CN101362293A - 闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构 - Google Patents

Abstract

闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，装备在大、中型数控机床上，其特征在于工作台转台体下部圆柱与大齿圈的内孔采用同轴基孔制间隙配合，并共同落在滑座上，具有较高平面度和光洁度的大齿圈底面与滑座上加工有静压油腔的上表面组成压力相反的导轨副；在大齿圈外周间隔地设置压板和双向活塞夹紧器，压板与镶在其上的静压块有对接的静压油腔都与定量式多头泵的出油管连通，分别给导轨副上、下表面提供静压油；双向活塞夹紧器的上、下部安置在大齿圈的上方和下方，由齿轮减速箱组成的驱动装置安装在滑座侧面，驱动装置的两个齿轮与大齿圈啮合，传递扭矩，驱动工作台回转。本发明不仅具备了传统开式静压转台的优点，还因其闭式结构而增加了承受偏载能力强、浮起高度稳定的优点，使安装该工作台的大、中型数控加工机床增大了承载能力、提高了加工精度，并减少了安装与维修工时，降低了成本。

Description

闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构

技术领域

本发明涉及机械制造设备，即机床中的闭式静压转台和夹紧机构。

技术背景

现代数控机床的发展方向是高速、高扭矩、高承载的“三高”趋势，而对作为机床重要组成部分——导轨的要求也在不断的提高：精度高、刚性及承载能力大、摩擦系数低。因此，作为目前最为常用的传统型的镶钢贴塑导轨副、滚动直线导轨等均不能完全的满足上述要求，逐渐退出了现代机床设计师们的首选范围。而新型重载直线导轨虽然可以满足机床直线运动的需求，但是却难以满足数控机床回转工作台环型导轨的要求。因此，基于静压原理具有承载能力高、摩擦系数极小、刚性大、精度保持性好等诸多优点的各种导轨越来越多的应用到现代机床的设计当中。特别是大、中型数控机床，由于用户对机床回转工作台的承载能力、转速等要求越来越高，所以能大大增加承载能力、减小摩擦系数的静压结构成为了首选。目前，现代大、中型数控机床应用静压原理回转工作台，采用的均为开式静压结构。此种结构解决了传统导轨遇到的承载能力低、摩擦系数大的问题，但是，由于其承受偏载能力差，并且无法控制回转工作台静压浮起时的浮起量，导致其加工精度得不到保证，从而遇到了设计瓶颈，使许多设计师对其望而却步。

另外，传统回转工作台应用的内置式的碟簧夹紧、液压松开的夹紧器，虽然因为夹紧力大且可靠，而被广泛应用至今，但是由于其需要占用太多的环行导轨空间，大大减少了静压导轨的静压承载面积，严重影响了静压导轨的承载性能。而如将此种原理应用于外置式夹紧器，又由于其体积过大而不被大家看好。现有的外置式单向柱塞夹紧器，在夹紧后，由于两金属间的扩散现象，造成两接触面粘合，导致松开困难，而很少被采用。因此，现代大、中型数控机床回转工作台急需一种不占用内部空间(外置式)，并且夹紧松开可靠的夹紧器来替代现有夹紧器，解决目前存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，解决了大、中型数控机床决开式静压结构回转工作台无法控制静压浮起时浮起量的问题。

这种闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，装备在大、中型数控机床上，包括由液压泵站供油的多头泵，活塞驱动装置，其特征在于工作台回转台体下部圆柱与大齿圈的内孔采用同轴基孔制间隙配合，将大齿圈固定在工作台上并共同落在滑座上，具有较高平面度和光洁度的大齿圈底面与滑座上加工有静压油腔的上表面组成压力相反的导轨副；在大齿圈外周凸出工作台的空隙中间隔地设置压板和双向活塞夹紧器，压板与镶在其上的静压块有对接的静压油腔，滑座上静压油腔与压板上的静压油腔都与定量式多头泵的出油管连通，压板与滑座分别给导轨副上、下表面提供静压油；双向活塞夹紧器的上、下部安置在大齿圈的上方和下方，每个夹紧器有六个活塞；由齿轮减速箱组成的驱动装置安装在滑座侧面，驱动装置的两个齿轮与大齿圈啮合，传递扭矩，驱动工作台回转。

为解决传统回转工作台承受偏载能力差、摩擦力大难于高速回转、浮起高度不受控制的问题，本发明闭式静压转台应用了定量式静压原理，在作为回转环型导轨副一部分的大齿圈上表面安装了压扳，为回转台增加了约束，减少了它的自由度，使其仅剩下回转方向上的一个自由度；并且在压板上镶了带有静压腔的铜板，形成闭式静压结构。在该结构内大齿圈上、下表面的静压油压力是随回转台上的工件负载动态响应、自行调节的，因此无论回转台的负荷大小、是否偏载，大齿圈上、下表面都能够同时承受静压油的均等压力；工作台下部圆柱支撑面形成的静压力主要用来抵消回转工作台本身及工件的重量，而上支撑面的压板及其产生的静压力则用来阻止回转台的随意上升，使回转台的浮起量稳定在一定范围内。闭式静压结构回转工作台的特点在于，不仅具备了传统开式静压转台承载能力大、摩擦系数小、刚性高、精度保持性好等优点，还因其闭式结构而增加了承受偏载能力强、浮起高度稳定的优点，使安装该工作台的大、中型数控加工机床增大了承载能力、提高了加工精度，并为回转台的重载后的高速、平稳地回转留下了充足的空间。

在各个压板之间的空间放置对称四个夹紧机构。各夹紧机构分为上、下两个夹紧器，每个夹紧器拥有三个活塞，夹紧器体中有油路可以使压力油到达每个活塞的上、下两个受力面。当需夹紧时，上、下夹紧器的活塞受油压同时向外伸出，分别夹紧大齿圈的上、下表面；当需松开时，活塞受压缩回，回转台即可自由回转。夹紧机构夹紧时安全可靠，作业时精确稳定。由于此夹紧器安装在工作台外围，还给机床的安装与维修提供了有利条件，减少了工时，降低了成本。

附图说明

图1是闭式静压回转台结构截面示意图；

图2是闭式静压回转台静压结构剖面示意图；

图3是双向活塞夹紧器结构剖面示意图；

图4是压板与静压块剖面示意图；

图5是上夹紧器剖面示意图；

图6是双向活塞夹紧器液压原理图；

具体实施方式

闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，装备在大、中型数控机床上，包括由液压泵站供油的多头泵，活塞驱动装置，其特征在于是去掉工作台的回转台，采用闭式静压结构，如图2：大齿圈4安装在工作台转台体5下部，工作台转台体5下部圆柱与大齿圈4的内孔采用同轴基孔制间隙配合，共同落在滑座3上，在大齿圈4凸出工作台转台体5的空隙中间隔地设置压板1和夹紧机构2，见图1：均匀分布在驱动装置两侧各135°范围内，四个夹紧机构2间隔地设置在压板1之间，形成较高平面度和光洁度。具有较高平面度和光洁度的大齿圈4底面与滑座3加工有静压油腔的上表面组成压力相反的导轨副，滑座3的静压油腔与压板1的静压油腔都与定量式多头泵的出油管连通，压板1与滑座3分别给导轨副上、下表面提供静压油，为工作台转台体5增加了约束，使其仅剩下回转方向上的一个自由度，形成闭式结构。由于滑座3上的静压面积远大于压板1上的静压面积，这样工作台转台体5受到滑座3提供的向上的力和工件以及压板1向下的重力形成合力，来平衡大齿圈4下表面向上的力，使工作台无论转到哪个角度都能受到均匀并且平衡的力，并且用来阻止回转台的随意上升，使其浮起高度固定在一定范围之内。由于定量式静压的油压是动态响应的，所以工作台转台体5受到的向上和向下的静压力可以根据工件重量自动调节，使工作台转台体5达到受力平衡，并且工作台转台体5承受偏载时，由于油压的自动调节功能，使其不会受到多少影响。

闭式静压转台中设压板1，每个压板1凹缺处镶有两个铜质静压块6，同时用内六角螺钉将大齿圈4紧固在工作台上，并用两个圆柱销定位。这样当大齿圈4受驱动装置11的驱动带着工作台回转时能有效地避免产生径向力，防止齿圈与工作台形成相对运动，以保证工作台回转的定位精度；并且为工作台转台体5增加了约束，减少了它的自由度，使其仅剩下回转方向上的一个自由度，形成闭式结构。

压板1的形状：见图4；矩形块，其长边略有弧度，并在内弧一侧面有凹缺，内有油腔，油腔端垂直于凹缺中部，其上表面的7个孔是固定用螺钉孔；静压块6与压板1同为矩形，静压块6宽度小于压板1的凹缺长度，其高度等于凹缺高度，一面中心凹陷并有油孔，压板1内的油腔端与镶在其上的静压块6的油孔对接，在静压块6的油孔背面加工有O型密封圈槽，放置O型密封圈，防止静压油从结合面外溢。

另外，为了保证与滑座3上表面接触时的平面度和光洁度，工作台转台体5下部用作定位的圆柱部分高度要小于大齿圈4的高度，并且在紧固螺钉和圆锥销的沉孔部分用铜堵采用过盈配合塞紧后，经过整体的磨削加工，来保证大齿圈4下表面的平面度，以及大齿圈4下表面与工作台台面的平行度。

夹紧机构2的双向活塞夹紧器的上部7、下部8安置在大齿圈4的上方和下方，见图3：每个夹紧器有六个活塞9，上下部各有三个。夹紧器的形状描述：见图5，上部7中有T形柱，并有两条与之垂直的静压油腔油路，下部8中有同形的T形孔并有与之垂直的静压油腔油路，油腔端连接各自的活塞9圆心处，另一个进油口对准活塞9小径立壁。活塞9的长度要满足缩回时与压盖10面一平或缩进一点，而伸出时就一定要超过0.5mm以上，来保证上、下两个活塞9同时伸出时能够夹紧大齿圈4。由齿轮减速箱组成的驱动装置11安装在滑座3圆周侧面，驱动装置11的两个齿轮与大齿圈4啮合，传递扭矩，驱动工作台回转。

液压泵站将提供压力为4～5bar、流量为6L/min的液压油用来供给工作台转台体5静压俘起。液压油由泵站经扣压式胶管分别连接到三个定量式多头泵的进由油口处，流量为6L/min液压油经过三个多头泵后，分为30路，每路流量0.2L/min。其中一部分经由紫铜管路连接到滑座3上的进油孔，从滑座3上的静压油孔流出，形成向上的力。而在每压板1上安装有两个铜质静压块6，静压块6上有静压腔，腔内有油孔。多头泵剩余部分的液压油经由紫铜管路分别连接到六个压板1上的12个进油孔，最后流到静压块6上的静压腔内形成向下的力。

如图6液压原理图中所示，当需夹紧时，电磁换向阀P口与A口连通，T口与B口连通，40bar压强的压力油通到活塞9大端大端圆心处，所有活塞伸出，从上、下两个方向同时夹紧大齿圈4；当需松开时，电磁换向阀P口与B口连通，T口与A口连通，10bar压强的压力油通到活塞9小端，所有活塞缩回，夹紧的大齿圈4被放开，可以自由回转；当电磁换向阀处于中位时，机构处于保压状态，夹紧器中的活塞9会保持原有的伸出或缩回状态。由于夹紧器中活塞数量较多，并从上、下两个方向同时夹紧，因此，夹紧时液压油仅需40bar的压强；而当松开时，仅需克服部分活塞9夹紧面与大齿圈4间的扩散现象，所以仅需10bar压强的压力油。由此可见，本夹紧器不但分布均匀、加紧可靠，而且所需压力油的压强较小，比较节省能源。

Claims (8)

1、一种闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，装备在大、中型数控机床上，包括由液压泵站供油的多头泵，活塞驱动装置，其特征在于工作台转台体(5)下部圆柱与大齿圈(4)的内孔采用同轴基孔制间隙配合，并共同落在滑座(3)上，在大齿圈(4)凸出工作台转台体(5)的空隙中间隔地设置压板(1)和夹紧机构(2)，并形成较高平面度和光洁度；滑座(3)的静压油腔与压板(1)的静压油腔都与定量式多头泵的出油管连通，压板(1)与滑座(3)分别给导轨副上、下表面提供静压油，双向活塞夹紧器的上部(7)、下部(8)安置在大齿圈(4)的上方和下方，每个夹紧器有六个活塞(9)；由齿轮减速箱组成的驱动装置(11)安装在滑座(3)圆周侧面，驱动装置的两个齿轮与大齿圈(4)啮合，传递扭矩，驱动工作台回转；具有较高平面度和光洁度的大齿圈(4)底面与滑座(3)上加工有静压油腔的上表面组成压力相反的导轨副，为工作台转台体(5)增加了约束，使其仅剩下回转方向上的一个自由度，形成闭式结构；滑座(3)上的静压面积远大于压板(1)上的静压面积，这样工作台受到滑座(3)提供的向上的力和工件以及压板(1)向下的重力形成合力，来阻止回转台的随意上升，使其浮起高度固定在一定范围之内；由于定量式静压的是动态响应的，所以工作台受到的静压力可以根据工件重量自行调节油压，使工作台达到受力平衡。

2、根据权利要求1所述闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，其特征在于工作台转台体(5)下部圆柱与大齿圈(4)的内孔采用基孔制间隙配合，同时用内六角螺钉将大齿圈(4)紧固在工作台上，并用两个圆柱销定位；用作定位的工作台转台体(5)下部圆柱的高度要小于大齿圈(4)的高度，并且在紧固螺钉和圆锥销的沉孔部分用铜堵采用过盈配合塞紧后，经过整体的磨削加工，来保证大齿圈(4)下表面的平面度，以及大齿圈(4)下表面与工作台台面的平行度。

3、根据权利要求1所述的闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，其特征在于闭式静压转台中、在滑座(3)静压环型导轨圆周边缘固定有驱动装置，六个压板(1)均匀分布在驱动装置两侧各135°范围内；其两侧各自间隔安置的三个压板(1)平均分布，在压板(1)的剩余空间内，分别安装两个液压双向活塞夹紧机构(2)，单侧两个夹紧机构(2)之间的夹角为62°。

4、根据权利要求3所述的闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，其特征在于闭式静压转台中的每个压板(1)凹缺处镶有两个静压块(6)；压板(1)的形状：矩形块，其长边略有弧度，并在内弧一侧面有凹缺，内有油腔，油腔端垂直于凹缺中部，其上表面的7个孔是固定用螺钉孔；静压块(6)与压板(1)同为矩形，静压块(6)宽度小于压板(1)的凹缺长度，其高度等于凹缺高度，一面中心凹陷并有油孔，压板(1)内的油腔端与镶在其上的静压块(6)的油孔对接，在静压块(6)的油孔背面加工有O型密封圈槽，放置O型密封圈。

5、根据权利要求3所述的闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，其特征在于夹紧机构：每个夹紧机构(2)内有上夹紧器(7)和下夹紧器(8)和各自的活塞(9)，上、下活塞(9)相向安置在框内弧上夹紧器(7)和下夹紧器(8)的凹缺处，活塞(9)最小径圆台置于环台形压盖(10)孔中，两活塞(9)端面相向于大齿圈(4)边缘上、下表面；活塞(9)的长度要满足缩回时与压盖(10)面一平或缩进一点，而伸出时一定要超过0.5mm，压盖(10)是活塞(9)向外运动的限位装置，压盖(10)与夹紧器(7)、(8)的结合面、活塞(9)圆柱体及最小径圆台的立壁均有密封圈。

6、根据权利要求1所述的闭式静压转台及其双向活塞夹紧机构，其特征在于闭式静压转台由液压泵站将提供压力为4～5bar、流量为6L/min的液压油经扣压式胶管分别连接到三个定量式多头泵的进油口处，出油口分为30条管路，每路流量0.2L/min，其中一部分管路连接到滑座(3)上的进油孔，从滑座(3)上的静压油孔流出，形成向上的力，多头泵剩余部分的液压油出口管路分别连接到各压板(1)上的两个进油孔，经静压块(6)的静压腔由下口流出，形成向下的力。

7、根据权利要求1所述的闭式静压转台用双向活塞夹紧机构，其特征在于夹紧器的的形状：上夹紧器(7)中有剖面为T形的圆柱体，下夹紧器(8)中有同形的T形孔，并均有圆台凹缺和与之垂直的两条油路，其一个油腔进油口位于各自活塞(9)大径端圆心处，另一个进油口位于活塞(9)小径立壁，由其夹紧器(7)、(8)体中油腔与液压管路相通。

8、根据权利要求4所述的闭式静压转台用双向活塞夹紧机构，其特征在于夹紧机构的液压部分：当需夹紧时，电磁换向阀P口与A口连通，T口与B口连通，40bar压强的压力油通到活塞(9)大端圆心处，所有活塞(9)伸出，从上、下两个方向同时夹紧大齿圈(4)的上、下表面；当需松开时，电磁换向阀P口与B口连通，T口与A口连通，10bar压强的压力油通到活塞(9)小端，所有活塞(9)缩回，夹紧的大齿圈(4)被放开，可以自由回转；当电磁换向阀处于中位时，夹紧机构(2)处于保压状态，夹紧器中的活塞(9)会保持原有的伸出或缩回状态。

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