带液压锁的液压动力卡盘的夹紧力多级调节装置 【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带液压锁的液压动力卡盘的夹紧力多级调节装置。
背景技术
带液压锁的液压动力卡盘是数控车床的工件夹具，由带液压锁的回转液压缸和动力卡盘组成。带液压锁的回转液压缸内部自带由两个液控单向阀组成的液压锁，在液压泵站的输出供油管路爆裂时，液压锁对带液压锁的回转液压缸保压。带液压锁的回转液压缸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。
提高带液压锁的回转液压缸的初始供油压力，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，是提高带液压锁的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。带液压锁的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，如何使带液压锁的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。采用电液比例
压力阀控制的带液压锁的液压动力卡盘的夹紧力在车床主轴变速时保持恒定，但硬件成本高。
【发明内容】
因此本发明的目的是提出一种带液压锁的液压动力卡盘的夹紧力多级调节装置，带液压锁的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：
包括带液压锁的液压动力卡盘，由供油装置、油压调节监测装置组成的液压泵站，信号采集控制系统；其中：
1)所述的油压调节监测装置：包括两个先导式减压阀、两个蓄能器、两个安全阀、两个二位三通电磁换向阀、两个压差继电器和两套结构相同的压力多级调节阀组，每套压力多级调节阀组均包括2～5套压力阀组，每套压力阀组均包括溢流阀、二位二通电磁换向阀和固定液阻。
第一先导式减压阀的进油口与供油装置的高压出油口相连，它的出油口与第一个二位三通电磁换向阀的高压进油口和第一蓄能器的进油口相连，它的回油口与油箱连接，它的远程控制口与第一套压力多级调节阀组的进油口相连，第一安全阀的进油口与第一先导式减压阀的出油口相连，第一安全阀的出油口与油箱相连，第一个二位三通电磁换向阀的回油口与油箱相连，第一个二位三通电磁换向阀的输出油口与带液压锁的回转液压缸地第一进出油口相连；
第二先导式减压阀的进油口与供油装置的高压出油口相连，它的出油口与第二个二位三通电磁换向阀的高压进油口和第二蓄能器的进油口相连，它的回油口与油箱连接，它的远程控制口与第二套压力多级调节阀组的进油口相连，第二安全阀的进油口与第二先导式减压阀的出油口相连，第二安全阀的出油口与油箱相连，第二个二位三通电磁换向阀的回油口与油箱相连，第二个二位三通电磁换向阀的输出油口与带液压锁的回转液压缸的第二进出油口相连。
两套压力多级调节阀组的进油口与各自的第一套压力阀组的进油口相连，第一套压力阀组的第一溢流阀的进油口与各自第一固定液阻的进油口相连，第一固定液阻的出油口与各自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各自第一溢流阀的出油口和第一套压力阀组的出油口相连；最后一套压力阀组的进油口与各自上一套压力阀组的出油口相连，最后一套压力阀组的最后一个溢流阀的进油口与各自最后一个固定液阻的进油口和最后一套压力阀组的进油口相连，最后一个固定液阻的出油口与各自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各自最后一个溢流阀的出油口和最后一套压力阀组的出油口相连，最后一套压力阀组的出油口与各自压力多级调节阀组的出油口相连，两套压力多级调节阀组的出油口与油箱相连；
第一压差继电器的高压进油口与第一个二位三通电磁换向阀的出油口相连，它的低压进油口与第二个二位三通电磁换向阀的出油口相连；第二压差继电器的高压进油口与第二个二位三通电磁换向阀的出油口相连，它的低压进油口与第一个二位三通电磁换向阀的出油口相连。
2)所述的信号采集控制系统：包括控制器、转速变送器和三套继电器组，第一套和第二套继电器组均包括2～5个继电器，第三套继电器组包括两个继电器；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；第一套和第二套继电器组的每个继电器的输出电信号端，分别与第一套和第二套压力多级调节阀组中对应的二位二通电磁换向阀的电信号端电连接，第三套继电器组的第一继电器的输出电信号端与第一个二位三通电磁换向阀的电信号端电连接，第三套继电器组的第二继电器的输出电信号端与第二个二位三通电磁换向阀的电信号端电连接，每个继电器的输入电信号端分别与控制器电连接。
所述的第一先导式减压阀的出油口上安装第一压力变送器，第二先导式减压阀的出油口上安装第二压力变送器，第一压力变送器和第二压力变送器的电信号端分别与控制器电连接。
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；同时具有硬件成本低的优点。
【附图说明】
图1是本发明第一个实施例的结构原理示意图。
图2是本发明第二个实施例的结构原理示意图。
图3是本发明第一个实施例的夹紧力、供油压力和车床主轴转速关系图。
图中：1.棒形工件，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.液压锁，9.回油罩，10.支架，11.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、19.先导式减压阀，20、21.蓄能器，22、23.压力表，24、25.安全阀，26、27.二位三通电磁换向阀，28、29.压差继电器，30、31.继电器，32、33、34、53、54、55.溢流阀，35、36、37、50、51、52.固定液阻，38、39、40、47、48、49.二位二通电磁换向阀，41、42、43、44、45、46.继电器，56.控制器，57.转速变送器，58、59.压力变送器，1’.盘形工件。
【具体实施方式】
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，本发明包括带液压锁的液压动力卡盘，由供油装置、油压调节监测装置组成的液压泵站，信号采集控制系统。
带液压锁的液压动力卡盘由动力卡盘3和带液压锁的回转液压缸7组成，带液压锁的回转液压缸7的内部自带由两个液控单向阀组成的液压锁8，动力卡盘3与车床主轴4的前端相连，带液压锁的回转液压缸7通过过渡法兰6与车床主轴4的尾端相连，拉管5的两端分别与带液压锁的回转液压缸7的活塞杆和动力卡盘3的楔心套相连，带液压锁的回转液压缸7通过拉管5驱动动力卡盘3夹紧或松开棒形工件1，带液压锁的回转液压缸7的缸体和活塞杆与车床主轴3一起旋转，带液压锁的回转液压缸7的回油罩9通过支架10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监测装置包括两个先导式减压阀18和19、两个蓄能器20和21、两个安全阀24和25、两个二位三通电磁换向阀26和27、两个压差继电器28和29、两套结构相同的压力多级调节阀组，每套压力多级调节阀组均包括3套压力阀组，每套压力阀组均包括溢流阀、二位二通电磁换向阀和固定液阻；
第一先导式减压阀18的进油口与供油装置的高压出油口相连，它的出油口与第一个二位三通电磁换向阀26的高压进油口和第一蓄能器20的进油口相连，它的回油口与油箱11连接，它的远程控制口与第一套压力多级调节阀组的进油口相连，第一安全阀24的进油口与第一先导式减压阀18的出油口相连，第一安全阀24的出油口与油箱11相连，第一个二位三通电磁换向阀26的回油口与油箱11相连，第一个二位三通电磁换向阀26的输出油口与带液压锁的回转液压缸7的第一进出油口相连。
第一套压力多级调节阀组的进油口与它的第一套压力阀组的进油口相连，第一套压力阀组的第一溢流阀32的进油口与第一固定液阻35的进油口相连，第一固定液阻35的出油口与第一个二位二通电磁换向阀38的进油口相连，第一个二位二通电磁换向阀38的出油口与第一溢流阀32的出油口和第一套压力阀组的出油口相连。
第一套压力多级调节阀组的第二套压力阀组的进油口与第一套压力阀组的出油口相连，第二套压力阀组的第二溢流阀33的进油口与第二固定液阻36的进油口和第二套压力阀组的进油口相连，第二固定液阻36的出油口与第二个二位二通电磁换向阀39的进油口相连，第二个二位二通电磁换向阀39的出油口与第二溢流阀33的出油口和第二套压力阀组的出油口相连。
第一套压力多级调节阀组的第三套压力阀组的进油口与第二套压力阀组的出油口相连，第三套压力阀组的第三个溢流阀34的进油口与第三个固定液阻37的进油口和第三套压力阀组的进油口相连，第三个固定液阻37的出油口与第三个二位二通电磁换向阀40的进油口相连，第三个二位二通电磁换向阀40的出油口与第三个溢流阀34的出油口和第三套压力阀组的出油口相连，第三套压力阀组的出油口与第一套压力多级调节阀组的出油口相连，第一套压力多级调节阀组的出油口与油箱相连。
第二先导式减压阀19的进油口与供油装置的高压出油口相连，它的出油口与第二个二位三通电磁换向阀27的高压进油口和第二蓄能器21的进油口相连，它的回油口与油箱11连接，它的远程控制口与第二套压力多级调节阀组的进油口相连，第二安全阀25的进油口与第二先导式减压阀19的出油口相连，第二安全阀25的出油口与油箱11相连，第二个二位三通电磁换向阀27的回油口与油箱11相连，第二个二位三通电磁换向阀27的输出油口与带液压锁的回转液压缸7的第二进出油口相连。
第二套压力多级调节阀组的进油口与第四套压力阀组的进油口相连，第四套压力阀组的第四溢流阀53的进油口与第四固定液阻50的进油口相连，第四固定液阻50的出油口与第四个二位二通电磁换向阀47的进油口相连，第四个二位二通电磁换向阀47的出油口与第四溢流阀53的出油口和第四套压力阀组的出油口相连。
第二套压力多级调节阀组的第五套压力阀组的进油口与第四套压力阀组的出油口相连，第五套压力阀组的第五溢流阀54的进油口与第五固定液阻51的进油口和第五套压力阀组的进油口相连，第五固定液阻51的出油口与第五个二位二通电磁换向阀48的进油口相连，第五个二位二通电磁换向阀48的出油口与第五溢流阀54的出油口和第五套压力阀组的出油口相连。
第二套压力多级调节阀组的第六套压力阀组的进油口与第五套压力阀组的出油口相连，第六套压力阀组的第六个溢流阀55的进油口与第六个固定液阻52的进油口和第六套压力阀组的进油口相连，第六个固定液阻52的出油口与第六个二位二通电磁换向阀49的进油口相连，第六个二位二通电磁换向阀49的出油口与第六个溢流阀55的出油口和第六套压力阀组的出油口相连，第六套压力阀组的出油口与第二套压力多级调节阀组的出油口相连，第二套压力多级调节阀组的出油口与油箱相连。
第一压差继电器28的高压进油口与第一个二位三通电磁换向阀26的出油口相连，它的低压进油口与第二个二位三通电磁换向阀27的出油口相连；第二压差继电器29的高压进油口与第二个二位三通电磁换向阀29的出油口相连，它的低压进油口与第一个二位三通电磁换向阀27的出油口相连。
信号采集控制系统包括控制器56(控制器可采用单片机、DSP、PLC控制器或工控机)、转速变送器57、两个压力变送器58和59、三套继电器组，第一套继电器组包括三个继电器41、42和43，第二套继电器组包括三个继电器44、45和46，第三套继电器组包括两个继电器30和31；转速变送器57安装在车床主轴4的后端部，它的电信号端与控制器56电连接；第一压力变送器58安装在第一先导式减压阀18的出油口上，第二压力变送器59安装在第二先导式减压阀19的出油口上，第一压力变送器58和第二压力变送器59的电信号端分别与控制器56电连接。
第一套和第二套继电器组的每个继电器的输出电信号端，分别与第一套和第二套压力多级调节阀组中对应的二位二通电磁换向阀38、39、40、47、48和49的电信号端电连接，第三套继电器组的第一继电器30的输出电信号端与第一个二位三通电磁换向阀26的电信号端电连接，第三套继电器组的第二继电器31的输出电信号端与第二个二位三通电磁换向阀27的电信号端电连接，三套继电器组的每个继电器的输入电信号端分别与控制器10电连接。
如图1和图3所示，动力卡盘3夹持棒性工件1的外圆面。初始调节两套压力多级调节阀组的六个溢流阀，使第一溢流阀32、第二溢流阀33、第三溢流阀34、第四溢流阀47、第五溢流阀48、第六溢流阀49进出油口压差分别为2MPa、1MPa、0.5MPa、2MPa、1MPa、0.5MPa。
液压泵站未开启时，两个二位三通电磁换向阀26和27的控制线圈未通电，两个二位三通电磁换向阀27和28都工作在左位，带液压锁的回转液压缸7的两个压力腔与油箱11相通。液压泵13开启后，三个二位二通电磁换向阀38、39和40初始都工作在左位，三个二位二通电磁换向阀47、48和49初始都工作在右位，两个先导式减压阀18和19输出接近零的最低压力。
控制器56输出控制信号经第三继电器41控制第一个二位二通电磁换向阀38换向工作在右位，第一先导式减压阀18输出压力2MPa，控制器56输出控制信号经第一继电器30和第一继电器31分别控制两个二位三通电磁换向阀换向工作在右位，高压油进入带液压锁的回转液压缸7的右腔，活塞杆向左驱动动力卡盘3夹紧棒形工件1的外圆面，夹紧力为F0。
车床主轴4开始旋转后，转速变送器57测得的主轴转速反馈给控制器56，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，夹紧力降至F1，控制器56输出控制信号经第五继电器43控制第三个二位二通电磁换向阀40换向工作在右位，第一先导式减压阀18输出压力2.5MPa，动力卡盘3的夹紧力恢复到初始夹紧力F0；车床主轴4的转速升高到3500rpm时，夹紧力降至F2，控制器56输出控制信号经第四继电器42控制第二个二位二通电磁换向阀39换向工作在右位，第一压力变送器58检测到第一先导式减压阀18输出压力上升到3MPa时，控制器56输出控制信号经第五继电器43控制第三个二位二通电磁换向阀40换向工作在右位，第一先导式减压阀18稳态输出压力3MPa，动力卡盘3的夹紧力又恢复到初始夹紧力F0；车床主轴4的转速升高到4500rpm时，夹紧力降至F3，控制器56输出控制信号经第五继电器43控制第三个二位二通电磁换向阀40换向工作在右位，第一先导式减压阀18输出压力上升为3.5MPa，动力卡盘3的夹紧力再次恢复到初始夹紧力F0；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35、36、37和蓄能器20在压力切换时起稳压作用。
棒形工件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的夹紧力升高。车床主轴4的转速降至4500rpm时，动力卡盘3的夹紧力上升至F0，控制器56输出控制信号经第八继电器46控制第六个二位二通电磁换向阀49换向工作在左位，第二先导式减压阀19输出压力和带液压锁的回转液压缸7的左腔压力上升至0.5MPa，动力卡盘3的夹紧力降低至F3；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F0，控制器56输出控制信号经第七继电器45控制第五个二位二通电磁换向阀48换向工作在左位，第二压力变送器59检测到第二先导式减压阀19输出压力上升到1MPa时，控制器56输出控制信号经第八继电器46控制第六个二位二通电磁换向阀49换向工作在右位，第二先导式减压阀19稳态输出压力升至1MPa，动力卡盘3的夹紧力降低至F2；车床主轴4的转速降至2000rpm时，动力卡盘3的夹紧力再次增加到F0，控制器56输出控制信号经第八继电器46控制第六个二位二通电磁换向阀49换向工作在左位，第二先导式减压阀19输出压力升至至1.5MPa，动力卡盘3的夹紧力降低至F1；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停止转动后，控制器56输出控制信号经第一继电器30控制第一个二位三通电磁换向阀26换向工作在左位，带液压锁的回转液压缸7的活塞杆驱动动力卡盘3松开棒形棒形工件1。
控制器35输出控制信号经第二继电器31控制第二个二位三通电磁换向阀27换向工作在左位，控制器56输出控制信号经第七继电器45和第八继电器46控制第五个二位二通电磁换向阀48和第六个二位二通电磁换向阀49换向工作在右位，第二先导式减压阀19输出最低压力，控制器56输出控制信号经第四继电器42和第五继电器43控制第二个二位二通电磁换向阀39和第三个二位二通电磁换向阀40换向工作在左位，第一先导式减压阀18输出压力降至2MPa，再开始夹持下一个工件。
在车床主轴旋转4时，如果第一个三通电磁换向阀26的输出油压因油管爆裂等原因突然降为零，第一压差继电器28输出信号给控制器56，控制器56输出控制信号经第二继电器31控制第二个二位三通电磁换向阀27换向工作在左位，第二个二位三通电磁换向阀27的输出油口与油箱相通，保证液压锁8正常工作。两个安全阀24和25限制液压泵站的输出油液不高于带液压锁的回转液压缸7允用的最大供油压力。
如图2所示，动力卡盘3夹持盘形工件1’的内孔面。初始调节两套压力多级调节阀组的六个溢流阀，使第一溢流阀32、第二溢流阀33、第三溢流阀34、第四溢流阀47、第五溢流阀48、第六溢流阀49进出油口压差分别为2MPa、1MPa、0.5MPa、2MPa、1MPa、0.5MPa。液压泵站未开启时，两个二位三通电磁换向阀26和27都工作在左位，带液压锁的回转液压缸7的两个压力腔与油箱11相通。
液压泵13开启后，三个二位二通电磁换向阀38、39和40初始都工作在左位，三个二位二通电磁换向阀47、48和49初始都工作在右位，两个先导式减压阀18和19输出接近零的最低压力。控制器56输出控制信号经第六继电器44控制第四个二位二通电磁换向阀47换向工作在左位，第二先导式减压阀19输出压力2MPa，控制器56输出控制信号经第一继电器30和第一继电器31分别控制两个二位三通电磁换向阀换向工作在右位，高压油进入带液压锁的回转液压缸7的左腔，活塞杆向右驱动动力卡盘3撑紧盘形工件1’的内孔面。
车床主轴4开始旋转后，转速变送器57测得的主轴转速反馈给控制器56，随着车床主轴4转速的升高，控制器35输出信号控制第一压力多级调节阀组，使第一先导式减压阀18输出压力从0逐级升高至1.5MPa，降低活塞杆向右的推力，抵消动力卡盘3因卡爪离心力增加而提高的夹紧力，动力卡盘3的夹紧力只发生较小的变化。工件切削完毕，随着车床主轴4的转速不断降低，控制器56输出信号控制第一压力多级调节阀组，使第一先导式减压阀18输出压力从1.5MPa逐级降至最低压力，带液压锁的回转液压缸7的输出推力逐渐提高，弥补动力卡盘3因卡爪离心力减小而降低的的夹紧力，动力卡盘3的夹紧力只发生较小的变化。
车床主轴4停止转动后，控制器56输出控制信号经第二继电器31控制第二个二位三通电磁换向阀27换向工作在左位，并提高第一先导式减压阀18的输出压力，带液压锁的回转液压缸7的活塞杆向左驱动动力卡盘3松开盘形工件1’。控制器56输出信号控制第一压力多级调节阀组，使第一先导式减压阀18输出压力降低至最低压力，第一个二位三通电磁换向阀27换向工作在左位，再开始夹持下一个工件。在车床主轴旋转4时，如果第二个二位三通电磁换向阀27的输出油压因油管爆裂等原因突然降为零，第二压差继电器29输出信号给控制器56，控制器56输出信号经第一继电器30控制第一个二位三通电磁换向阀26换向工作在左位，第一个二位三通电磁换向阀26的输出油口与油箱相通，保证液压锁8正常工作。
两套压力多级调节阀组包括的压力阀组的套数按照要求的压力调节范围和压力调节的级数确定，第一套压力多级调节阀组包括的压力阀组的套数可以与第二套压力多级调节阀组包括的压力阀组的套数相等，也可以不相等。