数控龙门铣边机液压电控磁力夹具设计

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Design of Hydraulic Electrical·controlled Magnetic Fixture for CNC GantryType Milling MachineQIU Hong ，SHEN Yin ，GAO Chaoxiang ，REN Xiaohong ，LIANG Xiong(1.Sichuan Colege of Chemical Technology，Luzhou Sichuan 646000，China；2.College of Engineering and Technology，Southwest University，Chongqing 4007 1 5，China；3.CSR Ziyang Locomotive Company，Ziyang Sichuan 641300，China)Abstract：The traditional hydraulic clamping device has been unable to meet needs of users at present.Now，the fixture is inneed of high precision，high safety and automation.A hydraulic electrical-controled magnetic fixture was designed.Through controllingcurrent，the magnitude of electromagnetic force was regulated，thus the vertical direction displacement was aajusted.Hydraulic circuitwas used to control the lateral position.The two direction motions were synthesized to realize clamping and positoning for irregularcomplex parts。

Keywords：Clam ping device；Electromagnetic force；Hydraulic circuit夹具是产品生产的-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-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-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型方向。

电磁铁是由-些芭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-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--对应，通过 PLC装置收稿日期 ：2011-12-15基金项目：泸州市科技局指导课题 (泸市科 [2011]108)作者简介：邱红 (1975-)，女，讲师，主要从事机械电子方面的教学和科研工作。E-mail：qiuhong-lz###163.corn。

第 2期 邱红 等：数控龙门铣边机液压电控磁力夹具设计 ·47·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-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虎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。

线圈害- 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-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-般是型材或者铸件，其含碳量-般较多，硬度较硬，所以夹紧钳口力学性能-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-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♂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。

齿条式活图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-个液压缸、-个液压泵、-个三位四通换向阀 (H型)、溢流阀、-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祝电动机带动泵旋转，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，进回图4 液压锁紧回路行油路换向。原理见图4。

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(下转第50页)泵阀四磁阀单 缸压流位电向控阀压箱 液溢三通换液向液油l 2 3 4 S 6 · 50· 机床与液压 第 4l卷③ 缸筒壁厚当 D80 mm，材料为 45钢，则气缸的外径D。92 mm。

④ 活塞行程额定排气压力P1 MPa。由空气压缩机技术规格查取壁厚 6 mm口 ， 得 ，选用空压机型号为：V-0.1/10。

3 结束语L3. 75D 300 mm⑤ 空气消耗量Q12.058 L/min综上，选气缸QGA I80×300 MF 。

2.4 方向控制阀的选取(1)选择控制元件选择气控气阀控制。选定气缸供气口接管螺纹为M22×1.5，初选阀体管道通径为 15 mm ，控制阀的型号口 有两位三通脚踏阀Q23R7A、两位五通换向阀QSR5，快拧式直通式终端管接头JSM-ZIO。

(2)压力损失计算为使执行元件正常工作，气流总压力损失必须满足下式：∑△p砬≤[∑△p] (6)式中：∑Ap以 为气动元、辅件的总压力损失，为压力损失简化修正系数。∑△P以为0.075 MPa，取K 1.1，则 ∑△p以0.082 5<0.1 MPa，满足条件。故选定管道直径为15 mm。

2.5 空气压缩机的选取根据计算压缩机供气量和供气压力，选择压力范围广、效率高、适应性强的两级往复式活塞压缩机，与传统水检法相比，该检测装置具有准确可靠、操作简单方便、设备投资费用少、维护方便、管件的安装简单方便、采用组合夹具进行装夹、可以完成不同管径的管件检测等特点。在此基础上，若能利用现代控制手段 (例如：PIE)对气动阀体进行控制，将使该装置由手动控制变为自动控制，进-步提高检测效率。