CN103978379B

CN103978379B - 一种提高立式车床工作台以外区域承载力的装置及其方法

Info

Publication number: CN103978379B
Application number: CN201410098333.2A
Authority: CN
Inventors: 王守平
Original assignee: CITIC Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: CITIC Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: CN103978379A

Abstract

一种提高立式车床工作台以外区域承载力的装置及其方法，涉及重型机械制造领域，包括弹性条形延伸卡爪座B（7）、立式车床工作台B（8）、拉杆座（14）、中心座（16）和拉杆（15），在立式车床工作台B的中部设有中心座，在立式车床工作台B的上部面间隔均匀设置多个弹性条形延伸卡爪座B，所述多个弹性条形延伸卡爪座B的一边均设置在立式车床工作台B以外，在多个弹性条形延伸卡爪座B上面且靠近立式车床工作台B的外径处均设有拉杆座，所述拉杆座与中心座通过拉杆连接；本发明有效解决了大直径重型工件由于立式车床工作台以外区域承载能力不足而无法加工的问题。

Description

一种提高立式车床工作台以外区域承载力的装置及其方法

【技术领域】

本发明属于重型机械制造领域，尤其是涉及一种水平拉杆提高立式车床工作台以外区域承载力的装置及其方法。

【背景技术】

公知的，在重型机械制造中，通常是采用立式车床加工大直径的工件，而工作台是立式车床用来支撑装夹工件并带动工件产生旋转运动的部件，工件的旋转运动配合装夹着车刀的刀架水平和竖直运动，从而实现对工件的外圆、内孔和端面的车削加工；立式车床的工作台直径一般小于其允许的最大加工工件直径，立式车床的承载能力在工作台不同直径位置有所不同，特别是在大于工作台直径位置时，随着直径的增大其承载能力将会显著减小，当工件直径大于工作台直径，即工件重量作用在工作台直径以外区域时，立式车床的承载能力有一个很大幅度的减小，即允许支撑装夹的工件重量要大幅度的减轻，但是，对于大型立式车床，当工件直径大于其工作台直径时，其工件重量往往特别重，常常会大于立式车床工作台以外区域的承载能力，因此为了满足这种大直径特重型工件的车削加工需要，通常会采用延伸立式车床工作台直径的方式，而延伸立式车床工作台直径的方式通常有两种，一种是弹性条形延伸卡爪座支撑装夹延伸方式，如图1-图2所示，该方式是在立式车床工作台A2上用T型螺栓A3和螺母A4紧固联接弹性条形延伸卡爪座A1，以增大立式车床工作台A2支撑装夹工件的直径，实现支撑装夹直径大于立式车床工作台A2直径的工件，该支撑装夹延伸方式的特点是由多个弹性条形延伸卡爪座A1均布在立式车床工作台A2上，并通过T型螺栓A3、螺母A4与立式车床工作台A2联接成为一个整体，在立式车床工作台A2正上方的弹性条形延伸卡爪座1的底面部分与立式车床工作台A2完全接触；当弹性条形延伸卡爪座A1承受工件载荷F作用时，弹性条形延伸卡爪座A1与立式车床工作台A2将同时产生弯曲变形，其相接触部分的变形量几乎相等；如图3-图4所示，该方式使立式车床工作台2产生变形的力矩M等于作用在弹性条形延伸卡爪座A1上的载荷力F与该力作用点到立式车床静压轴承A外圆的距离L之乘积，即M=F·L；因此，当弹性条形延伸卡爪座A1承受一个较大载荷并且该载荷作用点又位于大于立式车床工作台A2直径位置时，将对立式车床工作台A2产生一个力矩作用，使其产生较大的变形，这种变形的结果使静压轴承A5内圆一侧产生间隙δ，当该间隙增大到一定量时，静压轴承A5将泄压失效，而无法正常工作；由于立式车床工作台A2能承受的最大力矩相对于泄压间隙为一定值，因此随着L的增大，即承载力作用点所在直径的增大，立式车床工作台A2的承载力将减小；当工件直径较大、重量也很重时，该弹性条形延伸卡爪座支撑装夹延伸方式将使立式车床工作台超载。

另一种延伸方式是整体延伸卡爪辅助工作台支撑装夹的延伸方式，如图5所示，该方式是在立式车床工作台A2上用T型螺栓A3和螺母A4紧固联接整体延伸卡爪辅助工作台6，以增大立式车床支撑装夹工件的直径，实现支撑装夹直径大于立式车床工作台A2直径的工件；该支撑装夹延伸方式的特点是由多个均布的延伸卡爪座连接成一体的整体延伸卡爪辅助工作台6，通过T型螺栓A3、螺母A4紧固联接在立式车床工作台A2上，T型螺栓A3分布在整体延伸卡爪辅助工作台6上一环形区域，该环形区域位于立式车床工作台静压轴承A5的正上方，并且其底面与立式车床工作台A2接触，环形区域以外的其余部分的底面均不与立式车床工作台A2接触，整体延伸卡爪辅助工作台支撑装夹延伸方式与弹性条形延伸卡爪座支撑装夹延伸方式不同，如图6所示，当整体延伸卡爪辅助工作台A2承受载荷F作用时，整体延伸卡爪辅助工作台6将产生弯曲变形，而这种变形量并不是1：1传递给立式车床工作台A2，立式车床工台A2的弯曲变形近似等于在环形区域位置受均布载荷力F作用时所产生的弯曲变形，这种变形对静压轴承A5变形影响极小，因此整体延伸卡爪辅助工作台A6受力弯曲变形并不影响静压轴承A5的正常工作，即不影响立式车床工作台A2的承载能力而使其减小，但是整体延伸卡爪辅助工作台6的重量远大于上述弹性条形延伸卡爪座A1的重量，特别是当工件直径很大、重量也很重时,延伸卡爪座的数量将会增加，整体延伸卡爪辅助工作台6的重量也将会更大，而立式车床工作台2所承受的重量是工件和整体延伸卡爪辅助工作台6的总重量，于是整体延伸卡爪辅助工作台6的重量所占立式车床工作台A2所承受重量中的比例将会很大，即立式车床工作台A2所能承受的有效载荷将大大减少，以致造成立式车床工作台超载。

综上所述的两种立式车床支撑装夹大直径重型工件的工作台直径延伸方式，均存在不足，弹性条形延伸卡爪座支撑装夹延伸方式所采用的多个卡爪座总重量相对较轻，但由于其容易引起工作台静压轴承A5变形泄压失效，而降低工作台的承载能力，不能满足大直径重型工件的加工需要；整体延伸卡爪辅助工作台支撑装夹延伸方式虽然辅助工作台受力变形不影响立式车床工作台静压轴承A5的承载能力，但其自身重量太大，使立式车床工作台实际有效承载能力降低，同样不能满足大直径重型工件的加工需要。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明提出了一种提高立式车床工作台以外区域承载能力的方法，有效解决了大直径重型工件由于立式车床工作台以外区域承载能力不足而无法加工的问题。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，包括弹性条形延伸卡爪座B、立式车床工作台B、拉杆座、中心座和拉杆，在立式车床工作台B的中部设有中心座，在立式车床工作台B的上部面间隔均匀设置多个弹性条形延伸卡爪座B，所述多个弹性条形延伸卡爪座B的一边均设置在立式车床工作台B以外，在多个弹性条形延伸卡爪座B上面且靠近立式车床工作台B的外径处均设有拉杆座，所述拉杆座与中心座通过拉杆连接。

所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，在立式车床工作台B的上面的中部设有中心座，在立式车床工作台B台面上间隔均匀的设置多个T型槽，多个弹性条形延伸卡爪座B分别通过T型螺栓B固定在多个T型槽内，由螺母B锁紧。

所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，所述弹性条形延伸卡爪座B包括侧筋板、底板A、顶板、立板、通孔和端板，在底板A和顶板之间的中部设有立板，在立板的两侧面分别均匀的间隔设有复数个侧筋板，所述的端板设置在立板的两端，在顶板上面的两侧和底板A上面的两侧分别设有间隔均匀的通孔，T型螺栓B穿过T型槽和底板A上面两侧的通孔，由螺母B锁紧，在弹性条形延伸卡爪座B上面且靠近立式车床工作台B的外径处分别设有拉杆座。

所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，所述的拉杆座为方形结构，在拉杆座的四角分别设有倒角，所述拉杆座包括拉杆座本体、拉杆座螺栓和拉杆座螺母，在拉杆座本体的上面及下面之间设置有贯通的螺栓孔，所述螺栓孔与顶板的上面两侧设置的通孔上下对应，拉杆座螺栓穿过顶板的通孔和拉杆座本体上面及下面之间设置的螺栓孔，由拉杆座螺母锁紧，在拉杆座本体的一侧面与另一侧面之间设有贯通的拉杆通孔，所述拉杆座与中心座通过拉杆连接。

所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，所述中心座包括拉力盘、底板B、拉杆螺纹孔、支撑筒体、内侧筋板和外侧筋板，在拉力盘和底板B之间设有支撑筒体，在支撑筒体的内侧面设有内侧筋板，在支撑筒体的外侧面设有外侧筋板，在拉力盘的外缘面上均匀间隔设有拉杆螺纹孔，在靠近底板B外径的面上设有用于固定在立式车床工作台B中部的螺栓通孔，由中心座螺栓穿过立式车床工作台B的T型槽和螺栓通孔，由中心座螺母锁紧。

所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，所述拉杆的两端分别设有螺纹，其中一端设置在拉力盘外缘面上的拉杆螺纹孔内，另一端设置在拉杆座的拉杆通孔内。

所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，所述的弹性条形延伸卡爪座B设置的个数为偶数个。

一种提高立式车床工作台以外区域承载力的方法，包括弹性条形延伸卡爪座B、立式车床工作台B、拉杆座、中心座和拉杆，在立式车床工作台B的中部固定有中心座，在立式车床工作台B的上部面间隔均匀设置偶数个弹性条形延伸卡爪座B，所述偶数个弹性条形延伸卡爪座B的一边均设置在立式车床工作台B以外，在偶数个弹性条形延伸卡爪座B上面且靠近立式车床工作台B的外径处均固定有拉杆座，拉杆一端的螺纹端装入中心座拉力盘上的拉杆螺纹孔中，拉杆的另一端穿过拉杆座上对应的拉杆通孔并由拉杆螺母锁紧，所述拉杆处于水平位置，按照对称交叉的顺序扭紧拉杆螺母，将全部拉杆的拉力大小调整相等。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的一种提高立式车床工作台以外区域承载力的装置及其方法，通过在弹性条形延伸卡爪座B7上部的拉杆座14和中心座16的拉力盘28之间设置拉杆15，拉杆15的拉力F₀作用在拉杆座14与拉杆螺母11接触面上，当每个拉杆15的拉力F₀均相等，且拉力F₀的大小取值范围为：时，以静压轴承B35的径向宽度S范围上的某一点为支点，从拉杆螺母11接触面到立式车床中心区域工件重量产生的力F和拉力F₀的总力矩等于0，因此F和F₀使该区域的弯曲变形亦等于0；拉杆座14与拉杆螺母11接触面的外侧区域，即L₁区域存在一个由工件重量产生的力F所形成的力矩作用，该作用将只会使弹性条形延伸卡爪座B7的L₁区域产生弯曲变形量Δ，由此消除了立式车床工作台B8的静压轴承B35变形间隙，从而提高了立式车床工作台以外区域承载能力。

【附图说明】

图1是现有的弹性条形延伸卡爪座延伸支撑装夹示意图；

图2是图1中A的放大图；

图3是图1中弹性条形延伸卡爪座A1和立式车床工作台A2延伸支撑装夹受力变形示意图；

图4是图3中B的放大图；

图5现有的整体延伸卡爪辅助工作台延伸支撑装夹示意图；

图6是整体延伸卡爪辅助工作台延伸支撑装夹受力变形示意图；

图7是本发明的结构示意图；

图8是本发明中E的放大图；

图9是本发明中F的放大图；

图10是弹性条形延伸卡爪座B7的结构示意图；

图11是拉杆座14的结构示意图；

图12是中心座16的结构示意图；

图13是中心座16A-A的剖面图；

图14是中心座的立体示意图；

图15是本发明的延伸支撑装夹工艺系统受力图；

图16是图15中M的放大图；

图17是本发明的延伸支撑装夹工艺系统变形示意图；

在图中：1、弹性条形延伸卡爪座A；2、立式车床工作台A；3、T型螺栓A；4、螺母A；5、静压轴承A；6、整体延伸卡爪辅助工作台；7、弹性条形延伸卡爪座B；8、立式车床工作台B；9、T型螺栓B；10、螺母B；11、拉杆螺母；12、拉杆座螺栓；13、拉杆座螺母；14、拉杆座；15、拉杆；16、中心座；17、中心座螺栓；18、中心座螺母；19、侧筋板；20、底板A；21、顶板；22、立板；23、通孔；24、端板；25、拉杆通孔；26、倒角；27、螺栓通孔；28、拉力盘；29、底板B；30、拉杆螺纹孔；31、支撑筒体；32、内侧筋板；33、外侧筋板；34、T型槽；35、静压轴承B。

【具体实施方式】

参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是，本发明并不局限于这些实施例。

结合附图7-图17所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，包括弹性条形延伸卡爪座B7、立式车床工作台B8、拉杆座14、中心座16和拉杆15，在立式车床工作台B8的中部设有中心座16，在立式车床工作台B8台面上间隔均匀的设置多个T型槽34，多个弹性条形延伸卡爪座B7分别通过T型螺栓B9固定在多个T型槽34内，由螺母B10锁紧；在立式车床工作台B8的上部面间隔均匀设置多个弹性条形延伸卡爪座B7，所述弹性条形延伸卡爪座B7包括侧筋板19、底板A20、顶板21、立板22、通孔23和端板24，在底板A20和顶板21之间的中部设有立板22，在立板22的两侧面分别均匀的间隔设有复数个侧筋板19，所述的端板24设置在立板22的两端，在顶板21上面的两侧和底板A20上面的两侧分别设有间隔均匀的通孔23，，T型螺栓B9穿过T型槽34和底板A20上面两侧的通孔23，由螺母B10锁紧，在弹性条形延伸卡爪座B7上面且靠近立式车床工作台B8的外径处分别设有拉杆座14；所述多个弹性条形延伸卡爪座B7的一边均设置在立式车床工作台B8以外，所述的弹性条形延伸卡爪座B7设置的个数为偶数个；在多个弹性条形延伸卡爪座B7上面且靠近立式车床工作台B8的外径处均设有拉杆座14，所述的拉杆座14为方形结构，在拉杆座14的四角分别设有倒角26，所述拉杆座14包括拉杆座本体、拉杆座螺栓12和拉杆座螺母13，在拉杆座本体的上面及下面之间设置有贯通的螺栓孔，所述螺栓孔与顶板21上面两侧设置的通孔23上下对应，拉杆座螺栓12穿过顶板21的通孔23和拉杆座本体上面及下面之间设置的螺栓孔，由拉杆座螺母13锁紧，在拉杆座本体的一侧面与另一侧面之间设有贯通的拉杆通孔25，所述拉杆座14与中心座16通过拉杆15连接；所述中心座16包括拉力盘28、底板B29、拉杆螺纹孔30、支撑筒体31、内侧筋板32和外侧筋板33，在拉力盘28和底板B29之间设有支撑筒体31，在支撑筒体31的内侧面设有内侧筋板32，在支撑筒体31的外侧面设有外侧筋板33，在拉力盘28的外缘面上均匀间隔设有拉杆螺纹孔30，在靠近底板B29外径的面上设有用于固定在立式车床工作台B8中部的螺栓通孔27，由中心座螺栓17穿过立式车床工作台B8的T型槽34和螺栓通孔27，由中心座螺母18锁紧；所述拉杆15的两端分别设有螺纹，其中一端设置在拉力盘28外缘面上的拉杆螺纹孔30内，另一端设置在拉杆座14的拉杆通孔25内。

一种提高立式车床工作台以外区域承载力的方法，包括弹性条形延伸卡爪座B7、立式车床工作台B8、拉杆座14、中心座16和拉杆15，在立式车床工作台B8的中部固定有中心座16，在立式车床工作台B8的上部面间隔均匀设置偶数个弹性条形延伸卡爪座B7，所述偶数个弹性条形延伸卡爪座B7的一边均设置在立式车床工作台B8以外，在偶数个弹性条形延伸卡爪座B7上面且靠近立式车床工作台B8的外径处均固定有拉杆座14，拉杆15一端的螺纹端装入中心座16拉力盘上的拉杆螺纹孔30中，拉杆15的另一端穿过拉杆座14上对应的拉杆通孔25并由拉杆螺母11锁紧，所述拉杆15处于水平位置，按照对称交叉的顺序扭紧拉杆螺母11，将全部拉杆15的拉力大小调整相等。

实施本发明所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置及其方法，将提高立式车床工作台以外区域承载力的装置装配完成后，通过扭紧拉杆螺母11调整全部拉杆15的拉力均达到预设值F₀，F₀的计算方法如

下：

F_{0} = \frac{F \cdot L}{L_{0}},

由附图15-附图17所示，F是工件载荷平均作用在每一个弹性条形延伸卡爪座B7上的压力，L为压力F作用点到立式车床静压轴承B35径向宽度中心的距离，L₀是拉杆中心线到静压轴承B35的距离，S为静压轴承的径向宽度，F₀是消除因F作用而产生静压轴承面变形间隙δ的拉杆15最大拉力F_0max和最小拉力F_0min的平均力，最大拉力F_0max和最小拉力F_0min的计算方法如下：

F_{0 \max} = \frac{F \cdot (L + \frac{S}{2})}{L_{0}}

F_{0 \min} = \frac{F \cdot (L - \frac{S}{2})}{L_{0}},

由于在实际操作中，施加给每一个拉杆15的拉力F₀总是存在一定的误差，选用F_0max和F_0min的平均值F₀就可以避免因这种误差而引起的对静压轴承B35产生变形的影响，为了让每个拉杆15的拉力更均匀，沿圆周均布的拉杆应按照对称交叉顺序进行施加拉力，即扭紧对应的每个拉杆螺母7，并且应通过多次按预设值F₀的从小到大的不同比例循环调整拉杆15的拉力，具体步骤如下：以均匀布置8个拉杆15为例，可将8个拉杆15按顺序编号为1到8号。首先按0.3F₀拉力值以1、5、3、7、2、6、4、8号顺序依次扭紧拉杆螺母；然后按0.7F₀拉力值以1、5、3、7、2、6、4、 8号顺序依次扭紧拉杆螺母；再按F₀拉力值按1、5、3、7、2、6、4、8号顺序依次扭紧拉杆螺母，以上分三次循环实现对拉杆施加拉力的过程还可以采用更多次的循环次数，采用更多次的循环次数能使每个拉杆8的拉力更均匀，每个拉杆的拉力均匀将使提高立式车床工作台以外区域承载能力的效果更好；上述方法对均布的多个水平拉杆15施加的相同拉力所形成的力矩与工件载荷产生的变形力矩大小相等，方向相反，从而减小或消除了工件载荷使立式车床工作台静压轴承面产生的变形，而多个以立式车床工作台B8轴心对称均布的拉杆15拉力大小相等，方向均沿立式车床工作台B8的径向，即两两相对的拉杆15拉力方向相反，这种作用力均为水平力，对中心座16无上下方向的力作用，只对中心座16的上部拉力盘28有拉力作用，这样就允许中心座16的结构强度较低，其重量就较小，从而使整个装置的重量较轻，因此立式车床工作台B8的有效载荷就不会大量减少，此外，拉杆15的水平拉力是沿弹性条形延伸卡爪座B7长度方向，即弹性条形延伸卡爪座B7刚性最强方向，所以该力几乎不会使弹性条形延伸卡爪座产生变形，所述提高立式车床工作台以外区域承载力的装置及其方法有效解决了大直径重型工件由于立式车床工作台以外区域承载能力不足而无法加工的问题。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims

1.一种提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，包括弹性条形延伸卡爪座B（7）、立式车床工作台B（8）、拉杆座（14）、中心座（16）和拉杆（15），其特征是：在立式车床工作台B（8）的中部设有中心座（16），在立式车床工作台B（8）的上部面间隔均匀设置多个弹性条形延伸卡爪座B（7），所述多个弹性条形延伸卡爪座B（7）的一边均设置在立式车床工作台B（8）以外，在多个弹性条形延伸卡爪座B（7）上面且靠近立式车床工作台B（8）的外径处均设有拉杆座（14），所述拉杆座（14）与中心座（16）通过拉杆（15）连接；所述的拉杆座（14）为方形结构，在拉杆座（14）的四角分别设有倒角（26），所述拉杆座（14）包括拉杆座本体、拉杆座螺栓（12）和拉杆座螺母（13），在拉杆座本体的上面及下面之间设置有贯通的螺栓孔，所述螺栓孔与顶板（21）的上面两侧设置的通孔（23）上下对应，拉杆座螺栓（12）穿过顶板（21）的通孔（23）和拉杆座本体上面及下面之间设置的螺栓孔，由拉杆座螺母（13）锁紧，在拉杆座本体的一侧面与另一侧面之间设有贯通的拉杆通孔（25），所述拉杆座（14）与中心座（16）通过拉杆（15）连接。

2.根据权利要求1所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，其特征是：所述弹性条形延伸卡爪座B（7）包括侧筋板（19）、底板A（20）、顶板（21）、立板（22）、通孔（23）和端板（24），在底板A（20）和顶板（21）之间的中部设有立板（22），在立板（22）的两侧面分别均匀的间隔设有复数个侧筋板（19），所述的端板（24）设置在立板（22）的两端，在顶板（21）上面的两侧和底板A（20）上面的两侧分别设有间隔均匀的通孔（23）， T型螺栓B（9）穿过T型槽（34）和底板A（20）上面两侧的通孔（23），由螺母B（10）锁紧，在弹性条形延伸卡爪座B（7）上面且靠近立式车床工作台B（8）的外径处分别设有拉杆座（14）。

3.根据权利要求1所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，其特征是：在立式车床工作台B（8）的上面的中部设有中心座（16），在立式车床工作台B（8）台面上间隔均匀的设置多个T型槽（34），多个弹性条形延伸卡爪座B（7）分别通过T型螺栓B（9）固定在多个T型槽（34）内，由螺母B（10）锁紧。

4.根据权利要求1所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，其特征是：所述中心座（16）包括拉力盘（28）、底板B（29）、拉杆螺纹孔（30）、支撑筒体（31）、内侧筋板（32）和外侧筋板（33），在拉力盘（28）和底板B（29）之间设有支撑筒体（31），在支撑筒体（31）的内侧面设有内侧筋板（32），在支撑筒体（31）的外侧面设有外侧筋板（33），在拉力盘（28）的外缘面上均匀间隔设有拉杆螺纹孔（30），在靠近底板B（29）外径的面上设有用于固定在立式车床工作台B（8）中部的螺栓通孔（27），由中心座螺栓（17）穿过立式车床工作台B（8）的T型槽（34）和螺栓通孔（27），由中心座螺母（18）锁紧。

5.根据权利要求1所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，其特征是：所述拉杆（15）的两端分别设有螺纹，其中一端设置在拉力盘（28）外缘面上的拉杆螺纹孔（30）内，另一端设置在拉杆座（14）的拉杆通孔（25）内。

6.根据权利要求1所述的提高立式车床工作台以外区域承载力的装置，其特征是：所述的弹性条形延伸卡爪座B（7）设置的个数为偶数个。