真空吸盘的原理_构造和使用.pdf

真空吸盘的原理 构造 和使用 清华大学工 程物理系新产品研制精加工会战小组 摘要 本文介绍一种吸 卡有色金属工件的简便 方法 使用这一方 法车制薄片状另条不易产生变 形 操作简单 装卡方便 一次装卡车f f l J的面 较多 工件精度可达士5微米 光洁度在甲 1 0 以 上 在批林批 孔 的高潮中 我们承担了试制一种新产品的任务 该产品的主耍部件 是由近 百个易变形 的 无氧铜另件 组成的 它们 的几个主耍 尺寸 的精度都在士5微米 光洁度在 守1 0 以上 对 于这种易变形的 无氧铜 另件 耍加工达到这样高的精度 是非常困难 的 即使保 证了精度 也很难保证它 的光 洁度 而保证了光洁度 又达不到精度 有 的资本主义国家 把这种另件的 加工 工艺列为专利 根据我们所知 道的情况和 我们自己的工 作经验 曹考虑过采用一 些胀 胎或特殊缩卡来保 证 工艺耍 求 这样 就需 要用几百小时 的工 作量 来加 工胀胎或缩卡 既使这样做 也不一 定 能够达 到另件设计耍求 的精度 和光洁 度 因此 应 当寻找另外的路子 我们学习了毛主席著作 批 判了林彪 孔老二 的 上 智下愚 的反动观点 以及墨守陈 规 迷信书本 迷信洋人等旧思想 旧观点 具体分析了另件的特点 技术要 求和加工工艺 之间的矛盾 大 家认 为 那些 胀胎 缩卡都是三 十年代 的东 西 它 的应用范围 是有条件的 随着工件加 工耍求 的提高 如果仍然耍用胀胎缩卡一类的方法来保证加工耍 求 势必使肤胎 缩卡越做越 复杂 从而 使它们 本身就很难做出来 往往是费劲很大 而收效甚微 我们决 心耍 跳出这 个框框 去寻找新的加工 工艺 问题的关键在于 既要固定好工件 又不 能 使 它 变 形 我们先是大家都来摆方案 又去有关 的单位参 观调 查 努力集思广盘 然后认其分析研 究 清河 水暖厂用压 缩空气来装卸卡夹的有 关技术革新 对我们的启发很大 我们提出 能 釜 参加这项革新 工作的 主要有孙敬清 工人 张启祥 工人 田嘉禾 教师 同志 1 2 8 不能用真空吸 咐 的办法 来固定加 工工件 可 是有的人 说 其空必须 密封 密封问题不 好解决 我们 工人和教师 一起 共同分析矛盾 进行试验 经过多次反复 终于 突 破了难 关 解决了密封问题 实践使我们还体会到 任何新生的东西 总不 是一开始 就 很 完 善的 也不 是没有 斗争 的 在真空吸盘用于机 床 加工 出第一组高精度产品的过 程中 也出现过一 些问题 如工件 有时掉下来 装卸也井不得心应手等 当出现 这些 问题的时候 我们冷静地 认为 这是新生 事物成长过程中的 正常现象 说明我们对客观规律的 认识不 可能 一次完成 而必须在实践中 使认识逐步深化 从 而逐步改进 我们 的设计和操作方法 使 之趋于完善 可 是 就在这种时 候 个别人的崇洋迷 外思想又冒了出来 说 还是 用缩卡保险 耍 不 外国进口的机床 为什 么带那 么多缩卡 这说明外国还是用缩卡 的嘛 我们认 为 中国人 民遵照 毛主席 独立 自 主 自力更生 的教导 要走出 自己的道 路 我们井不反对吸收国外 的先进的技术 但是我 们反对跟在洋人的后面爬行 此后 我们又继续发挥 三结 合 的威力 改进了旋转密封 增加了一些另件 井在吸盘上采取 了防掉的措施 这才逐步地 比较完善起来 至今 我们已 经成功地用这种办 法加工 了四百多个直径在 10 0 毫米左右的易变形 的无氧铜另件 质量 全部 达 到 了设计耍求 经 受了实践的考验 我们还耍进一步 总结经验 继续改进 使它在精加工 中充 分发挥它应有的作用 现将有关 问题总结于后 供大 家参考 我们 设计的这套其空吸 合装卡装置 主要 是通过其空吸盘来实现 的 其空吸盘不但适于加工薄片另件 对 于具 有一定吸合面 的其 他另件亦能应用 我们曹用 这种吸盘加工 环状另件效果也很好 其空吸盘有制 造简单 价格 便宣 定位精度高 被加工 另件变形小和装卸另件方便等优 点 一 其空吸盘的结构 其空吸盘由吸盘装置 旋转真空密封装置和具空泵组成 吸盘装置根据工件情况 我们来用八1 6 合金铝制成 其 他材料如黄铜钢亦可 在吸合 面处开有抽气槽 具空 泵不 断排气造成抽气槽内其空 使被加工 另件在大气压力下紧贴于吸 合 面上 在吸合面 之间 涂以7 412密封体 图 1 吸盘装置可直接装于机床 主轴 亦可用普 通 三 爪卡盘夹持工作 轴谈 又又又橇 7 7 7 夕夕夕夕 琴琴 7 7 7 户 护 护 卜卜卜卜卜 卜卜卜 撇撇撇撇撇撇 l l l 厂 l 厂 l l l l l l l l l 三下 一 班 1 1 1 一 一 1 1 1 姚姚姚李李禅禅禅禅禅 图1吸盘体示意图 图2旋转真空密封装置 接真空装里 2 抽气槽 另件 5 大气压 吸 盘装置 129 旋转具空 密封装 置可由黄铜或 其他 耐磨金属材料制成 其结 构如 图 2 所示 具空吸盘装 置的抽气管道通 过一段其空橡 皮管与旋转密封的旋转轴相连 旋转轴支承于一对滚 珠 轴承 上 与 外壳保持滑动配 合即可 在此配合 面处的外 壳上开有特殊方牙螺纹槽 如图 2 按照机 床 正常转动 方向 A处为右旋方牙螺 纹 B处为左旋方牙 螺纹 当机 床主轴高速 转动时带动 旋转 密封 装置的轴一同旋转 由油杯注人的高粘度油在此旋转轴带动下沿所开螺纹槽按箭头 方 向运动 在 中部C处形 成其空 密封环 阻止大气从滑动配 合处侵入 这种 密封装置可在任 意 转速下工作 密封效果良 好 我们在最高转速 达 300 转 分 的高速机床上长期 使用 工作 正常 密封油可用普通机械泵油或 5 机油 用油量约1 5毫升Z小时 具空泵可用 一般旋片式机械具 空泵 规格不限 二 具空 吸盘使用情况 真空吸盘工作时被加工另件受 力情况如图5 f 3所示 其 中P 表切削 力 公斤 尸2表 另 件所 受大 气压 力即吸 合 力 公斤 S 为另件 与吸盘体间形成 其空吸 力的吸 合面 厘 米2 5 2 为另件与 吸盘装置吸 合 后 之 接 触 面 厘 米2 吸合力尸2 P 一P o s l 其中P 为大气压 强 公斤l 厘米 尸为抽 气 槽内具空 度以公斤 厘米 表示 当具空度达 到P 0 1尸 时 尸即 可忽略 此时尸2 P 5 尸 约 为 1公斤 厘 米 则p 1 5 1 公斤 此式表明 当抽气 槽内真空 度达到一定程度以 后 吸合 力天小只 少少少 黄黄黄 图 3 取决于 吸合面积的 大小 吸合 力P Z 相 当另件作用于卡盘体上的 正压 力 按照另件与 吸盘装 置接 触面5 2 为光滑接触考虑 静摩擦系 数约为0 25 则其间的座擦力为 o 2 5 p 2 当另件被 切削时 切削 力P l 小 于由尸2产生于夕2面上的摩擦力时 另件才 能保持稳定 如果尸 之 0 2 5 P 2 则工件开始滑动或者脱 离吸盘而飞 出 故切 削规范应选择为 尸l 切削力 0 25尸2 即0 2 55 公斤 而与抽气槽 内具空程度和接触 面积5 2 无关 我们曹在高速精密车床上进行试验 另件为外径巾8 0毫米 厚 4 毫米无氧铜薄片 吸合 面积按图 4所示尺寸计算为凡二二 R 一r 二1 8 厘 米2 按以上考虑 应有切削 力p 0 2 5 S 即p l 4 5公斤 我 们选用规范为转速80 0转 分 走刀量0 0 3毫米 转 外园 吃刀量 1 毫米 刀具为白钢偏刀 后角7 前角2 0 估算切削 力P 为 4 公斤 切削时 工件吸着牢固 切 削后测量 尺寸 误差均在机床精度以内 真空吸盘定位误差极 小 选择合适 的吸盘装置 可使 定位基面与 测量 基面一致 减少 间 接测量带 来的积累误 差 这样可保证被加工 另件的精度 如图 5 所示 在加 工 中8 0 x4 薄片 时 预先 将吸 盘端面 找正车平 以保证 端面与主轴的垂直 度 然 后以D面为吸 合面 可将A B C三个加工 面一次车成 这样保证内孔与 外园的 同心度及 与端面的垂道度 最后以B面 吸 合 车端面D 则所有加工面 均可保 证垂 直及平 行度 这种 另件的设计耍求 同心度 5 微米 平行度 5 微米 采用真空 吸盘加工达 到同心 度2 2 5微米 平行度2 2 5微米 均在机 床 精 度以 内 130 泣泣 性性 龟龟龟龟 署署 诊诊诊诊诊 冲材材 了了了了 睽睽睽睽睽睽睽睽睽 三三 口口 广广 月月洲 洲 乌乌 歹歹 冰冰冰 一一 二二 一叫4 卜 图 4 图 5 其空 吸盘的外 园或内孔定位精 度 是用以下办法保证 的 采用滑合 座止 口定位 可保证 另件 同心 度在 5 微米 以内 如果同心度耍 求更高 可先将另件吸 于吸盘装置上 利用放气阀调节 抽气槽内真空程 度 一般调至1 0毫米汞柱压强 使 另件轻微附着 于吸盘装置上 此时稍加 外力 另件即可沿吸合面滑动 用微米级精度的 杠杆千 分表 指示 外圆或内孔偏 心的 程度 不 断 用手 调节另件在吸盘上 的位 置 操作熟练情况 下 移动 两三次即 可调准 使同心度达 到1 2 微米 以内 调准后关 闭放气阀 重新提高 具空度 使吸 合 力增至极大 即可进行切 削 这 种定位办法特别适合 于工序较多 装卸频繁而同心度要 求严 格另件的加 工 图 6 所示另件所有八个 表面均须 加工 互 相间同心 度平行度及尺 寸精度 均在 5 微 米 我 们分成两个 工序加工 第一工 序加 工里 孔 止口及一个 端 面 A B C D四个 面 第二工 序换用另一种吸盘 加 工止 曰曰曰 口口口 创创 川 川 图 6 口端面 及外圈 F GHI四个 面 在 改换工序时 采用以上外圆里孔找正方法 可保证分 成 两个 工序 加工的外 圆和 里孔 同心 度在1 1 5微米以内 其他各面垂 直或 平行度都在机 床精 度 范围 具空吸盘依 靠真空吸 力吸 附另件进行切削加工 另件只受均 匀的大气压 力 而没 有通常 卡具的夹紧外力 因此 另件没 有装卡变 形 表 面也不 受损 伤 这一优点对于硬度很 低 不能 磁化 磁化材料 可采用磁吸方法 的有色金属另件特别 突出 采用具空吸盘加工的 外圆或里 孔椭圆度均由机床 精度 决定 真空吸盘结构简单 装卸另件 十分方便 只需打开放气阀 吸力即行消失 就可 以装卸 另件 另件安装完毕 关闭放气阀 立刻产生吸 力 吸 紧工件 装卸过程 另件受 力均 匀 很 少发生划伤 表面 的情况 对于光洁 度达1 0 级 以上 的另件 由于 其表 面和具空吸盘装置表 面接 触会形成 分 子粘着 现象 卸下另件十分困难 我们利用压 缩空气压人抽气管内 将 另件 轻轻 顶 下 而 不损伤 高光洁度表 面 来用真空 吸盘对 于 单件生产 或成 批生产 都能达 到降 低 生产成本 减轻 工人的劳动强度的 131 目的 特别在机床加 工任 务变化 频繁 经常改换卡具情况下 具空 吸盘由于构造简单 装卸 后 能重覆使用 每次 重装只需很 少调整时 间 例 如加工薄片 另件 的吸盘装置 每次 重装只需 重新车光吸盘端面即 可恢复其定位精度 三 存在问题 其空吸盘对 于长度 l直径较大的另件加工 有一定困难 容易产生吸 力 不足夹持不稳的 飞活 事故 由于产生吸 力的吸合面积 s l 对 于一定 另件总是有限的 因此 另件加工时承受切 削力不能过 大 这点对于精密加工微薄切削情况 是不成问题 的 但 对 于粗加 工或半精加工需要大切 削量情况 这种吸盘就不适应了 其空吸盘依靠具空 吸力吸引 另件工作 的 因此在切削 时真空度 的破坏将 发生 飞 活 事故 这一 点在切削 力的选用和保 证其空 系统 可靠方 面应该特别 注意 Th e P r in e iple C o n stru et io na n dOp e r a tio n o fV a eu u m 一Su e tio n 一d isk P r e e isio n P r o e essin g gr o u P D ePartme ntof ofrese ar eh inga n dma nufaeturin g tl ie new P r o du e ts E ngfne er i ng P h夕sie s T singhua U niv e r s ity A七 Stra亡t T hisP aPer P res entsas im Ple m etho d ofehu c ki ngan d su ckin g Pi eee s m adeof non一fer r ous m eta l s APPlying this m etho d m aehin e P a rtsof thin diskf o r m turned on la the do e s nots u ff e ru na ll owab le d e f or m ation Its o Pe r