液压垫平行度调整方案研究

夏卫明，嵇宽斌

（江苏国力锻压机床有限公司，江苏 扬州 225127）

液压垫平行度调整方案研究

夏卫明，嵇宽斌

（江苏国力锻压机床有限公司，江苏 扬州 225127）

本文对液压机液压垫上平面对工作台上平面平行度（简称液压垫平行度）超差且无法调整的原因进行了分析论证，推导了液压垫铜导板导向面相对理想位置重合、内倾、外倾，工作台固定导板导向面相对理想位置重合、内倾、外倾的九种组合工况下的液压垫平行度和导向面总间隙公式。结论为：最恶劣的两种工况是液压垫铜导板导向面和工作台固定导板导向面相对理想位置同时内倾或外倾，将会使液压垫铜导板导向面相对液压垫上平面垂直误差和工作台固定导板导向面相对工作台上平面垂直度误差两者按推导出的公式相互叠加而增大液压垫平行度误差。针对这两种工况，制定了提高导向面加工精度等级和只允许工作台固定导板导向面相对理想位置内倾和液压垫铜导板相对理想位置外倾等措施，使得只剩下4种可接受的工况发生，大大减小了生产操作难度。并据此制定相关文件，在生产实践中严格按此执行。经过两年多的实践验证，证明措施可靠，找到问题症结，基本消除了液压垫平行度超差和无法调整的现象。

液压机；液压垫；平行度；垂直度；导轨；公差

液压垫也称作液压垫滑块，是液压机常用的结构功能部件，常用作薄板的拉伸工艺，也常常用作顶出、压边、缓冲等功能。液压垫一般为箱型焊接或铸造结构，安装在液压机工作台内部空间中，依靠平面导轨进行导向，导轨间隙通过推拉螺钉进行调整，由液压油缸驱动实现上下运动。

液压机的液压垫尺寸随液压机工作台面的增大而增大，液压垫顶出力一般取液压机公称力的30%～40%，这就要求液压垫有较高的强度和刚度。因此大型液压机的液压垫尺寸和重量都比较大，安装时精度调整比较困难。例如台面为4500mm×2500mm的汽车覆盖件液压机的液压垫重量在20t左右。

液压垫上平面对工作台上平面的平行度（为叙述方便，后面叙述统一简称为：液压垫平行度）是一个较重要的精度指标参数，液压垫平行度太差，提供的液压垫力不均匀，会造成成形件质量不达标甚至无法成形。目前，液压垫平行度还没有相关的国家标准进行精度的规定，但一般可以按国家标准《JB/T 7343-2010单双动薄板冲压液压机》和《GB/T9166-2009四柱液压机精度》中滑块下平面对工作台上平面的平行度要求来进行检验。

实践中常常反馈有液压机的液压垫平行度超差过大，有的高达2mm，且无法调整的情况，特别是大型液压机的大尺寸超重液压垫，这种现象发生的频率比小吨位小尺寸的液压垫更为明显。本文结合液压垫的结构特点分析找到了造成液压垫平行度无法调整的原因，并制定了相关措施，最终解决了问题。

1 液压垫结构

如图1所示为液压机的液压垫结构，液压垫1安装在工作台2的空间内，依靠液压垫缸3驱动实现上下运动。一般为保证液压垫运动精度和方便调整，液压垫导轨一般设计为相邻两直角边为固定结构，另外相邻两直角边为可调结构，如图1a、b所示。

对于固定导轨，如图1a所示，固定导板4焊接在工作台2的主筋板内侧，由精加工保证其工作面对工作台上平面的垂直度，钢导轨5通过沉头螺钉固定其上。液压垫导板7焊接在液压垫1四周，其外表面通过精加工来保证工作面对液压垫上平面的垂直度，铜导板6由沉头螺钉固定于液压垫导板7上。液压垫作上下运动时，铜导板6和钢导轨5相对运动，实现平面导向作用，通过润滑装置向导向面间打入润滑油进行润滑。

对于可调导轨，如图1b所示，铜导板6也是通过沉头螺钉固定于液压垫固定导板4上，不同之处在于可调钢导板8通过固定于工作台主筋板上的调整螺钉9来调节可调钢导板与铜导板之间的运动间隙。

图1 液压垫结构

2 参数说明

经过分析论证，影响液压垫平行度的主要因素为工作台固定导板导向面的倾斜方向，工作台固定导板导向面对工作台上平面垂直度，液压垫铜导板导向面的倾斜方向和液压垫铜导板导向面对液压垫上平面垂直度等因素，为方便后文叙述，这里对涉及液压垫平行度的参数进行定义说明，如图2所示。

参数定义：A、B-基准平面；H1-液压垫导板导向面长度；H2-可调导轨或固定导轨长度；L-液压垫长边尺寸；W-液压垫宽边尺寸；Δ-液压垫导轨总间隙；δ2-液压垫铜导板导向面对基准平面A的垂直度；δ2-工作台固定导板导向面对基准平面B的垂直度；δ3-装配调整后液压垫上平面对工作台上平面平行度；γ1-液压垫铜导板导向面与理想位置的夹角；γ2-工作台固定导板导向面与理想位置的夹角；γ3-液压垫调整后（固定导轨两导向面贴合）液压垫上平面与工作台上平面夹角；C-运动面间的间隙，C可取0.05。液压 垫行程一般在 200mm～500mm，按照《JB 3821-2014双动薄板拉伸液压机 精度》中相关规定，运动间隙可取滑块运动轨迹对工作台的垂直度，最小公差0.05mm。

定义：内倾-导向面对基准面夹角α、β＜90°，外倾-导向面对基准面夹角α、β＞90°。内倾：δ1＞0、δ2＞0；外倾：δ1＜0、δ2＜0。这里的δ1＞0、δ2＞0、δ1＜0、δ2＜0只表示导向面倾斜方向。

图2 参数说明

3 各种工况分析

造成液压垫平行度超差和无法调整的原因，最大的影响因素是液压垫铜导板对液压垫上平面的垂直度误差超差和液压垫铜导板导向面对理想位置的倾斜方向（重合、内倾和外倾），以及工作台固定导板导向面对工作台上平面垂直度误差超差和工作台固定导板导向面对理想位置的倾斜方向（重合、内倾和外倾）。本文将从这几个方面入手进行分析，根据排列组合，一共有九种工况，下文对这九种工况逐一进行分析。对于液压垫，由上述因素引起的长边方向的液压垫平行度误差大于宽边方向液压垫平行度误差，因此，下文的论述仅对液压垫长边方向的液压垫平行度误差进行分析论证。不考虑液压垫导板一侧内倾，另一侧外倾情况，因为这并不影响液压垫平行度，只影响液压垫导轨总间隙Δ。

3.1 理想工况

理想工况为液压垫铜导板导向面相对理想位置重合，工作台固定导板导向面相对理想位置重合。理想工况如图3所示，δ1=0、δ2=0，容易得出δ3=0，Δ=C。

图3 理想工况

3.2 液压垫导板理想，工作台固定导板内倾

如图4所示，有δ1=0、δ2＞0，根据图中的角度关系：γ1=0，γ2=γ3

可得：δ3=δ2.L/H2，Δ=δ2.H1/H2+C

图4 液压垫导板理想，工作台固定导板内倾

3.3 液压垫导板理想，工作台固定导板外倾

如图5所示，有δ1=0、δ2＜0，根据图中的角度关系：γ1=0，γ2=γ3，δ3=δ2.L/H2，Δ=-δ2.H1/H2+C

图5 液压垫导板理想，工作台固定导板外倾

可知，第（2）中工况在数值上相等，但液压垫装配调整后的倾斜方向与工况（2）相反。

3.4 液压垫导板内倾，工作台固定导板理想

如图6所示，有δ1＞0、δ2=0，根据图中的角度关系：γ1=γ3，γ2=0，δ3=δ1.L/H1，Δ=δ1+C

图6 液压垫导板内倾，工作台固定导板理想

3.5 液压垫导板内倾，工作台固定导板内倾

如图7所示，有δ1＞0、δ2＞0，根据图中的角度关系得：

图7 液压垫导板内倾，工作台固定导板内倾

tanγ1=δ1/H1，tanγ2=δ2/H2，由于γ1，γ2非常小，所以有：

γ1≈δ1/H1，γ2≈δ2/H2，γ3=γ1+γ2=δ1/H1+δ2/H2

又：tanγ3=δ3/L，有γ3≈δ3/L，则有δ3/L=δ1/H1+δ2/H2所以：δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L

Δ=（2δ1/H1+δ2/H2）L/H1+C

可知这种工况下，液压垫平行度由两种垂直度误差δ1、δ2按公式δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L相叠加增大，液压垫导板间隙较大，情况较为恶劣。

3.6 液压垫导板内倾，工作台固定导板外倾

如图8所示，有δ1＞0、δ2＜0。

按照3.5的推理，也可以得到：

δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L

Δ=|（δ1/H1+δ2/H2）L/H1|+C

图8 液压垫导板内倾，工作台固定导板外倾

注意到其中δ1＞0、δ2＜0，液压垫的平行度误差由两垂直度误差 δ1、δ2相互抵消，当γ1=γ2时，有γ3=0，δ3=0，Δ=C，与理想工况下液压垫平行度误差和总间隙相同。

3.7 液压垫导板外倾，工作台固定导板理想

如图9所示，有δ1＜0、δ2=0。根据图中的角度关系γ1=γ3，γ2=0有：

δ3=δ1.L/H1，Δ≈-2δ1+C

图9 液压垫导板外倾，工作台固定导板理想

3.8 液压垫导板外倾，工作台固定导板内倾

如图10所示，有δ1＜0、δ2＞0。

由3.5的方法推理可得：δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L，Δ=|（δ1/H1+δ2/H2）L/H1|+C

注意到其中δ1＜0、δ2＞0，液压垫平行度由两种垂直度误差δ1、δ2相互抵消。当γ1=γ2时，有γ3=0， δ3=0，Δ=C，与理想工况下液压垫平行度误差和总间隙相同。

图10 液压垫导板外倾，工作台固定导板内倾

3.9 液压垫导板外倾，工作台固定导板外倾

如图11所示，有δ1＜0、δ2＜0。根据图中的角度关系γ1≈δ1/H1，γ2≈δ2/H2，δ2/H2，γ3=γ1+γ2=δ1/H1+δ2/H2

又：tanγ3=δ3/L，有γ3≈δ3/L，则有δ3/L=δ1/H1+δ2/H2所以：δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L

Δ=|（2δ1/H1+δ2/H2）L/H1|+C

图11 液压垫导板外倾，工作台固定导板外倾

注意到其中δ1＜0、δ2＜0，液压垫平行度有两种垂直度误差δ1、δ2按公式δ3=（δ1/H1+δ2/H2）L相互叠加，与3.5所述工况在数值上相同，液压垫倾斜方向相反，情况较为恶劣。

4 综合分析

根据上述分析，可归纳如表1所示。

根据前述的推导和表1的数据，结合δ1、δ2的符号可得出如下结论：

（1）δ1、δ2符号相反时，液压垫平行度误差δ3由δ1、δ2相互抵消，数值减小。

（2）δ1、δ2符号相同时，液压垫平行度误差δ3由δ1、δ2相互叠加，数值增大。

（3）δ1、δ2其中有一个为零时，液压垫平行度误差值仅与δ1或δ2有关，只要控制好δ1、δ2数值的大小，液压垫平行度误差δ3基本可以控制在可接受的范围。

（4）液压垫平行度误差δ3随液压垫长边尺寸L增大而增大。

5 解决措施

根据上述分析可得，δ1、δ2符号相同时，液压垫平行度误差δ3由δ1、δ2根据表1中的公式相互叠加，数值增大。3.5和3.6两种工况最为恶劣，必须加以严格控制。液压垫尺寸和质量通常较大，大型液压机的液压垫都在20t以上，如果发生3.5、3.6两种工况，依靠液压垫另外一侧的可调导轨的推拉螺钉将其正过来，是无法实现的。因此必须从液压垫铜导板导向面和工作台固定导板导向面的加工精度方面进行控制，不仅要控制δ1、δ2数值大小，提高公差等级，还必须控制相应导向面的倾斜方向。

为了减小加工难度和提高可操作性，根据液压垫平行度公差的要求，采取如下措施进行控制。

（1）提高液压垫铜导板导向面对液压垫上平面的垂直度|δ1|的公差等级，按6级公差取值。液压垫铜导板导向面长度一般小于1000mm，因此按6级公差取，|δ1|≤0.08mm。一般长边尺寸大于1700的液压机液压垫，由于尺寸和重量较大，调整液压垫平行度时较为困难，必须严格按此6级公差要求。而对于长边尺寸小于1700的液压机液压垫，L对δ3的线性放大作用也相对较小，因此可放宽对|δ1|的公差要求，一般可以控制在|δ1|≤0.05mm。

为了保证|δ1|的公差要求，在液压垫装入工作台空间中之前，先将铜导板和液压垫装配成组合部件，在上大型精密落地镗铣床精加工铜导板导向面，保证铜导板导向面对液压垫上平面垂直度在公差范围内。

（2）严格控制工作台固定导板导向面对工作台上平面的垂直度|δ2|的公差等级。由于工作台固定导板长度一般大于液压垫铜导板长度加液压垫行程，垂直度|δ2|一般比|δ1|要大，从理论上讲，其公差等级应高于|δ1|的要求，但考虑到精度等级提高到5级公差或以下，加工和检验的难度将大大提高，因此也严格控制工作台固定导板导向面对工作台上平面的垂直度在6级公差范围内。

（3）为了减小加工装配难度，最大限度减少上文所述工况3.5、3.9两种工况的发生，必须对液压垫铜导板导向面和工作台固定导板导向面的倾斜方向进行控制。规定工作台固定导板导向面相对理想位置只允许内倾（包括重合），则去除了上表中的3.3、3.6、3.9三种工况，此时还只有3.5是不可接受的，再规定液压垫铜导板导向面相对理想位置只允许外倾（包括重合），则去除了3.2、3.5、3.6三种工况，则只剩下3.1、3.2、3.7、3.8四种工况了，这样可能发生工况就大大减少，对加工和装配控制的难度也大大降低了。

（4）根据上述解决措施，制定相关文件，下发车间、质检和装配等部门，严格按此执行。经过两年多的试运行，基本消除了液压垫平行度超差和无法调整的现象。

6 结论

（1）分析了影响液压垫平行度误差的主要因素为液压垫铜导板对理想位置的倾斜方向，工作台固定导板导向面对理想位置的倾斜方向，液压垫铜导板导向面对液压垫上平面的垂直度，工作台固定导板导向面对工作台上平面的垂直度，以及液压垫尺寸和导向面高度等因素。

（2）采用遍历法一一分析推导了液压垫铜导板导向面和工作台固定导板导向面三种位置九种工况对应的液压垫平行度误差的公式以及运动面总间隙的公式。

（3）通过对液压垫平行度对应的九种工况进行分析，制定了解决实践中液压垫平行度超差和无法调整现象的可行措施并严格实施，经过两年多的检验验证，证明从根本上找到了问题症结，基本消除了液压垫平行度超差和无法调整的现象。

（4）本文主要从液压垫铜导板导向面和工作台固定导板导向面三种位置方面着手进行分析，忽略了工作台和液压垫上平面平面度等因素的影响，这些因素虽然对液压垫平行度误差的测量和液压垫状态的调整有一定影响，但不是主要影响因子。

[1]JB/T 7343-2010，单双动薄板冲压液压机[S].

[2]GB/T9166-2009，四柱液压机 精度[S].

[3] 夏卫明，李 辉，等.液压垫结构优化设计[J].锻压装备与制造技术，2014，49（1）：49-51.

[4] 李 响.液压垫多缸液压系统的设计分析[J].锻压装备与制造技术，2012，47（6）：42-43.

[5] 宋雨芳，吴友坤，等.新型液压机上液压垫装置的设计与应用[J].锻压装备与制造技术，2005，40（4）：31-32.

Study on parallelism adjustment method for hydraulic cushion

XIA Weiming,JI Kuanbin
（Jiangsu Guoli Forging Machine Tool Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

The causes of exceeding specification and unable being adjusted for parallelism tolerance of hydraulic cushion's top surface relative to the workbench's top surface (hereinafter hydraulic cushion parallelism tolerance)have been analyzed and demonstrated.The formulas of hydraulic cushion parallelism and total clearance between guide surface under nine kinds of combined conditions have been deduced,including when the guide surface of hydraulic cushion's copper guide plates relative to ideal position is overlapped, introversion and extroversion,and when the guide surface of workbench's fixed guide plates relative to ideal position is overlapped,introversion and extroversion.It is concluded that the two worst cases exist when both of the guide surface of hydraulic cushion's copper guide plates and the guide surface of workbench's fixed guide relative to ideal position are introversion or extroversion in the same time.They would cause the mutual superposition between perpendicularity of the guide surface of hydraulic cushion's copper guide plates relative to top surface of hydraulic cushion and perpendicularity of the guide surface of workbench's fixed guide plates relative to top surfaces of workbench deduced by the formula,which would increase the parallelism tolerance of hydraulic cushion.Aiming at the two worst cases,the measures that improve guide surface machining accuracy level and only allow introversion of workbench fixed guide surface relative to ideal place and extroversion of hydraulic cushion's copper guide plates guide surface relative to ideal place have been drawn up.Thus in this way,only four left acceptable conditions could occur,which can greatly reduce the difficulty of the operations.The related paper has been formulated accordingly and carried out the implementation strictly in production practice.It is proved by more than two years'practice that the measure is feasible and the reason of problem has been found out.The exceeding specification and unable being adjusted for the parallelism tolerance of hydraulic cushion have been eliminated.

Hydraulic press;Hydraulic cushion;Parallelism;Perpendicularity;Guide Rail;Tolerance

TG315.4

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.01.008

1672-0121（2017）01-0036-06

2016-07-16；

2016-09-12

夏卫明（1981-），男，硕士，工程师，从事液压机产品开发。E-mail：xiaweiming2000@aliyun.com