数控真空体系的研制与运转原理

　　1．概述国外进口的数控精加工车床，被加工零件装卡常采用硬装卡方式。当需要在数控车床上加工一个低强度薄壁件时，不允许采用硬装卡方式，此时可以采用真空吸附夹具，它不仅能平稳、可靠地夹紧物体，又不易损坏抓取物件的表面。为此，我们设计了一套采用真空吸附方式的数控车床用真空夹具系统，由真空泵提供真空源，在真空主管路上并联多台数控车床，实现多路真空吸附。为保证车床吸附口的真空稳定性，在机房集中配置两台流量为15 （ l/S）的真空泵，车床旁采用真空减压阀等一系列控制元件来提高真空的稳定性。该系统结构紧凑，性能安全可靠，操作简单。

　　2．工作原理

　　2. 1真空系统工作原理真空系统主要是根据真空发生装置来分为真空泵系统和真空发生器系统两种。根据车间的实际配置，数控车床用夹具采用真空泵系统，真空泵是吸入口形成负压，排气口直接通大气，两端压力比很大的抽除气体的机械。真空用于监测真空回路的真空值。当真空泵端因故突然停止抽气，真空下降时，带管接头单向阀3可快速切断真空回路，保持夹具内的真空压力不变，延缓吸附工件脱落的时间，以便采取安全补救措施。

　　由于半精加工及精加工不同要求吸力的大小有所改变，可通过真空减压阀5实现对真空吸附夹具10内真空压力的调节，调节范围为0 - 0. 1 MPa.其调节方法为预先设定被吸工件所需真空压力值，然后将开关旋置于接通状态，旋钮式二位三通阀6旋到吸的位置，开始抽取真空。

　　因机房真空罐有足够的容积，当真空吸附夹具10真空度达到减压阀5的设定值时，工件可安全的被吸附加工。卸工件时将旋钮式二位三通阀6旋到卸的位置，夹具端则与真空泵段断开，关闭进气端，开启排气端，并根据需要调节真空破坏调速阀7控制放气速度，从而控制卸工件的快慢。真空破坏调速阀7的排气口安装有消声器8，可以降低噪声。

　　在真空吸附夹具10与真空源1之间设置了真空过滤器9对油污、粉层起过滤作用，以防止真空系统中的元件受污染出现故障。对真空泵系统来说，真空管路上一条支线装一个真空吸附夹具10是最理想的。

　　但是现在车间有6台数控机床，经常同时工作，这样由于吸着或未吸着工件的真空吸附夹具个数发生变化或出现泄漏，会引起管路的压力变动，使真空减压阀5的设定值不易设定，特别是对小工件小孔口吸着的场合影响更大。为了减少多个真空吸附夹具10吸取工件时相互间的影响，可在回路中增加真空罐和真空调压阀提高真空压力的稳定性；同时在每条支路上装真空切换阀，如果一个真空吸附夹具泄漏或未吸着工件时，减少了影响其他真空吸附夹具工作的可能性。经过比较试验，证明了采用上述措施能有较好的效果，但不能从根本上解决问题。

　　2. 2真空吸附夹具工作原理数控车床用真空吸附夹具的结构原理。

　　装配时先将软尼龙管5从数控车床的主轴孔穿进，再和旋转式快换接头4连接。通过数控车床的三爪卡盘将固定座3定位并夹紧。加工时，先用金属吸盘1对工件进行吸附，机床起动后，主轴带动真空吸附夹具工作。由于旋转式快换接头4内置滑动轴承和旋转用密封圈，在机床旋转时即保持住管路的真空度，又保证软尼龙管5不随着机床主轴旋转。真空吸附夹具的设计中，旋转式快换接头4的使用是整个夹具的关键。我们选用某公司的KX型高速旋转式快换接头，可以满足每分钟1200转的转速，旋转力矩小于0. 014 Nm的要求。

　　3．流量计算3. 1最大流量Q已知各支路配管内径D为（ 7. 5 mm，管长L为2 m.从切换阀到吸盘之间配管系统的最大流量Q.Q = 11. 1 S = 277. 5（L /m in）；式中S：由得配管有效截面积为25 mm 2 3. 2响应时间达到真空度的63%时的吸着响应时间T 1。T 1 = 60 V /Q = 0. 019（m in）式中V：由配管容积为0. 088（ L）Q：从切换阀到吸盘之间配管系统的最大流量为277. 5（ L /m in）达到真空度的95%时的吸着响应时间T 2。T 2 = 3 T 1 = 0. 057（m in）。此时间可以满足真空吸附要求。

　　3. 3工件吸着时的泄漏量Q为了找出系统漏率，利用某公司的ZL112真空发生器代替真空泵联接控制系统做吸取试验。系统显示吸盘内真空压力只能达到- 0. 05 MPa，根据真空发生器的流量特性曲线查得吸入流量为15 L /m in，也就是每台车床支路漏率Q漏为15 L /m in.

　　当6台车床同时工作时每台车床支路上平均流量：Q平= Q总/6 - Q漏= 285 L /m in > 277. 5 L /m in式中Q总：系统总流量为1800 L /m in； Q漏：每台车床支路漏率为15 L /m in即最终各支路流量可达285 L /m in，在响应时间内整个系统流量满足需求。

　　通过调节截止阀的有效截面积设定其流量值为277. 5 L /m in.当某一支路泄漏而与大气接通时，此支路的漏率Q漏1为277. 5 L /m in，其他5台车床同时工作的情况下各支路的漏率Q漏为：Q漏= 15 + 277. 5 /5 = 70. 5（L /m in）每台车床支路上平均流量Q平为：Q平= Q总/5 - Q漏= 289. 5 L /m in > 277. 5 L /m in即各支路仍可保证截止阀设定的流量值，在响应时间内各系统流量满足需求。因此当其中某一支路出现泄漏时不影响其他各支路的正常工作。

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