大型机床动横梁夹紧机构的设计分析

彭志

（沈阳机床股份有限公司，辽宁 沈阳 110142）

机床中的夹紧机构，主要用于保证机床部件、加工工件或刀具在整个加工切削过程中，不会由于切削力或自重等因素的作用，而产生位移或振动等不良效果，从而进一步影响机床加工精度与稳定性，甚至出现安全事故。因此机床的夹紧机构，对于大型数控机床来说，显得非常重要，特别对于可升降的动横梁来说，可靠准确的夹紧机构就显得更加重要。

本文通过实例来分析液压夹紧机构与机械夹紧机构结合的方法，来解决实际夹紧机构满足实际工况要求同时兼顾安全性的难题。

1 夹紧机构的工况特点

夹紧机构的功能，是使工作部件经常处于夹紧状态，施加外力后才松开。对于大型机床的动横梁部件，由于其几何尺寸相对来说比较大，自身净质量比较大，实例中横梁部件及其附属零部件总质量超过20 t，要实现横梁及其附属零部件能够可靠地夹紧在立柱的导轨上，需要非常大的夹紧力，一般的机械动力在有限的工作空间及机床的工况情况下，很难提供这样大的动力。本实例采用了高压液压系统来提供动力，在设计过程中，除了考虑夹紧机构的结构形式外，还要保证横梁在松开的状态下升降自如，同时必须考虑安全性。

2 夹紧机构的液压动力

在实例机床夹紧机构的设计过程中，综合考虑了实际工况，明确横梁的工作条件，采用多点液压夹紧，即1条立柱导轨，采用了8缸及8块压板夹紧。横梁与立柱之间的夹紧机构由3部分组成：即夹紧动力部分（液压），中间的斜楔增力机构和夹紧元件（见图1及图2）。

图1 夹紧机构剖视图

图2 横梁夹紧机构布局示意图

夹紧动力采用液压动力，中间机构采用斜楔增力机构。这种机构工作可靠，有较大增力特性，夹紧元件由推杆及铜质的压板组成。

设计过程需要充分考虑夹紧点布置在零件刚性较大的部位，尽可能减少夹紧机构在夹紧、松开横梁时的位移，同时考虑压板与立柱导轨的接触面，有足够的几何精度和相对位置精度，这样才能保证定位精度及工作可靠。本实例夹紧机构的布置，优先考虑布置在左右立柱的靠近内侧，从而可提高支撑刚性，减少横梁立柱的弯曲变形，进而满足实际工作需要。

3 简单实用的安全夹紧松开机构

上述液压夹紧机构，只能满足横梁夹紧松开的基本工作需要，这种夹紧机构的夹紧力是通过液压系统提供动力的。由于动力源及空间等因素的限制，在实例夹紧机构的基础上，很难再增加安全机构，在安全方面提出了一个难题。

但是，对于大型机床来说，安全性是必须要考虑的问题。出于上述原因，既然横梁立柱的液压夹紧机构上增加安全措施可行性非常小，本实例提出一种简单实用的安全夹紧松开机构（见图3）。

图3 丝杠副夹紧机构示意图

液压松开机械加紧机构，在正常工作时，液压动力使其保持打开状态，一旦断电，机械夹紧立即动作，通过机械力迅速实施对丝杠副刹车片的夹紧，使丝杠不能旋转，进而保证横梁固定不动，安全性得到可靠保证。

4 结束语

通过实例中横梁的液压夹紧松开机构，并结合对丝杠副的液压松开及机械夹紧机构的巧妙结合，解决了高压液压动力夹紧机构的可靠性及安全性难题。在实际设计及应用过程中，不但保证了机床在加工过程中的刚度和稳定性，而且充分保证了动横梁在意外情况下，仍然保持固定不动，安全得到充分保证，在实际应用中亦取得了很好的效果。

[1]陈恒高，田金和.机床夹具设计原理[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1998.

[2]李 洪，等.实用机床设计手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1999.

[3]王景海,王泽民.斜面机构在机床回转工作台夹紧中的应用[J].制造技术与机床，1999，（10）：5-6.