运用在数控加工中心五轴加工中心的浮动支承油缸夹具

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简介

运用在数控加工中心五轴加工中心的浮动支承油缸夹具

液压浮动支承油缸主要应用于机械加工中,与被加工工件压紧接触后,对被加工工件产生支承力,以减少被加工工件在加工过程中的振动,防止被加工工件的变形,即为被加工工件提供浮动的辅助支承的一种装置。它包括 :液压支承油缸本体、安装于本体内的上升活塞(顶出活塞)以及通过上升活塞推动的柱塞(支承杆)、柱塞弹簧(顶出弹簧)、于油缸本体内还安装有一支撑活塞以及包夹柱塞的筒夹(弹性体),支撑活塞具有一上升锥面,筒夹具有与该上升锥面对应的受力锥面,支撑活塞通过液压作用向上移动,其上升锥面对受力锥面产生水平夹紧力。该实用新型专利还具体公开了各部件之间的组织结构关系 :上升活塞、柱塞、筒夹、支撑活塞是由内向外依次套装在液压支承油缸本体内,底部为液压油容腔。支撑活塞所能产生的推力大小与支撑活塞的有效工作面积密切相关,通常面积越大推力越大,而该结构由于支撑活塞的有效工作面积(横截面)要减去中间部件占据的较大截面积,剩下环形工作面积所产生的支撑活塞推力较小。

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从上述结构中可以看到,支撑活塞向上的推力,不仅要满足弹性体抱紧支承杆的需要,而且也要满足整个支承力的需要。换句话说,支撑活塞所能产生的推力和弹性体抱紧支承杆所获得的摩擦力两者之中较小者,决定了支承油缸的支承力。一般支撑活塞和弹性体的锥角只需做到小于 5°,其所获得的抱紧力可达到支撑活塞推力的十几倍以上,钢与钢之间的摩擦系数大于 0.12,所获得的摩擦支承力可以比支撑活塞推力大得多,因此,支承油缸的支承力就取决于支撑活塞产生的推力大小。而支撑活塞所能产生的推力大小与支撑活塞的有效工作面积密切相关,通常面积越大推力越大。

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现有技术中的液压浮动支承油缸的共同点是

1、顶出活塞仅是起到将支承杆顶出的作用 ;2、由于有顶出活塞的存在,支撑活塞的有效工作面积等于支撑活塞的底面积减去顶出活塞所占据的芯面积后所剩下的环形面积。

即现有的液压浮动支承油缸,顶出活塞只是起到顶出支承杆的作用,支撑活塞的有效工作面积仅为环形面积,导致支撑 活塞产生的推力大打折扣。这对于目前机床液压系统的低压工作压力范围(≤ 7MPa)而言,要想在该低压条件下获得较大的支承油缸的支承力,只能依靠提高油缸体积来解决,但这样做会提高成本,并且也不可能无限制地依赖于增大油缸体积来解决。故如何在尽可能小的体积下使低压支承油缸产生尽可能大的支承力,成为目前迫切需要解决的技术问题。

其次,现有的液压浮动支承油缸中,支撑活塞与筒夹(弹性体)的相对面为相匹配的光滑锥面,使得钢球分别与弹性体、支撑活塞之间为点接触,这样的结构导致钢球与弹性体、支撑活塞之间的接球应力较大,从而会在一定程度上降低支承油缸的承载能力,同时还会缩短使用寿命,并且对筒夹(弹性体)所用材料的力学特性要求高,否则使用寿命会更短。

液压浮动支承油缸

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包括有缸体 1、顶出装置和支承夹持装置,其中缸体 1 的内径为 24mm,外壁具有外螺纹,上端面具有通孔,下端口敞开 ;顶出装置又包括有底座 2、顶出活塞 3、顶出杆 4、回程弹簧 a1、支承杆 5 和顶出弹簧 a2,所述的底座 2 定位在缸体 1 的下端口内,且底座 2 与缸体 1 之间设置有第一密封圈 b1,使底座 2 密封堵塞在缸体 1 的下端口中 ;该底座 2 内还轴向设有活塞通道 21,该活塞通道 21 的上部直径小于下部直径,上述顶出活塞 3 位于该活塞通道 21 的下部内,在该顶出活塞上设有第二密封圈 b2,使得顶出活塞 3 在活塞通道的下部内密封滑动。上述顶出杆 4 的下端与顶出活塞 3 相固定,上端伸入支承杆 5 的内腔 51 中。支承杆 5 的上端通过缸体上的通孔后外露于所述缸体,该支承杆 5 的上端螺纹连接有顶帽 6。上述顶出弹簧位 a2 于支承杆的内腔 51 中,它的上、下端分别与顶出杆 4 的上端和顶帽 6 相抵。

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支承夹持装置则包含有位于缸体内的支撑活塞 7、弹性体 8、钢球 9 和复位弹簧 a3,其中弹性体 8 套在上述支承杆 5 和支撑活塞 7 之间,且支撑活塞 7 的上部壁厚小于下部壁厚,而使支撑活塞 7 内表面成为上升内锥面,弹性体 8 的外表面则设计成与该内锥面相互匹配的外锥面,钢球 9 设在该内、外锥面之间,支撑活塞 7 的顶部设置有限制钢球上移的垫片 10,以保证钢球一直在内、外锥面间活动。复位弹簧 a3 的下端抵在该垫片 10 上,上端与弹性体 8 的上沿相抵。为了增大支撑活塞有效工作面积,

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支撑活塞 7 的下端设有中空的圆柱形凸台 71,本实施例中,该中空的圆柱形凸台 71 的外径(外径为 10mm)小于顶出活塞 3 的直径(直径为 12mm),该圆柱形凸台 71 伸入到底座的活塞通道 21 内,并且与活塞通道21 的上部之间设置有第三密封圈 b3,使得该圆柱形凸台 71 在活塞通道 21 的上部内密封滑动。圆柱形凸台 71 的内壁上设有一肩部72,回程弹簧 a1 的上、下端分别抵靠在该肩部 72 和顶出活塞 3 上。

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底座 2 上设有通气孔道22,将活塞通道 21 的内部与外部连通,工作过程中可自由呼吸,减小顶出活塞 3 上下运动时的空气阻力。同时在底座的上端周边具有一台阶而使得底座、缸体和支撑活塞之间形成一容腔 23,底座上还具有与该容腔相连通的进油通道 24。

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内、外锥面还设计成如下结构 :支撑活塞 7 的内锥面上自上而下开有向内凹陷的内滚道 73,且内滚道 73 有多个,分别沿支撑活塞7 的周向分布 ;而弹性体 8 的外锥面上则设置有与多个内滚道 73 相一一对应的且向内凹陷的外滚道 81,钢球 9 位于由对应的内、外滚道组成的滚道中。本实施例中,内滚道优选为 16个,则外滚道也有 16 个且内、外滚道的截面为圆弧形凹槽,该圆弧形凹槽的半径与钢球的半径相同。同时将两个所述滚道构成一组,该多组滚道分别沿周向均布,请参图 2,可以进一步提高支承油缸的承载能力。

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采用这样的内、外锥面结构后,可以使钢球与滚道之间为线接触,从而可以减小钢球与弹性体、支撑活塞之间的接球应力,在提高了支承油缸的承载能力的同时可延长使用寿命,并还可以降低弹性体所用材料的力学特性要求。

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