数控车床液压三爪卡盘夹紧力测试研究

数控车床液压三爪卡盘夹紧力测试研究

初敏1 ,高飞2

烟台环球机床装备股份有限公司 山东 烟台 264000

摘要：从目前液压卡盘最高转速来看，由于受到各种外在因素影响，其最高转速并未达到数控车床电主轴最高转速要求，给数控机床向高转速发展带来严重影响。针对该种问题，相关企业要提高对液压拉盘优化的重视程度，借鉴大量国外先进的技术经验，来实施数控车床液压卡盘夹紧力测试，提高政府部门对夹紧力的控制程度，从而降低和其他国家的差异性，进而提高我国综合国力。因此，本文通过分析应变式传感器测力装置基本内容，来计算出数控车床液压卡盘夹紧力的实际数值，再为此为基础数据内容来调整液压夹紧系统的控制回路，通过控制液压卡盘夹紧力，来保证工件在加工中的稳定性能达到预期要求，避免由于外在因素给数控车床带来的变形问题，从而保证液压泵站工作效率能达到预期标准。

关键词：液压三爪夹盘；夹紧力；工件；测力装置

前言

随着社会经济不断发展，现代加工技术向高精度、高效率方向发展，对数控机床和夹具提出更高要求，而液压卡盘作为数控车床中最常见的工件夹具，其是车床主轴和工件连接的重要桥梁。因此，在数控车床加工工件过程中，为保证工件加工精度能达到行业标准，工作人员必须要提前定位工件具体位置，对其进行夹紧操作。在正常情况下，数控车床液压卡盘通常是利用拉管和拉杆为载体，和回转油缸密切联系，其中的活塞在液压作用下进行前后移动时，液压卡盘中锲型环节会操作卡爪进行松开和夹紧工作。为确保在加工工件过程中，不会受到零件自重、离心力、切削力等外在因素影响，工作人员要提前分析控制液压三爪卡盘夹紧力的基本情况，针对不同夹紧力来采用合理的解决措施，从而保证其能满足日常生产要求。基于此，本文通过分析应变式传感器测力装置基本内容，来计算出数控车床液压卡盘夹紧力的实际数值，再为此为基础数据内容来调整液压夹紧系统的控制回路，通过控制液压卡盘夹紧力，来保证工件在加工中的稳定性能达到预期要求，避免由于外在因素给数控车床带来严重的变形问题，从而保证液压泵站工作效率能达到预期标准。

一、测力装置分析

在整个加工过程中，工件由于受到各种外界因素的影响，如惯性力、工件自身重量、切削力、离心力等因素，加上夹紧力大小和夹紧机构的传动效率、工艺系统刚度等有直接关系，导致液压卡盘夹紧力计算流程过于复杂，通常只能粗略计算出夹紧力大小。再根据安装方式不同，选择对应的加工模式和夹紧力，再根据静力平衡原理来计算出实际夹紧力数值，然后将安全系统融入其中，夹紧力理论值就转变为实际值。同时，工作人员可根据应变式传感器测力装置基本结构来分析液压卡盘夹紧力，根据测量仪器测量的数据信息，其能改善液压夹紧系统控制回路，在保证数控车床达到标准夹紧力基础上，将液压泵站和控制回路上升到最高效率。

数控车床液压卡盘的卡爪分为设置在应变式传感器装置ABC三点上，形成三点相连的曲线。同时，根据测量装置的具体安装位置，AB卡爪接触面属于固定面，工作人员通过夹紧三爪卡盘的方式，来计算出卡爪C的夹紧力。在正常情况下，数控车床液压卡盘通常是利用拉管和拉杆为载体，和回转油缸进行有效连接，而其中隐藏的活塞在液压力作用下会出现前后移动，液压卡盘中锲型环节控制卡爪来开展日常工作。工作人员只需要将通测量装置旋转一百二十度，就能精准测量出AB不同卡爪的夹紧力，进而获得液压卡盘的总夹紧力。

二、液压卡盘夹紧控制系统

夹紧系统的压力调节主要包括三个两位四通电磁换向阀、一个先导式减压阀、三个直动式溢流阀，其中直动式溢流阀调节压力分为6、7、5三个压力值，其所对应调节数值为1MPa、2MPa、0.5MPa，而电磁转向阀所有电压全部选择24V的直流电磁铁，有利于PLC技术能灵活控制驱动电磁阀进行日常工作。

当运行到动力卡盘夹持棒料时，工作人员要立刻按下指定按钮，PLC会接收到启动指令，将油泵阀门开启。但由于电磁换向阀门的电磁铁仍然处于未通电状态，当PLC输出控制信号发布指令后，电磁换向阀中的电磁铁瞬间通电，电磁铁会缓慢移动到右位，工作人员可利用减压阀来控制输出电压，当电压上升到预期标准后，会自动给电磁铁发送运行信号，让右侧电磁铁带电工作，等到压力油完全从变量泵拉出后，动力卡盘夹紧力转变为静态夹紧力。当车床主轴工作后，速度传感器会将所测数据全部上传到可编程控制器中，随着车床主轴旋转速度不断提升，会增加动力卡盘离心力降低夹紧力，当车床主轴转速提高到2000r/min时，夹紧力降低到F1，控制信号引导电磁换向阀中的电磁铁进入到通电状态，再迁移到右侧进行工作，动力卡盘夹紧力恢复到正常标准；当车床主轴选择速度上升到3000r/min时，夹紧力出现小幅度降低，电磁换向阀9带电工作，而电磁换向阀8呈现出断电状态，减压阀输出压力出现明显增长，动力卡盘的夹紧力基本不变；当车床主轴旋转速度再次出现明显增长，会逐渐降低夹紧力数值，电磁铁呈现出通电状态，工作位置同样出现不同程度的改变，动力卡盘停留在静态夹紧力状态。通过上述分析可见，随着速度愈发提升，动力卡盘夹紧力变化范围较小，不能有效调节蓄能器和流阀在压力作用下的稳定性。

在棒料加工流程中，车床主轴逐渐进行低速旋转，有效降低动力卡盘承受的离心力，不断增加卡盘夹紧力。当车床主轴转速低于标准值时，动力卡盘的夹紧力逐渐上升，能有效控制可编程控制器中的输出控制信号，改变电磁换向阀的基本状态，让电磁铁出现断电现象，当车床主轴转速速度再次降低时，动力卡盘夹紧力明显提高，可编程控制器会让电磁铁正常工作，而电磁换向阀9的电磁铁断电，换到右侧工作，减压阀压力值为2.5MPa。

三、实验结果

良好的动力卡盘在整个加工中，夹紧力在压力相同状态下，很容易受到离心力影响，动态夹紧力会出现不同程度的变化，在未进行任何压力补偿时，在离心力影响下，卡盘夹紧力呈现逐渐降低的状态；而补偿液压压力后，卡盘转速会不断提高，液压缸的压力也会不断提高，导致动力夹紧力要低于静态夹紧力，保证工件夹能实现正常运行。同时，总结选取可以夹直径在 20mm~170mm 液压三爪卡盘进行测量，将提供油压压力调整至 3.5MP进行夹紧力测试（如图1所示）。对数控车床主副轴卡盘的每个卡爪分别进行三次测量，共计取得每个卡盘 9组数据，然后对数据进行算术平均值计算，最终得出卡盘总夹紧力。

              图1 夹紧力大小测量

四、总结

综上所述，近年来随着电子工业的迅猛发展，机械行业和机械加工业也受到了不同程度的影响，高效先进的生产力成为了相应加工行业的主力军。在普通机械加工领域上，液压卡盘装置在车床上的应用，夹持力适中成为了主导思想。液压卡盘的诞生大幅提高单机效率，同时夹持精度高，大幅度降低成品报废率。因此，在加工工件时，可利用测力装置来测量卡盘夹紧力，通过合理控制调压阀压力值，能保证液态卡盘夹紧力达到预期标准，保证工件在加工中具有振动小、稳定性高等特征，不会导致工件出现严重的夹紧变形问题。

参考文献：

[1] 厦门幻栢机械有限公司. 一种坑道钻机用转速与夹紧力成正比的液压卡盘组件:CN202011387128.X[P]. 2021-02-26.

[2] 权凌霄,赵国庆,许孝林,等. 35MPa压力体制民机液压能源系统故障工况热平衡分析[J]. 机床与液压,2021,49(19):114-118,200.