精度。
, Y- j! g2 n9 ?# \; w如图2受力分析所示，F是夹紧套受到油缸活塞杆拉力而产生的力，作用于活塞杆的轴心线上，R是工作台对夹紧块夹紧力的反作用力，设此力为合力，作用于夹紧块的中心，与实际夹紧力大小相等，方向相反。
( s, g* M( |0 ^在设计中，取活塞杆轴心线距零力矩点(固定销中心)为42.5m，夹紧块中心距零力矩点为1OOmm，油缸活塞外径120mm，活塞杆直径40mm，采用双油缸形式(参见图2)。若设系统油压为P(MPa)，则：
, _0 b) J* w/ D5 o9 uF=2×[(
' e1 p# u! D$ W" {. Z2 I120
)2-(
) [+ [5 t9 F' U8 T) d8 L  S40
)2]×pP≈20106P(N)
- X1 ~7 v' w7 Q2
( M4 A. S" n: E9 n' u, n% _2
故得出ZT30B、TKH6913A型机床用回转工作台其中一个夹紧体的夹紧力为8545P(N)，设为F1。
楔块和弹性体的受力(以合力形式)如图3所示。先以弹性体为研究对象，它受3个力的作用：工作台对夹紧块的作用力Q(夹紧力的反力)，垂直向上的支持力R，及楔形螺母对它的作用力R2(由正压力和摩擦力组成，所以与斜面垂直方向成角度j-摩擦角)。
当油缸的压力P达到一定值时，楔形螺母与弹性体之间处于平衡状态，此时下式成立。
7 C$ g/ b4 \; Y3 p/ `1 x- W5 aQ+R×cos(a+j)=0
再以楔形螺母为研究对象，它同样也受3个力的作用：油压P产生的垂直拉力F弹性体的反作用力R'2(R'2+R2=0)，楔块内力R3，现只考虑一侧的受力，因此有作用力R3，它的作用方向是与相对运动方向相反、且与水平方向成摩擦角j的方向。它所处的平衡条件为
6 f, N2 G2 |$ H4 kR'2×cos(a+j)=R3×cosj
4 H# Z$ B5 o* K' Z& j" i, MF=RR'2×sin(a+j)+R3sinj
7 _- ?' f3 q; n8 u! U+ `7 ]# e已知楔形的角度为a=7.5°，µ=0.15，再由以上三式可以求得:
# c* s! c+ W7 n- L% e" N! i$ l( SF=R'2×[sin(a+j)+cos(a+j)×tgj]又R'2=-R2=Q/cos(a+j)
F=[(
120
)2-(
40
)2]×pP≈10053P(N)
2
2
摩擦角j=arctg0.15≈8.53°
& q& a; [: f. q2 p+ t1 f1 e所以夹紧力
Q=
+ m; Y  K3 D" s3 e% g. VF
! a- V- q, }& F) _/ u! T, g=
10053
=22989P(N)
2 U# |# n( ~3 @9 q; N3 s9 X# mtg(a+j)+tgj
tg16.03°+tg8.53°
* _8 i( W0 H; `! D) z故得出ZTS20型回转工作台的一个夹紧体的夹紧力为22069.534P(N)，设为F2。
( H# T: ~0 Q6 W! V5 A由此可见：两种结构的夹紧体的夹紧力，在相同油压的情况下F2=22989P(N)>>F1=8545P(N)，且F1是在双缸作用下产生的，而F2仅是在单缸作用下产生的。从这一结果看，利用弹性体和楔块的结构要远远好于文中所述其它结构。因此被广泛地应用于PC控制的回转工作台设计中。
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