中心架聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究

邊 輝

(煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件研究所，山東煙臺(tái) 264002)

中心架是以液壓油作為動(dòng)力源，通過(guò)活塞推動(dòng)凸輪，并依靠精確的凸輪曲線推動(dòng)上下兩夾持臂即中夾持臂(與凸輪固定在一起)作等半徑的移動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心，如圖1所示。為保證中心架較好地夾持工件，在中心架夾持或松開(kāi)動(dòng)作中三夾持臂需時(shí)刻保持一致性，亦即側(cè)夾持臂與凸輪須時(shí)刻保持緊密接觸。目前在世界范圍內(nèi)中心架內(nèi)部聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)有伸縮桿和聯(lián)動(dòng)板機(jī)構(gòu)兩種。此兩種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各異，在中心架不同規(guī)格不同應(yīng)用場(chǎng)所分別擔(dān)當(dāng)著重要的角色。

1 伸縮桿機(jī)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)中側(cè)夾持臂與凸輪的連接依靠一帶預(yù)拉伸力拉簧的連接桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)緊密連接。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，加工容易，且易裝配。目前主要在大規(guī)格中心架中有廣泛的應(yīng)用。因側(cè)夾持臂與凸輪屬柔性連接，因此在大重量工件裝夾時(shí)即使與側(cè)夾持臂造成沖撞，亦不會(huì)對(duì)中心架體內(nèi)零件造成較大程度的損傷。該伸縮機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程是：活塞帶動(dòng)凸輪前后移動(dòng)，使得連接側(cè)夾持臂與凸輪的伸縮桿內(nèi)的拉簧，在拉簧兩固定端連線上作類似正弦規(guī)律變化伸長(zhǎng)或收縮。該拉力在中心架全工作范圍內(nèi)忽大忽小，產(chǎn)生不規(guī)則的交變應(yīng)力。由于拉簧自身力學(xué)性能的限制，其疲勞強(qiáng)度一般較低。該類型結(jié)構(gòu)中拉簧在工作中拉伸長(zhǎng)度時(shí)刻在變，因此其在較理想的情況下一般作用次數(shù)為103次，壽命有限。若拉簧再受冷卻液等的侵蝕，其自身的疲勞強(qiáng)度還會(huì)降低、甚至?xí)霈F(xiàn)被拉斷等問(wèn)題。因此拉簧的力學(xué)性能決定了中心架動(dòng)作可靠性的強(qiáng)弱，不可避免地在多次往復(fù)動(dòng)作后會(huì)使中心架出現(xiàn)張不開(kāi)或張不到位、張開(kāi)動(dòng)作遲緩等問(wèn)題，給中心架的使用造成一定程度的影響。

對(duì)此類型的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，根據(jù)其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量做到：(1)保證足夠的拉力，中心架工作時(shí)由于在使用條件較惡劣的情況下，側(cè)夾持臂在自身回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)部與中心架體或蓋之間不可避免地有切屑等雜物進(jìn)入，容易造成側(cè)夾持臂的擠壓阻力矩，因此拉簧應(yīng)有足夠的力量?jī)?chǔ)備來(lái)克服某些未知的阻尼。(2)拉簧在中心架全工作范圍內(nèi)的伸縮變形幅度越小越好，以提高拉簧的使用壽命，另外還應(yīng)對(duì)拉簧的外部使用環(huán)境做好密封，使其盡量減少冷卻液等的侵蝕，最大程度地增加該類結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2 聯(lián)動(dòng)板機(jī)構(gòu)(圖2)

在此機(jī)構(gòu)中側(cè)夾持臂與凸輪的連接由一高剛性的聯(lián)動(dòng)板實(shí)現(xiàn)緊密連接。該結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度高，受力合理，耐磨損，壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是聯(lián)動(dòng)板結(jié)構(gòu)曲線槽需與凸輪曲線保持一定的幾何關(guān)系，設(shè)計(jì)較復(fù)雜，加工工藝性較差，各作用點(diǎn)位置要求嚴(yán)，生產(chǎn)成本高。目前在所有規(guī)格中心架中有著廣泛的應(yīng)用。此結(jié)構(gòu)從根本上解決了上述伸縮桿結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題，另外解決了凸輪在快速退回時(shí)由于彈簧的滯后效應(yīng)造成的中間夾持臂與兩個(gè)側(cè)夾持臂動(dòng)作不一致的問(wèn)題，而且聯(lián)動(dòng)板在受冷卻液侵蝕時(shí)，對(duì)中心架張開(kāi)松開(kāi)動(dòng)作影響小。該動(dòng)作過(guò)程是(圖2)：凸輪上的銷(xiāo)軸在凸輪后退時(shí)通過(guò)與聯(lián)動(dòng)板上的曲線槽作用，推動(dòng)聯(lián)動(dòng)板繞回轉(zhuǎn)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同步聯(lián)動(dòng)板上的直槽撥動(dòng)帶銷(xiāo)軸的側(cè)夾持臂沿回轉(zhuǎn)軸5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)中心架的張開(kāi)。夾持過(guò)程與此動(dòng)作相反。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，在實(shí)現(xiàn)夾緊松開(kāi)動(dòng)作時(shí)，為防止凸輪作用面與聯(lián)動(dòng)板曲線槽型干涉，應(yīng)使曲線槽寬略大于凸輪上的銷(xiāo)軸直徑。

對(duì)此類型的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量做到：(1)聯(lián)動(dòng)板在回轉(zhuǎn)中應(yīng)保證不出現(xiàn)自鎖。該結(jié)構(gòu)屬凸輪機(jī)構(gòu)中的反凸輪機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖3所示。從機(jī)械原理知，機(jī)構(gòu)不自鎖的條件是聯(lián)動(dòng)板繞固定點(diǎn)回轉(zhuǎn)的速度方向u與銷(xiāo)軸對(duì)曲線槽正壓力N的分力N1方向的夾角 α≤［α］，［α］一般可取 30°～38°。(2)聯(lián)動(dòng)板、各回轉(zhuǎn)銷(xiāo)軸應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度和硬度。該機(jī)構(gòu)因?qū)賱傂赃B接，在大重量工件裝夾時(shí)不可避免地存在側(cè)夾持臂與工件的碰撞，若沖擊力過(guò)大，則銷(xiāo)軸就容易被剪斷，或聯(lián)動(dòng)板斷裂，使聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)失效，造成中心架無(wú)法使用。

3 結(jié)語(yǔ)

以上通過(guò)對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的定性分析，使大家能比較深入地了解數(shù)控自定心中心架的聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)中心架用戶正確使用中心架亦有一定的指導(dǎo)作用，以期得到比較理想的使用狀況，為企業(yè)帶來(lái)更大的收益。另外，聯(lián)動(dòng)板結(jié)構(gòu)作為一種新型的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)新穎，可為廣大的機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供一種結(jié)構(gòu)參考，同時(shí)為該類結(jié)構(gòu)的應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)衍變提供有用的參考。