数控龙门铣边机液压电控磁力夹具设计

邱红，沈印，高朝祥，任小鸿，梁雄

(1.四川化工职业技术学院，四川泸州646000;2.西南大学工程技术学院，重庆400715;3.中国南车集团资阳机车有限公司，四川资阳641300)

夹具是产品生产的一个重要部件，它对保证产品的生产质量具有举足轻重的地位，同时，夹具的自动化程度和精度也是应考虑的重要因素。夹具的自动化程度高，可以减轻操作人员的劳动强度，使生产效率和产品周期能够得到进一步的提高;夹具的精度是保证产品质量的首要条件，由于人为的操作误差，很难保证产品的加工精度。所以，设计出自动化程度以及精度高的夹具对加工行业具有很重要的意义。

1 数控龙门铣边机主体结构

铣边机主体结构由床身、工作台、立柱组成。床身为机床的基础部件，它具有足够的刚性，有合理的铸造结构。导轨为两条直线滚动导轨，机床的移动部件工作台安装在这两条直线导轨上，床身两侧通过螺钉和定位键将左右立柱紧固在床身上，使床身与左右立柱连为一体，构成闭式龙门框架的下半部。

工作台面有固定工作或夹紧用的“T”形槽，中间“T”槽作夹具定位用。在工作台前端装有限位开关和定量润滑分配器，润滑分配器将润滑来油分配给直线导轨副。在机床和工作台导轨之间装有齿轮齿条副传动装置，齿轮齿条副中的齿轮箱固定于床身中部，齿条固定于工作台底部。在床身前段装有润滑油管和电路的拖线装置。

2 电磁液压夹具的设计

2.1 电磁夹紧原理

采用电磁感应原理来控制夹紧力的大小和方向。电磁铁是由一些安放在导轨下面的螺线管组成，螺线管本身有匝数，通过改变电流与匝数来改变电磁力的大小，电流的方向控制了磁极的方向，也就限制了自由度运动的方向。

设计特点:在铣边机的导轨和横梁下边分别安装磁极不一样的螺线磁管(图1)，在安装的时候要注意磁极的相互交错，并要一一对应，通过PLC 装置发出脉冲信号，螺旋磁管钟的线圈得到电流信号，由于电磁感应原理，各个磁极将会有磁力的产生，即可对工件产生垂直方向上的夹紧力。此外，在安装螺线管磁极时，使各螺线磁极相互独立，并要进行磁极编号，这主要是方便PLC 对某一磁极的控制，更能限制工件不同位置的自由度。比如在加工不规则零件时(零件某加工平面有圆弧、台阶以及凹槽相互交错)，让N1 和S9通电产生磁场，即可使零件由平面变成倾斜60°，而不会产生纵向位移，在夹具钳口部分安装位置检测传感器，并将钳口位置的实时状况反馈到显示屏上面，方便对夹紧位置的在线调整，原理图见2。

图1 螺线磁管

图2 电磁液压夹具原理图

2.2 液压夹具的总体结构设计

液压夹具主要由液压缸、电磁换向阀、活塞杆、夹具钳口部分组成，主要是控制工件横向方向的位移，采用液压力推动活塞杆来夹紧工件。活塞杆和夹具钳口部分为一体联动，即活塞动作，夹具钳口就动作。通过PLC控制器控制电磁换向阀电磁铁的通电与断电，电磁换向阀控制油液的流动方向，从而控制活塞杆的运动，达到夹紧或者松开工件的目的。

2.2.1 液压夹具关键零部件的设计

(1)夹具体钳口

钳口是液压夹具的夹紧关键部件。由于要经常夹持零件，而且龙门铣边机夹紧的工件一般是型材或者铸件，其含碳量一般较多，硬度较硬，所以夹紧钳口力学性能一定要好。采用合金结构钢，通过适当的热处理工艺(渗碳淬火)，增加其强度和耐磨性，这样可以延长钳口的使用寿命。

(2)夹具体压板

在夹具体内部安设有活塞杆，通过控制电磁铁的换向来控制活塞杆的移动，以此来完成对工件的夹紧与松开。采用齿条式活塞杆，右压板和齿条式活塞杆可靠连接在一起，当齿条式活塞杆向左移动时(右压板也向左移动)，齿轮就顺时针转动，上面的齿条会随着齿轮的顺时针旋转而向右移动，即可使工件可靠夹紧。结构图见图3，左压板在安装的过程中，应当注意两个方面的问题:

①钳口与活塞通过连接板进行可靠连接;

②夹具体的内部应当安装密封毡，防止油液泄漏。

图3 液压夹紧机构

2.2.2 液压回路的设计

由于数控龙门铣边机较多地用于大型零件的加工，所以要求夹紧力特别大，而且加工过程中要求夹紧力保持不变，所以此液压回路选用锁紧回路。液压锁紧回路由一个液压缸、一个液压泵、一个三位四通换向阀(H型)、溢流阀、一个活塞缸和两个液控单向阀组成。用H型三位四通换向阀的目的是利用中位机能，即中位工作时，A、B、T 三口通，保证两液控单向阀的控制口压力为零，这样液压缸才能可靠地锁住。电动机带动泵旋转，高压油通过电磁换向阀进行油路换向，送至液压活塞缸的有杆腔或者无杆腔，电磁换向阀接受来自PLC控制器的信号，进行油路换向。原理见图4。

图4 液压锁紧回路

当油缸不工作时，活塞被锁紧，夹具实现夹紧，工件不能移动。当换向阀使活塞向右运动时，右边液控单向阀反向流通，右边液控单向阀起普通单向阀作用;当换向阀使活塞向左运动时，左边液控单向阀反向流通，左边液控单向阀起普通单向阀作用。

3 结论

使用液压电控磁力夹具实现了全自动夹紧，从而提高了工作效率。

从某公司使用情况来看:使用普通夹具，在数控龙门铣边机上，熟练工人完成一次装夹至少需要10.3 min;采用液压电控磁力夹具后，一次完成装夹时间只需要5 min，一次装夹工件整整缩短了5.3 min，生产效率比原来采用手动夹紧提高了20.6%

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