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數控真空體系的研制與運轉原理

  1概述國外進口的數控精加工車床,被加工零件裝卡常采用硬裝卡方式。當需要在數控車床上加工一個低強度薄壁件時,不允許采用硬裝卡方式,此時可以采用真空吸附夾具,它不僅能平穩、可靠地夾緊物體,又不易損壞抓取物件的表面。為此,我們設計了一套采用真空吸附方式的數控車床用真空夾具系統,由真空泵提供真空源,在真空主管路上并聯多臺數控車床,實現多路真空吸附。為保證車床吸附口的真空穩定性,在機房集中配置兩臺流量為15 ( l/S)的真空泵,車床旁采用真空減壓閥等一系列控制元件來提高真空的穩定性。該系統結構緊湊,性能安全可靠,操作簡單。

  2工作原理2. 1真空系統工作原理真空系統主要是根據真空發生裝置來分為真空泵系統和真空發生器系統兩種。根據車間的實際配置,數控車床用夾具采用真空泵系統,真空泵是吸入口形成負壓,排氣口直接通大氣,兩端壓力比很大的抽除氣體的機械。真空用于監測真空回路的真空值。當真空泵端因故突然停止抽氣,真空下降時,帶管接頭單向閥3可快速切斷真空回路,保持夾具內的真空壓力不變,延緩吸附工件脫落的時間,以便采取安全補救措施。

  由于半精加工及精加工不同要求吸力的大小有所改變,可通過真空減壓閥5實現對真空吸附夾具10內真空壓力的調節,調節范圍為0 - 0. 1 MPa.其調節方法為預先設定被吸工件所需真空壓力值,然后將開關旋置于接通狀態,旋鈕式二位三通閥6旋到吸的位置,開始抽取真空。

  因機房真空罐有足夠的容積,當真空吸附夾具10真空度達到減壓閥5的設定值時,工件可安全的被吸附加工。卸工件時將旋鈕式二位三通閥6旋到卸的位置,夾具端則與真空泵段斷開,關閉進氣端,開啟排氣端,并根據需要調節真空破壞調速閥7控制放氣速度,從而控制卸工件的快慢。真空破壞調速閥7的排氣口安裝有消聲器8,可以降低噪聲。

  在真空吸附夾具10與真空源1之間設置了真空過濾器9對油污、粉層起過濾作用,以防止真空系統中的元件受污染出現故障。對真空泵系統來說,真空管路上一條支線裝一個真空吸附夾具10是*理想的。

  但是現在車間有6臺數控機床,經常同時工作,這樣由于吸著或未吸著工件的真空吸附夾具個數發生變化或出現泄漏,會引起管路的壓力變動,使真空減壓閥5的設定值不易設定,特別是對小工件小孔口吸著的場合影響更大。為了減少多個真空吸附夾具10吸取工件時相互間的影響,可在回路中增加真空罐和真空調壓閥提高真空壓力的穩定性;同時在每條支路上裝真空切換閥,如果一個真空吸附夾具泄漏或未吸著工件時,減少了影響其他真空吸附夾具工作的可能性。經過比較試驗,證明了采用上述措施能有較好的效果,但不能從根本上解決問題。

  2. 2真空吸附夾具工作原理數控車床用真空吸附夾具的結構原理。

  裝配時先將軟尼龍管5從數控車床的主軸孔穿進,再和旋轉式快換接頭4連接。通過數控車床的三爪卡盤將固定座3定位并夾緊。加工時,先用金屬吸盤1對工件進行吸附,機床起動后,主軸帶動真空吸附夾具工作。由于旋轉式快換接頭4內置滑動軸承和旋轉用密封圈,在機床旋轉時即保持住管路的真空度,又保證軟尼龍管5不隨著機床主軸旋轉。真空吸附夾具的設計中,旋轉式快換接頭4的使用是整個夾具的關鍵。我們選用某公司的KX型高速旋轉式快換接頭,可以滿足每分鐘1200轉的轉速,旋轉力矩小于0. 014 Nm的要求。

  3流量計算3. 1*大流量Q已知各支路配管內徑D為( 7. 5 mm,管長L為2 m.從切換閥到吸盤之間配管系統的*大流量Q.Q = 11. 1 S = 277. 5(L /m in);式中S:由得配管有效截面積為25 mm 2 3. 2響應時間達到真空度的63%時的吸著響應時間T 1。T 1 = 60 V /Q = 0. 019(m in)式中V:由配管容積為0. 088( L)Q:從切換閥到吸盤之間配管系統的*大流量為277. 5( L /m in)達到真空度的95%時的吸著響應時間T 2。T 2 = 3 T 1 = 0. 057(m in)。此時間可以滿足真空吸附要求。

  3. 3工件吸著時的泄漏量Q為了找出系統漏率,利用某公司的ZL112真空發生器代替真空泵聯接控制系統做吸取試驗。系統顯示吸盤內真空壓力只能達到- 0. 05 MPa,根據真空發生器的流量特性曲線查得吸入流量為15 L /m in,也就是每臺車床支路漏率Q漏為15 L /m in.

  當6臺車床同時工作時每臺車床支路上平均流量:Q平= Q總/6 - Q漏= 285 L /m in > 277. 5 L /m in式中Q總:系統總流量為1800 L /m in; Q漏:每臺車床支路漏率為15 L /m in即*終各支路流量可達285 L /m in,在響應時間內整個系統流量滿足需求。

  通過調節截止閥的有效截面積設定其流量值為277. 5 L /m in.當某一支路泄漏而與大氣接通時,此支路的漏率Q漏1為277. 5 L /m in,其他5臺車床同時工作的情況下各支路的漏率Q漏為:Q漏= 15 + 277. 5 /5 = 70. 5(L /m in)每臺車床支路上平均流量Q平為:Q平= Q總/5 - Q漏= 289. 5 L /m in > 277. 5 L /m in即各支路仍可保證截止閥設定的流量值,在響應時間內各系統流量滿足需求。因此當其中某一支路出現泄漏時不影響其他各支路的正常工作。

  4結束語外購元器件大都是選用某公司產品,其性能可靠。經過使用證明整個系統操作簡單、方便,總體布局緊湊、整潔、美觀,具有較高的經濟效益。

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