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離心式彈性?shī)A頭的結(jié)構(gòu)和工作原理介紹

2009年03月25日 11:27點(diǎn)擊：1326作者：默認(rèn)來(lái)源：>>進(jìn)入該公司展臺(tái)

對(duì)于盤套類零件，由于其粗加工和半精加工時(shí)的切削速度一般都很低，所以?shī)A具的轉(zhuǎn)速不是影響切削的主要矛盾，使用常規(guī)的液壓卡盤就可滿足加工的要求。但是，對(duì)此類零件進(jìn)行精加工時(shí)，切削速度很高，常規(guī)的液壓卡盤的動(dòng)態(tài)夾緊力會(huì)隨主軸轉(zhuǎn)速的提高而銳減，并且，主軸轉(zhuǎn)速的提高受安裝于其尾部的液壓缸的極限轉(zhuǎn)速的制約。本文著重探討采用杠桿增力機(jī)構(gòu)的離心式彈性?shī)A頭的工作原理及力學(xué)計(jì)算。

1 工作原理

王德云等所著《離心式夾具的結(jié)構(gòu)研究與力學(xué)計(jì)算》（刊于《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》1994年增刊）中介紹了一種夾緊盤套類零件外圓的離心式彈性?shī)A頭，其工作原理為:夾具體以止口與車床法蘭盤或主軸錐孔聯(lián)結(jié)，工件以半精加工的外圓為基準(zhǔn)，在間隙較小的條件下置入彈性?shī)A頭。當(dāng)機(jī)床帶動(dòng)夾具開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后，數(shù)只離心重塊在離心力的作用下，繞銷作逆時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)，其左端部壓迫柱塞，柱塞繼而壓縮柔性介質(zhì)，迫使拉桿帶動(dòng)彈性?shī)A頭左移。彈性?shī)A頭則受夾具體內(nèi)錐孔的作用而產(chǎn)生變形，從而夾緊工件的外圓表面，此時(shí)便可以進(jìn)行切削加工。加工完畢后機(jī)床主軸停止旋轉(zhuǎn)，由于彈性?shī)A頭外錐體與夾具體錐孔之間為非自鎖配合，所以彈性?shī)A頭會(huì)自動(dòng)恢復(fù)變形而松開(kāi)工件。但為防止夾具在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可能發(fā)生的偶然事故，在重塊的外部設(shè)置了防護(hù)罩。

這種夾具的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為緊湊，拉桿的后移機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠：缺點(diǎn)是，為了防止重塊滑移可能發(fā)生的卡滯現(xiàn)象，需對(duì)重塊與夾具體及銷的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位提出較高的配合要求。離心體幾何形狀復(fù)雜，制造工藝性不好。

1.夾具體 2.拉桿 3.柔性介質(zhì) 4.柱塞 5.杠桿
6.彈性?shī)A頭 7.堵塊 8.離心重塊 9.工件
杠桿增力離心式彈性?shī)A頭結(jié)構(gòu)示意圖科太克

右圖所示為一種采用杠桿增力的夾緊盤套類零件外圓的離心式彈性?shī)A頭，這種夾具是經(jīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)的。其工作原理為:夾具體1 內(nèi)裝有數(shù)只可徑向運(yùn)動(dòng)的圓柱形離心重塊8，當(dāng)機(jī)床帶動(dòng)夾具體開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后，數(shù)只離心重塊8 在離心力的作用下，沿徑向向外移動(dòng)，離心力通過(guò)杠桿5 作用于柱塞4，迫使柱塞4 向軸心方向運(yùn)動(dòng)，壓縮柔性介質(zhì)3，柔性介質(zhì)推動(dòng)拉桿2 向后移動(dòng)。彈性?shī)A頭6 夾緊和松開(kāi)工件9 的原理與上述夾具相同，在此不再贅述。

這種夾具采用貫通式結(jié)構(gòu)，質(zhì)心半徑可自動(dòng)平衡。離心重塊的幾何形狀改為圓柱體，加工工藝性好。采用浮動(dòng)支點(diǎn)杠桿，夾具結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，加工要求低，結(jié)構(gòu)緊湊，安全性好，工作可靠。

2 力學(xué)計(jì)算

通過(guò)建立力學(xué)模型并經(jīng)力學(xué)分析，如果忽略柔性介質(zhì)和杠桿產(chǎn)生的離心力，則離心式彈性?shī)A頭在工作狀態(tài)下拉桿的軸向拉力為

F=[m₁r₁	L₁	-m₂r₂]w²	（d₁²-d₂²）

	L₂		d²

（1）

式中：m₁——離心重塊和堵塊的合成質(zhì)量，kg

m₂——柱塞的質(zhì)量，kg

r₁——離心重塊與堵塊的合成質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的距離，m

r₂——柱塞的質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的距離，m

w——車床主軸的旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s

L₁——杠桿的動(dòng)力臂長(zhǎng)度，m

L₂——杠桿的阻力臂長(zhǎng)度，m

d——柱塞直徑，m

d₁——拉桿大端直徑，m

d₂——拉桿中間部分直徑，m

夾緊力可通過(guò)下式計(jì)算得出

F_j=	F

	2tg（a+f）

（2）

式中：a——彈性?shī)A頭圓錐角之半，rad或（°）

f——彈性?shī)A頭錐面與夾具體錐孔之間的摩擦角，rad或（°）

其驅(qū)動(dòng)工件的力矩T可用下式表達(dá)

T=	µFD

	2tg（a+f）

（3）

式中：µ——彈性?shī)A頭內(nèi)孔與工件表面之間的摩擦因數(shù)

D——工件被夾持部分的直徑，m

3 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

綜上所述，圖中所示夾具的結(jié)構(gòu)工藝性更好，更安全。該夾具既可在普通車床上使用，也可在數(shù)控車床及液壓仿形車床上使用，特別適用于沒(méi)有配備液壓系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，但在進(jìn)行此類夾具設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下準(zhǔn)則:

該類卡盤能進(jìn)行工作的基本力學(xué)條件為m₁r₁L₁>m₂r₂L₂。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能增大離心重塊質(zhì)量及動(dòng)力臂長(zhǎng)度，減小柱塞質(zhì)量及阻力臂長(zhǎng)度。
應(yīng)保證離心重塊在運(yùn)動(dòng)時(shí)其上下腔內(nèi)的空氣進(jìn)出通暢。
為了能適應(yīng)較大的工件直徑范圍，彈性?shī)A頭前端的內(nèi)孔可設(shè)計(jì)成系列規(guī)格，而與拉桿的連接尺寸保持不變。

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