7.3. Гидроприводы зажимных патронов

Для зажима обрабатываемой детали в па­тронах токарных станков применяются вра­щающиеся гидроцилиндры, которые закрепля­ются на задней части шпинделя и связываются с патроном с помощью специальной тяги, про­ходящей через отверстие в шпинделе. Цилинд­ры должны иметь блокировки, исключающие возможность аварии при незажатой кулачками патрона детали или случайном падении давле­ния в гидросистеме (в том числе при обрыве маслоподводящих шлангов).

Тенденция к повышению частоты враще­ния шпинделей до 6...8 тыс. мин^-1 особенно в станках, работающих с прутковой заготовкой, существенно усложняет создание цилиндров. Из-за наличия в последних сквозного отвер­стия для прутка диаметр маслоподводящей по­верхности значительно больше, чем у цилинд­ров для патронных работ. При этом окружные скорости относительного движения деталей маслоподводящего устройства достигают 25 м/с и выше, что сопряжено с большими по­терями мощности, приводящими к разогреву цилиндра и масла.

Рис. 7.7. Типовые маслоподводящие устройства вращающихся цилиндров

Простейшая конструкция маслоподводя-щего устройства (рис. 7.7, а) представляет со­бой цилиндрическую скалку 1 с радиальными отверстиями 4 (связанными с полостями ци­линдра), охватываемую неподвижной втулкой 2 с кольцевыми канавками 3, связанными при помощи рукавов высокого давления с гидро­системой. Втулка центрируется относительно скалки с помощью прецизионных подшипни­ков качения. Диаметр D маслоподводящей по­верхности выбирается конструктивно исходя из диаметра d_np отверстия для прутковой заго­товки и необходимости размещения маслопод-водящих каналов. Поскольку увеличение диа­метрального зазора 5 и уменьшение перекры­тия l приводит к уменьшению потерь мощно­сти на вязкое трение и одновременно - к уве­личению потерь мощности на утечки, сущест­вует оптимальное соотношение параметров, при котором суммарные потери мощности (кВт) минимальны:

где р - давление зажима, МПа; п - частота вращения, мин^-1; D - диаметр маслоподводя­щей поверхности, мм.

При D = 90 мм, п = 6000 мин^-1 и р = 4 МПа имеем P_min = 2,03 кВт.

Стремление к снижению потерь мощно­сти диктует необходимость создания специ­альных конструкций. Фирмой SMW (Герма­ния) предложено кольцевые канавки во втулке заменить радиальными отверстиями 1 (рис. 7.7, б), связанными кольцевым коллекто­ром, а на скалке выполнить пазы 3, вытянутые в направлении относительного скольжения та­ким образом, что в каждый момент времени хотя бы одно из радиальных отверстий совпа­дало с пазом. Это позволяет в 3 раза умень­шить периметр поверхности утечки при неиз­менном 5. В оптимизированной конструкции [19] каждая полость цилиндра связана с парой пазов, расположенных диаметрально, что по­зволяет разгрузить маслоподводящее устройст­во от радиальных нагрузок. Число радиальных

отверстий (d - диаметр радиальных отверстий, мм, задаваемый конструк­тивно в зависимости от требуемого времени зажима) округляют до ближайшего нечетного числа; длина паза а = nD/2k + d; периметр поверхности утечки . Утечка

масла (л/мин) через два уплотняющих пояска

где 5 - диаметральный зазор, мкм; р - давле­ние, МПа; ρ - плотность масла, кг/м³; g = = 9,81 м/с²; v - вязкость масла, мм²/с (сСт); l -перекрытие, мм; b - в мм.

Потери мощности (кВт) в связи с утечка­ми масла

Потери мощности (кВт) на вязкое трение в маслоподводящем устройстве

где n - частота вращения, мин^-1; D - диаметр, мм.

Суммарные потери мощности (Р = P₁ + Р₂ ) минимальны при определенном значении δ, определяемом из уравнения

дР/дδ =0:

Фактические потери мощности (кВт) в маслоподводящем устройстве могут опреде­ляться по формуле P_Ф, = 0,03QΔt,, где Q - утечка масла из напорной линии (в дренажную и сливную), л/мин; Δt - разность температур масла на входе в маслоподводящее устройство и выходе из него, °С.

В маслоподводящем устройстве, предло­женном Г.И. Каменецким (рис. 7.7, в), трущие­ся поверхности скалки 1 и втулки 3 имеют коническую форму, причем втулка выполнена с возможностью самоустановки относительно скалки в осевом направлении. В связи с кони­ческой формой сопряженных поверхностей, рабочее давление, действующее в одной из ка­навок 5, стремится сдвинуть втулку 3 вправо, однако при этом рост утечки в дренажную ли­нию через радиальный зазор 2 приводит к уве­личению давления в торцовой камере 4 и появ­лению уравновешивающей силы.

Типовая конструкция вращающегося ци­линдра с маслоподводящим устройством по схеме рис. 7.7, б, показана на рис. 7.8, а. В поршне цилиндра расположены гидрозамки 5 и подпружиненные плунжеры , 6, исключающие возможность поворота штока относительно корпуса 8 и одновременно выполняющие роль пружинных гидроаккумуляторов в аварийной ситуации. Маслоподводящее устройство J со­держит кольцевой коллектор 3 и запрессован­ную в него втулку 4 с радиальными отверстия­ми. Шарикоподшипники 2 центрируют масло­подводящее устройство относительно штока. Перемещение штока контролируется бескон­тактными конечными выключателями 7. Утеч­ки из маслоподводящего устройства отводятся в бак через штуцер 9; штуцер 10 служит для слива возможных утечек СОЖ через отверстие в шпинделе; В и Д - места съема металла при динамической балансировке.

Основные параметры цилиндра: макси­мальный диаметр прутковой заготовки 35 мм; рабочее давление 1... 6,3 МПа; наибольшая частота вращения 8000 мин^-1; наибольшая сила зажима 60 кН; расход масла 4,8 л/мин при вре­мени зажима 3 с.

Разработан также вращающийся гидро­цилиндр с диаметром отверстия для прутковой заготовки 52 мм, характеристики которого приведены на рис. 7.8, б. Здесь р - рабочее дав­ление; Q_Σ - суммарные утечки; Q_Σ = Q_ДР + Q_n ,

Q_др - утечки в дренажную линию; Q_п - пере­течки в сливную линию; Р - потери мощности в маслоподводящем устройстве; Р_э - экспери­ментальное значение; Р_э = Мп/9552,2; М - мо­мент на корпусе маслоподводящего устройст­ва, Нм; п = 5000 мин^-1 - частота вращения; Р_р - расчетное значение; Р_р = Р₂ + 0,115; 0,115 кВт - потери мощности в подшипни­ках 2; t_вых, v - соответственно температура и вязкость масла на выходе из маслоподводящего устройства (температура на входе 50 °С).

Рис. 7.8. Типовая конструкция (я) и характеристики (б) вращающихся гидроцилиндров для прутковых работ

Вращающийся гидроцилиндр для па­тронных работ типа Г29-3 по ТУ2.024-6000-87 (рис. 7.9), выпускавшийся Шилутским заво­дом «Гидропривод», состоит из цилиндра 12, маслоподводящего устройства 7 и гидрозамков 9 и 20, расположенных таким образом, что центробежная сила действует в направлении закрытия клапанов 10. Цилиндр крепится к шпинделю с помощью крышки 17, в которой предусмотрены крепежные отверстия. Масло-подводящее устройство 7 содержит скалку с каналами 3 и 5, втулку 6 с кольцевыми канав­ками, манжету 8, крышку 2, упор 4 регулиро­вания осевого зазора и колодку для подключе­ния дренажной и подводных 1 и 21 линий. Гидрозамки имеют управляющие поршни 19 и закрыты кожухом 11. В поршне 13 с двусто­ронним штоком 18 закреплены узлы предо­хранения, состоящие из корпусов 15 и плунже­ров 14, нагруженных пружинами 16.

Благодаря симметричной конструкции цилиндр может работать в обе стороны. Если зажим осуществляется при вдвижении штока, масло под давлением подводится в отверстие 1,

а отверстие 21 соединяется со сливной линией. Поток масла проходит через канал 3, открывает гидрозамок 20 и поступает в правую полость цилиндра. Поскольку канал 3 соединен с управляющим поршнем гидрозамка 9, послед­ний принудительно открывается, пропуская масло из левой полости цилиндра в сливную линию. В процессе зажима поршни 14 смеща­ются влево, заряжая узлы предохранения. При случайном падении давления в напорной ли­нии гидрозамки запираются, а поршни 14 ком­пенсируют утечки из правой полости цилинд­ра, выполняя роль пружинных аккумуляторов. Узлы предохранения исключают возможность поворота штока относительно цилиндра.

Гидроцилиндры Г29-33.11, Г29-33.01 и Г29-34.01 имеют узел электроблокировки, ус­танавливаемый в Т-образных пазах узла мас-лоподвода 7. Электроблокировка заключается в следующем. При нормальном зажиме поршень не доходит до крайнего положения (упора в крышку). Если зажимаемая деталь отсутствует или имеет недостаточный диаметр, поршень

Рис. 7.9. Вращающийся гидроцилиндр дли патронных работ Г29-3

приближается к одному из крайних положений, и в зоне 1...2 мм до упора бесконтактный вы­ключатель выдает в систему управления сиг­нал, запрещающий начало цикла обработки.

Основные параметры цилиндров приве­дены в табл. 7.5.

Вращающийся гидроцилиндр со сквоз­ным отверстием для прутковых работ Г29-5 по ТУ2.024-0224533-026-89 (рис. 7.10), выпус­кавшийся Шилутским заводом «Гидропривод», состоит из корпуса 13, крышки 11, поршня 9 с двусторонним штоком, двух гидрозамков 10, двух узлов предохранения 12 и маслоподводя-щего устройства 5, закрытого кожухом 14 и

выполненного по схеме рис. 7.7, в. Маслоподводящее устройство содержит конусную втул­ку 4 с крышкой 2, конусную скалку 3, связан­ную со штоком с помощью шариков 6, удер­живаемых стопорным кольцом 8. К маслоподводящему устройству крепится колодка 15 для подключения гидролиний и сборник 1 СОЖ. При вращении цилиндра ребра корпуса маслоподводящего устройства 5 с целью охлаждения обдуваются потоком воздуха от вентилятора 7. При подводе масла в отверстие 16 поршень пе­ремещается влево (шток вдвигается); работа гидрозамков и узлов предохранения такая же, как у цилиндров Г29-3, описанных выше.