专利名称：夹紧力多级可调的液压动力卡盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及机床的夹固装置，具体地说是涉及一种夹紧力多级可调的液压动力卡
背景技术：
液压动力卡盘是数控车床的工件夹具，由回转液压缸和动力卡盘组成。传统液压 动力卡盘的供油压力由手动可调的减压阀或溢流阀调节，供油压力初始调定后，在主轴旋 转的过程中保持恒定不变，随着转速的升高，卡爪的离心力增加，动力卡盘夹持工件外圆时 的夹紧力减小，夹紧力损失限制了液压动力卡盘转速的提高。 调高初始供油压力，增加动力卡盘的初始夹紧力，让动力卡盘在高转速下仍然具 有足够的夹紧力，是提高液压动力卡盘转速的一种有效方法。但在精加工中，过大的初始夹 紧力会破坏工件表面质量，铜、铝、工程塑料等容易变形的材料在很大的初始夹紧力作用下 会被夹坏。 液压动力卡盘夹持工件内孔时，夹紧力随着转速的升高而增大，过大的夹紧力同 样会破坏精加工和容易变形的工件，过低的初始供油压力又会导致动力卡盘的初始夹紧力 过低，夹持不可靠。 在精密高速车削加工和易变形工件的高速车削加工中，如何使液压动力卡盘既可 靠夹持工件，又能达到高转速，是一个难题，传统的技术方案不能解决这一难题。采用电液 比例压力阀对夹紧力无级调节的技术能保持夹紧力恒定，但成本高。
发明内容
因此本发明的目的是提出一种夹紧力多级可调的液压动力卡盘，实现液压动力卡
盘的夹紧力在车床主轴旋转时只发生较小的变化。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 本发明包括液压动力卡盘，由供油装置、油压调节装置、供油方向控制装置和供油 压力监测装置组成的液压泵站，信号采集控制系统；其中 1)所述的油压调节装置包括先导式减压阀、蓄能器、2 5套压力调节阀组，每套 压力调节阀组均包括溢流阀、二位二通电磁换向阀和固定液阻；先导式减压阀的进油口与 供油装置的高压出油口相连，它的出油口与供油方向控制装置的电磁换向阀的高压进油口 相连，它的回油口与油箱相连，它的远程控制口与第一套压力调节阀组的进油口相连，蓄能 器的进油口与先导式减压阀的出油口相连； 或所述的油压调节装置包括先导式溢流阀、蓄能器、2 5套压力调节阀组，每套 压力调节阀组均包括溢流阀、二位二通电磁换向阀和固定液阻；先导式溢流阀的进油口与 供油装置的高压出油口和供油方向控制装置的电磁换向阀的高压进油口相连，它的回油口 与油箱相连，它的远程控制口与第一套压力调节阀组的进油口相连，蓄能器的进油口与先 导式溢流阀的进油口相连；
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第一套压力调节阀组的第一溢流阀的进油口与第一固定液阻的进油口和第一套压力调节阀组的进油口相连，第一固定液阻的出油口与第一个二位二通电磁换向阀的进油
口相连，第一个二位二通电磁换向阀的出油口与第一溢流阀的出油口和第一套压力调节阀组的出油口相连；最后一套压力调节阀组的进油口与上一套压力调节阀组的出油口相连，最后一套压力调节阀组的最后一个溢流阀的进油口与最后一个固定液阻的进油口和最后一套套压力调节阀组的进油口相连，最后一个固定液阻的出油口与最后一个二位二通电磁换向阀的进油口相连，最后一个二位二通电磁换向阀的出油口与最后一个溢流阀的出油口和最后一套压力调节阀组的出油口相连，最后一套压力调节阀组的出油口与油箱相连； 2)所述的信号采集控制系统包括控制器、转速变送器和2 5套继电器；转速变送器安装在车床主轴的后端部，它的电信号端与控制器电连接；每套继电器的输出电信号端与各自的二位二通电磁换向阀的电信号端电连接，每套继电器的输入电信号端分别与控制器电连接。 所述的供油方向控制装置的电磁换向阀的高压进油口上安装压力变送器，压力变送器的电信号端与控制器电连接。 所述的先导式减压阀为先导式二通减压阀或先导式三通减压阀。
本发明具有的有益效果是 车床主轴加速和减速的过程中，可有级调节液压泵站的输出油压和回转液压缸的供油压力，保持液压动力卡盘的夹紧力只发生较小的变化，在夹持精加工工件或易变形工件时，既能实现可靠夹持，又能实现高转速，满足高速切削的要求；同时具有成本低的优点。
图1是本发明的一种结构原理示意 图2是本发明的另一种结构原理示意图； 图3是本发明的夹紧力和车床主轴转速关系与背景技术的对比图； 图中1.工件，2.卡爪，3.动力卡盘，4.车床主轴，5.拉管，6.过渡法兰，7.回转液
压缸，8.回油罩，9.支架，IO.控制器，ll.油箱，12.过滤器，13.变量泵，14.电机，15.压力
表，16.单向阀，17.精密过滤器，18.先导式减压阀，19.蓄能器，20.压力表，21. 二位四通电磁换向阀，21a、21b.线圈，22、23.压力继电器，24、25、26.溢流阀，27、28、29.固定液阻，
30、31、32. 二位二通电磁换向阀，33、34、35.继电器，36、转速变送器，37.压力变送器，18'.
先导式溢流阀。
具体实施例方式
通过通过附图和实施例对本发明作进一步说明。 本发明的第一个实施例如图1所示，本发明包括液压动力卡盘，由供油装置、油压调节装置、供油方向控制装置、供油压力监测装置组成的液压泵站，信号采集控制系统。 液压动力卡盘由动力卡盘3和回转液压缸7组成，动力卡盘3与车床主轴4的前端相连，回转液压缸7通过过渡法兰6与车床主轴4的尾端相连，拉管5的两端分别与回转液压缸7的活塞杆和动力卡盘3的楔心套相连，回转液压缸7通过拉管5驱动动力卡盘3夹紧或松开工件1，回转液压缸7的缸体和活塞杆与车床主轴3 —起旋转，回转液压缸7的回油罩8通过支架9固定在车床床身上。 液压泵站的供油装置包括油箱11、过滤器12、液压泵13、电机14、压力表15、内含 单向阀16的精密过滤器17，液压泵站的液压泵13在电机14的驱动下，从油箱11经过滤器 12吸油，液压泵13输出的高压油经精密过滤器17过滤后输出到供油装置的高压出油口 ，压 力表15测量液压泵的出口压力。 液压泵站的油压调节装置包括先导式减压阀18、蓄能器19、3套压力调节阀组，每 套压力调节阀组包括溢流阀、二位二通电磁换向阀和固定液阻；先导式减压阀18的进油口 与供油装置的高压出油口相连，它的出油口与供油方向控制装置的电磁换向阀21的高压 进油口相连，它的回油口与油箱ll相连，它的远程控制口与第一套压力调节阀组的进油口 相连，蓄能器19的进油口与先导式减压阀18的出油口相连。 第一套压力调节阀组的第一溢流阀24的进油口与第一固定液阻27的进油口和第 一套压力调节阀组的进油口相连，第一固定液阻27的出油口与第一个二位二通电磁换向 阀30的进油口相连，第一个二位二通电磁换向阀30的出油口与第一溢流阀24的出油口和 第一套压力调节阀组的出油口相连。 第二套压力调节阀组的进油口与第一套压力调节阀组的出油口相连，第二套压力 调节阀组的第二溢流阀25的进油口与第二固定液阻28的进油口和第二套压力调节阀组的 进油口相连，第二固定液阻28的出油口与第二个二位二通电磁换向阀31的进油口相连，第 二个二位二通电磁换向阀31的出油口与第二溢流阀25的出油口和第二套压力调节阀组的 出油口相连。 第三套压力调节阀组的进油口与第二套压力调节阀组的出油口相连，第三套压力 调节阀组的第三个溢流阀26的进油口与第三个固定液阻29的进油口和第三套压力调节阀 组的进油口相连，第三个固定液阻29的出油口与第三个二位二通电磁换向阀32的进油口 相连，第三个二位二通电磁换向阀32的出油口与第三个溢流阀26的出油口和第三套压力 调节阀组的出油口相连，第三套压力调节阀组的出油口与油箱相连。 液压泵站的供油方向控制装置为电磁换向阀21，它的高压进油口与先导式减压阀 18的进油口相连，它的回油口与油箱11相连，电磁换向阀21的两个输出油口分别与回转液 压缸的两个进出油口相连，电磁换向阀21通过控制线圈21a、21b改变油液流向控制回转液 压缸7的活塞运动方向，压力表20测量电磁换向阀21的高压进油口压力；液压泵站的供油 压力监测装置是压力继电器22和23，它们分别与电磁换向阀21的两个输出油口相连，监测 液压泵站的输出油压是否高于回转液压缸7要求的最低供油压力。 信号采集控制系统包括控制器10 (控制器可采用单片机、DSP、 PLC控制器或工控 机)，转速变送器26，压力变送器25和三套继电器33 、34和35 ;转速变送器26安装在车床 主轴4的后端部，它的电信号端与控制器10电连接，压力变送器25安装在供油方向控制装 置的电磁换向阀21的高压进油口上，压力变送器25的电信号端与控制器10电连接，第一 继电器33、第二继电器34和第三继电器35的输出电信号端分别与第一个二位二通电磁换 向阀30、第二个二位二通电磁换向阀31和第三个二位二通电磁换向阀32的电信号端电连 接，三套继电器33、34和35的输入电信号端分别与控制器(10)电连接。
如图1、图3所示，初始调节三个溢流阀24、25、26，使第一溢流阀24、第二溢流阀 25、第三溢流阀26的进出油口压差分别为2MPa、lMPa和0. 5MPa。液压泵13工作后，三个二
5位二通电磁换向阀30、31、32都工作在左位，先导式减压阀18输出接近零的最低压力，控制 器10输出控制信号经继电器33控制第一个二位二通电磁换向阀30换向工作在右位，先导 式减压阀18输出压力2MPa，二位四通电磁换向阀21的线圈21b通电、线圈21a失电，二位 四通电磁换向阀21换向工作在右位，高压油进入回转液压缸7的右腔，活塞杆向左驱动动 力卡盘3夹紧工件1的外圆面，夹紧力为F。。车床主轴4开始旋转后，转速变送器26测得 的主轴转速反馈给控制器10，随着车床主轴4转速的升高，因卡爪2所受的离心力增加，动 力卡盘3的夹紧力减小，车床主轴4的转速升高到2000rpm时，控制器10输出控制信号经 第三继电器35控制第三个二位二通电磁换向阀32换向工作在右位，先导式减压阀18输出 压力2. 5MPa，动力卡盘3的夹紧力恢复到初始夹紧力F。；车床主轴4的转速升高到3500rpm 时，控制器10输出控制信号经第二继电器34控制第二个二位二通电磁换向阀31换向工作 在右位，同时输出控制信号经第三继电器35控制第三个二位二通电磁换向阀32换向工作 在左位，先导式减压阀18输出压力3MPa，动力卡盘3的夹紧力又恢复到初始夹紧力F。；车 床主轴4的转速升高到4500rpm时，控制器10输出控制信号经第三继电器35控制第三个 二位二通电磁换向阀32换向工作在右位，先导式减压阀18输出压力3. 5MPa，动力卡盘3的 夹紧力再次恢复到初始夹紧力F。；在整个升速过程中，动力卡盘3的夹紧力只在较小的范 围内变化。固定液阻27、28、29和蓄能器19在压力切换时起稳压作用。压力变送器25的 电信号端反馈给控制器IO，当压力切换需要控制两个二位二通电磁换向阀同时换向时，利 用压力变送器25的信号精密控制两个电磁换向阀的切换时间之差，使先导式减压阀18的 出油口压力的变化更平稳，压力切换更可靠。 工件1切削加工完毕后，车床主轴4开始降速，随着车床主轴4转速的降低，因卡 爪2所受的离心力减小，动力卡盘3的夹紧力增加。车床主轴4的转速降至4500rpm时，动 力卡盘3的夹紧力增大到F。，控制器10输出控制信号经第三继电器35控制第三个二位二 通电磁换向阀32换向工作在左位，先导式减压阀18输出压力降至3MPa ;车床主轴4的转 速降至3500rpm时，动力卡盘3的夹紧力又增大到F。，控制器10输出控制信号经第二继电 器34控制第二个二位二通电磁换向阀31换向工作在左位，同时输出控制信号经第三继电 器35控制第三个二位二通电磁换向阀32换向工作在右位，先导式减压阀18输出压力降至 2. 5MPa ;车床主轴4的转速降至2000rpm时，动力卡盘3的夹紧力再次增加爱到F。，控制器 10输出控制信号经第三继电器35控制第三个二位二通电磁换向阀32换向工作在左位，先 导式减压阀18输出压力降至2MPa ;在整个降速过程中，动力卡盘3的夹紧力的变化被限制 在一个较小的范围内；车床主轴4停止旋转后，二位四通电磁换向阀21的线圈21a通电，线 圈21b失电，二位四通电磁换向阀21换向，液压泵站输出的高压油液进入回转液压缸7的 左腔，回转液压缸7驱动动力卡盘3松开棒形工件1。 动力卡盘3夹持圆盘形工件的内孔时，电磁换向阀21的线圈21a通电，线圈21b 失电，液压泵站输出的高压油液进入回转液压缸7的左腔，回转液压缸7驱动动力卡盘3夹 紧圆盘形工件的内孔。车床主轴4的转速升高时，因卡爪2所受的离心力增加，动力卡盘3
的夹紧力增大，控制器io输出信号控制三个二位二通电磁换向阀，使先导式减压阀的输出
压力从2MPa依次调低为1. 5MPa、lMPa、0. 5MPa ;车床主轴4的转速降低时，控制器10输出信 号控制三个二位二通电磁换向阀，使先导式减压阀的输出压力从0. 5MPa依次升高为lMPa、 1. 5MPa、2MPa，在车床主轴4的升速和降速的过程中，动力卡盘3的夹紧力的变化始终被限制在一个较小的范围内。车床主轴4停止旋转后，电磁换向阀21的线圈21b通电，线圈21a 失电，电磁换向阀21换向，液压泵站输出的高压油液进入回转液压缸7的右腔，回转液压缸 7驱动动力卡盘3松开盘形工件。 本发明的第二个实施例如图2所示，液压泵站的油压调节装置包括先导式溢流阀 18'、蓄能器19、2 5套压力调节阀组，每套压力调节阀组均包括溢流阀、二位二通电磁换 向阀和固定液阻；先导式溢流阀18'的进油口与供油装置的高压出油口和供油方向控制装 置的电磁换向阀21的高压进油口相连，它的回油口与油箱11相连，它的远程控制口与第一 套压力调节阀组的进油口相连，蓄能器19的进油口与先导式溢流阀18'的进油口相连。控 制器IO输出控制信号经三套继电器33、34、35控制三个二位二通电磁换向阀24、25、26，调 节先导式溢流阀18'的进油口压力和回转液压缸7腔内的油液压力，保持动力卡盘3的夹 紧力只在较小的范围内变化。
权利要求
一种夹紧力多级可调的液压动力卡盘，包括液压动力卡盘，由供油装置、油压调节装置、供油方向控制装置和供油压力监测装置组成的液压泵站，信号采集控制系统；其特征在于1)所述的油压调节装置包括先导式减压阀(18)、蓄能器(19)、2～5套压力调节阀组，每套压力调节阀组均包括溢流阀、二位二通电磁换向阀和固定液阻；先导式减压阀(18)的进油口与供油装置的高压出油口相连，它的出油口与供油方向控制装置的电磁换向阀(21)的高压进油口相连，它的回油口与油箱(11)相连，它的远程控制口与第一套压力调节阀组的进油口相连，蓄能器(19)的进油口与先导式减压阀(18)的出油口相连；或所述的油压调节装置包括先导式溢流阀(18’)、蓄能器(19)、2～5套压力调节阀组，每套压力调节阀组均包括溢流阀、二位二通电磁换向阀和固定液阻；先导式溢流阀(18’)的进油口与供油装置的高压出油口和供油方向控制装置的电磁换向阀(21)的高压进油口相连，它的回油口与油箱(11)相连，它的远程控制口与第一套压力调节阀组的进油口相连，蓄能器(19)的进油口与先导式溢流阀(18’)的进油口相连；第一套压力调节阀组的第一溢流阀的进油口与第一固定液阻的进油口和第一套压力调节阀组的进油口相连，第一固定液阻的出油口与第一个二位二通电磁换向阀的进油口相连，第一个二位二通电磁换向阀的出油口与第一溢流阀的出油口和第一套压力调节阀组的出油口相连；最后一套压力调节阀组的进油口与上一套压力调节阀组的出油口相连，最后一套压力调节阀组的最后一个溢流阀的进油口与最后一个固定液阻的进油口和最后一套套压力调节阀组的进油口相连，最后一个固定液阻的出油口与最后一个二位二通电磁换向阀的进油口相连，最后一个二位二通电磁换向阀的出油口与最后一个溢流阀的出油口和最后一套压力调节阀组的出油口相连，最后一套压力调节阀组的出油口与油箱相连；2)所述的信号采集控制系统包括控制器(10)、转速变送器(36)和2～5套继电器；转速变送器(36)安装在车床主轴(4)的后端部，它的电信号端与控制器(10)电连接；每套继电器的输出电信号端与各自的二位二通电磁换向阀的电信号端电连接，每套继电器的输入电信号端分别与控制器(10)电连接。
2. 根据权利要求1所述的一种夹紧力多级可调的液压动力卡盘，其特征在于所述的 供油方向控制装置的电磁换向阀(21)的高压进油口上安装压力变送器(37)，压力变送器 (37)的电信号端与控制器(10)电连接。
3. 根据权利要求1或2所述的一种夹紧力多级可调的液压动力卡盘，其特征在于所 述的先导式减压阀(18)为先导式二通减压阀或先导式三通减压阀。
全文摘要
本发明公开了一种夹紧力多级可调的液压动力卡盘。包括液压动力卡盘，由供油装置、油压调节装置、供油方向控制装置和供油压力监测装置组成的液压泵站，信号采集控制系统。所述的油压调节装置由先导式减压阀或先导式溢流阀阀、蓄能器、多套压力调节阀组组成，采集控制系统的转速变送器安装在车床主轴的后端部，与控制器电连接；每套压力调节阀组的控制继电器的输入电信号端分别与控制器电连接。车床主轴加速和减速的过程中，可有级调节液压泵站的输出油压和回转液压缸的供油压力，保持液压动力卡盘的夹紧力只发生较小的变化，在夹持精加工工件或易变形工件时，既能实现可靠夹持，又能实现高转速，满足高速切削的要求；同时具有成本低的优点。
文档编号B23B31/02GK101693301SQ200910153399
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月22日 优先权日2009年10月22日
发明者周城, 杨利奎, 杨华勇 申请人:浙江大学;